一、B/S模式系統設計

網站及客戶端是用戶與數據庫交互的平臺，而硬件終端設備，包括讀/寫卡器，是采集以及更新數據的重要手段。該系統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管理員。用餐者的特點是數量龐大，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為模式的動態網站實現。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據進行采集與更新。事實上，RFID卡中僅記錄了用餐者的ID號，通過ID號，客戶端將與數據庫連接，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，數據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。而系統管理員則是維護系統并負責注冊用戶的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。本文主要對動態網站的設計及實現進行描述。動態網站為用餐者提供七項功能，分別為查詢人流量，食堂信息，菜品信息，菜品排行榜，個人就餐記錄，營養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即時人數以及容納量百分比，以及預測人數（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所用菜品，并且估算各種營養價值的攝取。也可以通過網站，根據當天的運動強度及時間估算所需各種營養攝入量的范圍。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。為了實現這些功能除了數據庫，網站的實現，還需要人流量測算模型以及營養價值模型的建立，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，根據統計學以及歷史數據進行修正。下面是符號的意義：Nm(t)–食堂營業開始至t時刻就餐男生的數量Nw(t)-食堂營業開始至t時刻就餐女生的數量Nt–食堂營業時間內總就餐人數Np(t,t0)–食堂從t時刻開始t0時間后的預測總人數t1–食堂營業開始時刻t2–食堂營業結束時刻N(t)–t時刻食堂進入的人數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。營業時間內用餐總人數被視為常數。人流量預測模型建立在正態分布的基礎上，食堂人數在營業時間[t1,t2]內呈正態分布N(μ=0,σ2)，其中σ未知，構建[-3σ,3σ]間的正態分布。對于食堂營業時間[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N(t)/Nt滿足正態分布(0,σ2)。其在一段時間內的積分等于該段時間內食堂的人數，通過有效時間內積分，換算比例，可得食堂即時人數N。則通過以上方法以及采集到的一段時間內食堂即時用餐人數，根據公式(1)的反函數可計算出從營業時間開始每分鐘的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（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分鐘后預測人數由公式（3）給出。在網頁代碼中，該數學模型簡化為一個復雜的分段函數，根據不同的時間段引用不同的公式進行預測人數的計算。

2.營養價值模型

針對人體所需的最重要的三大營養成分：蛋白質，碳水化合物以及脂肪，根據用餐者的年齡，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價值需求模型。對于蛋白質，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)的經典公式。但由于近年來多數研究結果表明，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，蛋白質占11-15。三種產熱營養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%，蛋白質提供熱量的10%-15%。蛋白質提供熱量的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%，蛋白質為34.4%。每個人的膳食搭配很難完全與上述的營養模型搭配，我們只需要二者比值滿足在一定范圍內即視為合理的搭配。配餐標準的范圍均為80-120%。

三、網站系統的設計與實現

1.數據庫設計與連接

該網站依賴的數據庫由SQLServer2008搭建，一共包括16個數據表及一個數據庫關系圖。其中直接支持網站數據查詢更新的數據表共7個，包括51個數據項，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）及投票統計表（Vote）。該數據庫用于網站部分，包括以上7個數據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。整個數據庫具有良好的完整性約束。網站通過ODBC連接到SQLServer數據庫，再利用ADO的Connection對象通過DSN（數據源）對數據庫進行訪問。這種方法執行速度比較快，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.網站設計

網站是以ASP為腳本編寫環境，使用VBScript及JavaScript腳本語言并結合HTML代碼的動態網站。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。網站針對兩種用戶開放了不同的權限。該網站由首頁及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。即時人數是通過統計每個食堂在用戶查看網頁的時間段，總的刷卡記錄得到，有多少條不同ID的卡的數據，就有多少人數。預測人數根據模型計算得出。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，除了要根據范式來規范用餐者注冊的信息，例如檢查數據的合理性，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，以保證網站及數據庫的正常運行。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提取數據庫中用戶的個人信息來獲得當天以及一段時間內自己攝入營養的情況。此時，網站將會對比該用戶所需的各營養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。網站為了確保合法用戶進入系統，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”對于系統的安全是必要的手段。利用ASP中的Session對象可以有效地實現網上的用戶驗證，從而確保該用戶具有訪問某類資源的權限，而生成的網頁與該用戶身份直接相關。

四、結論

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

作者：杜歡 單位：北京航空航天大學中法工程師學院