基于情景感知的室内导览系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于情景感知的室内导览系统，包括手机端与服务器，所述服务器端包括情景感知子系统、推荐子系统和导航子系统三部分，三个子系统公用一个数据库，情景感知子系统一方面负责采集用户情景信息提供基于位置的消息推送服务，另一方面，将底层情景信息经处理提取高层信息存储在数据库中，作为推荐子系统的数据源，推荐系统会根据用户具体情景调用相应推荐算法，再将推荐结果推送到手机端，推荐结果还会作为导航子系统的路线规划依据，导航子系统将用户行程列表中的展品作为路线必经地点，再结合用户具体情景进行路线规划，最后，将最佳路线推送到手机端。
【专利说明】基于情景感知的室内导览系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于物联网【技术领域】，涉及一种基于情景感知的室内导览系统。
【背景技术】
[0002] 不同于互联网以信息传输为主，物联网不仅包含信息传输，智能信息处理和融合 也是物联网的重要特征之一，它贯穿物联网采集、控制、传输和上层应用的整个"物物相连" 过程。随着计算机和传感器技术的迅速发展，遍布环境的计算资源使得情景感知易于实现。 作为物联网智能信息处理最关键的情景感知能够做到在用户不发出服务请求的情况下自 主判断何时提供以及提供何种服务。情景感知技术简化了用户和网络的交互，提升了用户 体验，因此得到了广泛的关注，各领域学者也将情景感知技术融入到生活中的方方面面，其 中旅游业被认为最具发展潜力。
[0003] 由于智能移动设备日益普及，移动推荐系统具有普适性和个性化两种特性，目前 已成为推荐系统研究领域的研究热点之一。国外许多大学和研究机构对移动推荐展开了深 入研究。
[0004] 随着旅游业的发展，散客"个性化"自助游将成为未来旅游市场的发展主流，根据 "携程网"最近一次问卷调查显示，84. 3%的出游者表示会以自助游的方式出行。在旅游过 程中，自助旅游者对信息和相关旅游服务的需求往往多于团队游客，因此，随时随地满足旅 行者的需求，为旅行者提供快捷便利的信息，将成为一项重要课题。
[0005] 近年来智能手机的普及率越来越高，网络流量监测机构comScore发布的 《comScore2010移动年综述》中，美国和欧洲的智能手机使用率已经分别达到27%和31%。 同时，全球卫星导航系统得到迅速发展，继美国的全球定位系统、俄罗斯的GLONASS系统、 欧盟退出的"伽利略"计划后，中国的北斗卫星导航定位系统也在不断发展。在这样的背景 下，国内外已经退出了一些以手机为平台的移动旅游服务。
[0006] 目前的旅游信息普遍存在很多问题，主要体现在两个方面：一是缺少个性化，现有 的旅游信息系统很少或者完全不考虑用户个人的偏好，推荐给不同身份和不同兴趣的用户 都是同样的内容，而且现在各景点用的专用导览机基本采用的是布设射频发射基站，采用 定制的导览机，专物专用且功能单一，难于升级。二是缺少应变性，现有旅游信息系统基本 都是一成不变的很少考虑外部环境的变化，比如根据场馆空气质量或人流密集度为游客推 荐较为舒适的游览路线。
[0007] 如果在旅游过程中能够实时的知道旅行者的个人偏好和所处环境，通过情景感知 计算不断获取用户位置、周围人群及事物的信息，以及这些事物随着时间的变化状态，那么 就可以依据用户行为及所处环境为用户提供即时有效的服务。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种基于情景感知的室内导览 系统，该系统以游客的智能手机为平台，充分利用已有资源来提高游客接待水平和服务质 量，在室内实现旅客游览展品时的自动讲解，私人定制游览路线，实时挖掘游客潜在的兴趣 爱好并推荐可能感兴趣的展品，为游客提供更加个性化的智能服务。其具体技术方案为：
[0009] -种基于情景感知的室内导览系统，包括手机端与服务器，所述服务器端包括情 景感知子系统、推荐子系统和导航子系统三部分，三个子系统公用一个数据库，情景感知子 系统一方面负责采集用户情景信息提供基于位置的消息推送服务，另一方面，将底层情景 信息经处理提取高层信息存储在数据库中，作为推荐子系统的数据源，推荐系统会根据用 户具体情景调用相应推荐算法，再将推荐结果推送到手机端，推荐结果还会作为导航子系 统的路线规划依据，导航子系统将用户行程列表中的展品作为路线必经地点，再结合用户 具体情景进行路线规划，最后，将最佳路线推送到手机端：
[0010] 数据库：负责存储物品的详细信息，用户历史行为数据，场所的地图信息，场所各 区域人流密度信息；
[0011] 情景感知子系统：负责获取用户的情景信息，此处情景信息包括用户的位置，身边 的人数，在某一物品旁的逗留时间，用户的个人喜好，还负责即时扑捉用户兴趣变化，继续 为用户提供个性服务；
[0012] 推荐子系统：根据用户历史行为数据和用户个人喜好为用户推荐物品列表；
[0013] 导航子系统：通过将推荐子系统形成的推荐物品列表整合排序，为用户选择一条 最佳的游览路线，在浏览过程中，如果情景感知子系统发现用户的兴趣发生变化，该模块会 根据用户兴趣和当前位置动态调整游览路线。
[0014] 优选地，所述情景感知子系统还提供以一种基于位置的消息推送服务，该服务基 于用户当前位置，判断用户是否在观看展品，且观看的是哪一件展品，然后推送该展品的详 细信息，包括文本信息与语音信息，实现多媒体信息服务。
[0015] 优选地，所述基于位置的消息推送过程见下步骤：
[0016] 1)智能手机端软件定时向服务器上报用户的位置信息；
[0017] 2)服务器收到位置信息后，与数据库中地图匹配，找到附近的物品信息；
[0018] 3)比较用户当前位置与附近各物品之间的距离，找到最近的物品信息；
[0019] 4)将3)中找到的物品信息推送给智能手机端。
[0020] 优选地，所述推荐子系统的推荐过程见下步骤：
[0021] 1)用户兴趣建模
[0022] 协同过滤算法采用用户-项目评分矩阵实现用户兴趣的建模，个体用户所有已评 分数据与未评分数据共同构成该用户的评分向量，系统中所有用户的评分向量共同按行构 成用户-项目评分矩阵；对于具有m个用户，η个项目的协同推荐系统，其用户-项目评分 矩阵；
[0023] 用户对项目的评分通过显示或隐式收集方式获得；
[0024] 2)相似度计算方法
[0025] 3)求最近邻居集
[0026] 采用固定数量的邻居集的方法选取最近邻居集；在本系统中设定邻居集大小为 5,即选取与指定用户1或物品1相似度最小的5个邻居节点；
[0027] 4)形成推荐列表
[0028] 将3)中得到的最近邻居集中各邻居感兴趣的且指定用户1未游览过的物品形成 推荐列表。
[0029] 优选地，所述导航子系统的工作过程步骤如下：
[0030] 1)确定用户当前位置；
[0031] 2)获取场所地图，查询得到推荐列表中各物品的具体位置以及场所中各区域的人 流密度；
[0032] 3)根据用户当前位置，将推荐列表中的物品按照与用户当前位置距离大小进行排 序：位置近的物品在该列表中的位置靠前，形成物品推荐列表；
[0033] 4)采用A*算法并根据各区域的人流密度对游览路线人性化规划，最终形成路线 坐标，并发送到用户智能手机上。
[0034] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明以游客的智能手机为平台，充分利 用已有资源来提高游客接待水平和服务质量，在室内实现旅客游览展品时的自动讲解，私 人定制游览路线，实时挖掘游客潜在的兴趣爱好并推荐可能感兴趣的展品，为游客提供更 加个性化的智能服务。
【专利附图】
【附图说明】
[0035] 图1是基于情景感知的室内导览系统的结构图；
[0036] 图2是基于情景感知的室内导览系统的工作流程图；
[0037] 图3是情景感知子系统架构图；
[0038] 图4是用户-项目评分矩阵；
[0039] 图5是最近邻居集算法示意图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
[0041] 本发明一种基于情景感知的室内导览系统的总体框架如图1所示：
[0042] 各组成部分的功能描述：
[0043] 数据库：负责存储物品的详细信息，用户历史行为数据，场所的地图信息，场所各 区域人流密度信息。
[0044] 情景感知子系统：负责获取用户的情景信息，此处情景信息包括用户的位置，身边 的人数，在某一物品旁的逗留时间，用户的个人喜好。该模块还负责即时扑捉用户兴趣变化 (通过用户在某一物品旁的逗留时间），继续为用户提供个性服务。
[0045] 推荐子系统：该模块根据用户历史行为数据和用户个人喜好为用户推荐物品列 表。
[0046] 导航子系统：该模块通过将推荐子系统形成的推荐物品列表整合排序，为用户选 择一条最佳的游览路线。在浏览过程中，如果情景感知子系统发现用户的兴趣发生变化，该 模块会根据用户兴趣和当前位置动态调整游览路线。
[0047] 其详细过程如图2所示：
[0048] 本发明一种基于情景感知的室内导览系统的各模块详细介绍如下：
[0049] 情景感知子系统：
[0050] 1.情景感知是如何利用环境中的情景信息辅助决策优化的一种计算模式，需要解 决的问题主要是：情景信息采集和情景信息处理。子系统采用三层结构设计，情景采集层 主要实现情景信息的实时获取，情景处理层负责将情景信息分类，应用相关规则推理进行 用户模型与兴趣模型更新，经过处理的情景信息在情景表示层转化为系统学习到的一条知 识，将该情景知识进行合理表示存储在数据库中，这种情景知识可以作为其他子系统的数 据源。根据不同的场合，系统收集的情景信息也不同。详细设计如图3所示。
[0051] 2.情景感知子系统还提供以一种基于位置的消息推送服务，该服务基于用户当前 位置，判断用户是否在观看展品，且观看的是哪一件展品，然后推送该展品的详细信息，包 括文本信息与语音信息，实现多媒体信息服务。
[0052] 基于位置的消息推送过程见下步骤：
[0053] 1.智能手机端软件定时向服务器上报用户的位置信息；
[0054] 2.服务器收到位置信息后，与数据库中地图匹配，找到附近的物品信息；
[0055] 3.比较用户当前位置与附近各物品之间的距离，找到最近的物品信息。
[0056] 4.将3中找到的物品信息推送给智能手机端。
[0057] 推荐子系统
[0058] 推荐子系统旨在利用情景感知得到的用户兴趣和用户当前的位置信息为用户做 出个性化的推荐。
[0059] 推荐子系统采用协同过滤算法和基于内容的推荐算法的混合推荐算法实现为用 户个性化推荐。
[0060] 推荐过程见下步骤：
[0061] 1.用户兴趣建模
[0062] 协同过滤算法采用用户-项目评分矩阵实现用户兴趣的建模，个体用户所有已评 分数据与未评分数据共同构成该用户的评分向量，系统中所有用户的评分向量共同按行构 成用户-项目评分矩阵。对于具有m个用户，η个项目的协同推荐系统，其用户-项目评分 矩阵R(m*n)。如图4所示。
[0063] 用户对项目的评分可以通过显示或隐式收集方式获得，
[0064] 2.相似度计算方法
[0065] 确定目标用户的邻居用户是协同过滤的一个关键点，主流系统一般通过特定的相 似度计算方法来实现用户间相关性的度量，本系统采用皮尔森相关系数作为相似度的度量 标准。
[0066] 基于皮尔森相关性的相似度（Pearson correlation-based similarity)中的皮 尔森相关系数反应了两个变量之间的线性相关程度，它的取值在[-1，1]之间。当两个变量 的线性关系增强时，相关系数趋于1或-1;当一个变量增大，另一个变量也增大时，表明它 们之间是正相关的，相关系数大于0;如果一个变量增大，另一个变量却减小，表明它们之 间是负相关的，相关系数小于0 ;如果相关系数等于0,表明它们之间不存在线性相关关系。
[0067] 3.求最近邻居集
[0068] 如图5所示，本系统采用固定数量的邻居集（K-neighborhoods neighborhoods, KNN)的方法选取最近邻居集。在本系统中设定邻居集大小为5,即选取与指定用户1或物 品1相似度最小的5个邻居节点。在此注意的是，本系统可灵活修改改变K值来适应不同 需求的推荐服务。
[0069] 4.形成推荐列表
[0070] 将3中得到的最近邻居集中各邻居感兴趣的且指定用户1未游览过的物品形成推 荐列表。
[0071] 内容过滤
[0072] 通过基于内容的推荐算法，将4中得到推荐列表进行内容过滤，形成最终推荐列 表，推送到用户终端和导航子系统。
[0073] 导航子系统
[0074] 导航子系统旨在利用推荐子系统发送过来的推荐列表为用户形成游览路线，并最 终显示到客户端。
[0075] 其过程步骤如下：
[0076] 1.确定用户当前位置；
[0077] 2.获取场所地图，查询得到推荐列表中各物品的具体位置以及场所中各区域的人 流密度；
[0078] 3.根据用户当前位置，将推荐列表中的物品按照与用户当前位置距离大小进行排 序：位置近的物品在该列表中的位置靠前，形成物品推荐列表。
[0079] 4.采用Α*算法并根据各区域的人流密度对游览路线人性化规划，最终形成路线 坐标，并发送到用户智能手机上。
[0080] 该系统主要为旅游场所-室内区域的导览。同时值得注意的是，路线规划不是一 次性的，而是动态的。如用户在浏览过程中在某一未被推荐的物品前停留时间较长，智能手 机终端就能扑捉到用户兴趣发生变化，此时手机终端就会将用户兴趣提交到情景感知子系 统，从而再次执行图2中的导览过程为用户形成新的推荐路线。
[0081] 以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，本发明的保护范围不限于此，任何熟 悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简 单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种基于情景感知的室内导览系统，其特征在于，包括手机端与服务器，所述服务器 端包括情景感知子系统、推荐子系统和导航子系统三部分，三个子系统公用一个数据库，情 景感知子系统一方面负责采集用户情景信息提供基于位置的消息推送服务，另一方面，将 底层情景信息经处理提取高层信息存储在数据库中，作为推荐子系统的数据源，推荐系统 会根据用户具体情景调用相应推荐算法，再将推荐结果推送到手机端，推荐结果还会作为 导航子系统的路线规划依据，导航子系统将用户行程列表中的展品作为路线必经地点，再 结合用户具体情景进行路线规划，最后，将最佳路线推送到手机端： 数据库：负责存储物品的详细信息，用户历史行为数据，场所的地图信息，场所各区域 人流密度信息； 情景感知子系统：负责获取用户的情景信息，此处情景信息包括用户的位置，身边的人 数，在某一物品旁的逗留时间，用户的个人喜好，还负责即时扑捉用户兴趣变化，继续为用 户提供个性服务； 推荐子系统：根据用户历史行为数据和用户个人喜好为用户推荐物品列表； 导航子系统：通过将推荐子系统形成的推荐物品列表整合排序，为用户选择一条最佳 的游览路线，在浏览过程中，如果情景感知子系统发现用户的兴趣发生变化，该模块会根据 用户兴趣和当前位置动态调整游览路线。
2. 根据权利要求1所述的基于情景感知的室内导览系统法，其特征在于，所述情景感 知子系统还提供以一种基于位置的消息推送服务，该服务基于用户当前位置，判断用户是 否在观看展品，且观看的是哪一件展品，然后推送该展品的详细信息，包括文本信息与语音 信息，实现多媒体信息服务。
3. 根据权利要求2所述的基于情景感知的室内导览系统法，其特征在于，所述基于位 置的消息推送过程见下步骤： 1) 智能手机端软件定时向服务器上报用户的位置信息； 2) 服务器收到位置信息后，与数据库中地图匹配，找到附近的物品信息； 3) 比较用户当前位置与附近各物品之间的距离，找到最近的物品信息； 4) 将3)中找到的物品信息推送给智能手机端。
4. 根据权利要求1所述的基于情景感知的室内导览系统法，其特征在于，所述推荐子 系统的推荐过程见下步骤： 1) 用户兴趣建模 协同过滤算法采用用户-项目评分矩阵实现用户兴趣的建模，个体用户所有已评分数 据与未评分数据共同构成该用户的评分向量，系统中所有用户的评分向量共同按行构成用 户-项目评分矩阵；对于具有m个用户，η个项目的协同推荐系统，其用户-项目评分矩阵； 用户对项目的评分通过显示或隐式收集方式获得； 2) 相似度计算方法 3) 求最近邻居集 采用固定数量的邻居集的方法选取最近邻居集；在本系统中设定邻居集大小为5,即 选取与指定用户1或物品1相似度最小的5个邻居节点； 4) 形成推荐列表 将3)中得到的最近邻居集中各邻居感兴趣的且指定用户1未游览过的物品形成推荐 列表。
5.根据权利要求1所述的基于情景感知的室内导览系统法，其特征在于，所述导航子 系统的工作过程步骤如下： 1) 确定用户当前位置； 2) 获取场所地图，查询得到推荐列表中各物品的具体位置以及场所中各区域的人流密 度； 3) 根据用户当前位置，将推荐列表中的物品按照与用户当前位置距离大小进行排序： 位置近的物品在该列表中的位置靠前，形成物品推荐列表； 4) 采用A*算法并根据各区域的人流密度对游览路线人性化规划，最终形成路线坐标， 并发送到用户智能手机上。
【文档编号】G06Q50/12GK104156897SQ201410360032
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】张羽, 姚朋宾, 李士宁, 藏琳飞, 张振海, 吴飞扬 申请人:西北工业大学