智慧社區(qū)綜合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

陳曉偉

（浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

1 研究背景

我國(guó)的城市管理模式通常以社區(qū)為單位進(jìn)行管理，可以方便地管理具體人員，最大限度地降低風(fēng)險(xiǎn)，保障居民的安全。但社區(qū)管理模式仍存在弊端：其一，數(shù)據(jù)采集更多依靠社區(qū)工作人員，但居民人數(shù)較多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，社區(qū)工作人員有限，數(shù)據(jù)采集工作比較困難，采集工作會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力，效率低下。其二，數(shù)據(jù)采集工作時(shí)間跨度大，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性差，更新頻率低，部分社區(qū)的居民數(shù)據(jù)可能幾年才更新一次。其三，人工方式獲取社區(qū)居民的相關(guān)數(shù)據(jù)，難免會(huì)有遺漏或差錯(cuò)，如果出現(xiàn)問題可能會(huì)對(duì)社區(qū)造成影響。

我國(guó)智慧社區(qū)發(fā)展迅速，目前智慧社區(qū)的建設(shè)數(shù)量已經(jīng)達(dá)到8 000個(gè)。智慧社區(qū)的主要功能是實(shí)時(shí)獲取居民的相關(guān)數(shù)據(jù)，保障社區(qū)內(nèi)居民的人身安全及財(cái)產(chǎn)安全，更好地為社區(qū)居民提供社區(qū)服務(wù)[1]。

本文以智慧社區(qū)為出發(fā)點(diǎn)，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，充分發(fā)揮智慧社區(qū)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化的特點(diǎn)，建設(shè)一個(gè)智慧社區(qū)綜合系統(tǒng)，打造一個(gè)全新的智慧社區(qū)[2-3]。智慧社區(qū)不僅能夠保障居民的安全，還能為居民提供更舒適、便利的生活環(huán)境。

2 智慧社區(qū)綜合系統(tǒng)解決方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

綜合系統(tǒng)以“智慧社區(qū)+技術(shù)支撐+社區(qū)服務(wù)”為整體思路，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)手段，通過智能化設(shè)備采集、獲取社區(qū)居民相關(guān)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)中心完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和整理，將匯總數(shù)據(jù)以圖、表的形式呈現(xiàn)在系統(tǒng)界面上。

綜合系統(tǒng)的架構(gòu)模式為“1+1+n”，即一個(gè)綜合系統(tǒng)平臺(tái)+一個(gè)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)+多個(gè)功能子系統(tǒng)[4]。綜合系統(tǒng)平臺(tái)是和用戶交互的接口，數(shù)據(jù)中心用于管理數(shù)據(jù)，綜合功能子系統(tǒng)用于采集數(shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)的核心是社區(qū)服務(wù)，通過各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，可以更好地為社區(qū)內(nèi)的居民提供服務(wù)。

2.2 總體架構(gòu)

智慧社區(qū)綜合系統(tǒng)的架構(gòu)總共分為4層，從下往上分別為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層。

智慧社區(qū)綜合系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智慧社區(qū)綜合系統(tǒng)總體架構(gòu)

感知層是整個(gè)系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)來(lái)源，通過各個(gè)功能子系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，多種數(shù)據(jù)構(gòu)成智慧社區(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸，將感知層獲取到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)層，傳輸?shù)姆绞椒譃橛芯€傳輸和無(wú)線傳輸。

數(shù)據(jù)層是整個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)中心和交換中心，包含系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)，需要完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理等工作。

應(yīng)用層是展示系統(tǒng)功能的操作界面，包含社區(qū)服務(wù)功能和各個(gè)功能子系統(tǒng)。各個(gè)功能子系統(tǒng)能夠?qū)ι鐓^(qū)內(nèi)的人、車、物等信息進(jìn)行管理，社區(qū)服務(wù)功能是核心，從功能子系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行匯總，將匯總好的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在功能界面上，更好地為社區(qū)居民提供服務(wù)。

將應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層分離，數(shù)據(jù)管理員可以統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)格式，處理所有數(shù)據(jù)，不需要關(guān)注不同系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)造成的混亂，可以更好地維護(hù)數(shù)據(jù)；針對(duì)應(yīng)用層，系統(tǒng)管理員不需要關(guān)注具體的數(shù)據(jù)內(nèi)容和格式，只需要管理好操作界面的功能即可。

2.3 建設(shè)內(nèi)容

綜合系統(tǒng)的建設(shè)主要包括3個(gè)部分，即應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)、數(shù)據(jù)中心的建設(shè)以及社區(qū)服務(wù)功能的建設(shè)[5]。

2.3.1 應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

應(yīng)用系統(tǒng)包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人臉識(shí)別系統(tǒng)和紅外測(cè)溫系統(tǒng)。每個(gè)功能系統(tǒng)需要完成硬件系統(tǒng)的建設(shè)和軟件系統(tǒng)的建設(shè)，硬件系統(tǒng)包括各種類型的采集設(shè)備，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理。軟件系統(tǒng)指功能管理界面，可管理系統(tǒng)內(nèi)的所有數(shù)據(jù)。在具體建設(shè)過程中，硬件系統(tǒng)處于感知層，軟件系統(tǒng)處于應(yīng)用層。

2.3.2 數(shù)據(jù)中心建設(shè)

數(shù)據(jù)中心的功能類似一個(gè)大型數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，通過前期的數(shù)據(jù)治理工作完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的整理，并將整理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)和處理。因此，數(shù)據(jù)中心包含了整個(gè)系統(tǒng)的所有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)也是存儲(chǔ)中心和交換中心。在具體建設(shè)過程中，數(shù)據(jù)中心處于數(shù)據(jù)層。

2.3.3 社區(qū)服務(wù)功能建設(shè)

社區(qū)服務(wù)功能是整個(gè)系統(tǒng)的核心，位于系統(tǒng)的主界面，用于呈現(xiàn)數(shù)據(jù)中心整理后的居民匯總數(shù)據(jù)信息，還有一些異常的數(shù)據(jù)信息。在具體建設(shè)過程中，社區(qū)服務(wù)功能處于應(yīng)用層。

3 智慧社區(qū)綜合系統(tǒng)建設(shè)

3.1 功能界面的建設(shè)

智慧社區(qū)綜合系統(tǒng)的界面架構(gòu)如圖2所示。

圖2 智慧社區(qū)綜合系統(tǒng)的界面架構(gòu)

整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，用戶通過瀏覽器訪問系統(tǒng)，系統(tǒng)界面采用HTML5、JavaScript等編程語(yǔ)言進(jìn)行編寫，支持目前的多數(shù)主流瀏覽器，例如Chrome、Safari、Microsoft Edge和Internet Explorer等。整個(gè)系統(tǒng)界面包含3個(gè)部分，分別為登錄界面、社區(qū)服務(wù)功能界面、子系統(tǒng)界面。其中社區(qū)服務(wù)功能是本系統(tǒng)的核心，因此將社區(qū)服務(wù)功能界面作為系統(tǒng)的主界面。

3.2 應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)

應(yīng)用系統(tǒng)主要包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人臉識(shí)別系統(tǒng)和紅外測(cè)溫系統(tǒng)。所有的應(yīng)用系統(tǒng)都嵌入綜合系統(tǒng)內(nèi)，每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)應(yīng)一個(gè)功能菜單。應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)包括硬件系統(tǒng)的建設(shè)和軟件系統(tǒng)的建設(shè)，硬件系統(tǒng)主要指應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施，包括人臉識(shí)別設(shè)備、測(cè)溫設(shè)備、攝像機(jī)等，主要完成數(shù)據(jù)的采集工作，軟件系統(tǒng)是應(yīng)用系統(tǒng)嵌入在綜合系統(tǒng)內(nèi)的子菜單頁(yè)面，用于管理各應(yīng)用子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

3.2.1 人臉識(shí)別系統(tǒng)

人臉識(shí)別設(shè)備置于小區(qū)出入口處，用于查驗(yàn)進(jìn)出小區(qū)居民身份信息，確保小區(qū)居民可以正常通行，非小區(qū)居民無(wú)法通行，用于保障小區(qū)居民的安全，方便居民的出行。

人臉識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵是人臉識(shí)別技術(shù)，本系統(tǒng)采用OpenCV技術(shù)，包含機(jī)器學(xué)習(xí)、目標(biāo)監(jiān)測(cè)等多個(gè)模塊，能夠?qū)Σ杉降膱D像進(jìn)行處理。人臉識(shí)別技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要3個(gè)步驟，即錄入人臉、人臉訓(xùn)練、人臉識(shí)別[6-7]。

人臉識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟如圖3所示。

圖3 人臉識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟

錄入人臉：先收集居民的基本信息和人臉照片，將收集的信息進(jìn)行編碼然后導(dǎo)入系統(tǒng)，通過將圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖提升導(dǎo)入速度。

人臉訓(xùn)練：人員信息導(dǎo)入完成后，需要進(jìn)行人臉數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，通過人臉訓(xùn)練可以提高機(jī)器對(duì)人臉信息識(shí)別的準(zhǔn)確度，確保設(shè)備可以更準(zhǔn)確地識(shí)別居民的人臉。訓(xùn)練過程需要運(yùn)用LBPH（局部二進(jìn)制編碼直方圖）算法。

人臉識(shí)別：人臉識(shí)別就是將采錄設(shè)備提取的人臉信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的人臉信息進(jìn)行比對(duì)，并將比對(duì)結(jié)果顯示在系統(tǒng)界面上。如果匹配正確，顯示“人臉匹配成功”；如果匹配不正確，顯示“人臉匹配失敗”。

3.2.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控設(shè)備置于小區(qū)出入口、活動(dòng)場(chǎng)所、主干道、地下停車場(chǎng)等位置，視頻監(jiān)控設(shè)備可以實(shí)時(shí)掌握社區(qū)內(nèi)居民、車輛、物品的信息，保障居民的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。對(duì)小區(qū)內(nèi)異常的人員進(jìn)行行程跟蹤，并在平臺(tái)內(nèi)發(fā)出警報(bào)信息。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能如圖4所示。

圖4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能

視頻監(jiān)控系統(tǒng)[8-9]具有視頻采集、云臺(tái)功能、錄像功能、抓圖功能、圖像識(shí)別以及流量統(tǒng)計(jì)等功能，還能夠和人臉識(shí)別系統(tǒng)、紅外測(cè)溫系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，如果人臉識(shí)別設(shè)備監(jiān)測(cè)到異常的人臉信息或紅外測(cè)溫設(shè)備檢測(cè)到異常的人員溫度，都會(huì)觸發(fā)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，由視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)異常人員進(jìn)行行程跟蹤，并保存相應(yīng)的錄像。

3.2.3 紅外測(cè)溫系統(tǒng)

紅外測(cè)溫設(shè)備主要置于小區(qū)出入口處，用于檢測(cè)居民的溫度信息，檢測(cè)到異常的溫度會(huì)發(fā)出警報(bào)信息。

紅外測(cè)溫系統(tǒng)[10]主要采用紅外熱像儀設(shè)備，檢測(cè)的溫度可以精確到小數(shù)點(diǎn)后一位。檢測(cè)好的溫度值直接顯示在設(shè)備上，正常溫度（低于37.3 ℃）會(huì)以藍(lán)色的字體顯示并框選人臉，異常溫度（高于37.4 ℃）會(huì)以紅色的字體顯示并框選人臉。正常的溫度只記錄數(shù)據(jù)量，異常的溫度記錄數(shù)據(jù)量后，會(huì)保存異常溫度的圖片信息，并將此異常數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)中心。

3.3 數(shù)據(jù)中心的建設(shè)

數(shù)據(jù)中心包含整個(gè)系統(tǒng)所有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是整個(gè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，需要完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理等工作[11-12]。數(shù)據(jù)中心內(nèi)的數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)（居民的基本信息、設(shè)備的基本信息），感知數(shù)據(jù)庫(kù)（居民、車輛的動(dòng)態(tài)軌跡）、異常數(shù)據(jù)庫(kù)（居民、車輛、物品的異常信息）等。

3.3.1 數(shù)據(jù)治理

應(yīng)用系統(tǒng)涉及多個(gè)子系統(tǒng)，每一個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)部包含一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)表，不同系統(tǒng)數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)命名等都不同，因此需要先進(jìn)行數(shù)據(jù)治理工作。數(shù)據(jù)治理就是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)規(guī)范的管理，提升數(shù)據(jù)的質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的價(jià)值，讓數(shù)據(jù)更好地為居民服務(wù)。

數(shù)據(jù)治理主要包含4個(gè)方面，即數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、制度規(guī)范、應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)治理。

數(shù)據(jù)治理總體框架如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)治理總體框架

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)包括數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)代碼集、命名規(guī)則、編碼規(guī)范等；制度規(guī)范包括數(shù)據(jù)管理機(jī)制、數(shù)據(jù)管理辦法、數(shù)據(jù)治理規(guī)范、數(shù)據(jù)安全管理等；應(yīng)用系統(tǒng)包括人臉識(shí)別系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、紅外測(cè)溫系統(tǒng)、其他功能系統(tǒng)等；數(shù)據(jù)治理包含數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)治理工具、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等。

數(shù)據(jù)治理工作的核心是制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)所有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表進(jìn)行統(tǒng)一整理，通過數(shù)據(jù)分析確定數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及存在的關(guān)聯(lián)，不同數(shù)據(jù)表之間通過主鍵確定關(guān)聯(lián)方式，數(shù)據(jù)表的關(guān)聯(lián)方式包括一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多等，最終整理成一套包含全部數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表。

系統(tǒng)部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 系統(tǒng)部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

通過E-R圖將實(shí)體、實(shí)體屬性以及關(guān)系表現(xiàn)出來(lái)。系統(tǒng)部分E-R模型如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)部分E-R模型

3.3.2 數(shù)據(jù)中心建設(shè)

數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)所有應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)中心內(nèi)的數(shù)據(jù)量巨大，整理數(shù)據(jù)非常困難。系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心基于云計(jì)算技術(shù)、虛擬化技術(shù)進(jìn)行建設(shè)，統(tǒng)一管理各類應(yīng)用服務(wù)器，將所有的數(shù)據(jù)資源集中存儲(chǔ)，提高資源利用率；利用分布式技術(shù)處理海量數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的處理速度，確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性；利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)提取海量數(shù)據(jù)中核心數(shù)據(jù)，為我國(guó)智慧社區(qū)的管理工作作出貢獻(xiàn)。

3.4 社區(qū)服務(wù)功能的建設(shè)

社區(qū)服務(wù)功能處于綜合系統(tǒng)的首頁(yè)。系統(tǒng)管理員通過該界面可以查看不同社區(qū)內(nèi)居民的數(shù)據(jù)信息匯總，且數(shù)據(jù)信息能夠?qū)崟r(shí)更新。數(shù)據(jù)信息來(lái)源數(shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)中心通過對(duì)各種類型的數(shù)據(jù)信息匯總、整理后，發(fā)送至綜合系統(tǒng)內(nèi)，最終以圖表的形式將相關(guān)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)。

綜合系統(tǒng)的主要功能包括三類，所有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)均以社區(qū)為單位。

數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計(jì)：統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)包括溫度類數(shù)據(jù)、健康碼數(shù)據(jù)、行程數(shù)據(jù)，包括各種數(shù)據(jù)的總量、正常的數(shù)據(jù)量、異常的數(shù)據(jù)量。

異常數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)：人臉識(shí)別系統(tǒng)檢測(cè)到的異常人員信息，監(jiān)控設(shè)備檢測(cè)到的異常車輛信息、車輛軌跡、異常人員的軌跡信息、異常的數(shù)據(jù)信息等。

警報(bào)功能：一旦系統(tǒng)檢測(cè)到異常的數(shù)據(jù)，就會(huì)在綜合系統(tǒng)上發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)信息，由系統(tǒng)管理員通知社區(qū)工作人員進(jìn)行處理。

4 智慧社區(qū)綜合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

綜合系統(tǒng)通過瀏覽器進(jìn)行訪問，用戶在瀏覽器中輸入IP地址即可訪問綜合系統(tǒng)，在登錄界面輸入正確的用戶名和密碼，即可進(jìn)入系統(tǒng)。

綜合系統(tǒng)登錄界面如圖7所示。

圖7 綜合系統(tǒng)登錄界面

登錄系統(tǒng)的賬號(hào)有兩類：一類是超級(jí)管理員賬號(hào)，該賬號(hào)只有一個(gè)，由系統(tǒng)開發(fā)人員、系統(tǒng)管理人員共有，通過該賬號(hào)可以管理該市所有社區(qū)的數(shù)據(jù)；另一類是普通用戶賬號(hào)，該賬戶有若干個(gè)，以社區(qū)為單位，一個(gè)社區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)賬號(hào)，由每個(gè)社區(qū)的管理員保管，通過該賬號(hào)可以管理該社區(qū)所有小區(qū)的數(shù)據(jù)。

用戶登錄成功后即可進(jìn)入系統(tǒng)的主界面即社區(qū)服務(wù)功能界面，該界面顯示居民數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)總量，包括溫度信息、健康碼信息、行程信息等。綜合系統(tǒng)上方的菜單欄包含各應(yīng)用系統(tǒng)，包括人臉識(shí)別系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、紅外測(cè)溫系統(tǒng)以及其他功能系統(tǒng)，點(diǎn)擊相應(yīng)的按鈕即可進(jìn)入各應(yīng)用系統(tǒng)。

社區(qū)服務(wù)功能界面如圖8所示。

圖8 社區(qū)服務(wù)功能界面

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合傳統(tǒng)社區(qū)管理模式的弊端，提出一種智慧社區(qū)解決方案，以“智慧社區(qū)+技術(shù)支撐+社區(qū)服務(wù)”為核心，建設(shè)一個(gè)智慧社區(qū)綜合系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)包含應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)、數(shù)據(jù)中心的建設(shè)、社區(qū)服務(wù)功能的建設(shè)。通過該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、詳細(xì)地獲取社區(qū)內(nèi)居民的主要數(shù)據(jù)信息，并統(tǒng)計(jì)異常數(shù)據(jù)信息，可以保障社區(qū)居民的安全，更好地為社區(qū)內(nèi)的居民服務(wù)。