基于數字孿生社區老人幫扶系統的設計與實現

章紫曦 任行行 黃詩雨 周文婧

關鍵詞：數字孿生社區;居家養老系統;三維WebGIS系統;老人幫扶系統

黨的十九屆四中全會提出呼吁社會積極應對人口老齡化問題，對社區老人幫扶服務體系建設提出要求，同時強調國家治理體系和治理能力建設。現階段國外智慧養老模式更傾向于電子健康檔案（HER）系統等“互聯網+”養老;國內研究現狀具體體現在依托智慧養老傳感器與信息系統。現階段智慧養老的理念已經初步形成，但主要形式為依托單一的物聯網傳感器，沒有約束性且質量參差不齊的智慧養老服務產品，缺乏社區基層治理養老幫扶信息的有效對接，并且基于三維數字孿生信息平臺的智慧老人幫扶輔助決策方面的研究，迄今為止非常少見。我們基于數字孿生社區的理念，提出養老幫扶平臺的設計理念與實現方案，實現對于老人的精細管控，實現資源配置優化。

1基于數字孿生社區老人幫扶系統設計理念

數字孿生又稱為數字鏡像、數字雙胞胎，旨在通過虛擬信息的銜接，實現對于實景的復刻與實現對于現實世界的復雜研究，并支撐各種高級應用。數字孿生社區是指將社區建設與GIS，地理大數據，虛擬現實等現代化信息技術進行結合，并且達到促進城市規劃、治安管理與現代化服務的新型理念和新型模式。

社區是承載國家基層精細化治理工作的單元，然而目前我國多數區域社區管理基本采用“一刀切”傳統管理模式，缺乏信息化手段對老人進行精準服務。本文基于數字孿生社區理念，依托webGIS開發平臺，具體采用用戶單體化分層單體化、最近距離、空間分析等方法與原理，提出老人幫扶社區的設計理念與原理。

2基于數字孿生社區老人幫扶系統設計

2.1總體系統構架

我們將系統總體構架設計成三層，分別是展示層、邏輯層與數據層：展示層使得用戶可以通過瀏覽器進行系統使用，包括leaflet圖層展示以及三維單體化模型;邏輯層的兩個服務器分別用于為用戶提供數據發布與提供Web功能;瀏覽器通過Ajax方式提交SQL語句，Web服務器運行JSP代碼，通過HDBC連接空間數據庫，通過此種分層設計便于后期維護。

2.2單體化模塊設計

本系統主要采用傾斜攝影測量構建的模型進行單體化。傾斜攝影測量能夠實現多個角度采集影像，突破垂直拍攝的弊端，可以實現更加符合人眼的模型。

首先基于傾斜攝影測量模型進行修補，對于修補后的模型采用動態單體化方法，即通過獲得的房屋每層的戶型和每戶樓層底部高度和層高的數據，疊加矢量底面，動態渲染出地物單體化效果。使用對應的空間地理查詢組件，實現對專題地理數據的查詢與標定，同時定位并高亮顯示被查詢到的數據。由于不同的主題地理數據分布在不同的圖層，為避免圖層疊加的順序不同而造成的數據混亂。使用多圖層查詢組件，分類型和分圖層的對同一主題的空間信息進行查詢，實現定位的同時實現同樣的高亮展示。

2.3可視化模塊設計

針對需要幫扶的獨居老人的信息，建立社區精準專題數據庫，實現數據的精準入庫和篩選，并且對于相關數據采用EchaJts進行可視化，通過動態的統計圖表進行展示，使得獲得的重要信息可以得到直觀的表達。

2.4.1空間分析模塊

空間分析，指對于地理空間有關的現象進行定量研究，其一半的作用是操縱有效的空間數據，最終使用不同的形式表達，同時在眾多表達形式中提取空間數據的潛在信息。空間數據在本文中對應著提取老人的家與黨員的家的距離數據，基于距離越近，幫扶越方便的原則，我們選擇離老人家最近的黨員與老人進行匹配。

本系統采用這一思想，并且引入“最近目視距離”這一概念，即黨員所居住的空間地理位置可以肉眼能夠看到的屋外其他房屋的范圍。首先解決最近地理空間距離，優先為老人匹配同樓棟最近的黨員。對于同一樓棟的老人與黨員進行篩選，選擇同一樓棟內最近的老人與黨員。若沒有，則根據曼哈頓距離為老人匹配最近的樓棟，獲取該樓棟黨員的幫助。其中，在水平地面上，我們用坐標（x1，y1）的i點與坐標（x2，y2）的j點分別表示兩個樓棟。

其中，具體的信息包括管理人員信息表、管理人員分類表、老人信息表，轄區人員統計圖。統計圖的具體內容為：（1）社區管理人員的信息表內容主要包括：真實姓名、管理單位、身份證號、聯系方式和賬號密碼。（2）同時系統會根據社區管理員的職位級別的高低，將平臺管理員從低到高，劃分為小組聯絡員、分區網格員、全區網格管理員、管理小組組長四個類別。（3）老人信息表內容主要包括：真實姓名、性別、年齡、具體居住門牌號、所屬管轄單位、老人的身份證號、老人的聯系方式、子女姓名、子女聯系方式、子女身份證。（4）繪制過程中，通過人數、類別將轄區人員統計圖分為兩類統計圖進行繪制：其中采用柱形圖進行人數統計，實現對整個管轄區的男性女性人數雙統計，并用直觀圖像顯示。具體體現為：縱坐標為各小區男女人數，橫坐標為對應的小區名稱。采用柱狀圖進行人口類別統計，其中人口的類別將被劃分為以下幾個類型：流動人口、戶籍人口、暫住人口和常住人口等。

2.4功能模塊設計

基于三維模型、web端地圖、動態圖表等前端可視化，本系統的旨在實現的功能主要集中在信息查詢，數據管理，空間分析三大模塊。

建立相應的黨員幫扶專題板塊，基于人員管理與事件處理的基礎上，每次事件的發布、處理和完成進行備份，在數據分析板塊可以查看事件呼叫時段，檢測外來人口總數。獨居老人數據實時更新，進行黨員幫扶排名，完善獎罰措施，監督黨員更好地幫扶老人。并且將相應的內容最終以報表的形式幫助社區工作者得到更好的反饋。

2.4.2信息處理模塊

（1）信息過濾。對社區信息呈現爆炸式增長的現象，本文采用基于K近鄰分類算法過濾敏感無效信息，過濾掉不良信息，從而達到精確推送信息與鞏固社區和諧穩定發展的效果。具體步驟如下：

①首先對敏感信息進行收集，建立敏感信息庫，對敏感信息庫中的敏感信息進行評定分級，本文將敏感信息分為三級：虛假廣告，反動言論與不良信息。針對以上三個敏感級別，將每一級別中所有的敏感詞匯作為過濾標準，構建敏感信息決策樹，并利用K近鄰分類算法，設置敏感信息過濾邏輯。

②基于K鄰近距離創建敏感信息決策樹，對推送信息進行關鍵詞提取，將敏感詞匯添加到決策樹中，依據敏感詞匯的首字母構建根目錄子樹，對于首字母重復詞匯選擇移動到下一個字母進行排序;對于存在孩子節點的決策樹，其非敏感信息的最后一個關鍵字，將其當作非葉子節點;當敏感信息決策樹中，不存在孩子節點時，且包含的信息，是敏感詞的最后一個關鍵字，那么將此節點作為葉子節點;當敏感信息決策樹有孩子節點、且包含的信息，為敏感詞的最后一個關鍵字時，那么將此類節點作為偽葉子節點。

令isLeaf表示敏感詞結束，則各個節點的表現形式，如下列公式所示：

isLeaf=a，isLeaf=b，siLeaf=c

公式中：a表示非葉子節點的對應值;b表示葉子節點的對應值;c表示偽葉子節點的對應值。

根據上述內容，將敏感詞數據庫，建立成一個敏感信息決策樹，保證在進行敏感信息過濾時，大大減少了過濾匹配范圍，從而達到維護社區治安穩定的目的。

（2）人員管理。運用數字孿生技術構造社區平面信息分布圖表示人口數據、事件類型。社區黨支部信息、重點檢測人群數據，一網打盡。

結合三維建模技術，并且采用leaflet圖層顯示以及單體化顯示，搭建了以老年人、黨員、社區管理人員、社區網格員人口為主線的智慧社區綜合信息管理平臺，分層到戶將各種人口三維住址和情況利用三維的方式實現詳細查詢和可視化，以實現基礎的地理信息數據和社區管理有關數據的高效率高精度融合，同時在此上建立了面向社區居民和社區管理者的應用板塊。

2.4.3信息查詢模塊

本文中系統的重點面向對象為社區黨員、需要幫扶的老人、老人子女以及社區工作者。對于傳統的網格化管理，社區工作者的服務對象為社區全體用戶，使得社區治理無法實現精細化管理，尤其是對重點人群的幫扶。采用“一站式”信息管理服務以及數字孿生理念，將老人、老人子女、社區黨員與社區工作者形成有機關聯，實現“一站式”信息互聯。

通過信息導航模塊為用戶提供索引功能，主要由信息檢索功能區與通知公告功能區組成，用戶通過信息檢索功能區對社區構成、人員分工構架、職能部門、聯系方式等信息進行檢索;通過通知公告功能區了解社區的重要信息。

基于社區“人地事物情”建立專題數據庫，其中“人”指獨居老人本人的信息、老人家屬信息、小區中所有黨員的信息、志愿者信息;“地”指分層到戶所獲得的老人居住的信息，“事”指幫扶老人所需要幫扶的事務。精準專題數據庫的建立，可以實現數據精確查詢獲取，使基層社會服務管理實現精細化和具有針對性。將老人屬性信息和單體化后實現的房屋所在的空間位置進行屬性掛接，形成數字孿生關系。老人子女可以通過此模塊實現與老人的配對黨員進行定期聯系;社區工作者可以通過此模塊實現接受由黨員反饋的精細化信息以減少網格員的工作負擔，實現社區資源合理分配與精細化管轄。

3結語

國家基層治理現代化是國內研究熱點問題，基層治理的智能化與現代化具有重要意義。基于數字孿生社區的老人幫扶研究在順應社會信息化發展的同時，實現對特殊人群進行關懷。未來，智慧城市的發展建設，在數字社區的基礎上實現智慧社區并且能夠精確服務到每位社區居民，是當前工作的重點。