基于社区e网的泛社区化智慧管理方案

赵振涛 李健凯 刘军 王俊修 曹鹏益

1. 公安部第一研究所 2. 山东省日照市公安局

引言

无论是智慧城市还是智慧社区，其实质均是利用信息技术整合城市资源，使城市管理者通过城市的大数据采集与挖掘技术，提前发现潜在的问题，做出最合理的决策，实现城市智慧式管理和运行，进而为城市中生活的人们提供更好的服务，创造更美好的生活，促进城市的和谐、可持续成长和发展。然而，一般意义上智慧城市建设的主要内容集中在基础设施和路政建设摄像头化(包括人脸图像识别)、Wi-Fi覆盖全城化、智能手机APP化等，管控范围主要是城市道路和公共服务区域的人员或车辆，基础设备资金投入大，建设周期长。而智慧社区主要管控的是进入社区内部的“五标一识”，两者中间缺少联动的纽带，对于城市中流动的某类人群、行驶的车辆、一些安放在固定位置的物品和某些场所的位置信息的管控仅仅通过智能手机应用APP、铺设监控摄像头并不能立即解决。

解决人群、车辆、物品和场所的位置信息问题的惯用做法一般都是采用GPS/北斗/LBS（基站定位）/Wi-Fi+GPRS模式，此类产品最大的问题是功耗太大，受限于电池的容量和尺寸，这些设备单次供电工作时间较短，除此之外，在地下室、楼道等卫星信号弱的地方还存在定位困难的问题。本文针对现有定位技术的诸多缺点进行了改进，提出一种基于低功耗、低成本、小体积社区e卡的社区e网，其定位设备续航时间为两年以上，采用卡片形式可以和钥匙放在一起轻松携带，定位范围广且环境要求低。日照市在东港沙墩社区、山海天教授花园、莒县沐韵家园进行了重点示范，其中莒县公安局通过试用进一步增建了采集基站，扩大了覆盖范围和社区人群。

一、社区e网的应用架构

（一）社区e网的区域定位原理

社区e网的主体由社区e卡、数据采集基站以及后端管理平台组成。人群（儿童、学生、老人、特殊人群）、车辆（机动车和非机动车）和物品（城市基础设备、贵重物品、禽类动物、物品等）携带或安装社区e卡，数据采集基站部署在小区、学校门口和主要道路口等关键卡口，当佩戴有社区e卡的人员或车辆经过卡口时，数据采集基站实时的采集社区e卡的信息并将采集到的信息上传给定位服务器，定位系统通过各个定位基站信息的差异计算出社区e卡所处的位置，如图1所示。

（二）社区e卡和数据采集基站

社区e卡（电子手环或物品标签）是一种有源的RFID电子标签，每隔一定时间会主动向周围发送电磁波。每个卡都有一个唯一的编号与管控目标进行身份绑定。借助电子手环上传的位置信息对被管控人员的行为轨迹进行实时记录，对历史轨迹进行追踪、研判，并对即将产生的事件进行预判、预警。社区e卡为可携带设备，用于实现人员与电动车信息的标识、上报。

社区e卡主要工作在2.4GHz频段，工作带宽1MHz，发射功率0～6dBm，可以工作在BLE模式和RFID模式。当工作RFID模式时使用私有信道2401MHz或者2481MHz，该频段不仅是免费频段，而且目前使用该频道的产品较少，外界干扰比较少。当工作在BLE模式时，使用蓝牙协议中的37广播信道，避开了Wi-Fi等无线干扰严重的频段。每台定位基站每秒能够接收400个定位信息包，如果按照标签1s发送2个定位信息包来计算，则最多可以实现200个标签的同时定位。社区e卡采用多信道跳频发射，发射功率小于30μW，小于手机发射功率的万分之一。平均工作电流小于10μA，采用纽扣锂电池供电，使用两年以上不用充电。发送号码时在4个信道上跳频发射，能有效防止恶意干扰，防碰撞能力强，误码率小于10-6。采用DES加密算法，有6.5万组密钥，对上传的数据自动进行随机加密。具有低电量自动报警功能。

通过无线定位基站采集分析社区e卡的信息还能实现老人、儿童的区域保护，将不按指定行进线路、离开或滞留时间过长等行为向监护人实时报警。

社区e卡与基站之间采用Wi-Fi、NB-IOT、RFID、蓝牙等通信通道，采用私有协议进行安全传输。数据采集基站有全向型和定位型，主要是负责接收标签发出的信号，并上传到定位服务器。采用多标签二叉树型防碰撞机制，20秒内可同时读取1500张不同卡号的数据。采用3DES加密技术与认证，防止链路窃听与数据破解。

社区巡逻机器人可以作为移动的基站，进行网络拓扑的补充，融合Wi-Fi探针与手机电子围栏的功能，自动识别微信号、淘宝账号、微博账号等相关信息，进行多维信息的收集和碰撞，结合机器人自身强大的计算能力，构成前端的智能研判及预警。

（三）社区e网的网络拓扑

基站之间或与主节点之间采用2G/3G/4G、LORA、有线网等通信方式，通过简单、低廉、低功耗、远距离、长效和实用的方式将城市中生活的人群、流动的车辆、贵重的物品及敏感场所等数据有效采集并实时接入到数据库服务器。

先建一个标签编号与人员或物品信息的对应关系表，标签的位置确定之后，核心程序开始查询该位置所在区域名称，并利用该标签的编号，在标签与人员或物品的对应关系表中查询，来识别出该标签的对应信息，这就实现了对人和物品的区域定位。然后核心程序通过以太网把这些结果传送到系统的展示服务器上，展示服务器调用程序将接收到的信息显示在电脑屏幕上。

（四）管控平台

数据采集管理平台将这些采集到的RFID数据分发到不同的应用管理系统上，形成城市中不同的大数据应用和云服务。利用社区e网，政府可以实现对城市中的人群、宠物、车辆、物品和场所等位置信息的精确管理，在社会管理、打击犯罪、服务群众等方面起到重要的技防作用。

社区e卡还有主副卡模式工作模式，对应以下几类特色应用：

1. 车辆卡

主卡安装在车上任何隐蔽位置，副卡与车钥匙绑定。一旦车（主卡）与车钥匙分离后单独在城市里行驶经过连续两个及两个以上的基站采集点，车主手机就会接收到分离短信。

2. 宠物卡

1．2 血清标本采集 FS组、上感组患儿均在入院24h内用无抗凝干燥管抽取肘静脉血2mL，室温放置30min。离心机3 000r／min离心10min，再将血清转盛至EP管中，－70℃冰箱保存待测。健康对照组于清晨空腹抽取肘静脉血2mL，处理和保存方法同前。

为城市里生活的宠物佩戴社区e卡副卡。一旦宠物走失（单独走失或者远离主人），主人通过智能手机就能及时找到在城市里迷失的宠物。

3. 伴随卡

当需要带被管控人员外出时，警员可以通过配带手持终端实现对外出人员的管控。通过在定位系统下载外出人员信息到手持终端，当外出人员离开警员超过一定距离时，手持终端就会发出告警信息，并显示人员姓名。

（1）实时位置查询

可以自由选择要显示的管控任务，即可在电子地图上显示所有选中任务的实时位置，点击终端可显示管控过程的详细信息（包括实时监控视频）。

（2）轨迹回放功能

可以在电子地图上回放选定时间内管控对象的历史活动轨迹。当发生需要处理的事件时，可以根据管控的历史轨迹来分析了解事件全部过程。

监护人或车主用智能手机关注对应的微信号，开启与信息管理系统的连接，即可通过智能手机查询或监控对应被监护人、车辆的位置信息。

相关人员通过“智慧平安城市管理系统”可随时查看被查询对象的实时位置和历史轨迹等信息。

二、应用案例

社区e卡目前已在山东省日照市结合“社区智慧警务+”建设项目进行了示范部署。日照市是我国最美的海滨城市之一，每年旅游接待人数超过本地人口总数，且几乎全部集中于暑期旅游旺季。教授花园小区是占地594亩的大型小区，与海洋馆、优质海滩浴场仅一路之隔，小区业主主要是高校教授、专家、学者，周边有配套小学，旅游高峰期房屋出租率高，中小学生的上下学、玩耍让家长放心不下，因此小区周边整个泛社区的范围都应该进行智慧管理。虽然很多家庭都配备了伴随手机或跟踪器，但是这些设备每隔几天就要充电而且不防水，或者带有娱乐功能，成本高。

如图4所示，在教授花园小区和配套小学的门口、主要路口以及通向市中心的主要干道都部署多维数据采集基站，采集社区e卡信息，社区e卡主要发放给学生、老人和保姆看护人员，方便业主及时了解学生的看护和老人的陪护问题。对于游客和外来临时租客，也登记佩戴社区e卡，关联他们进出小区的记录和滞留时间，结合周边区域的主要出行轨迹，能够给他们带来最及时的服务和安全保障。

三、社区e网对大数据的意义

社区e网的实时定位位置信息可以和现有的大数据平台相结合，给大数据平台提供重要的数据源，方便一线民警办案，提升办案速度，解放一线公安的珍贵人力。社区e网提供的人员及车辆数据包含人员信息、车辆信息、实时定位、运动轨迹等多种维度，在此基础上与公安现有信息库进行的多维度碰撞，可以为未来的数据挖掘提供强有力的支撑。

社区e网是城市“天网”摄像的有效补充和完善。它能够独立运行，不仅能让犯罪、违法人员无处遁形，有效保护群众的人身和财产的安全，还能有效加强城市基础设施的监控管理，为公安机关打击犯罪和预防犯罪提供了分析素材和证据保全，并对侦查方向提供地理位置上的快速指引、数据挖掘和案情预警等，还可以让普通老百姓时刻自觉、主动地关心其人身财产安全，防患于未然，降低社会犯罪率，促进警民联合，相互支持，共同打击民事和刑事犯罪。同时，将物联网、Wi-Fi探针、手机围栏、“天网”视频融合为一体的全网通，可以在公安部门形成强有力的合成作战能力，为各个地市乃至全省建成一张“资源共享、平台融通、手段集成、合成作战”的综合技防网打下了示范基础。

四、结语

社区e网可以将社区内的儿童、老人、贵重物品进行登记和定位，方便社区人员根据运动轨迹对长时间没有消息的老人给予及时的关怀及帮助。家长可以及时获知孩子的所在位置，做到孩子上、放学轨迹可循，走丢时有定位可查，做到及时找回贵重物品，大大提升城市形象与市民幸福度。社区e网还为大数据分析、处理、侦查提供至关重要的数据来源，未来社区e网与警用机器人合作，还可以实现移动部署、智能探测，组成智慧城市更严密的“网”，为一线民警和市民提供更便捷的服务，真正做到让科技服务人类。