社區(qū)數(shù)字化應(yīng)急管理系統(tǒng)構(gòu)建探究

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1物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)框架

物聯(lián)網(wǎng)得到廣泛應(yīng)用，其所發(fā)揮的作用是不可替代的。在社區(qū)數(shù)字化管理中發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作用，就是通過運(yùn)行這種混合網(wǎng)絡(luò)對社區(qū)實(shí)施應(yīng)急管理。從物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成來看，主要包括三個(gè)部分，即物聯(lián)網(wǎng)的感知層、物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層。其一，物聯(lián)網(wǎng)的感知層所發(fā)揮的作用是全面感知信息。在感知層上面的節(jié)點(diǎn)不會(huì)受到時(shí)間和空間的限制對信息予以感知，可以獲得測量信息，將捕獲的信息傳遞，還能夠有效地控制設(shè)備[1]。其二，物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層所發(fā)揮的作用是將數(shù)據(jù)傳輸工作完成，并控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)。從其構(gòu)成上來看，包括多種網(wǎng)絡(luò)組合，主要為移動(dòng)通信網(wǎng)、各種類型的專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)運(yùn)行的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)等等。在控制網(wǎng)絡(luò)的過程中，網(wǎng)絡(luò)層所發(fā)揮的功能是選擇路由、連接網(wǎng)絡(luò)、復(fù)用數(shù)據(jù)鏈路、檢測差錯(cuò)、控制流量、管理網(wǎng)絡(luò)等。其三，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層所發(fā)揮的作用是處理信息并實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。通過發(fā)揮應(yīng)用層的作用，可以分析感知數(shù)據(jù)并予以處理，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行挖掘并融合，給用戶提供獲得豐富的信息，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的智能化。

2基于物聯(lián)網(wǎng)的社區(qū)數(shù)字化應(yīng)急管理系統(tǒng)的構(gòu)成

社區(qū)數(shù)字化應(yīng)急管理系統(tǒng)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從物聯(lián)網(wǎng)的整體架構(gòu)情況來看，主要包括三個(gè)部分，即社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)的采集感知與控制層、社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信層和社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)的綜合應(yīng)用層。社區(qū)信息采集感知與控制層主要是為社區(qū)的RFI提供服務(wù)，各類傳感器以及家用電器也可以享受到服務(wù)。社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信層涵蓋各種公共傳輸網(wǎng)絡(luò)，諸如家庭2.4MHz頻段網(wǎng)絡(luò)、社區(qū)433KHz頻段網(wǎng)絡(luò)以及全球移動(dòng)通信系統(tǒng)/碼分多址/互聯(lián)網(wǎng)等。綜合應(yīng)用層主要發(fā)揮的作用是對社區(qū)環(huán)境實(shí)施信息監(jiān)視，對家庭設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程控制等。綜合應(yīng)用層還可以對這些功能予以擴(kuò)展，具體見圖1。社區(qū)數(shù)字化應(yīng)急管理系統(tǒng)應(yīng)用智慧信息機(jī)傳遞信息，使用掌上AP啟動(dòng)應(yīng)急服務(wù)，發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的作用對整個(gè)社區(qū)實(shí)施智慧化應(yīng)急管理。

2.1感知層與控制層

感知層與控制層所發(fā)揮的作用是讓社區(qū)居民享受到立體化、高品質(zhì)的智慧生活。當(dāng)應(yīng)急管理系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候，感知層與控制層與便民通信機(jī)系統(tǒng)連接，社區(qū)居民的各種需求信息都可以在此獲得，從而為居民提供各種應(yīng)急服務(wù)。在感知層和控制層有各種控制節(jié)點(diǎn)，對各種類型的設(shè)備起到一定的控制作用。傳感器主要包括三種，即用于監(jiān)測環(huán)境的傳感器、用于監(jiān)測安防的傳感器和三表數(shù)傳[2]。這些傳感器對社區(qū)信息及時(shí)了解，將社區(qū)居民所需要的信息及時(shí)傳輸出去，當(dāng)應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)接收到信息之后，指派專業(yè)的服務(wù)人員為居民提供應(yīng)急服務(wù)。具體見圖2。

2.2網(wǎng)絡(luò)層

2.2.1網(wǎng)絡(luò)框架。數(shù)字社區(qū)有屬于自身的物理環(huán)境，對于數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用需求也有所不同，所構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括三層，每層結(jié)構(gòu)所應(yīng)用的組網(wǎng)頻段都有所不同。每戶家庭通常是非常小的空間，很短的視距通信距離，可以應(yīng)用2.4MHz的頻段組網(wǎng)。建筑以外的空間是非常大的，有較長的視距通信距離，應(yīng)用433KMz的頻段組網(wǎng)即可。社區(qū)之間以及社區(qū)與外界之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，就可以發(fā)揮無線公網(wǎng)的作用，也可以發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的作用傳輸信息。社區(qū)在向居民提供應(yīng)急服務(wù)的時(shí)候，可以通過信息交換獲得小區(qū)信息以及特定某個(gè)家庭的應(yīng)急需求信息，將這個(gè)信息向高一層的網(wǎng)絡(luò)傳輸，到指定的客戶端。應(yīng)急管理人員接收到信息之后，及時(shí)出臺處理方案，采用遠(yuǎn)程操作的方法就可以處理各種事務(wù)。工作人員不需要到現(xiàn)場就能夠解決小區(qū)的各種問題，真正意義地做到了管理應(yīng)急性。所以，網(wǎng)絡(luò)層對環(huán)境有也很好的適應(yīng)性，即便環(huán)境不斷地發(fā)生變化，在數(shù)字社區(qū)中的物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行過程中，這種組網(wǎng)方式也是非常有效的。2.2.2組網(wǎng)機(jī)制。社區(qū)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，路由包括兩種類型，第一種為按需路由，第二種為按表路由。按表路由在技術(shù)維護(hù)的時(shí)候投入的資金比較多，當(dāng)產(chǎn)生拓?fù)渥兓瘯r(shí)反應(yīng)速度不是很快，所以，數(shù)字社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)中不適合使用按表路由。使用按需路由，在協(xié)議中可以劃分為兩種，第一種為傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議，第二種為Adhoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。這兩種路由協(xié)議都有各自的特點(diǎn)，其中傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由可以起到網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的效果，在洪泛機(jī)制的基礎(chǔ)上將路由建立起來，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中需要投入的資金量比較大。對于Flooding協(xié)議的弱點(diǎn)，一些路由協(xié)議已經(jīng)克服了，但是考慮到設(shè)計(jì)效率問題，還需要從實(shí)際出發(fā)進(jìn)一步優(yōu)化。在數(shù)字社區(qū)物聯(lián)網(wǎng)中，要使得組網(wǎng)機(jī)制滿足社區(qū)應(yīng)急管理需求，對時(shí)延有很高的要求，信息傳輸及時(shí)，以及時(shí)解決問題。比如，SPIN、LEACH等的協(xié)議中都優(yōu)化了路由，可以獲得良好的信息傳輸效果，為應(yīng)急管理爭取時(shí)間。

2.3應(yīng)用層

在數(shù)字社區(qū)的應(yīng)用層上，公共網(wǎng)絡(luò)所發(fā)揮的作用是將各種感知數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端，通過融合數(shù)據(jù)、挖掘數(shù)據(jù)信息和分析數(shù)據(jù)信息，可以起到監(jiān)視家庭或者監(jiān)視社區(qū)環(huán)境的作用，而且根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，為應(yīng)急管理提供了便利[3]。與此同時(shí)，各種應(yīng)用功能衍生出來。比如，對進(jìn)入社區(qū)和走出社區(qū)的人實(shí)施管理，對社區(qū)的車輛實(shí)施管理等，采用這種方式可以對數(shù)字社區(qū)實(shí)施智能監(jiān)測，管理更加及時(shí)可靠。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，使社區(qū)中的所有信息資源都可以“物物相聯(lián)”，發(fā)揮公共網(wǎng)絡(luò)的作用，將各個(gè)數(shù)字社區(qū)之間建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)智慧社區(qū)，對各項(xiàng)事務(wù)實(shí)施智慧化管理，使得應(yīng)急管理更加到位。

2.4實(shí)施方案

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施數(shù)字社區(qū)管理，主要使用了三層無線網(wǎng)絡(luò)將社區(qū)智能網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建起來。具體的設(shè)計(jì)中，感知層節(jié)點(diǎn)使用終端節(jié)點(diǎn)替代，主要包括安防監(jiān)控節(jié)點(diǎn)、環(huán)境監(jiān)測節(jié)點(diǎn)和三表數(shù)傳節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)用于采集傳感信息并對信息予以傳輸，控制各種類型的被控設(shè)備。具體見圖3。數(shù)據(jù)采集部分主要是對物理信號予以采集，具體為溫度信號、濕度信號等，根據(jù)需要將這些信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。在對信號直接采集的過程中，主要是采集開關(guān)量信號或者通過讀取或記錄表數(shù)據(jù)信息。在處理數(shù)據(jù)的過程中，主要是采集處理過的信號，然后根據(jù)具體的需要予以處理，由于這個(gè)部分的信息計(jì)算量不是很大，只要使用8位低功耗微控制器就可以解決。數(shù)據(jù)傳輸部分所發(fā)揮的作用是對數(shù)據(jù)信息接收和發(fā)送。在社區(qū)中運(yùn)行2.4MHz的感知層節(jié)點(diǎn)，按照家庭的具體需要布置網(wǎng)絡(luò)，可以劃分為多個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)都需要設(shè)定一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)或者多個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，諸如局域匯聚節(jié)點(diǎn)或者家庭匯聚節(jié)點(diǎn)等。匯聚節(jié)點(diǎn)本身就是一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，具備增強(qiáng)功能，其供給的能量非常充足，而且內(nèi)存非常多。應(yīng)用控制器，其不同之處在于，有2個(gè)無線收發(fā)模塊，不僅2.4兆赫無線網(wǎng)絡(luò)上面的射頻芯片可以使用，而且具有433MHz的無線收發(fā)模塊。在信息傳輸?shù)倪^程中，不僅傳輸?shù)镁嚯x遠(yuǎn)，而且有很強(qiáng)的穿透力。即便距離社區(qū)應(yīng)急管理系統(tǒng)比較遠(yuǎn)的家庭，有需要的時(shí)候也可以及時(shí)傳輸信息，使得社區(qū)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化應(yīng)急管理。

3結(jié)語

通過上面的研究可以明確，數(shù)字社區(qū)在應(yīng)急管理工作中要將物聯(lián)網(wǎng)充分利用起來構(gòu)建數(shù)字化應(yīng)急管理系統(tǒng)，使得室內(nèi)物理環(huán)段與室外物理環(huán)段結(jié)合，滿足社區(qū)的應(yīng)急需求。通過建立物聯(lián)社區(qū)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以發(fā)揮的作用是讓社區(qū)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理。但是物聯(lián)網(wǎng)在運(yùn)行的過程中，網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行會(huì)受到組網(wǎng)路由的影響，同時(shí)還會(huì)受到節(jié)點(diǎn)功耗的影響，所以，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于社區(qū)的數(shù)字化應(yīng)急管理工作中，需要對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)予以優(yōu)化，在技術(shù)上予以改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)智能化的數(shù)字社區(qū)。

參考文獻(xiàn)

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[2]朱軍.公安應(yīng)急物資物聯(lián)網(wǎng)智能管理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[D].南京：東南大學(xué)，2019.

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作者:黃培明 單位:廈門普標(biāo)科技集團(tuán)