基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧社區(qū)管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

王潔， 王春茹

山西師范大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院, 山西 臨汾 041000

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人們生活水平的日益提高，作為人類聚集單元的社區(qū)被賦予了更高的職能要求和服務(wù)水平[1].傳統(tǒng)的社區(qū)只能滿足人們的居住需求，在社區(qū)物業(yè)服務(wù)質(zhì)量、社區(qū)安全、社區(qū)信息化建設(shè)等方面存在不足.隨著社區(qū)人口和面積的不斷擴(kuò)大，加之社區(qū)管理人員數(shù)量有限，導(dǎo)致社區(qū)管理和社區(qū)服務(wù)方面壓力越來越大，給社區(qū)管理者帶來巨大困擾[2].隨著信息化建設(shè)的推進(jìn)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在社區(qū)的應(yīng)用,智慧社區(qū)的概念應(yīng)運(yùn)而生[3].智慧社區(qū)是智慧城市的重要組成單元，針對(duì)居民的實(shí)際需求和社區(qū)管理的工作內(nèi)容，依托各種傳感與通信終端設(shè)備感知信息，利用有線與無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，運(yùn)用智能化處理平臺(tái)挖掘整合信息，實(shí)現(xiàn)信息的采集、傳輸、處理和應(yīng)用的智能化，使社區(qū)管理更加精細(xì)化、社區(qū)服務(wù)更加人性化，從而建立現(xiàn)代化的社區(qū)服務(wù)和全面化的社區(qū)管理系統(tǒng)[4].

目前，我國(guó)智慧社區(qū)的綜合信息管理研究還不夠深入，各個(gè)服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)整合程度低，完善的智慧社區(qū)管理平臺(tái)需要提供高度整合、集約的管理平臺(tái)[4].因此，智慧社區(qū)管理平臺(tái)的深入研究和建設(shè)具有重要意義.本文以向陽路街道社區(qū)居民實(shí)際需求為導(dǎo)向，構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)架構(gòu)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了智慧社區(qū)綜合管理信息平臺(tái)，主要包含五大模塊，分別是系統(tǒng)管理模塊、社區(qū)信息管理模塊、社區(qū)物業(yè)管理模塊、智能門禁管理模塊、社區(qū)安全聯(lián)防模塊，實(shí)現(xiàn)社區(qū)管理的信息化和智能化[5].

1 智慧社區(qū)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)社區(qū)的總體架構(gòu)

該社區(qū)架構(gòu)采用典型的三層物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系框架，該框架分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層.

感知層：也是系統(tǒng)的物理層次，主要包括基礎(chǔ)硬件和感知設(shè)備，如機(jī)房、RFID讀寫器、視頻監(jiān)控等.此外，這些感知設(shè)備還可以對(duì)采集的信息進(jìn)行預(yù)處理，包括信息過濾等.采集到的數(shù)據(jù)量大、種類多.

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的社區(qū)架構(gòu)
Fig.1 Community architecture based on Internet of things technology

網(wǎng)絡(luò)層：感知設(shè)備將感知到的數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)，如移動(dòng)通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以及其他專用網(wǎng).通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的快速、可靠、安全傳輸.

應(yīng)用層：包含物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用支撐平臺(tái)和社區(qū)信息管理服務(wù)平臺(tái).應(yīng)用支撐層的主要功能是通過數(shù)據(jù)挖掘和決策支持等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)于海量數(shù)據(jù)的處理與知識(shí)挖掘，同時(shí)將底層不同的設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，形成與業(yè)務(wù)需求相適應(yīng)、實(shí)時(shí)更新的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)資源庫(kù)，使各個(gè)子系統(tǒng)資源達(dá)到充分共享[6].社區(qū)信息綜合管理平臺(tái)使各個(gè)子系統(tǒng)都通過統(tǒng)一的應(yīng)用界面與各種使用者進(jìn)行交互.

1.2 社區(qū)管理系統(tǒng)功能分析

常見的系統(tǒng)參與者包括用戶、組織、外部設(shè)備或者各種外部軟硬件設(shè)備，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息交互[7].根據(jù)管理類別不同，此系統(tǒng)分為系統(tǒng)管理模塊、社區(qū)信息管理模塊、社區(qū)物業(yè)管理模塊、智能門禁管理模塊、社區(qū)安全聯(lián)防模塊.

圖2 社區(qū)管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
Fig.2 Functional structure design of community management system

各模塊功能分析如下：(1)系統(tǒng)管理.針對(duì)系統(tǒng)管理員和普通用戶分別設(shè)置權(quán)限.(2)社區(qū)信息管理.系統(tǒng)管理員可實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)主基本信息添加、修改、查找與刪除，房產(chǎn)信息添加、修改、查找與刪除，停車場(chǎng)信息的添加、修改、查找與刪除.此外，還可以發(fā)布社區(qū)公告.(3)物業(yè)管理.系統(tǒng)管理員可以進(jìn)行水電暖、燃?xì)庖约拔飿I(yè)管理等費(fèi)用的收費(fèi)統(tǒng)計(jì)，以報(bào)表形式顯示，可以導(dǎo)出報(bào)表.還可以查看某個(gè)住戶當(dāng)前的費(fèi)用情況，修改和刪除費(fèi)用信息.普通用戶可以查看費(fèi)用信息，當(dāng)某項(xiàng)費(fèi)用余額不足或已欠費(fèi)時(shí)，系統(tǒng)頁面上方會(huì)出現(xiàn)滾動(dòng)字幕提示用戶繳費(fèi).(4)智能門禁管理.系統(tǒng)管理員可以注冊(cè)門禁卡信息，主要包括卡主信息并針對(duì)社區(qū)門禁、住宅門禁、停車場(chǎng)門禁等區(qū)域設(shè)置卡權(quán)限以及有效日期，此外還可以注銷卡信息、修改和查看卡信息等.(5)社區(qū)安全聯(lián)防管理.當(dāng)社區(qū)遭遇非法入侵或發(fā)生如火災(zāi)、煤氣泄漏、房屋水浸等緊急事件時(shí)，通過智能設(shè)備會(huì)自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)不管當(dāng)前系統(tǒng)管理員在執(zhí)行何種操作，系統(tǒng)頁面都會(huì)彈出報(bào)警信息(報(bào)警位置、報(bào)警類別)，提示管理人員盡快處理.并且，安防系統(tǒng)要能夠自動(dòng)啟動(dòng)小區(qū)中的安防設(shè)備，如火災(zāi)發(fā)生時(shí)，智能小區(qū)安防系統(tǒng)要能夠自動(dòng)啟動(dòng)小區(qū)中的消防設(shè)備.此外，還可以查看歷史警報(bào)情況.

1.3 物聯(lián)網(wǎng)社區(qū)主要應(yīng)用技術(shù)

社區(qū)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能按主要應(yīng)用技術(shù)分為三類：RFID應(yīng)用系統(tǒng)、ZigBee應(yīng)用系統(tǒng)以及視頻應(yīng)用系統(tǒng).RFID應(yīng)用系統(tǒng)包含基礎(chǔ)信息管理、智能門禁.其中，基礎(chǔ)信息管理包含居民信息、房產(chǎn)信息、水電暖費(fèi)用、物業(yè)管理費(fèi)用等，智能門禁主要是住宅門禁及停車場(chǎng)門禁.ZigBee應(yīng)用系統(tǒng)包含智慧家居安防和社區(qū)公共安防，通過各種傳感器模塊和ZigBee設(shè)備實(shí)現(xiàn).安防包括燃?xì)庑孤﹫?bào)警、周界非法闖入報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警、房屋水浸報(bào)警等.視頻應(yīng)用系統(tǒng)包含視頻安防監(jiān)控，利用圖像采集設(shè)備實(shí)現(xiàn).借助視頻監(jiān)控設(shè)備采集到的視頻錄像文件可存儲(chǔ)一個(gè)月，可實(shí)現(xiàn)按時(shí)間查詢回放功能.

2 社區(qū)信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

本文將社區(qū)信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)信息表分為7種，分別詳細(xì)描述如下：

管理員信息表adm：包含管理員的基本注冊(cè)信息；人員信息表 person，包含社區(qū)人員的基本信息；門禁卡信息表 Card，包含 RFID 門禁卡對(duì)應(yīng)的權(quán)限；物業(yè)管理表busi，包含業(yè)主涉及的物業(yè)種類及費(fèi)用；監(jiān)控位置信息表mon_loc，包含每個(gè)監(jiān)控位置涉及的監(jiān)控設(shè)備信息；實(shí)時(shí)報(bào)警信息表 alarm，包含實(shí)時(shí)報(bào)警位置的報(bào)警內(nèi)容等相關(guān)信息；社區(qū)公告表notice,包含發(fā)布人及公告信息.

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)UML建模
Fig.3 UML modeling of the system database

人員信息表通過cardNo與門禁卡信息表關(guān)聯(lián)，通過身份證號(hào)與管理員信息表相關(guān)聯(lián)，通過p_addr(住址)與物業(yè)管理表相關(guān)聯(lián).監(jiān)控位置信息表、實(shí)時(shí)報(bào)警信息表通過設(shè)備的物理地址相關(guān)聯(lián).管理員信息表通過userName(用戶名)與公告表notice相關(guān)聯(lián).

2.2 火災(zāi)報(bào)警終端節(jié)點(diǎn)代碼

火災(zāi)報(bào)警主要通過對(duì)溫度與濃度信息的采集，避免因煤氣泄漏造成火災(zāi)[8].固定的時(shí)間間隔下溫度、濃度傳感器這些終端節(jié)點(diǎn)將獲取的信息包發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將獲取的信息上傳服務(wù)器并分析處理，一旦有火情發(fā)生，警務(wù)系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)無論當(dāng)前進(jìn)行何種操作社區(qū)信息管理系統(tǒng)都會(huì)彈出警報(bào)界面.

終端節(jié)點(diǎn)程序如下：

每隔一定時(shí)間間隔終端節(jié)點(diǎn)便會(huì)向協(xié)調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)，定時(shí)函數(shù)采用ZigBee協(xié)議棧中的osal_start_timerEx(),發(fā)送頻率為6秒.設(shè)置為單播發(fā)送(afAddrMode_t)Addr_16Bit，設(shè)置目的端口號(hào)為GENERICAPP_ENDPOINT，協(xié)調(diào)器端口號(hào)，默認(rèn)為0x0000.

2.3 社區(qū)信息管理系統(tǒng)測(cè)試

為了檢測(cè)系統(tǒng)是否滿足所有業(yè)務(wù)需求，通過運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)各部分功能進(jìn)行模擬測(cè)試.表1中僅展示了系統(tǒng)主要的功能模塊的測(cè)試結(jié)果.

系統(tǒng)測(cè)試對(duì)所有功能都進(jìn)行了用例測(cè)試，測(cè)試出的bug已修復(fù)正常.但是本系統(tǒng)的可靠性控制仍不夠嚴(yán)密，有待改進(jìn).

3 結(jié)束語

智慧社區(qū)使得社區(qū)物業(yè)管理人員實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的人工管理向現(xiàn)代化的智能管理轉(zhuǎn)變，使社區(qū)住戶能夠更好地與外面的世界進(jìn)行交互.隨著智慧社區(qū)的全面普及，能否做到各類資源的共享與重復(fù)利用，是決定智慧社區(qū)未來發(fā)展的關(guān)鍵.本文中的社區(qū)信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信息的高度整合，真正實(shí)現(xiàn)以居民需求為中心的服務(wù)和信息化、現(xiàn)代化的管理.

表1 系統(tǒng)測(cè)試用例Tab.1 System test cases