通过物联网与人工智能技术监测酒店淋浴用水：可持续旅游的行为干预与实证研究新路径

本综述系统比较了四种酒店淋浴监测设备（Aguardio、Amphiro、Show-me和新型EcoShower），为酒店管理者提供环境绩效（SDG12）监测工具选择依据，同时为行为科学家开展减少淋浴时间的实地实验（field experimentation）提供方法论支持。研究创新性提出LoRaWAN物联网（IoT）传感器与人工智能（AI）算法结合方案，突破传统自我报告（self-reported）数据局限，推动旅游业因果推断研究从横断面调查（31%）向实地行为实验（仅1%）转型。

　　

可用解决方案：监测酒店淋浴用水时长与用水量的技术手段

目前有四套测量用水量或淋浴时长的系统在科学文献或商业系统开发者的灰色文献中被报道。Aguardio淋浴传感器是一种物联网（IoT）设备，通过测量淋浴时间并鼓励缩短淋浴来促进节水。它通过胶带粘贴在浴室墙上，无需额外设置。该设备使用声音、运动、温度和湿度传感器检测淋浴时长。累计淋浴时间以分秒形式显示在设备屏幕上，数据还可通过移动应用和网络仪表板访问。用户可实时监测淋浴时间并接收减少用水的提示。

在马德里一家酒店进行的实地实验中，该设备证明实时反馈可将客人淋浴时间显著减少12%。另一项在西班牙、丹麦和英国进行的研究显示，提供连续实时生态反馈可使水运行时间减少26%，而结合信息提示的干预可减少24%的用水量。

Amphiro智能淋浴花洒（又称Hansaactivejet Digital）是一款提供用水和能耗实时反馈的智能手持花洒。它通过蓝牙连接移动应用，允许用户设定消费目标并查看使用数据。该设备通过水管内的涡轮机自供电，数字显示屏以升为单位显示用水量，并有灯光从绿色变为红色提示消费增加，还采用北极熊动画作为节水激励。研究显示，实时反馈可使能耗降低22%，且节水效果随时间推移保持稳定。在瑞士六家酒店的随机对照试验中，该设备使能耗降低11.4%。

Show-me智能淋浴花洒是由维也纳科技大学研究人员设计的原型系统，通过LED灯实时可视化用水量。流量计安装在水龙头和软管之间，每升水触发微控制器点亮LED灯。LED灯按用户设定标准（通常每5升一个灯）显示用水量，模拟水位上升直观提示节水。现场测试发现，生态意识强的用户在接受反馈后显著调整用水行为，而其他用户仅在设备安装期间减少消费，拆除后恢复原有习惯。

EcoShower：基于LoRaWAN物联网的淋浴时长测量设备

EcoShower是一种新型淋浴使用传感器系统，由湿度和温度传感器结合先进人工智能（AI）算法组成。该系统采用双面胶带安装到墙上，利用最新的物联网无线技术（LoRaWAN）提供长距离无线连接且能效极高。传感器测量温度和湿度，并通过LoRaWAN无线连接将传感器数据经由接入点（网关）传输到云数据库。单个LoRaWAN网关可覆盖整个小型酒店或大型酒店的多层楼，无需手动数据检索或近距离收集。

为从温湿度数据准确推断淋浴时长，研究者开发了双向长短期记忆（B-LSTM）模型，并与门控变换网络（GTN）进行比较。结果显示B-LSTM在准确性和计算效率上均优于GTN，在47天测试期间紧密接近真实淋浴时长，预测704个淋浴间隔（约235分钟），而真实值为746个间隔（约249分钟）。B-LSTM还实现了较低的平均日误差（1.0分钟，2.2%），优于GTN（1.4分钟，3.1%），成为实际部署的首选模型。最优模型使用1分钟间隔的湿度数据，实现96%的淋浴预测准确率。

EcoShower通过B-LSTM模型处理湿度波动的序列依赖性，克服了通风不良淋浴间传感器饱和的技术挑战。虽然EcoShower基于商用现成硬件（温湿度LoRaWAN传感器、LoRaWAN网关和无线网络），但完整系统尚未商业化。该系统自动、连续收集数据并实时传输到云端，克服了存储限制、手动清除内存需求以及人工管理干预问题，适合大规模部署。

测量设备比较

评估标准

淋浴使用测量设备相对较新，不同开发者采用迥异技术方案，因此缺乏公认的比较评估标准。我们开发了一套标准用于比较淋浴监测设备，目的不是找出最佳设备，而是让不同类型用户根据需求做出明智选择。标准涵盖技术、操作、实践方面以及酒店关注的成本因素。

报告参数指系统向用户报告的参数，可能是水量（升）或淋浴时长（分秒），有些设备还报告与热水使用相关的能耗（千瓦时）。传感器模态指用于淋浴测量的物理传感器类型，如温度、湿度、运动、声音和水流传感器（超声波、涡轮式）。传感器模态不等于报告参数，而是推导报告参数的原始测量值。

设备上 nudging 反馈方面，部分设备向淋浴者提供实时反馈：通过LED灯随淋浴时间延长改变颜色，或通过小屏幕动画（如北极熊）引导缩短淋浴。准确性是评估淋浴计量器的关键技术标准，100%准确性意味着能正确预测淋浴使用与否。

数据收集方式差异显著：手动收集需提取设备与测量设备物理接近，如手机或蓝牙网关需位于测量设备范围内，使用短距离无线通信（如蓝牙）检索数据。这种方法劳动密集型，因技术人员或酒店员工必须亲自到每个传感器位置检索数据，增加运营成本。蓝牙网关有限范围（通常5-10米）也限制可扩展性，需要酒店环境中多个网关。具有本地存储限制的传感器（如30天数据容量）在存储满后停止记录新数据，如果不及时检索数据可能丢失，需要手动删除以清空空间后恢复数据收集。这些限制使手动检索不适合大规模部署。

自动远程数据收集通过中长距离无线网络（如LoRaWAN）将数据传输到云端，无需手动数据检索，确保无需员工干预的连续访问。单个LoRaWAN网关可服务小型酒店或大型酒店多层楼，显著降低基于蓝牙系统的基础设施复杂性。基于LoRaWAN的数据收集防止数据丢失，因为数据持续传输。这使得自动数据收集成为酒店和行为科学家寻求实时、不间断监测的更可扩展、高效和低维护解决方案。

数据访问指用户访问报告参数的方式，通常通过手机应用程序或网络仪表板提供，意味着用户无法确定评估数据的确切格式。消费者接受度是对安装于敏感区域（如浴室或淋浴间）的任何测量设备的关键评估标准，需通过消费者研究量化，让消费者表达对特定设备安装于酒店淋浴间的感受。酒店接受度同样关键，只有酒店愿意部署，测量设备才有用，该标准只能通过与酒店业主或经理的直接互动量化。

电源方面，评估标准考虑测量设备的能源类型：电池供电或自供电（通过微型涡轮机由水流供电）。后者更优，因为无需在传感器运行期间充电或更换电池。电池供电设备中，电池寿命成为关键考虑因素。安装难易度从使用双面胶带将传感器粘贴到淋浴间墙上的简单操作，到拆除现有淋浴头并更换定制版本的复杂操作。我们使用简单、中等和困难相对类别，安装难易度直接影响酒店经理部署意愿，并通过成本差异（硬连线设备更贵）间接影响。

成本考虑传感器设备的初始购买价格，对于商用系统还考虑任何持续订阅成本。持续数据访问成本与无法远程提取数据的设备相关。商业可用性方面，部分系统已商用，其他处于研究原型阶段或仅部分可用（如仅硬件），比较标准选项包括：商用、部分可用（仅传感器）和仅研究原型。

测量设备比较

所有五种现有测量设备（列）在所有上述评估标准（行）上的比较显示，报告参数和传感器模态方面，Aguardio和EcoShower捕获淋浴时长，Show-Me捕获用水量，Amphiro额外捕获能耗。Aguardio通过温度、湿度、运动和声音测量得出估计；EcoShower使用湿度；Amphiro智能淋浴花洒测量水流和温度；Show-Me使用水流。

Aguardio向淋浴者实时显示淋浴时间，可选择禁用实时反馈。Amphiro智能淋浴花洒提供能耗和用水量反馈，以及鼓励缩短淋浴的动画。Show-Me设备使用LED灯随消费增加实时变色。EcoShower不提供实时反馈。Aguardio测量淋浴空间内的运动和声音。

准确性方面，Aguardio和Show-me未提供信息。Amphiro也未提供准确性数据，但数据收集性质（水流转动微型涡轮和水管内温度传感器）表明高准确性。EcoShower准确性达96%；将传感器模态转换为报告参数的人工智能算法仅使用湿度数据即可在100次中96次正确预测淋浴使用。

数据收集——从硬件提取数据——设备间差异显著。对于Aguardio和Amphiro，通过移动设备收集数据需要人员现场操作，因为测量设备必须在数据传输范围内。需要定期数据提取以确保测量设备不达到存储限制：传感器可收集最多30天数据。存储容量满时，无法收集新数据，传感器暂停进一步数据记录，直到存储清空。如果淋浴事件量非常高，考虑更频繁收集数据——每14天。或者，如果使用蓝牙网关，必须定位在测量设备5-10米范围内，每个网关最多连接十个测量设备。使用网关可实现自动测量和每天两次传输。

EcoShower不在本地存储数据，避免存储容量问题，而是通过LoRaWAN传输数据。可远程访问分辨率为一分钟的数据（湿度读数在观察期每分钟可用），人工智能算法然后将原始湿度数据转换为淋浴时间。Show-me未提供数据提取信息。

数据访问方面，Aguardio淋浴传感器和Amphiro智能淋浴花洒提供移动应用和网络仪表板。Show-me未提供数据访问信息。EcoShower仅通过网络仪表板提供数据访问。

为量化消费者接受度，我们进行了一项调查研