智慧社區綜合系統的設計研究

陳曉偉

（浙江建設職業技術學院，浙江 杭州 311231）

1 研究背景

我國的城市管理模式通常以社區為單位進行管理，可以方便地管理具體人員，最大限度地降低風險，保障居民的安全。但社區管理模式仍存在弊端：其一，數據采集更多依靠社區工作人員，但居民人數較多且結構復雜，社區工作人員有限，數據采集工作比較困難，采集工作會耗費大量的時間和人力，效率低下。其二，數據采集工作時間跨度大，數據的實時性差，更新頻率低，部分社區的居民數據可能幾年才更新一次。其三，人工方式獲取社區居民的相關數據，難免會有遺漏或差錯，如果出現問題可能會對社區造成影響。

我國智慧社區發展迅速，目前智慧社區的建設數量已經達到8 000個。智慧社區的主要功能是實時獲取居民的相關數據，保障社區內居民的人身安全及財產安全，更好地為社區居民提供社區服務[1]。

本文以智慧社區為出發點，利用大數據、云計算等新一代信息技術，充分發揮智慧社區網絡化、數字化、智能化的特點，建設一個智慧社區綜合系統，打造一個全新的智慧社區[2-3]。智慧社區不僅能夠保障居民的安全，還能為居民提供更舒適、便利的生活環境。

2 智慧社區綜合系統解決方案

2.1 設計思路

綜合系統以“智慧社區+技術支撐+社區服務”為整體思路，利用物聯網、云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術手段，通過智能化設備采集、獲取社區居民相關的數據，并將數據傳至數據中心，由數據中心完成數據的存儲和整理，將匯總數據以圖、表的形式呈現在系統界面上。

綜合系統的架構模式為“1+1+n”，即一個綜合系統平臺+一個數據中心系統+多個功能子系統[4]。綜合系統平臺是和用戶交互的接口，數據中心用于管理數據，綜合功能子系統用于采集數據。整個系統的核心是社區服務，通過各個應用系統獲取數據，可以更好地為社區內的居民提供服務。

2.2 總體架構

智慧社區綜合系統的架構總共分為4層，從下往上分別為感知層、網絡層、數據層和應用層。

智慧社區綜合系統總體架構如圖1所示。

圖1 智慧社區綜合系統總體架構

感知層是整個系統的主要數據來源，通過各個功能子系統采集數據，多種數據構成智慧社區的基礎數據。

網絡層主要負責數據的傳輸，將感知層獲取到的數據通過網絡傳輸到數據層，傳輸的方式分為有線傳輸和無線傳輸。

數據層是整個系統的存儲中心和交換中心，包含系統的所有數據，需要完成數據的存儲和處理等工作。

應用層是展示系統功能的操作界面，包含社區服務功能和各個功能子系統。各個功能子系統能夠對社區內的人、車、物等信息進行管理，社區服務功能是核心，從功能子系統獲取數據并進行匯總，將匯總好的數據呈現在功能界面上，更好地為社區居民提供服務。

將應用層和數據層分離，數據管理員可以統一管理數據格式，處理所有數據，不需要關注不同系統對數據造成的混亂，可以更好地維護數據；針對應用層，系統管理員不需要關注具體的數據內容和格式，只需要管理好操作界面的功能即可。

2.3 建設內容

綜合系統的建設主要包括3個部分，即應用系統的建設、數據中心的建設以及社區服務功能的建設[5]。

2.3.1 應用系統建設

應用系統包括視頻監控系統、人臉識別系統和紅外測溫系統。每個功能系統需要完成硬件系統的建設和軟件系統的建設，硬件系統包括各種類型的采集設備，負責數據的采集和預處理。軟件系統指功能管理界面，可管理系統內的所有數據。在具體建設過程中，硬件系統處于感知層，軟件系統處于應用層。

2.3.2 數據中心建設

數據中心的功能類似一個大型數據倉庫，通過前期的數據治理工作完成系統數據的整理，并將整理好的數據進行集中存儲和處理。因此，數據中心包含了整個系統的所有基礎數據，同時也是存儲中心和交換中心。在具體建設過程中，數據中心處于數據層。

2.3.3 社區服務功能建設

社區服務功能是整個系統的核心，位于系統的主界面，用于呈現數據中心整理后的居民匯總數據信息，還有一些異常的數據信息。在具體建設過程中，社區服務功能處于應用層。

3 智慧社區綜合系統建設

3.1 功能界面的建設

智慧社區綜合系統的界面架構如圖2所示。

圖2 智慧社區綜合系統的界面架構

整個應用系統采用B/S架構，用戶通過瀏覽器訪問系統，系統界面采用HTML5、JavaScript等編程語言進行編寫，支持目前的多數主流瀏覽器，例如Chrome、Safari、Microsoft Edge和Internet Explorer等。整個系統界面包含3個部分，分別為登錄界面、社區服務功能界面、子系統界面。其中社區服務功能是本系統的核心，因此將社區服務功能界面作為系統的主界面。

3.2 應用系統的建設

應用系統主要包括視頻監控系統、人臉識別系統和紅外測溫系統。所有的應用系統都嵌入綜合系統內，每個應用系統對應一個功能菜單。應用系統的建設包括硬件系統的建設和軟件系統的建設，硬件系統主要指應用系統的基礎設施，包括人臉識別設備、測溫設備、攝像機等，主要完成數據的采集工作，軟件系統是應用系統嵌入在綜合系統內的子菜單頁面，用于管理各應用子系統的數據。

3.2.1 人臉識別系統

人臉識別設備置于小區出入口處，用于查驗進出小區居民身份信息，確保小區居民可以正常通行，非小區居民無法通行，用于保障小區居民的安全，方便居民的出行。

人臉識別系統的關鍵是人臉識別技術，本系統采用OpenCV技術，包含機器學習、目標監測等多個模塊，能夠對采集到的圖像進行處理。人臉識別技術的實現需要3個步驟，即錄入人臉、人臉訓練、人臉識別[6-7]。

人臉識別技術實現步驟如圖3所示。

圖3 人臉識別技術實現步驟

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

人臉訓練：人員信息導入完成后，需要進行人臉數據的訓練，通過人臉訓練可以提高機器對人臉信息識別的準確度，確保設備可以更準確地識別居民的人臉。訓練過程需要運用LBPH（局部二進制編碼直方圖）算法。

人臉識別：人臉識別就是將采錄設備提取的人臉信息與數據庫中的人臉信息進行比對，并將比對結果顯示在系統界面上。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 視頻監控系統

視頻監控設備置于小區出入口、活動場所、主干道、地下停車場等位置，視頻監控設備可以實時掌握社區內居民、車輛、物品的信息，保障居民的人身安全和財產安全。對小區內異常的人員進行行程跟蹤，并在平臺內發出警報信息。

視頻監控系統功能如圖4所示。

圖4 視頻監控系統功能

視頻監控系統[8-9]具有視頻采集、云臺功能、錄像功能、抓圖功能、圖像識別以及流量統計等功能，還能夠和人臉識別系統、紅外測溫系統進行聯動，如果人臉識別設備監測到異常的人臉信息或紅外測溫設備檢測到異常的人員溫度，都會觸發視頻監控系統，由視頻監控系統對異常人員進行行程跟蹤，并保存相應的錄像。

3.2.3 紅外測溫系統

紅外測溫設備主要置于小區出入口處，用于檢測居民的溫度信息，檢測到異常的溫度會發出警報信息。

紅外測溫系統[10]主要采用紅外熱像儀設備，檢測的溫度可以精確到小數點后一位。檢測好的溫度值直接顯示在設備上，正常溫度（低于37.3 ℃）會以藍色的字體顯示并框選人臉，異常溫度（高于37.4 ℃）會以紅色的字體顯示并框選人臉。正常的溫度只記錄數據量，異常的溫度記錄數據量后，會保存異常溫度的圖片信息，并將此異常數據發送至數據中心。

3.3 數據中心的建設

數據中心包含整個系統所有的基礎數據，是整個系統能夠正常運行的基礎，需要完成數據的存儲、處理等工作[11-12]。數據中心內的數據主要包括基礎數據庫（居民的基本信息、設備的基本信息），感知數據庫（居民、車輛的動態軌跡）、異常數據庫（居民、車輛、物品的異常信息）等。

3.3.1 數據治理

應用系統涉及多個子系統，每一個子系統內部包含一個或多個數據表，不同系統數據表的數據格式、數據命名等都不同，因此需要先進行數據治理工作。數據治理就是對整個系統內的所有數據進行科學規范的管理，提升數據的質量、實現數據的價值，讓數據更好地為居民服務。

數據治理主要包含4個方面，即數據標準、制度規范、應用系統和數據治理。

數據治理總體框架如圖5所示。

圖5 數據治理總體框架

數據標準包括數據接口標準、標準代碼集、命名規則、編碼規范等；制度規范包括數據管理機制、數據管理辦法、數據治理規范、數據安全管理等；應用系統包括人臉識別系統、視頻監控系統、紅外測溫系統、其他功能系統等；數據治理包含數據源、數據治理工具、數據倉庫等。

數據治理工作的核心是制定統一的數據標準，對所有系統的數據表進行統一整理，通過數據分析確定數據的對應關系以及存在的關聯，不同數據表之間通過主鍵確定關聯方式，數據表的關聯方式包括一對一、一對多、多對多等，最終整理成一套包含全部數據的基礎數據表。

系統部分基礎數據如表1所示。

表1 系統部分基礎數據

通過E-R圖將實體、實體屬性以及關系表現出來。系統部分E-R模型如圖6所示。

圖6 系統部分E-R模型

3.3.2 數據中心建設

數據中心存儲所有應用系統的數據，因此數據中心內的數據量巨大，整理數據非常困難。系統數據中心基于云計算技術、虛擬化技術進行建設，統一管理各類應用服務器，將所有的數據資源集中存儲，提高資源利用率；利用分布式技術處理海量數據，提高數據的處理速度，確保數據的實時性；利用數據挖掘技術提取海量數據中核心數據，為我國智慧社區的管理工作作出貢獻。

3.4 社區服務功能的建設

社區服務功能處于綜合系統的首頁。系統管理員通過該界面可以查看不同社區內居民的數據信息匯總，且數據信息能夠實時更新。數據信息來源數據中心，由數據中心通過對各種類型的數據信息匯總、整理后，發送至綜合系統內，最終以圖表的形式將相關的數據呈現。

綜合系統的主要功能包括三類，所有數據統計均以社區為單位。

數據信息的統計：統計的數據包括溫度類數據、健康碼數據、行程數據，包括各種數據的總量、正常的數據量、異常的數據量。

異常數據的統計：人臉識別系統檢測到的異常人員信息，監控設備檢測到的異常車輛信息、車輛軌跡、異常人員的軌跡信息、異常的數據信息等。

警報功能：一旦系統檢測到異常的數據，就會在綜合系統上發出相應的警報信息，由系統管理員通知社區工作人員進行處理。

4 智慧社區綜合系統實現

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

綜合系統登錄界面如圖7所示。

圖7 綜合系統登錄界面

登錄系統的賬號有兩類：一類是超級管理員賬號，該賬號只有一個，由系統開發人員、系統管理人員共有，通過該賬號可以管理該市所有社區的數據；另一類是普通用戶賬號，該賬戶有若干個，以社區為單位，一個社區對應一個賬號，由每個社區的管理員保管，通過該賬號可以管理該社區所有小區的數據。

用戶登錄成功后即可進入系統的主界面即社區服務功能界面，該界面顯示居民數據統計總量，包括溫度信息、健康碼信息、行程信息等。綜合系統上方的菜單欄包含各應用系統，包括人臉識別系統、視頻監控系統、紅外測溫系統以及其他功能系統，點擊相應的按鈕即可進入各應用系統。

社區服務功能界面如圖8所示。

圖8 社區服務功能界面

5 結語

本文結合傳統社區管理模式的弊端，提出一種智慧社區解決方案，以“智慧社區+技術支撐+社區服務”為核心，建設一個智慧社區綜合系統。系統建設包含應用系統的建設、數據中心的建設、社區服務功能的建設。通過該系統可以實時、準確、詳細地獲取社區內居民的主要數據信息，并統計異常數據信息，可以保障社區居民的安全，更好地為社區內的居民服務。