基于社區e網的泛社區化智慧管理方案

趙振濤 李健凱 劉軍 王俊修 曹鵬益

1. 公安部第一研究所 2. 山東省日照市公安局

引言

無論是智慧城市還是智慧社區，其實質均是利用信息技術整合城市資源，使城市管理者通過城市的大數據采集與挖掘技術，提前發現潛在的問題，做出最合理的決策，實現城市智慧式管理和運行，進而為城市中生活的人們提供更好的服務，創造更美好的生活，促進城市的和諧、可持續成長和發展。然而，一般意義上智慧城市建設的主要內容集中在基礎設施和路政建設攝像頭化(包括人臉圖像識別)、Wi-Fi覆蓋全城化、智能手機APP化等，管控范圍主要是城市道路和公共服務區域的人員或車輛，基礎設備資金投入大，建設周期長。而智慧社區主要管控的是進入社區內部的“五標一識”，兩者中間缺少聯動的紐帶，對于城市中流動的某類人群、行駛的車輛、一些安放在固定位置的物品和某些場所的位置信息的管控僅僅通過智能手機應用APP、鋪設監控攝像頭并不能立即解決。

解決人群、車輛、物品和場所的位置信息問題的慣用做法一般都是采用GPS/北斗/LBS（基站定位）/Wi-Fi+GPRS模式，此類產品最大的問題是功耗太大，受限于電池的容量和尺寸，這些設備單次供電工作時間較短，除此之外，在地下室、樓道等衛星信號弱的地方還存在定位困難的問題。本文針對現有定位技術的諸多缺點進行了改進，提出一種基于低功耗、低成本、小體積社區e卡的社區e網，其定位設備續航時間為兩年以上，采用卡片形式可以和鑰匙放在一起輕松攜帶，定位范圍廣且環境要求低。日照市在東港沙墩社區、山海天教授花園、莒縣沐韻家園進行了重點示范，其中莒縣公安局通過試用進一步增建了采集基站，擴大了覆蓋范圍和社區人群。

一、社區e網的應用架構

（一）社區e網的區域定位原理

社區e網的主體由社區e卡、數據采集基站以及后端管理平臺組成。人群（兒童、學生、老人、特殊人群）、車輛（機動車和非機動車）和物品（城市基礎設備、貴重物品、禽類動物、物品等）攜帶或安裝社區e卡，數據采集基站部署在小區、學校門口和主要道路口等關鍵卡口，當佩戴有社區e卡的人員或車輛經過卡口時，數據采集基站實時的采集社區e卡的信息并將采集到的信息上傳給定位服務器，定位系統通過各個定位基站信息的差異計算出社區e卡所處的位置，如圖1所示。

（二）社區e卡和數據采集基站

社區e卡（電子手環或物品標簽）是一種有源的RFID電子標簽，每隔一定時間會主動向周圍發送電磁波。每個卡都有一個唯一的編號與管控目標進行身份綁定。借助電子手環上傳的位置信息對被管控人員的行為軌跡進行實時記錄，對歷史軌跡進行追蹤、研判，并對即將產生的事件進行預判、預警。社區e卡為可攜帶設備，用于實現人員與電動車信息的標識、上報。

社區e卡主要工作在2.4GHz頻段，工作帶寬1MHz，發射功率0～6dBm，可以工作在BLE模式和RFID模式。當工作RFID模式時使用私有信道2401MHz或者2481MHz，該頻段不僅是免費頻段，而且目前使用該頻道的產品較少，外界干擾比較少。當工作在BLE模式時，使用藍牙協議中的37廣播信道，避開了Wi-Fi等無線干擾嚴重的頻段。每臺定位基站每秒能夠接收400個定位信息包，如果按照標簽1s發送2個定位信息包來計算，則最多可以實現200個標簽的同時定位。社區e卡采用多信道跳頻發射，發射功率小于30μW，小于手機發射功率的萬分之一。平均工作電流小于10μA，采用紐扣鋰電池供電，使用兩年以上不用充電。發送號碼時在4個信道上跳頻發射，能有效防止惡意干擾，防碰撞能力強，誤碼率小于10-6。采用DES加密算法，有6.5萬組密鑰，對上傳的數據自動進行隨機加密。具有低電量自動報警功能。

通過無線定位基站采集分析社區e卡的信息還能實現老人、兒童的區域保護，將不按指定行進線路、離開或滯留時間過長等行為向監護人實時報警。

社區e卡與基站之間采用Wi-Fi、NB-IOT、RFID、藍牙等通信通道，采用私有協議進行安全傳輸。數據采集基站有全向型和定位型，主要是負責接收標簽發出的信號，并上傳到定位服務器。采用多標簽二叉樹型防碰撞機制，20秒內可同時讀取1500張不同卡號的數據。采用3DES加密技術與認證，防止鏈路竊聽與數據破解。

社區巡邏機器人可以作為移動的基站，進行網絡拓撲的補充，融合Wi-Fi探針與手機電子圍欄的功能，自動識別微信號、淘寶賬號、微博賬號等相關信息，進行多維信息的收集和碰撞，結合機器人自身強大的計算能力，構成前端的智能研判及預警。

（三）社區e網的網絡拓撲

基站之間或與主節點之間采用2G/3G/4G、LORA、有線網等通信方式，通過簡單、低廉、低功耗、遠距離、長效和實用的方式將城市中生活的人群、流動的車輛、貴重的物品及敏感場所等數據有效采集并實時接入到數據庫服務器。

先建一個標簽編號與人員或物品信息的對應關系表，標簽的位置確定之后，核心程序開始查詢該位置所在區域名稱，并利用該標簽的編號，在標簽與人員或物品的對應關系表中查詢，來識別出該標簽的對應信息，這就實現了對人和物品的區域定位。然后核心程序通過以太網把這些結果傳送到系統的展示服務器上，展示服務器調用程序將接收到的信息顯示在電腦屏幕上。

（四）管控平臺

數據采集管理平臺將這些采集到的RFID數據分發到不同的應用管理系統上，形成城市中不同的大數據應用和云服務。利用社區e網，政府可以實現對城市中的人群、寵物、車輛、物品和場所等位置信息的精確管理，在社會管理、打擊犯罪、服務群眾等方面起到重要的技防作用。

社區e卡還有主副卡模式工作模式，對應以下幾類特色應用：

1. 車輛卡

主卡安裝在車上任何隱蔽位置，副卡與車鑰匙綁定。一旦車（主卡）與車鑰匙分離后單獨在城市里行駛經過連續兩個及兩個以上的基站采集點，車主手機就會接收到分離短信。

2. 寵物卡

1．2 血清標本采集 FS組、上感組患兒均在入院24h內用無抗凝干燥管抽取肘靜脈血2mL，室溫放置30min。離心機3 000r／min離心10min，再將血清轉盛至EP管中，－70℃冰箱保存待測。健康對照組于清晨空腹抽取肘靜脈血2mL，處理和保存方法同前。

為城市里生活的寵物佩戴社區e卡副卡。一旦寵物走失（單獨走失或者遠離主人），主人通過智能手機就能及時找到在城市里迷失的寵物。

3. 伴隨卡

當需要帶被管控人員外出時，警員可以通過配帶手持終端實現對外出人員的管控。通過在定位系統下載外出人員信息到手持終端，當外出人員離開警員超過一定距離時，手持終端就會發出告警信息，并顯示人員姓名。

（1）實時位置查詢

可以自由選擇要顯示的管控任務，即可在電子地圖上顯示所有選中任務的實時位置，點擊終端可顯示管控過程的詳細信息（包括實時監控視頻）。

（2）軌跡回放功能

可以在電子地圖上回放選定時間內管控對象的歷史活動軌跡。當發生需要處理的事件時，可以根據管控的歷史軌跡來分析了解事件全部過程。

監護人或車主用智能手機關注對應的微信號，開啟與信息管理系統的連接，即可通過智能手機查詢或監控對應被監護人、車輛的位置信息。

相關人員通過“智慧平安城市管理系統”可隨時查看被查詢對象的實時位置和歷史軌跡等信息。

二、應用案例

社區e卡目前已在山東省日照市結合“社區智慧警務+”建設項目進行了示范部署。日照市是我國最美的海濱城市之一，每年旅游接待人數超過本地人口總數，且幾乎全部集中于暑期旅游旺季。教授花園小區是占地594畝的大型小區，與海洋館、優質海灘浴場僅一路之隔，小區業主主要是高校教授、專家、學者，周邊有配套小學，旅游高峰期房屋出租率高，中小學生的上下學、玩耍讓家長放心不下，因此小區周邊整個泛社區的范圍都應該進行智慧管理。雖然很多家庭都配備了伴隨手機或跟蹤器，但是這些設備每隔幾天就要充電而且不防水，或者帶有娛樂功能，成本高。

如圖4所示，在教授花園小區和配套小學的門口、主要路口以及通向市中心的主要干道都部署多維數據采集基站，采集社區e卡信息，社區e卡主要發放給學生、老人和保姆看護人員，方便業主及時了解學生的看護和老人的陪護問題。對于游客和外來臨時租客，也登記佩戴社區e卡，關聯他們進出小區的記錄和滯留時間，結合周邊區域的主要出行軌跡，能夠給他們帶來最及時的服務和安全保障。

三、社區e網對大數據的意義

社區e網的實時定位位置信息可以和現有的大數據平臺相結合，給大數據平臺提供重要的數據源，方便一線民警辦案，提升辦案速度，解放一線公安的珍貴人力。社區e網提供的人員及車輛數據包含人員信息、車輛信息、實時定位、運動軌跡等多種維度，在此基礎上與公安現有信息庫進行的多維度碰撞，可以為未來的數據挖掘提供強有力的支撐。

社區e網是城市“天網”攝像的有效補充和完善。它能夠獨立運行，不僅能讓犯罪、違法人員無處遁形，有效保護群眾的人身和財產的安全，還能有效加強城市基礎設施的監控管理，為公安機關打擊犯罪和預防犯罪提供了分析素材和證據保全，并對偵查方向提供地理位置上的快速指引、數據挖掘和案情預警等，還可以讓普通老百姓時刻自覺、主動地關心其人身財產安全，防患于未然，降低社會犯罪率，促進警民聯合，相互支持，共同打擊民事和刑事犯罪。同時，將物聯網、Wi-Fi探針、手機圍欄、“天網”視頻融合為一體的全網通，可以在公安部門形成強有力的合成作戰能力，為各個地市乃至全省建成一張“資源共享、平臺融通、手段集成、合成作戰”的綜合技防網打下了示范基礎。

四、結語

社區e網可以將社區內的兒童、老人、貴重物品進行登記和定位，方便社區人員根據運動軌跡對長時間沒有消息的老人給予及時的關懷及幫助。家長可以及時獲知孩子的所在位置，做到孩子上、放學軌跡可循，走丟時有定位可查，做到及時找回貴重物品，大大提升城市形象與市民幸福度。社區e網還為大數據分析、處理、偵查提供至關重要的數據來源，未來社區e網與警用機器人合作，還可以實現移動部署、智能探測，組成智慧城市更嚴密的“網”，為一線民警和市民提供更便捷的服務，真正做到讓科技服務人類。