基于网络化感知计算的智慧社区管理关键技术与应用论文

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1、基于网络化感知计算的智慧社区管理关键技术与应用一、概述1、项目提出背景进入21世纪以来，互联网技术、云计算、物联网的发展和应用不仅改变着人们工作、商务的模式，更开始全面地改变人们生活的观念和方式，在我们熟悉的物质城市的身边已经迅速形成一个信息化、虚拟化、数字化的“新城市”。在这个“新城市”中，可以通过网络进行在线购物、远程医疗；可以在电脑前学习课程；人们将生活在“数字家庭”、“数字社区”、“数字城市”之中。智慧社区是以互联网为依托，运用物联网技术将家庭中的智慧家居系统、社区的物联系统和服务整合在一起，使社区管理者、用户和各种智慧系统形成各种形式的信息交互，以达到更加方便快捷的管理，给用户带来更

2、加舒适的“数字化”生活体验。智慧社区的提出,是以智能、人文、服务为理念，通过整合街道管理和服务运行的关键信息，探索社会管理、社区服务、惠民兴业的发展新途径，以打造管理精细化、服务人文化、运行社会化、手段信息化、工作规范化、技术现代化的现代街道工作运行新模式。作为智慧城市组成的基本单元，智慧社区的构建领域零散、应用水平也不高，已有的智能小区、数字社区等建设方案也存在着不同程度的问题，智慧社区所面临的主要问题包括：（1）智慧社区缺乏智慧化，只是空泛的管理模式，没有做到智慧化的精细管理以及为人们提供个性化的服务；(2) 缺乏统一规划和标准，普遍适用性的信息共享和业务协同的机制尚未建立，从行业到企业，

3、各自都有自己的标准，相互间的兼容性差，从而给用户生活带来不便，用户如果要增加或替换家中的智能设备，就很可能导致该设备无法有效地融入到已有的系统中；（3）多业务系统集成问题，智慧社区由安防系统、视频监控系统、停车场管理系统、社区服务系统等多个系统组成，不同系统往往由不同企业设计与部署，智慧社区管理系统需要具备规范的接口，从而有效地将这些不同子系统融入进来，且智慧社区管理系统需要具备可扩展性，以便于新业务系统集成进来，从而为用户提供便捷的服务；（4）智慧社区管理系统的可靠性、安全性、可用性问题，智慧社区管理系统需要长期不间断运行，且包含多个不同业务的子系统，其安全性、可靠性需要得到有效保障，而已有

4、的系统对这方面的关注相对较少，系统的容错能力较差；（5）智慧社区的发展离不开网络化的感知计算技术，而目前所谓的智慧社区，其感知技术能力偏弱，需要采用新的技术来提高其智慧化的感知能力，从而促进智慧社区的建设与发展。由于这些问题存在，使得目前所谓的智慧社区只是初级的智能社区，还不能称为智慧社区，也不能真正为人们提供智慧的、个性化的服务。本项目正是针对目前智慧社区发展过程中存在的问题展开研究和技术攻关。2、项目的目的、意义 目前，我国的社区信息化服务建设正在进入一个更加深入、更加扎实的新阶段。社会信息化服务需求旺盛，“信息化惠及全民”成为努力方向。然而由于目前智慧型数字社区存在着多种问题，如：用户无

5、法享受个性化服务、用户的隐私保护不到位、系统的可维护性较差、升级成本较高、各种标准不统一、系统运行不稳定。这些问题的存在，延缓了人们信息化惠及全民的进程，使人们难以享受信息化带来的好处。本项目旨在基于网络化感知计算研究智慧社区管理系统中的关键技术，提出新的智慧社区架构模型、研发多系统集成平台、知识服务平台、个性化推荐系统、智慧家庭网关等关键技术，以及开发多种智慧社区示范应用系统，如：多级社区安防系统、社区交流系统、社区资源管理系统、社区服务系统等等，从而使社区管理系统具备更多的智慧、提升用户的满意度和舒适度。目前，我国许多省市都在大力推进智慧城市的建设，而智慧社区作为智慧城市的最基本组成单元，

6、智慧社区的建设优劣极大地影响着智慧城市的建设与发展。本项目的开展，也可以进一步降低智慧社区的建设经费，取得较好的经济利益。因此，本项目的研究具有十分重要的实用意义和经济价值。二、项目立项的必要性及市场需求分析1、项目技术攻关的必要性随着物联网、云计算等新一代信息技术的迅速发展与推广应用，信息技术对经济社会变革的支撑作用日益增强。发达城市纷纷把“智慧城市”的建设作为加强城市竞争力、推动产业升级和结构调整，提升城市创新能力和可持续发展的重要手段。“智慧社区”作为“智慧城市”的基本构成单位，是集城市管理、公共服务、社会服务、居民自治和互助服务于一体的新技术的应用。 智慧社区通过充分借助互联网、物联网

7、、传感器网等网络通信技术对住宅楼宇、家居、医疗、社区服务等进行智能化的构建，从而形成基于大规模信息智能处理的一种新的管理形态社区。但是，由于目前已有的智慧社区建设方案，还存在一些技术问题没有解决，如：（1）已有的社区系统的用户主要以被动方式而非主动方式使用该系统；（2）已有的社区管理系统缺乏可扩展性、如果增加新的子系统则代价很高；（3）已有的社区管理系统缺乏智慧，无法根据用户的特征提供个性化的服务；（4）社区管理系统中的家庭网关系统缺乏统一接口规范和可扩展性，一旦用户部署了该系统，用户就无法增加和替换家中的智能设备；（5）已有的社区管理系统的可靠性和可用性较低，造成了较高的维护成本、降低了用户

8、的满意度。现有智慧社区建设方案的这些问题造成了智慧社区建设成本偏高、用户体验不佳、系统不可靠等问题。本项目就是针对目前智慧社区建设中的问题展开研究和技术攻关，因此，本项目的技术攻关具有非常重要的必要性。2、项目的市场需求分析随着全球信息化时代的不断升温，物质生活水平不断提高以及国家大力推广三网融合，人们的生活方式、工作习惯也开始悄然飞跃。人们对干百年来赖以生存的住宅，也已不再满足于地理位置、交通绿化、周边环境以及房屋结构等传统条件。个性化与智能化成为新的需求，更健康、更安全、更方便、更舒适的生活，成为21世纪家居生活方式的发展方向。2011年2月19日，胡锦涛在省部级领导干部社会管理研讨班中发

9、表重要讲话，其中，工作意见中强调：整合基层资源、强化基础工作，强化城乡社区自治和服务功能，健全新型社区管理和服务体制。目前，随着物联网技术的迅速发展，我国的社区信息化服务建设正在进入一个更加深入、更加扎实的新的阶段，社会信息化服务需求旺盛，“信息化惠及全民”成为努力方向。住宅用户希望通过智慧社区的建设得到舒适的生活空间、方便的生活体验、安全的生活方式、以及个性化与时尚的生活感受等；房地产开发商则希望通过智慧社区的建设获得卖点、高的性价比、以及新的业务增长点等。全国各地展开了智慧城市的建设热潮，智慧社区作为智慧城市的基本组成部分，成为最受市场认可的热点之一。智慧社区所提供的内容囊括了家居安防、高

10、速上网、视频娱乐、数字社区等多方面数字信息化服务，通过服务的整合，让用户足不出户享受到一站服务的便利与轻松。本项目针对智慧型社区展开研究和技术攻关工作，旨在提供个性化的、可靠的、可扩展的、绿色智慧社区管理系统，为用户提高个性化的服务，给社区管理人员带来便利的工作方式。因此，本项目具有较高的市场需求和应用前景。三、相关领域国内外技术现状、发展趋势及现有工作基础1、国内外技术现状、专利等知识产权情况分析自上个世纪80年代末起，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国被称为Smart Home，也就是现在智慧社区的原型。从智

11、能家居概念的提出到现今，已发展了20多年，经历了不同阶段，其发展历程如图1所示。 图1 智慧社区发展历程国外智能家居发展比较早、速度快，现在市场上占主要地位的都是国外品牌，如霍尼韦尔、Control4、快思聪等，他们历史悠久技术高超，近年来已有许多成功案例。主要产品功能如下：(1)智能控制。智能控制主要实现的功能如下：对于空调的控制，能够自动调节温度的升高降低、开关以及风速风扇转动方向、空调模式等；对于灯光的控制，能够远程自动调节灯光明暗、开关； 对于窗帘的控制， 能够远程自动调节窗帘的闭合； 对于打印传真机的控制，能够远程控制接受文件、发送文件以及文件的打印或者复印，节省时间，高效生活；对于

12、电视的控制，通过连接在家庭网关上的电视，观看直播电视节目，VOD影片点播；对于门禁的控制，可以远程查看门是否锁好， 是否有外人来访；对于电动幕、投影仪、吊灯的控制，通过远程控制这些仪器的上升以及下降功能。在长久的发展中，主要还是通过遥控器等设备对这些家电进行远程操控。在最近的发展中，也研发出了新的终端器。目前，Control4最新的技术即是和iPad和黑莓以及android手机配合使用。在2010年拉斯维加斯的国际电子消费展会上， Control4宣布了针对黑莓和android的新的移动应用程序， 提供应用于所有领先的智能手机平台用户终端的移动导航系统程序。作为智能家居控制系统，Control

13、4致力于通过全面的移动设备平台，为不断增长的智能家居市场提供易于操作的应用程序。(2)报警防盗。在小偷入侵、着火、煤气泄漏、家用电器未关、漏电、室内湿度过大、温度过高过低、电器短路、有外人出入家中时会有报警发生。安全岗哨数码可视对讲系统：可视对讲智能终端集成了可视对讲、户户通话、留言留影等功能。隐形卫士无线安防报警系统：无线安防报警系统主要通过在别墅四周、大厅、主人房装置红外探头；室内主要门窗安装门磁、探头；大厅、主要通道装置烟感探头；在厨房(及浴室)安装煤气探头这四种途径来实现。千里眼远程数码安防监控系统：可视对讲智能终端可以控制云台，支持本地远程连线方式查看。智能家居及智慧社区在我国也已发

14、展了10多年，国内智能家居产业正朝着更加专业化、多元化的方向发展，国内的家电厂家如海尔、海信、TCL以及通信产品厂家化为等都有相应的产品和解决方案。国内智能家居产品的核心功能主要包括两个方面：安防报警和智能控制。安防报警产品与技术主要包括：（1）智能锁：具有防盗报警功能的电子密码锁，相对于机械式密码锁，无论在技术上还是性能上都有很大的提高，具体代表性产品有感应式智能门锁系列、接触式智能门锁系列等；（2）监控设备：监控设备是在嵌入式视频服务器中集成了智能行为识别算法，能够对画面进行智能监控，识别场景中人和车辆的行为，在适当条件下可以产生报警提示用户，保证人身和财产安全。具体产品有三星枪式摄像机、

15、四路嵌入式硬盘摄像机等；（3）传感器类，传感器是智能家居安防报警系统中必不可少的组成部分，主要包括：燃气传感器、烟气传感器、幕帘传感器等。智能控制是智能家居中最基本的部分之一，通过已有的布线和网络来控制、管理家里安装的智能设备，从而使人们的神话便利化、舒适化、艺术化，主要包括：（1）背景音乐系统；（2）智能电动窗帘系统；（3）智能温度控制等等。目前，智能家居产品所采用的通信技术分有线和无线，主流的技术如图2所示。有线技术和无线技术各有优缺点。（1）有线技术有线技术包括RS485、IEEE802.3 (Ethernet)、EIB/KNX、LonWorks、5.X-10，PLC-BUS、PLC-B

16、US、CresNet、AXLink等等。然而，除了X-10，PLC-BUS之外，几乎没有专门针对智能家居行业制定的通讯技术；X-10电力线载波技术甚至早在上世纪70年代就研制成功开始应用与家居自动化领域了，在我们国内也是2000年左右就被引入并开始推广了，但是市场局面一直难于打开，难于广泛推广的主要原因除了设备成本与人们需求不匹配之外，还在于技术本身的种种问题。电力载波技术的优点是在部署智能家居系统的时候可以免于另外布线，缺点是稳定性不佳，因为电力网络环境实在太糟糕，尤其是国内的电网，如果要实现足够稳定地在电力线上通讯，需要花费的代价太大，尽管后来PLC-BUS提高了一定的稳定性，但是仍旧难以

17、达到稳定持续的通讯质量，况且电网环境变化多端，后期维护有点捉襟见肘。除此之外，电力线通讯还涉及到对公共电网的二次污染以及信息安全性的问题等等。而其它有线通信技术的优点是稳定性很好，缺点是在部署智能家居系统时候需要另外布线。所以，虽然电力线载波技术虽然产生得非常早期，且一度被人们寄予厚望，但是人们还是不停地从其他领域寻找合适的有线技术开发智能家居产品，甚至自创私有技术协议进行产品开发，当然因为各种有线技术都有其优劣势，所以一直群雄相争、各分天下，也许也正因为如此，使得智能家居行业一直不愠不火，没有突破性的进展，行业规模也一直较小。（2）无线技术无线技术主要包括RF射频技术、蓝牙(Bluetoot

18、h)、Wi-Fi、Zigbee、Z-Wave等。智能家居系统最为重视的是稳定性、灵活性与安全性，可以说Zigbee和Z-Wave技术是因应而生的：灵活的组网方式、智能联网修复、互为中继、低功耗、低成本等特性。因此，当下战场将主要集中在诞生于21新世纪的这两个新型技术：Zigbee和Z-Wave，前者有国际标准组织支持，制定的规范较为完善，后者是草根协会，当然也受到了一些国际大佬的赏识，如思科、Intel和微软等。由于不同的技术各有其优缺点，因此，在实际应用中，会采用多种技术来保证用户的满意度和舒适度。图2 主流智能家居技术及标准通过对中国、美国、欧盟、日本的专利的检索，发现已有的专利只是针对智

19、能家居产品的某个小模块进行了申请，如：智能家居调光模块、智能家居轻触式开关、智能家居录音器等，而未发现针对智慧社区的专利。虽然，经过十多年的发展，国人对智能家居有了一定的了解，但国内智能家居产业还处于发展和探索之中，在技术上，国内的智能家居产品还落后于国内产品，且国内智能家居产品还普遍存在系统复杂、价格昂贵、不切实际等问题。此外，国内的智能家居产品，还主要面对的是单个家庭而非整个小区，即使有几个针对小区的解决方案，也是仅针对普通的住宅小区或别墅，而没有针对大学校园这种既包含普通住宅、又包含教学楼、办公楼、学生宿舍的混合型社区。2、国内外技术发展趋势智能家居随着近年来的发展和应用，已经日趋成熟，

20、逐渐被人们熟知。在国外已经又稳定的客户群和潜在的客户，接下来要做的技术重点应该是加强各个系统的整合，将多个独立的功能融合到一个中央管理系统中，可以做到统一管理及设置。在这个新兴领域的发展阶段，产品的稳定性、实用性、可操作性也面临考验，只有把握好这三点才能开拓更广泛的客户群体。目前，国内外住宅小区的建设已发展到了智慧社区的阶段，迫切需要体现出用户的个性化服务、管理人员的便捷性、整个社区的和谐性。而目前的产品仍以智能家居为主，针对智慧社区的解决方案相对较少。智慧社区最终目标还是要为人们提供更舒适、更方便、更安全、更环保的生活环境。新技术的出现和发展，尤其是物联网技术，能促进智慧社区的发展和建设、降

21、低建设成本、提高用户的满意度。随着物联网技术的发展，智慧社区的建设方案多以物联网技术为基础,并结合互联网、云计算来共同构筑。智慧家庭联接在智慧社区之中，实现社区的数字化、人性化管理，然后通过互联网以门户网站为入口，使用户能够通过终端与小区智能管理系统和家庭智能家居系统进行交互。3、现有的工作基础课题组在物联网技术、多系统集成、知识服务、软件可靠性等方面具有一定的研究基础和开发经验。在物联网技术方面，基于Zigbee协议和传感器节点，开发了家庭网关软件以及应用软件，实现了简单的智能家居系统，可以采集房间的温湿度、可燃气体、光照度、人体红外等。智能网关程序是连接Android系统与ZigBee无线

22、网络的桥梁，运行在Android系统的服务层，智能网关程序通过3G、WiFi、以太网等通信方式与Android用户控制程序相连，然后将用户控制程序发过来的指令通过串口发给ZigBee网络协调器，ZigBee网络协调器解析相应的指令后发送给各个传感器节点，以此来实现控制传感器节点设备的功能。用户控制程序运行于Android系统应用层，采用JAVA语言开发。用户控制程序通过接收用户的输入操作，生成相应的控制指令然后通过3G、WiFi、以太网或者蓝牙等通信方式发送到智能网关系统。同时，用户控制程序还可以接收智能网关程序发送过来的传感器所采集的信息以及告警指令，这样我们可以查看得到传感器采集信息的情况

23、，以及可以及时处理相关的警告。在多系统集成方面，课题组成员承担了多项国家和省部级项目，设计并实现了数字校园的系统集成平台、企业应用集成平台等，为本项目中智慧社区的多应用系统集成平台的研发积累了经验和基础。在知识服务方面，项目组成员承担和参与了多项国家级项目，在知识组织、管理、服务方面的理论、模型进行深入分析，提出了多种理论模型和方法。在工程技术实践方面，参与 “可视化知识服务平台构建及关键技术研究”项目研究，为本项目智慧社区中的知识服务平台的构建奠定了基础。从而可以实现透彻信息感知，然后转化成知识，向用户提供个性化、多模式的综合智慧服务。 在系统可靠性，尤其是软件可靠性方面，课题组成员参与了多

24、项国家自然科学基金和企业合作项目，进行了较为深入的研究，基于软件再生方法与技术，提出了多种新的软件再生方法与策略，成功解决了由软件老化引起的软件系统性能衰退、失效率增加问题，并将所设计的新的软件再生方法应用到了服务器系统中、取得了较好的效果。四、项目计划目标及主要研究内容1、主要目标该项目的主要目标是基于网络化感知计算研究智慧社区管理中的关键技术，并开发一些示范性应用。将智慧家庭联接在智慧社区之中，实现社区的数字化、人性化管理，让社区现有的以及未来可能建设的设施、系统、功能等各种资源能集中、统一、安全、人性化的为业主提供服务、为物业服务提供帮助。通过智慧社区的建设，能够提高社区的物管水平，构筑

25、人性化、规范化的管理服务体系，形成以人为本的社区环境，向居民提供多样化、个性化的服务方式和内容，不断提高社区人文素质水平。2、研究与开发内容该项目针对现阶段人们对数字化、智慧化生活的需求，面向新时代社区，应用“物联网”、“云计算”等新技术开发智慧数字社区管理系统，提出四层系统总体架构，如下图3所示。图3 系统总体架构最底层为感知层，是智慧社区的感知系统，充分运用网络化感知技术来及时感知各类资源的静/动态属性信息。主要功能包括信息采集和传感器网络组网和数据处理等。这一层的主要工作将各种物联网传感器、移动智能信息采集终端与系统连接、在线服务软件的部署等。第二层为网络层，是智慧社区的互联互通系统，基

26、于互联网、物联网、电信网、及通信传输技术，进行信息/知识交换和通信。第三层为中间层，是智慧社区的智慧层，是该系统中最为关键的部分，也是本项目重点研究和攻关的部分，主要包括多系统集成平台、知识服务平台、个性化推荐系统、智慧家庭网关等。这一层的建设工作包括联合各领域专家针对社区实际情况制定相应的解决方案，根据解决方案定制开发各种应用模块、知识库和在线专家库等。最后一层为应用层，是智慧社区中的智能处理系统，利用智能信息/知识处理技术实现人机物智能化管理与控制，实现智慧社区目标。应用层包含很多子系统，如：社区安防系统、社区服务系统、社区资源管理系统、智慧家庭系统等，本项目根据情况会实现尽可能多的应用系

27、统来充分验证项目重点攻关的中间件层本项目还提供统一的智慧社区公共服务平台，基于B/S架构的Web界面的开发和部署。其总体框架示意图如图4所示。图4 智慧社区总体示意图本项目基于网络化的感知技术，主要研究如下内容：1）多系统集成平台智慧社区管理系统由数量众多的应用系统组成，一般情况下，这些子系统是异构系统、往往由不同的厂商提供，这些系统间存在不兼容等情况，如果丢到已有的应用系统，全部购买新的系统，则带来较高的智慧社区建设成本，造成浪费。另一方面，随着社会的发展、人们对舒适生活的追求，未来很可能需要增加新的应用系统，而目前的社会社区管理系统可扩展性较差，不能满足人们的这种需求。本项目将多系统集成平

28、台的研发作为一个主要研究内容，基于面向服务（SOA）的设计技术，定义了统一的规范和协议，使得智慧社区系统具有灵活性和可扩展性，可以在将现有子系统全部集成在智慧社区服务系统内的同时，也可将未来增加的社区应用系统进行集成，实行统一管理，并且发挥智慧服务的管理模式、服务模式、先进技术等优势，社区管理提升到新的管理服务高度，全方位支撑智慧社区的建设和发展。2）知识服务平台知识服务是指以知识资源为对象，以信息知识的组织、关联、挖掘、重构等为手段，为用户提供个性化、多粒度的知识检索、导航、推送等功能。知识服务是知识体系以及相应的服务手段、技术方法和设施环境的集合，它从各种显性和隐性知识资源中按照人们的需要

29、有针对性地提炼知识，并用来解决用户问题的高级阶段的信息服务过程，是一种面向知识内容和解决方案的服务，是以知识为主要资源提供的知识密集型服务，以满足不同组织和个人不同类型的知识需求。本项目面向知识内容和解决方案、提供知识服务平台，通过采用最新的人工智能检索技术查询出有用信息并加以筛选、整理和分类，实现按照用户的需要自动为用户提供即时、便捷、个性、方便、高智能的服务。该平台的建设极大地促进了全社会知识的流动与创新，避免在新一轮知识经济竞争中处于不利地位，对一个国家的经济增长和社会发展将产生良好的促进作用。3）个性化服务推荐系统随着人们物质生活水平的提供，人们开始追求个性化的、时尚的生活方式。个性化

30、服务是一种有针对性的服务方式，根据用户的设定来实现，依据各种渠道对资源进行收集、整理和分类，向用户提供和推荐相关信息，以满足用户的需求。从整体上说，个性化服务打破了传统的以被动服务模式，能够充分利用各种资源优势，主动开展以满足用户个性化需求为目的的全方位服务。 因此，如何有效地为用户提供个性化服务是本项目的一个主要研究内容。为了实现个性化服务,本项目首先基于智能化的感知技术跟踪和学习用户的兴趣和行为,并设计一种合适的表达方式来反映用户的个性特征。为了把资源推荐给用户,必须组织好资源,选取资源的特征,并采用合适的推荐方式。4）人员定位与识别技术随着科技的发展，人们开始追求智慧化的生活，在智慧社区

31、中，存在着大量理想的智慧生活，如：家里的主人通过手机或者项链等随身物品就可以开门，走到哪个房间，灯光会自动开启，空调也会自动调节到合适的温度；坐到沙发上，电视就会自动开启等。此外，在智慧社区中，为了保护人们的财产和人身安全，当有非法入侵者进入社区时，能够及时地将其识别出来。实现这一切的一个关键技术就是对人员的定位及其身份的识别。因此，本项目将人员的定位与识别技术作为一个主要的研究内容，利用网络化的智能感知技术，来对人员进行定位与身份识别，从而可以有效地为用户提供个性化的服务，对非法用户进行抓捕等。5）智慧家庭网关智慧家庭是智慧社区的基本组成单位，为每个家庭提供安全、便捷的生活。家庭的智慧程度体

32、现了社区的智慧程度。但是，由于人是具有个体化差异特征、每个家庭的兴趣和需求不同，所配备的家居产品也不同，而且用户在未来还可能对现有设备进行替换或购买新的设备，这就要求家庭网关具有可扩展性，便于管理家庭的智能设备。而目前市场上所销售的家庭网关仅仅是一个简单的平台，接口简单、处理能力有限，不符合智慧家庭的建设目标。本项目对智慧家庭网关展开研究，扩展已有家庭网关的功能，并根据从智能感知设备传过来的环境数据，做出智慧化的决策。智慧家庭网关通过定义统一的规范和协议，对异构设备定义一致的服务接口，隔离了异构设备集成的复杂性。由于智慧家庭中，各传感器节点多采用无线组网（Zigbee 或 Zwave）的方式，

33、该项目也采用主动搜索技术使智慧家庭网关具备发现、连接新设备的能力。6）智慧社区示范应用智慧社区管理系统的应用系统主要包括智慧家庭系统、社区网络平台、社区资源管理系统、社区服务系统、社区安保系统；每个子系统又包含若干个子系统。为了验证本系统所研发的多系统集成平台、个性化推荐系统等功能的有效性，并通过分析已有应用系统的不足，本项目重点研发如下几个示范应用：（1）社区安保系统主要功能是为社区提供安保、紧急救助等，包括消防系统，紧急救助系统，监控系统，周界报警系统、智能巡更系统等。a)消防系统：提供社区公共场所的快速消防功能，和智慧家庭系统的家庭消防功能联合使用。b)紧急救助系统：提供儿童、老人等的紧

34、急救助。c)监控系统：提供社区24小时监控服务。d)周界报警系统：周界报警系统是目前社区安全防范系统的一个重要组成部分，是实现整个建筑群现代化的安全技术防范与科学管理的一项重要措施和必要手段。它利用现代电子技术设备，通过使用先进的技术，为社区营造一个安全、良好、有序的工作环境。对社区内建筑的结构、系统、服务、管理及其相互联系给予最优化考虑和综合，以达到最佳组合，从而获得投资合理、高效率的、高度安全、优雅舒适、便利快捷的环境空间。利用，该系统通过红外线对射器等感知技术、以及现代多媒体及数字化监测技术对公司周围及一些重要场所进行电子网管制系统，形成一套先进的数字化、网络化的安全防范系统。e)智能巡

35、更管理系统本系统由巡逻管理软件、巡逻信息点（RFID）、巡逻器、管理主机组成。主要用于保障物品的安全，控制和监督巡逻人员的工作。巡逻系统由现场电子签到器、保安中心电脑组成，用于规范保安员上岗情况。电子签到器设在住宅区内主要道路、盲点、死角等处，中心电脑事先存储保安员巡逻路线，签到时间等。若保安员未签到时，中心电脑会立即提醒值班人员去了解情况及早发现问题。（2）社区信息系统社区信息系统其主要功能是为居民和社区的相关的管理人员提供一个信息交流的网络平台，为居民和相关人员提供方便,满足人们的社会性需求。其主要功能包括社区公告与发布，交流系统，社区地图。a)社区公告及发布系统：主要是发布一些社区信息，

36、例如安全信息，天气信息，停电通知，停水通知等。b)社区交流系统：是一个交互性系统，主要功能是居民可以通过该系统向社区的物业及相关部门反应那些设备损坏了需要维修，也可以反应其他的与生活相关的问题。住户也可以通过该系统相互之间进行交流。c)社区地图：主要功能是显示整个社区的地图，以方便居民使用，该模块还包括一些出行的公交线路信息等。（3）社区资源管理系统社区资源管理主要功能是管理社区内的公共资源，包括社区运动场所管理系统、社区能源管理系统、社区光控系统等。a)社区光控系统：主要负责社区公共照明，比如路灯等。当光照到一定的值时，关闭路灯，或夜里凌晨以后关闭部分路灯等。b)社区能源管理系统：综合管理社

37、区的能源消耗、对能源消耗进行优化，从而获得低碳、绿色的生活。c)社区运动场所管理系统：管理社区内的乒乓球场、羽毛球场、游泳池等运动场所，提供在线预约、实时查看等功能，为用户提供方便快捷的生活。（4）智慧家庭系统智慧家庭系统，包括安防系统、远程监控、智慧家电、可视对讲、情景模式、宠物照看、智慧影音等子系统，用户使用远程终端通过管理系统就可以方便的进行管理。其主要功能如图5所示，本项目主要实现如下几个功能模块。图5 智慧家庭系统功能图a) 安防系统智慧家居报警系统由家庭报警主机和各种前端探测器组成。前端探测器可分为门磁、窗磁、煤气探测器、烟感探测器、红外探头、紧急按钮等。若有人非法入侵便会触发相应

38、的探测器，家庭报警主机会立即将报警信号传送至小区管理中心或用户指定的电话上，以便保安人员迅速处警，同时小区管理中心的报警主机将会纪录下这些信息，以备查阅。智慧家庭安防系统可实现家居安防的报警点的等级布防，并采用逻辑判断，避免系统误报警；可采用遥控器或键盘对系统进行布防、撤防，一旦发生报警，系统自动确认报警信息、状态及位置，而且报警时能够自动强制占线。b) 远程监控系统远程监控系统基于宽带网络，高度集成了安防技术、视频技术、网络技术、计算机技术等。用户可以利用3G手机和无处不在互联网，随时随地浏览家中的视频图像，同时，系统支持WEB网站多平台接入、企业客户端和手机登录方式，拥有强大的视频浏览功能

39、，能够满足用户图像分屏查看、历史视频查看、照片抓拍和远程控制等功能。c) 智能家电系统智能家电系统通过家庭控制终端和智能遥控器对家用电器进行控制，可控制家庭网络中的所有电器设备，包括白炽灯、日光灯、电动窗帘/卷帘、普通电器、大功率电器、红外电器（如电视、空调、DVD、音响等）等。d) 可视对讲系统业主或访客可以通过门口机呼叫小区中任意一台室内主分机，与户内业主进行可视对讲及开锁操作。如果业主不在家，可以对主机进行留影留言操作，业主回家后，可以查看当天的访客信息，并查看访客的语音视频留言。业主与业主之间可以进行户户可视对讲，整个系统内可以同时进行多路可视对讲，相互之间不会干扰。在门口机或室内主机

40、可以呼叫物管人员，与物管人员进行可视对讲。e) 情景模式设置情景面板，可实现对全宅指定区域内灯光，空调/采暖系统、音视频系统，泳池设备等的控制。 同时可设置多种场景（如灯光明暗组合，通音频设备之间的组合，实现：看电视，休息，聊天、就餐、外出等模式，需根据主人的生活习惯进行后期设计。设置智慧背景音乐面板，可开启和关闭背景音乐，选择曲目和新闻广播的同时，提供呼叫家庭人员或呼叫保姆服务。3、项目的技术关键，包括技术难点、创新点该项目所设计的智慧社区管理系统由智慧家庭和智慧社区两级系统组成,它们的拓扑图分别如图6、7所示。图6 智慧家庭系统拓扑图图7 智慧社区系统拓扑图项目的关键技术：（1）多级社区安

41、防系统设计保护社区人员的人身安全和财产安全是智慧社区的首要任务，只有人们感觉到安全，才会生活的有滋有味，才能追求更高级别的需求。现有的智慧社区管理系统都在安防上下了比较多的功夫，但仍不能完全有效地保护人们的财产安全和人生安全，社区内时有盗窃事件的发生，家庭内偶然会有火情发生。因此，需要设计多级安防系统来提高社区的安全性，保护社区人员的财产和人生安全。本项目通过对社区实施4级安全防范管理措施来保护社区人员的人身和财产安全。社区主出入口设置ETC车道控制社区车道和考勤、闭路电视监控系统摄像机，通过保安人员的尽职职守，可有效地对进入社区的人和车辆进行识别，构成了社区第一级安全防范网络。单元门口，设有

42、可视对讲门口机，配合闭路电视监控系统、进一步对来访者身份进行确认，组成社区第二级安全防范网络。周界防范系统，通过人防和技防的有效结合，组成了社区的第三级安全防范网络。在家庭内部，配置人体红外传感器、摄像头、可燃气体传感器等，来保护家庭内部的安全，一旦有坏人入侵或有火灾等险情发生，立即报告给业主和社区管理中心，及时进行防范和处理，有效地保护财产和人身安全。（2）多系统集成平台智慧社区管理系统由数量众多的子系统构成，一般情况下，社区已经存在了一些应用系统，未来很可能需要增加新的应用系统。这就要求所设计的智慧社区系统具有系统集成功能，可以在将现有子系统全部集成在智慧社区服务系统内的同时，也可将未来增

43、加的社区应用系统进行集成，实行统一管理，并且发挥智慧服务的管理模式、服务模式、先进技术等优势，社区管理提升到新的管理服务高度，全方位支撑智慧社区的建设和发展。 本项目采用面向服务（SOA）的设计技术，使已有的系统能够很方便地集成到所设计的智慧社区管理系统中，且定义了统一的规范和协议，便于未来新增加的社区应用系统集成到该系统中。本项目以接口规范作为集成点，能够实现系统的透明性，并且最大限度的降低了系统架构和系统实现发生改变所带来的影响。通过对异构系统定义一致的服务接口，隔离了异构系统集成的复杂性。本项目采用了已经发展的较为完善与成熟的Web服务技术，以此来解决异构系统之间的互操作性难题。而且We

44、b服务技术还可以在广域网的范围内解决应用集成中的异构性问题，并为在动态、开放的环境下构造具有松耦合特性的集成化应用提供了一个较为实际的解决方案。（3）智慧家庭网关设计智慧家庭是智慧社区的基本组成单位，为每个家庭提供安全、便捷的生活。但是，由于每个家庭的兴趣和需求不同，所配备的家居产品也不同，而且用户在未来还可能对现有设备进行替换或购买新的设备，这就要求家庭网关具有可扩展性，便于管理家庭的智能设备。本项目通过定义统一的规范和协议，对异构设备定义一致的服务接口，隔离了异构设备集成的复杂性。由于智慧家庭中，各传感器节点多采用无线组网（Zigbee 或 Zwave）的方式，该项目也采用主动搜索技术使智

45、能网关具备发现、连接新设备的能力。（4）系统可靠性设计智慧社区服务系统要为整个社区的所有人员提供服务，因此，该系统需要安全、可靠、不间断得为社区成员提供服务。由于智慧社区服务系统包含多种不同业务，且需要长期不间断运行，因此，会发生系统性能衰退、服务质量下降等软件老化现象，从而造成较大的损失。因此，需要对社区服务系统的可靠性进行设计，来保证系统的平稳运行、给用户提供良好的服务。本项目在硬件和软件两个层次上均进行可靠性设计，硬件上采取冗余的方式来提高系统的可靠性，软件上采用软件再生方法和技术来提高系统的可靠性和可用性。软件再生是一种主动性的预防措施，在软件系统发生失效前主动采取再生策略和技术，从而

46、有效避免了非预期失效所带来的灾难。（5）人员识别和定位技术智慧社区中人们的智慧化生活，如：家里的主人通过手机或者项链等随身物品就可以开门，走到哪个房间，灯光会自动开启，空调也会自动调节到合适的温度；坐到沙发上，电视就会自动开启；而站到穿衣镜前，镜子会自动显示您要穿的衣服并与您的镜像进行合成等。实现这一切的一个关键技术就是对用户的识别与定位。本项目基于射频识别（RFID）技术、采用空间划分的定位技术来设计和实现智慧社区用户识别定位功能。 RFID作为一种全新的非接触自动识别技术，在上世纪就已开始逐渐进入应用领域，是智能家居中通过物联网技术进行用户识别和定位处理的前提。在RFID技术的基础上，可以

47、采用基于电磁波到达角、基于电磁波到达时间、基于电磁波到达时间差、基于电磁波到达功率强度、基于空间划分的RFID定位技术。基于空间划分的定位系统相比其他系统而言，对硬件要求不高，可操作性强，有较强的抗干扰能力，定位精度也能够达到要求，具有较高的实用价值。（6）个性化服务推荐技术随着人们物质生活水平的提供，人们开始追求个性化的、时尚的生活方式。个性化服务是一种有针对性的服务方式，根据用户的设定来实现，依据各种渠道对资源进行收集、整理和分类，向用户提供和推荐相关信息，以满足用户的需求。从整体上说，个性化服务打破了传统的以被动服务模式，能够充分利用各种资源优势，主动开展以满足用户个性化需求为目的的全方

48、位服务。 因此，如何有效地为用户提供个性化服务是一个关键技术。为了实现个性化服务,首先需要跟踪和学习用户的兴趣和行为,并设计一种合适的表达方式。为了把资源推荐给用户,必须组织好资源,选取资源的特征,并采用合适的推荐方式。本项目通过为每个用户建立一个用户描述文件(user profile)，来刻画用户的特征与用户之间的关系；并采用数据挖掘技术来学习和训练用户的模式，从而得到用户的兴趣。采用基于分类的方法来表示资源,对资源进行分类有利于将资源感兴趣的用户。采用基于规则的技术来实现个性化推荐。规则可以由用户定制,也可以利用基于关联规则的挖掘技术来发现。规则可以利用用户静态属性来建立,也可以利用用户动

49、态信息来建立。为了利用规则来推荐资源,用户描述文件和资源描述文件需用相同的关键词集合来进行描述。信息推荐的工作过程是这样的:首先根据当前用户阅读过的感兴趣的内容,通过规则推算出用户还没有阅读过的感兴趣的内容,然后根据规则的支持度(或重要程度),对这些内容排序并展现给用户。（7）个人隐私保护技术随着科技的发展，人们在享受科技带来的便利生活的同时，也不断遭受着个人隐私泄露的威胁。在网络环境下，人们隐私信息泄露事件时有发生。一个系统的成功与否，很大程度上依赖于对用户隐私信息的保护。 既然建设智慧社区的目的是为了给用户提供便利、舒心的生活环境，那么智慧社区管理系统就必须有很好地个人隐私保护措施来防止用

50、户信息的泄露。本项目采用多级防护措施来保护用户的隐私，智慧社区服务系统运行的服务器上设置防护墙构成第一级保护，在家庭网关上设置第二级的防火墙保护，在整个软件系统中设置用户权限管理和认证技术构筑第三级的保护。社区用户通过远程终端查看家里情况时候，需要经过层层认证才能查看。而非法用户，则由于权限不够而难以查看他人的私人信息。项目的创新点：随着物联网的发展、以及全国各地如火如荼的智慧城市建设热潮，智慧社区作为智慧城市的基本组成单元，越来越受到关注，但已有的方案多是针对单个家庭的智能家居设计的，不适合智慧社区的需求。本项目着眼于智慧社区，以安全、可靠、个性化等为目标，给用户提供舒适的环境。（1）架构创

51、新：4层智慧社区管理架构原有的相关方案，主要采用3层架构，即感知层、网络层、应用层，这种架构不够灵活，会带来一些维护和升级方面的问题，如：当社区需要新的应用系统时，很难将其集成到现有系统中；当社区中的智能设备损坏，需要升级或替换时，只能购买与原设备兼容的设备，这就带来了较高的成本和不便之处；当家庭中的成员购买新的智能设备时，无法很方便地将其增加到该系统中；等等。本项目提出4四层架构的智慧社区系统，在网络层和应用层增加了一层中间层，具有较高的灵活性，可以解决维护和升级方面的问题；而且，该架构提供了知识服务功能和个性化推荐系统，能够为用户提供个性化的服务；此外，该架构还设计了完善的安全性和可靠性保

52、障体系，能够有效保护社区成员的人身和财产安全，且能为社区成员提供可靠的、不间断优质服务。该架构还具有良好的扩展性、普适性，不仅能够用于普通的住宅小区、别墅、还可以应用到高等院校、中小学校园、政府办公场所、生产长区的智慧服务和管理中。（2）技术创新：多级社区安防系统保护社区人员的人身安全和财产安全是智慧社区的首要任务，现有的智慧社区管理系统都在安防上下了比较多的功夫，但仍不能完全有效地保护人们的财产安全和人生安全，社区内时有盗窃事件的发生，家庭内偶然会有火情发生。本项目通过对社区实施4级安全防范管理措施来保护社区人员的人身和财产安全。通过在社区主出入口、单元门口、家庭内部配置摄像头及红外感应器，

53、再配合周界防范系统，一旦有坏人入侵或有火灾等险情发生，立即报告给业主和社区管理中心，及时进行防范和处理，有效地保护财产和人身安全。（3）技术创新：多系统集成平台智慧社区系统需要具有系统集成功能，可以将现有子系统全部集成进来，也可将未来增加的社区应用系统进行集成，实行统一管理，并且发挥智慧服务的管理模式、服务模式、先进技术等优势，全方位支撑智慧社区的建设和发展。 本项目采用面向服务（SOA）的设计技术，使已有的系统能够很方便地集成到所设计的智慧社区管理系统中，且定义了统一的规范和协议，便于未来新增加的社区应用系统集成到该系统中。本项目采用了已经发展的较为完善与成熟的Web服务技术，以此来解决异构

54、系统之间的互操作性难题。（4）技术创新：系统可靠性设计智慧社区服务系统要为整个社区的所有人员提供服务，因此，该系统需要安全、可靠、不间断得为社区成员提供服务。本项目在硬件和软件两个层次上均进行可靠性设计，硬件上采取冗余的方式来提高系统的可靠性，软件上采用软件再生方法和技术来提高系统的可靠性和可用性。（5）技术创新：个性化服务推荐系统随着人们物质生活水平的提供，人们开始追求个性化的、时尚的生活方式。个性化服务打破了传统的以被动服务模式，能够充分利用各种资源优势，主动开展以满足用户个性化需求为目的的全方位服务。 本项目通过为每个用户建立一个用户描述文件，来刻画用户的特征与用户之间的关系；并采用数据

55、挖掘技术来学习和训练用户的模式，从而得到用户的兴趣。采用基于分类的方法来表示资源,对资源进行分类有利于将资源感兴趣的用户。采用基于规则的技术来实现个性化推荐。（6）技术创新：人员识别和定位技术对用户的识别与定位是智慧社区中人们实现智慧化生活的前提。本项目基于RFID技术、采用空间划分的定位技术来设计和实现智慧社区用户识别定位功能。 RFID作为一种全新的非接触自动识别技术，是智能家居中通过物联网技术进行用户识别和定位处理的前提。在RFID技术的基础上，基于空间划分的定位系统，对硬件要求不高，可操作性强，有较强的抗干扰能力，定位精度也能够达到要求，具有较高的实用价值。（7）技术创新：智慧家庭网关设计智慧家庭系统中的家庭网关需要具有可扩展性，来满足不同家庭中配备的不同的家居产品，并能适应用户在未来新购买的设备，从而实现对家庭中智能设备的有效管理。本项目通过定义统一的规范和协议，对异构设备定义一致的服务接口，隔离了异构设备集成的复杂性。由于智慧家庭中，各传感器节点多采用无线组网（Zigbee 或 Zwave）的方式，该项目也采用主动搜索技术使智能网关具备发现、连接新设备的能力。