基于社區(qū)e網(wǎng)的泛社區(qū)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(qū)，其實質(zhì)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(shù)據(jù)采集與挖掘技術，提前發(fā)現(xiàn)潛在的問題，做出最合理的決策，實現(xiàn)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(chuàng)造更美好的生活，促進城市的和諧、可持續(xù)成長和發(fā)展。然而，一般意義上智慧城市建設的主要內(nèi)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(qū)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(qū)主要管控的是進入社區(qū)內(nèi)部的“五標一識”，兩者中間缺少聯(lián)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(jiān)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(chǎn)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(wèi)星信號弱的地方還存在定位困難的問題。本文針對現(xiàn)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(qū)e卡的社區(qū)e網(wǎng)，其定位設備續(xù)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(huán)境要求低。日照市在東港沙墩社區(qū)、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(qū)人群。

一、社區(qū)e網(wǎng)的應用架構

（一）社區(qū)e網(wǎng)的區(qū)域定位原理

社區(qū)e網(wǎng)的主體由社區(qū)e卡、數(shù)據(jù)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(qū)e卡，數(shù)據(jù)采集基站部署在小區(qū)、學校門口和主要道路口等關鍵卡口，當佩戴有社區(qū)e卡的人員或車輛經(jīng)過卡口時，數(shù)據(jù)采集基站實時的采集社區(qū)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(tǒng)通過各個定位基站信息的差異計算出社區(qū)e卡所處的位置，如圖1所示。

（二）社區(qū)e卡和數(shù)據(jù)采集基站

社區(qū)e卡（電子手環(huán)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(fā)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(huán)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(chǎn)生的事件進行預判、預警。社區(qū)e卡為可攜帶設備，用于實現(xiàn)人員與電動車信息的標識、上報。

社區(qū)e卡主要工作在2.4GHz頻段，工作帶寬1MHz，發(fā)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(chǎn)品較少，外界干擾比較少。當工作在BLE模式時，使用藍牙協(xié)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(fā)送2個定位信息包來計算，則最多可以實現(xiàn)200個標簽的同時定位。社區(qū)e卡采用多信道跳頻發(fā)射，發(fā)射功率小于30μW，小于手機發(fā)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(fā)送號碼時在4個信道上跳頻發(fā)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(shù)據(jù)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(qū)e卡的信息還能實現(xiàn)老人、兒童的區(qū)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(jiān)護人實時報警。

社區(qū)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(xié)議進行安全傳輸。數(shù)據(jù)采集基站有全向型和定位型，主要是負責接收標簽發(fā)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(nèi)可同時讀取1500張不同卡號的數(shù)據(jù)。采用3DES加密技術與認證，防止鏈路竊聽與數(shù)據(jù)破解。

社區(qū)巡邏機器人可以作為移動的基站，進行網(wǎng)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(qū)e網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲

基站之間或與主節(jié)點之間采用2G/3G/4G、LORA、有線網(wǎng)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(shù)據(jù)有效采集并實時接入到數(shù)據(jù)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(qū)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(xiàn)了對人和物品的區(qū)域定位。然后核心程序通過以太網(wǎng)把這些結果傳送到系統(tǒng)的展示服務器上，展示服務器調(diào)用程序?qū)⒔邮盏降男畔@示在電腦屏幕上。

（四）管控平臺

數(shù)據(jù)采集管理平臺將這些采集到的RFID數(shù)據(jù)分發(fā)到不同的應用管理系統(tǒng)上，形成城市中不同的大數(shù)據(jù)應用和云服務。利用社區(qū)e網(wǎng)，政府可以實現(xiàn)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(qū)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(jīng)過連續(xù)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(nèi)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(qū)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(xiàn)對外出人員的管控。通過在定位系統(tǒng)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(fā)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(jiān)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(nèi)管控對象的歷史活動軌跡。當發(fā)生需要處理的事件時，可以根據(jù)管控的歷史軌跡來分析了解事件全部過程。

監(jiān)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(tǒng)的連接，即可通過智能手機查詢或監(jiān)控對應被監(jiān)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(tǒng)”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(qū)e卡目前已在山東省日照市結合“社區(qū)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(shù)超過本地人口總數(shù)，且?guī)缀跞考杏谑钇诼糜瓮?。教授花園小區(qū)是占地594畝的大型小區(qū)，與海洋館、優(yōu)質(zhì)海灘浴場僅一路之隔，小區(qū)業(yè)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(qū)周邊整個泛社區(qū)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(qū)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(shù)據(jù)采集基站，采集社區(qū)e卡信息，社區(qū)e卡主要發(fā)放給學生、老人和保姆看護人員，方便業(yè)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(qū)e卡，關聯(lián)他們進出小區(qū)的記錄和滯留時間，結合周邊區(qū)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(qū)e網(wǎng)對大數(shù)據(jù)的意義

社區(qū)e網(wǎng)的實時定位位置信息可以和現(xiàn)有的大數(shù)據(jù)平臺相結合，給大數(shù)據(jù)平臺提供重要的數(shù)據(jù)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(qū)e網(wǎng)提供的人員及車輛數(shù)據(jù)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(xiàn)有信息庫進行的多維度碰撞，可以為未來的數(shù)據(jù)挖掘提供強有力的支撐。

社區(qū)e網(wǎng)是城市“天網(wǎng)”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(chǎn)的安全，還能有效加強城市基礎設施的監(jiān)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(jù)保全，并對偵查方向提供地理位置上的快速指引、數(shù)據(jù)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(chǎn)安全，防患于未然，降低社會犯罪率，促進警民聯(lián)合，相互支持，共同打擊民事和刑事犯罪。同時，將物聯(lián)網(wǎng)、Wi-Fi探針、手機圍欄、“天網(wǎng)”視頻融合為一體的全網(wǎng)通，可以在公安部門形成強有力的合成作戰(zhàn)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(zhàn)”的綜合技防網(wǎng)打下了示范基礎。

四、結語

社區(qū)e網(wǎng)可以將社區(qū)內(nèi)的兒童、老人、貴重物品進行登記和定位，方便社區(qū)人員根據(jù)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(qū)e網(wǎng)還為大數(shù)據(jù)分析、處理、偵查提供至關重要的數(shù)據(jù)來源，未來社區(qū)e網(wǎng)與警用機器人合作，還可以實現(xiàn)移動部署、智能探測，組成智慧城市更嚴密的“網(wǎng)”，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。