基于移动视觉搜索技术的旅游导览系统设计与实现
旅游业一直是国民经济的战略性支柱产业，随着经济的不断发展，我国旅游业也随之迅速发展，并带动了经济效益的积累，但旅游业的发展仍然存在许多问题，仍然落后于旅游强国，我国的很多地区都拥有非常丰富的自然资源和人文资源，这些旅游景区是发展不可或缺的重要部分。如今，对生活质量和服 务质量的要求不断提高，传统的旅游景区已不能满足人们的需求。在信息和科 学技术的不断提高下，以及手机的大量普及，智慧旅游模式已初步展现在人们的眼前，因此必须适应这一发展趋势，改变传统景区，引导其向智能化方向发展。对传统景区进行智慧旅游模式的必要性。旅游业正在发生变化，现代旅游业必须展示新技术和新服务水平。我国的政策是将旅游业本土化、国际化，塑造旅游形象，提高竞争力。我国的旅游景点必须提高服务质量和管理能力，智慧旅游可以做到这一点，这对我国旅游业的发展和延伸具有重要意义。
不仅如此，从旅游数据的年度增长来看，旅游业已经蔓延到每个家庭，旅游业的普及正变得越来越明显；从游客的角度来看，现在，跟团游这种旅游方式已不再受 人们欢迎，自驾游、个人游已经成为旅游的主要方式，因此，景区的建设更多 是要考虑如何为游客提供个性化的旅游。因此，有必要建设智能景区。无处不在的智能终端和 4G网络的增加改变了人们的生活方式，现在一个人拥有多部手机。这为智慧旅游景区的建设提供了可行性。使用移动设备进行GPS定位和导航，以便在景点和游客之间建立紧密的联系。互联网和物联网的发展，为人们的生活提供便利，最重要的是人们不再停留在物质享受中，他们更注重精神上的满足，出来旅游，是为了放松心情，寻找幸福，建设智慧景区的条件是可以提供不同的服务，扩大意识，建立正能量。理想的智能景区建设系统分析需要从游客角度出发。游客在旅游业中占主体地位，解决旅游供需矛盾是两者的沟通桥梁，在景区内，应以游客为中心来建设智慧旅游，游客每到一处景区，就像把自己放到物联网上，利用云计算等信息技术对游客的需求进行大数据统计和分析，然后从精确的数据入手，为游客提供智慧景区的出发点，目的地，计划和行程表。在游客离开之前，还可以对景点进行虚拟体验，也就是让游客在互联网上查看景区和对景区有个全面的了解。制作一些吸引游客的方式，比如旅游漫画、卡通等；景区的游客可以通过使用移动设备扫描二维码电子票，这将自动保存访客的信息，也能保证门票不会丢失。
智慧景区内，可以设置电子商店物品柜，游客通过进行证书扫描，在物品柜中放置私人物品，这样可以保证客户物品不易丢失，也可以减轻游客的负担。在旅游途中，可以在每个景点的道路上设置电子语音标志，当游客接近时会自动播放旅客的位置以及到景点的路线选择，这不仅可以防止游客错过重要景点，还可以减少游客寻找正确路线的时间，让游客体验到智能景点的便利性。游客参观完后，可以使用互联网平台自动向旅客发送消息，表达良好的祝福并期望其再次光临。从众多评论中可以看出，智能景区的建设可以让游 客充分体验到外出玩耍的重要性，以及受尊重的权利，更能让游客达到欣赏、旅游和娱乐的三重效果。从景区角度分析，旅游有淡季和旺季之分，这可能给景区的运营带来两级分化的风险。景区智慧旅游的建设可以解决这个问题。对过去几年景区人数进 行图表统计分析，并将其发布在网络信息平台上。通过这种方式，游客可以了 解参观景点的最佳时间，并实现分流的效果。这不仅可以减轻景区的压力，还可以达到双赢的效果。景区也有一定的安全隐患，可以利用网络信息对景点的各个电子设备进行安全监控，有利于规避风险，维护游客的人身和财产安全。让游客出门旅游可以获得尊重和认可，乐于旅行。景区可以将核心产品发布到APP上，免费为游客提供咨询和交通服务。
另一方面，从景区运营商的角度来看，传统运营商只是简单地等待游客的到来，始终处于被动地位，不利于自己 的营销。通过智能景区的建设，景区运营商还可以把景区内或周边的经营者的信息，比如饮食，生活，旅游，购物，娱乐等五个方面，放在 APP中，这样 游客就可以选择他们想知道的东西，就会引起其游玩的兴趣。从政府管理角度分析，智能化、信息化的旅游平台，将使政府能够及时获 取相关景区的有效信息，制定相关政策；使用GPS 和安全预警系统将有助于 政府监控景区的安全，防止事故的发生。政府部门还可以利用智能景区建设进行智能办公，提高政府办事效率，这将有助于提升政府的公众形象，提高政府的威信和威望，还可以显著增加政府收入。
根据世界旅游组织2015对旅游的定义，“旅游是一种社会，文化和经济现象，需要人们为了个人或商业/专业目的而移动到其日常居住环境之外的国家或地方”。鉴于旅游业的知识强度以及由此产生的对 信息和 通信技术 （Information and Communication Technologies，ICTs）的高度依赖，将“智能” 概念应用于旅游业中并不奇怪。将智慧旅游目的地定义为：一个创新的旅游目的地，是建立在最先进技术的基础设施上，以保证旅游区的可持续发展，且每个人都可以访问，这有助于 游客与周围环境的互动和融入，提高了游客在目的地的体验质量，也提高居民的生活质量。智能目的地的关键方面是将 ICTs 整合到物理层基础设施中。例如，巴塞罗那为旅行者提供交互式公共汽车候车亭，它不仅提供旅游信息和巴士到达时 间，还提供用于为移动设备进行充电的USB 端口。此外，它还可以在整个城市使用自行车，旅行者可以通过智能手机应用程序检查他们的位置，从而促进 友好的城市交通环境。
布里斯班市最近在旅游景点安装了100 多个灯标，如果游客位于某个灯标的固定半径范围内，它就会主动通过移动应用程序向游客传 达信息。阿姆斯特丹使用灯标让旅游标志将自己翻译成不同的语言，并且正在测试各种方便管理人群的传感器。首尔投入大量资金为游客提供免费的 Wi-Fi，韩国济州岛也宣布自己是一个智慧旅游中心，为游客提供创新技术，并提供旅 游巴士班车的位置信息。重要的是，所有这些努力都是通过在特定目的地范围内丰富物理基础设施和数据来促进创新。 自从IBM 在 2009 年发布智慧城市在中国的战略后，我国的智慧旅游城市 就开始实施，截止目前为止，已经有500多座城市成为智慧城市，智慧城市的设计包括战略层、实施层、工具层和知识层，我国政府各部门对智慧城市的认 识还存在偏差，没有达成一致的认可，因此不能对各个层面进行理论指导。
2010 年，江苏省镇江市在全国第一个提出“智慧旅游”概念，开展“智慧旅游”项目建设，开辟“感知镇江”、“智慧旅游”新时空。2014 年被旅游 局定位智慧旅游年，各旅游目的地、各旅游部门、旅游企业纷纷打出智慧旅游营销口号。如今随着互联网和手机的使用，通过 APP，很多景区已经能实现门票预订、互动与客户统计，但是景区也是以自我为中心，重内轻外，重管理轻服务，而不是以游客为中心，为其提供其所需的服务。景区对游客的体验关注不够，线上与线下互动不足，与旅行社的合作也不足。智慧旅游是一种社会现象，源于信息通信技术与旅游经验的相融合。智能体验部分专注于以技术为介质的旅游体验，通过个性化设置，环境感知和实时 监控来提升旅游体验。将信息聚合，无处不在的连接和实时同步识别为这种智慧旅游体验的主要驱动力。智慧旅游体验效率高，意义丰富。游客在其创作中是积极的参与者。他们不仅消费，而且还创建，注释或以其它方式增强构成体验基础的数据（例如，通过将照片上传到 Instagram 与目的地相关的标签或 帮助在目的地绘制厕所）。游客们使用智能手机并利用目的地提供的信息基础 设施或虚拟技术，以增加他们的亲身体验目的。 重要的是，智慧旅游在这三个组成部分中分为三层：旨在收集数据的智 能信息层；支持互联互通的智能交换层；其中，智能处理层负责数据的分析， 可视化，集成和智能使用。 基于这些考虑，智慧旅游被定义为：通过在目的地的综合努力来支持旅游 业，以收集和汇总/利用来自物理基础设施，社会关系，政府/组织来源和人体/ 思想的数据，并结合使用先进技术将这些数据转化为现场经验和商业价值主张， 明确关注效率，可持续性和经验丰富。
随着移动互联网和 web2.0 技术的迅猛发展，跨媒体检索和移动检索已逐 渐成为信息科学领域新热点。2009 年 12 月，斯坦福大学主办的第一届移动视 觉搜索研讨会首次提出移动视觉搜索（Mobile Visual Search，MVS）的概念。从心理学角度来说，在实际生活中，要在期刊架上寻找期刊，寻找丢弃在杂物 室的废弃图书等；空中与海上救援，工业与机械检测，都会运用到移动视觉搜 索；另一方面 MVS 与 GPS 等移动位置服务结合在一起。对于 MVS 概念，最初由 Franch 和 Stefano 提出：通过移动设备的摄像头来获取物理世界物体的图像，从而将其与数字信息产生联系的一种新技术。接 着，基于移动搜索（Mobile Search，MS）诞生，其理论与应用进一步完善， 后来的 MVS 定义都是由 MS 延伸而来的，现在主要的MS包括：微软的 Bing Mobile，雅虎的 Mobile Search，Google Mobile Search，GOGO 的 CGoo，上海网村的悠悠村等。 较为成熟的 MVS 定义为：通过移动智能终端获取现实世界中真实对象的视频或图像等视觉对象，将其作为检索对象，通过移动智能终端在移动互联网上检索该对象关联的一种信息获取方式。
现在 MVS 的主要技术与挑战：1、移动网络互联与 MVS 应用所涉及软硬件资源的匹配问题；2、视觉查询多样性与 MVS 服务、应用的自适应问题；3、 MVS 搜索性能与用户体验效果的匹配问题；4、多样化移动视觉服务、应用与 易购 MVS 系统之家的互操作性。其影响也是巨大的：极大地改变信息检索、 获取及利用方式；催生新一代嵌入式协作化的知识交互体系及知识服务模式； 搜索引擎市场份额面临重新分配；出现新型产业链及产业集群。
随着社会经济的迅速发展，旅游业在中国蓬勃兴起，逐渐成为各地争相发 展的产业。然而，传统的旅游方式已经满足不了游客的需求，同时也制约了旅 游业的发展。本文拟通过引入图像检索技术，结合智慧旅游理念，研究设计并 实现一套集旅游信息发布、旅游导览、智能导游和旅游信息统计服务于一身的 智慧旅游导览系统，通过该系统的引用，可以使得自助游用户在不需要太多景 点人文知识的情况下，也能达到对景点的深度旅游，从而提升用户的旅游质量。移动智能终端旅游应用的高速发展促进了移动旅游应用APP的繁荣，很多移动旅游应用程序也因此应运而生。然而，现有的APP系统的景点定位均是基 于GPS信息实现的，GPS信息只能比较精确的反应用户的位置，而无法准确关联到用户所看到的景点上。于是，基于视觉检索技术的旅游导览系统就被提出了，它通过引入基于CDVS特征的视觉检索技术，结合移动端的GPS信息实现 智能化的景点定位与识别功能。本文的研究工作主要包含两个主要部分：1） 移动端应用程序是运用Android原生开发技术，开发出的智慧旅游导览系统移动端程序，该移动端程序主要负责实现图像采集与预处理、景点图像CDVS紧 凑特征抽取及来自服务端的检索结果与推送信息的显示等功能；2）服务端应 用程序基于C++技术开发，该服务端程序主要负责接收来自移动端的景点检索请求，根据移动端发送过来的图像特征和GPS信息完成景点的精确检索，并将 检索结果及相关景点信息推送到移动端进行显示。
移动定位有多种方式，可以大致把它们分为两大类-基于网络和基于手机 的定位方法。 基于网络的移动定位技术，该类别被称为“基于网络”，因为移动网络与 基于网络的位置确定设备一起用于定位移动设备。它们基本上是多边（多个基 站 BS 同时测量），单边（移动台 MS 测量多个基站 BS），例子是到达角和到达 时间/到达时间差方法。双边（仅一种 MS 或 BS）方法是小区 ID，小区 ID + 往返延迟和位置指纹定位技术的典型方法。值得注意的是，在 GSM RTD 中 称为定时提前，在3G 系统中称为往返时间。 基于移动终端的移动定位技术，该类别被称为“基于手机”，因为手机本 身是定位用户的主要手段，尽管该网络可通过基于位置确定算法来提供获取移 动设备的辅助和/或基于测量数据和手机进行位置估计确定。这里 MS 在位置测量（单边）中具有活动部分，但位置计算在网络端。在 GSM 中，这种单边 方法称为增强观测时间差，在美国 CDMA 中，它被称为高级前向链路三边测量，在3G 系统中，这种相同的方法称为空闲时段下行链路观测抵达时差。由 于 LCS 客户端的内存较小（较小的内存意味着更多的延迟）以及电池的寿命较短，实现完全基于手机的方法已经相当不成功。
全球导航卫星系统GNSS 主要包括美国的全球定位系统 GPS、俄罗斯的全 球导航卫星系统 GLONASS、中国的北斗卫星导航系统、正在建设的欧洲 Galileo 卫星导航定位系统等。GNSS 采用三维交汇原理进行测量，测量出已 知位置的卫星到用户接收机的距离，综合多颗卫星的数据就知道接收机的具体 位置。定位精度取决于可接收到信号的卫星数量、空间分布及移动对象到导航卫星的距离测量精度，定位精度可以通过多种差分方式得以提高。
基于移动终端的定位技术主要包括辅助 GPS 技术（Assisted GPS，A-GPS） 和增强观察时间差（Enhanced Observed Time Difference，E-OTD）。A-GPS 技术就是建立在 GPS 基础上，它可以通过移动通信运营基站实现快速定位，正式来说就是辅助全球卫星定位系统。该技术需要在通过改造手机天线并增加 GPS 接收机模块，另一方面，还需要在移动网络上加建差分 GPS 基准站、位置服务器等设备。本质上 A-GPS 是完全依赖全球定位系统的定位技术，因此适用于任何移动通讯网络，但要求天空无遮挡。E-OTD 通过放置位置测量单元实现。E-OTD 可以提供精确定位，但是实现成本很高，且只适合 GSM/GPRS 网络，在运营环境中配置繁琐，限制了漫游用户的服务。
由于定位技术各有所长，如何能结合多种技术，在更大范围内获得更精确 的定位结果，成为研究和应用的热点。其中，具有代表性的混合定位技术包括 GPSOne 和 XPS 技术。GPSOne 是模拟 GPS 的定位方式，通过接收三个基站的 信号来实现定位，辅助采用 AFLT 三角测量技术进行定位。XPS 定位技术是结 合 WIFI 定位、移动通讯网络蜂窝定位和全球定位系统定位技术的组合定位技 术，可在一定程度上提供室内外无缝快速定位，克服传统单一定位方式的缺点，定位精度和基础设施分布密度密切相关。
移动旅游导览系统设计原则在导览过程中，用户是最主要的，旅游导览系统的设计必须符合用户的需求，给用户提供最大的满意度，所设计的旅游导览系统应该满足以下设计原则：（1）无线性。用户是移动的，他可以在任意景点任意位置停留，当使用手机时，用户端和中心处理端之间就需要用无线通信交流，可以让用户更好的体会便捷性。（2）实时性。实时性体现在两个方面，一个是快速识别用户所在的位置 因为用户是移动的，如果不能快速识别出用户的位置，可能会出现：用户已经移动到下一个景点了，系统才识别出上一个景点，这样是不可行的。另一个是及时反应景点基础设施维护、环境变化以及周围商铺的变化。（3）精确性。能够精确定位出用户所处的景点。（4）友好性。用户群体包括各个年龄段和知识阶层的人，也就是说，用 户端的操作界面应该是友好的，能够让老人甚至年龄大一点的小孩都能有效操作。（5）易操作性。使用者通过手机与终端设备进行交互，自由选择自己感 兴趣的景点进行浏览，操作简单、自主性强、软件界面简洁，易于操作。（6）可靠性。基于移动视觉搜索技术的旅游导览系统一旦投入运行，使用用户会激增，根据不同使用者的认知程度不同，在使用过程中会出现许多不可避免的误操作，可靠稳定的基于移动视觉搜索技术的旅游导览系统必须 及时解决使用者的误操作，确保系统的稳定正常使用。值得注意的是，实时性和精确性是折中（tradeoff）关系。这是因为，如果要提升精确性，就需要大量的运算处理，从而增加了处理时间，降低了实时性。反过来也一样，如果要提升实时性，就要快速识别，会降低精确性。兼顾上述需求，我们提出了一种移动旅游导览系统的设计方案，并将其进行了实现。接下来，将先介绍该方案的整体设计。
结合旅游导览系统的设计原则，以用户的需求综合考虑用户、商家以及景点管理处的需求，所设计的旅游导览系统应该满足以下需求；用户需求设计实现一套旅游导览系统，系统自动基于地理位置和游客兴趣进行旅游景点查询或游客主动查询景区活动信息。旅游信息发布需要提供景点信息浏览与简介、旅游景点周边信息、旅游景区攻略等游客需要或者想知道的信息与服务。旅游信息服务是景区对自身景点的信息发布、人工语音文字服务台、发布调查问卷、意见收集、投诉接收、游客留言、统计分析、提供游览路线导航，推荐等服务。智慧旅游作为一个前沿概念，已被越来越多的旅游企业所接受。除开票务系统，景区导览系统也是智慧旅游的一大突破，在给游客更好的游玩体验的同时，也实现了景区信息的透明化展示。景区导览系统需结合人工智能、移动互联网、物联网等技术，让游客通过手机即可获取一对一的深度导游服务，满足游客景区信息查找需求；帮助景区实现全景展示、语音讲解、路线规划、信息传递等一体化导览服务，从而提升景区服务质量，改善游客游览体验。游客想看到整体景区全貌，能够随时知晓自己所处位置，游玩路线。游客希望能够针对自己的实际情况做个性化推荐/规划。景区无法落实精准营销， 转化成本高，游客自主体验低。景区人工导览成本高，效率不高，对于境外游客也没有智能导览服务。智慧导览系统帮助景区为游客提供智能化的自助服务，通过电子导览硬 件设备和后台中央数据库所形成的网络控制系统，以音频、视频、图片、文字等为主要呈现方式，将景区信息展示给游客，解决客流引导，信息滞后，游玩向导等问题。从全局帮助景区智慧化的进行导流，防止旅游景点、线路 拥堵等问题出现，提高游客游玩体验。