一、B/S模式系統(tǒng)設計

網(wǎng)站及客戶端是用戶與數(shù)據(jù)庫交互的平臺，而硬件終端設備，包括讀/寫卡器，是采集以及更新數(shù)據(jù)的重要手段。該系統(tǒng)的面向用戶為用餐者（包括注冊及非注冊用戶），食堂管理者以及系統(tǒng)管理員。用餐者的特點是數(shù)量龐大，就餐前非常分散，就餐時人流集中且流動性大，所以服務功能由以B/S為模式的動態(tài)網(wǎng)站實現(xiàn)。同時，在用餐者在食堂付款時，采用RFID卡（分為注冊卡及非注冊卡）及讀卡器對就餐者的數(shù)據(jù)進行采集與更新。事實上，RFID卡中僅記錄了用餐者的ID號，通過ID號，客戶端將與數(shù)據(jù)庫連接，對該ID號下的所有信息進行更新與修改，包括注冊用戶的剩余金額，就餐記錄等信息。

食堂管理者的特點是工作環(huán)境固定，需要了解食堂的運營情況，菜品的好惡以及即時更新菜品信息，他既可以使用網(wǎng)站來獲得菜品評價信息，又可通過客戶端來查詢就餐人流量以及計算營業(yè)額或者更新菜品信息。其中每個菜品都有一張ID卡記錄其ID號，數(shù)據(jù)庫中儲存該菜品的金額，描述等信息。既方便了菜品信息的更新，又可以在付款時通過客戶端計算用餐者的消費總額，避免了銷售人員口算的失誤，也為其工作減輕了負擔。而系統(tǒng)管理員則是維護系統(tǒng)并負責注冊用戶的ID卡的信息管理，使用以C/S模式的客戶端軟件，并連接寫卡器，可以直接修改或注銷ID卡的號碼，對卡進行掛失。本文主要對動態(tài)網(wǎng)站的設計及實現(xiàn)進行描述。動態(tài)網(wǎng)站為用餐者提供七項功能，分別為查詢?nèi)肆髁浚程眯畔ⅲ似沸畔ⅲ似放判邪瘢瑐€人就餐記錄，營養(yǎng)價值分析以及為菜品投票。

人流量通過頁面直接顯示食堂內(nèi)即時人數(shù)以及容納量百分比，以及預測人數(shù)（一般為10分鐘之后）。食堂信息包括食堂的基本信息以及即時更新的信息，如營業(yè)時間的更新，每日的菜品信息等。用餐者還可以登錄之后查詢自己一段時間內(nèi)所用菜品，并且估算各種營養(yǎng)價值的攝取。也可以通過網(wǎng)站，根據(jù)當天的運動強度及時間估算所需各種營養(yǎng)攝入量的范圍。就餐后，用餐者還可以對菜品進行投票，菜品排行版中會顯示出排名及所有菜品的支持率與反對率。為了實現(xiàn)這些功能除了數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)站的實現(xiàn)，還需要人流量測算模型以及營養(yǎng)價值模型的建立，以及菜品與用餐者ID卡等終端的配合。

二、人流量模型及營養(yǎng)價值模型

1.人流量預測模型

人流量預測模型以北航校園食堂為基礎建立，根據(jù)統(tǒng)計學以及歷史數(shù)據(jù)進行修正。下面是符號的意義：Nm(t)–食堂營業(yè)開始至t時刻就餐男生的數(shù)量Nw(t)-食堂營業(yè)開始至t時刻就餐女生的數(shù)量Nt–食堂營業(yè)時間內(nèi)總就餐人數(shù)Np(t,t0)–食堂從t時刻開始t0時間后的預測總?cè)藬?shù)t1–食堂營業(yè)開始時刻t2–食堂營業(yè)結(jié)束時刻N(t)–t時刻食堂進入的人數(shù)假設就餐男女比例為3:1，且男生平均用餐時間為15分鐘，而女生為25分鐘。營業(yè)時間內(nèi)用餐總?cè)藬?shù)被視為常數(shù)。人流量預測模型建立在正態(tài)分布的基礎上，食堂人數(shù)在營業(yè)時間[t1,t2]內(nèi)呈正態(tài)分布N(μ=0,σ2)，其中σ未知，構建[-3σ,3σ]間的正態(tài)分布。對于食堂營業(yè)時間[t1,t2]，做其對[-3σ,3σ]的換元，則取任意時間點t∈[t1,t2]，可得t→x(t)∈[-3σ,3σ]。進入的人數(shù)N(t)/Nt滿足正態(tài)分布(0,σ2)。其在一段時間內(nèi)的積分等于該段時間內(nèi)食堂的人數(shù)，通過有效時間內(nèi)積分，換算比例，可得食堂即時人數(shù)N。則通過以上方法以及采集到的一段時間內(nèi)食堂即時用餐人數(shù)，根據(jù)公式(1)的反函數(shù)可計算出從營業(yè)時間開始每分鐘的σ值，取其平均值得到修正后的σ*。公式(1)Φ(x(t);0,σ)為累積分布函數(shù)（2）。NtΦ(x(t);=0,σ)Nm(t)+Nw(t)（1）22(();0,)1exp()22xxtuduσσπ∞σΦ=∫（2）而從t時刻開始t0分鐘后預測人數(shù)由公式（3）給出。在網(wǎng)頁代碼中，該數(shù)學模型簡化為一個復雜的分段函數(shù)，根據(jù)不同的時間段引用不同的公式進行預測人數(shù)的計算。

2.營養(yǎng)價值模型

針對人體所需的最重要的三大營養(yǎng)成分：蛋白質(zhì)，碳水化合物以及脂肪，根據(jù)用餐者的年齡，性別，體重，身高，運動強度及時間等特性，建立對應于個人屬性的營養(yǎng)價值需求模型。對于蛋白質(zhì)，碳水化合物，以及脂肪，分別取2×W，7×W，2×W為每天所需要的量（W為用戶體重）。而對于所需能量的計算，使用Harris-Bendeict公式，它是至今一直作為臨床上計算機體基礎能量消耗(BEE)的經(jīng)典公式。但由于近年來多數(shù)研究結(jié)果表明，Harris-Benedict公式較我國正常成人實際測量值高出了10%左右。因此在估計正常人體的能量消耗時需要注意。再加上考慮到每天活動量都不同。得到公式（4），（5），分別為男性及女性每天所需能量：(66.473013.75135.00336.7750)/1.1BEEWHAXt=+++（4）(655.09559.56341.84964.6756)/1.1BEEWHAXt=+++（5）其中BEE為所需能量，單位為kcal/day，W為體重，單位為kg，H為身高，單位為cm，A為年齡，X為運動強度，t為運動時間。我們將運動強度分為7檔，對應不同的運動可選取對應的X值，如表1。而對應三餐，早午晚餐分別應攝取一天總能量的30%、40%、30%。而在早餐能量來源比例中，碳水化合物提供的能量應占總能量的55-65，脂肪應占20-30，蛋白質(zhì)占11-15。三種產(chǎn)熱營養(yǎng)素所提供的熱量比例建議為：碳水化合物提供熱量的60%-70%，脂肪提供熱量的20%-25%，蛋白質(zhì)提供熱量的10%-15%。蛋白質(zhì)提供熱量的10%-15%。所以早上碳水化合物占27.8%，脂肪占33.3%，蛋白質(zhì)占31.2%。午餐與晚餐相同，碳水化合物為36.1%，脂肪為33.3%，蛋白質(zhì)為34.4%。每個人的膳食搭配很難完全與上述的營養(yǎng)模型搭配，我們只需要二者比值滿足在一定范圍內(nèi)即視為合理的搭配。配餐標準的范圍均為80-120%。

三、網(wǎng)站系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1.數(shù)據(jù)庫設計與連接

該網(wǎng)站依賴的數(shù)據(jù)庫由SQLServer2008搭建，一共包括16個數(shù)據(jù)表及一個數(shù)據(jù)庫關系圖。其中直接支持網(wǎng)站數(shù)據(jù)查詢更新的數(shù)據(jù)表共7個，包括51個數(shù)據(jù)項，包括食堂信息表（EateryInf），用餐者信息表（UserInf），卡信息表（CardInf），菜品信息表（FoodInf），活動等級表（ActivityInf），用餐記錄表（UserFoodnote）及投票統(tǒng)計表（Vote）。該數(shù)據(jù)庫用于網(wǎng)站部分，包括以上7個數(shù)據(jù)表中的除了卡信息表的其他6個表。表之間有信息的流動，同時也互相約束。整個數(shù)據(jù)庫具有良好的完整性約束。網(wǎng)站通過ODBC連接到SQLServer數(shù)據(jù)庫，再利用ADO的Connection對象通過DSN（數(shù)據(jù)源）對數(shù)據(jù)庫進行訪問。這種方法執(zhí)行速度比較快，使用方法簡單，而且采用這種技術的安全性較高，不易受到攻擊。

2.網(wǎng)站設計

網(wǎng)站是以ASP為腳本編寫環(huán)境，使用VBScript及JavaScript腳本語言并結(jié)合HTML代碼的動態(tài)網(wǎng)站。主要支持查詢及評價功能。用戶群體為用餐者，分為兩類：一類為注冊用戶，注冊用戶每人都持有一張存有用戶ID及卡ID的就餐卡，僅擁有就餐卡的用戶才可以成為注冊用戶；另一類為非注冊用戶。網(wǎng)站針對兩種用戶開放了不同的權限。該網(wǎng)站由首頁及6個模塊組成，包括首頁，登錄模塊，賬戶管理模塊，菜品查詢模塊，投票模塊，營養(yǎng)價值分析模塊及個人就餐記錄模塊。其中首頁中提供人流量及食堂信息，人流量信息隨時間變化，每隔一段時間（如5分鐘）會自動刷新一次。即時人數(shù)是通過統(tǒng)計每個食堂在用戶查看網(wǎng)頁的時間段，總的刷卡記錄得到，有多少條不同ID的卡的數(shù)據(jù)，就有多少人數(shù)。預測人數(shù)根據(jù)模型計算得出。注冊登錄模塊主要是為了完成用戶權限分級的任務。注冊用戶在輸入用戶名，密碼及驗證碼登錄成功后，Session對象中會保存用戶ID。注冊頁面則更為復雜，除了要根據(jù)范式來規(guī)范用餐者注冊的信息，例如檢查數(shù)據(jù)的合理性，重要信息不為空，兩次密碼輸入一致外，還需要通過服務器驗證ID是否重復注冊，以保證網(wǎng)站及數(shù)據(jù)庫的正常運行。非注冊用戶除了可登錄主頁之外，還可獲得菜品的所有信息，包括當天提供的菜品名稱，價格，圖片等，還可知各菜品的排名。

而對于注冊用戶，可隨時修改自己的個人信息，如個人密碼，身高，體重等會影響營養(yǎng)價值分析的重要信息，也可為自己喜歡的菜品投票。還可以通過營養(yǎng)價值模塊以及個人就餐記錄，同時通過Session對象中的用戶ID提取數(shù)據(jù)庫中用戶的個人信息來獲得當天以及一段時間內(nèi)自己攝入營養(yǎng)的情況。此時，網(wǎng)站將會對比該用戶所需的各營養(yǎng)成分與已攝入的作比較，從而給出相應的增減攝入量的建議。網(wǎng)站為了確保合法用戶進入系統(tǒng)，同時防止某些用戶越過用戶驗證直接進入他無權訪問的頁面，在應用程序設計中加上“用戶驗證”對于系統(tǒng)的安全是必要的手段。利用ASP中的Session對象可以有效地實現(xiàn)網(wǎng)上的用戶驗證，從而確保該用戶具有訪問某類資源的權限，而生成的網(wǎng)頁與該用戶身份直接相關。

四、結(jié)論

本文通過分析大學校園的就餐現(xiàn)狀和用戶的就餐需求，詳細闡述了“智慧食堂”網(wǎng)站系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。該網(wǎng)站系統(tǒng)能夠為就餐者提供即時有效的就餐信息及評價平臺。其中包括系統(tǒng)的功能分析及結(jié)構設計、模型的建立及網(wǎng)站的設計與實現(xiàn)等各個方面內(nèi)容。網(wǎng)站采用B/S模式，使用ASP+SQLServer2008+IIS的較優(yōu)組合，具有了操作簡捷，有較好的可擴展性和安全性等特點。之后，還可對網(wǎng)站進行進一步美化，增加其他功能并優(yōu)化便于手機的訪問。并且，在人流量預測模型部分，仍需要繼續(xù)采集數(shù)據(jù)并對模型進行修正。

作者：杜歡 單位：北京航空航天大學中法工程師學院