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智慧社区系统架构研究
[摘要]从智慧社区的直接参与者角度出发，剖析其实际的功能与性能需求。以智慧城市建设对社区信息交互需求为基础，分析社区建设所面临的问题，综合基本架构、集成能力、可扩展性、数据交互标准和信息安全规范等因素，提出能适应功能需求不断变化的4层智慧社区系统架构和按功能分层的BOT智慧社区运营方式，为我国智慧社区建设提供新的思路。[关键词]智慧社区 智慧城市 需求分析 系统架构 运营方式1 引 言城市发展是世界文明进程的组成部分，也是现代社会的主题之一。2011年是中国城市化发展史上具有里程碑意义的一年，在这一年，中国城镇人口占总人口的比重首次超过50%，这种变化不是一个简单的城镇人口百分比变化，它意味着人们的生产方式、职业结构、消费行为等都将随之发生深刻的变化[1]。随着我国城市化进程的推进，城市数量显著增长，城市人口迅速增加，城市规模持续扩张，城市建设日新月异，城市经济蒸蒸日上，城市已经成为拉动中国GDP增长的火车头。随之而来的是生产和消费的更集中、更大规模、更社会化和更高的生产效率以及更大的资源需求、更复杂的城市管理和社会关系。然而，城市化也面临着来自各个方面的挑战与威胁，包括城市人口密集、管理复杂，人与自然矛盾突出，城市经济发展面临着日益严重的资源和环境压力等。城市所面临的这些挑战，贯穿在城市的组织、业务/政务、交通、通讯、水和能源六大核心系统。为了使城市运行中所依靠的核心系统更充分并且有效地工作，迫切需要引入科学发展的新理念、新思路、新技术。在此背景下，建设智慧城市已成为解决城市发展所面临问题的首选方案。关于“智慧城市”，IBM公司曾对其有一个比较权威的定义，即“智慧城市”是指借助物联网、传感器、数字家庭、路网监控、票证管理、智慧社区等诸多领域，构建城市发展的智慧环境，形成市民生活、产业发展、社会管理的新模式的新城市形态[2]。在互联网、云计算以及物联网等信息网络技术的推动下，智慧城市的建设工作正如火如荼地开展着。据国家信息中心信息化研究部首席工程师单志广透露，我国提出智慧城市建设的城市总数达到了154个，投资规模预计超过1.1万亿元[3]。智慧社区是智慧城市建设中智慧民生的重要组成部分，智慧城市的建设不可能孤立于社区之外[4]。因此，以智慧社区为起点，采取“从下而上”的构筑方式，也是一种切实可行的智慧城市建设策略。目前，对“智慧社区”国内还无统一的定义，但概括综合各地正在进行的“智慧社区”建设，其具体内容大致是综合运用互联网、通讯网、物联网技术，将楼宇、物业、家居、路网、医院等诸多领域的信息加以充分互联，并基于社区公共数据资源中心，综合开发利用各类社会信息资源，从而实现社区管理、政府职能以及社会服务的智慧化。2 智慧社区需求分析智慧社区是智慧城市的一个重要模组，它对外承载着社区与城市的信息互联，满足政府、企业和个人对社区内部信息的需求，对内承担着感知层信息的收集、转换、处理，并与互联层完全连接和融合，满足社区内“高效、节能和环保”运行过程中对信息的需求，以达到“安全、舒适、方便、快捷”的目的。系统框架是智慧社区建设的第一步，近几年对中国如何构建智慧社区的架构问题也有许多探讨。大部分学者在社区信息系统的总体构架方面已基本形成共识，认为社区信息系统应分为应用层、功能支撑层和数据技术平台层[5]。根据这个思路寻找解决方案，取得了一定的成效，并在部分地区试点成功。但是本研究认为，对智慧社区建设不仅应考虑社区物管和居家的基本需求，还要立足于智慧城市、感知中国的层面去规划和建设。据数字社区建设过程中的需求调查和智慧城市对社区的要求，智慧社区的需求具体可归纳为以下两方面：? 智慧社区的基本功能需求。智慧社区有政府（政府机构、执法机构）、企业（物业、商业和服务）和个人（居民、来访者）三大类直接参与者，物业作为主要使用者，其功能需求单列，各方对智慧社区系统的功能需求不同：①政府：以“居民信息管理”为核心，关注环境、生态、公共安全、就业、社保、医疗等民生方面信息，并对其进行收集、处理和响应。包括社区经费管理、综治维稳、居民管理、计生管理、民政管理、劳动保障、党建管理、文教管理、志愿者管理、社会救助、平安社区等。②物业：关注治安、物业维护、社区环境、财产和人身安全、协调外部企业对社区的相关业务。包括保安消防、物业管理、物业档案、环境监测、电梯管理、停车场管理、垃圾回收清运、电子巡更、电子围栏、小区一卡通等[6]。③企业：关注企业在社区的服务、收益及设备维护，新产品、新服务的推广及商务活动。包括商户管理（商品预定、服务预订、积分管理、结算管理等）和面向服务（信息的发布、通知推送等）等方面。④个人：关注社区所提供的环境、服务、安全等方面的内容。包括居家、出行、安全、方便、信息服务、社区办事管理、家居智能管理等方面。? 智慧社区的性能需求。①快速扩展能力：能通过应用模板、引擎，提供新功能、业务的扩展，以适应高速发展的技术政务、业务功能的发展与变化和提高生活质量的需求。为快速搭建各项业务应用提供保障。②应用集成能力：具有定义标准接口，支持第三方应用集成、数据集成的能力。③资源共享能力：向政府、企业提供社区相关资源，提高自身与城市、社区间、企业的数据交互。④系统应该具有安全、可靠、易管理、易维护、低成本的特点。3 智慧社区建设中待解决的问题智慧社区是在智慧城市构建的基础上进一步具体化而提出的，而智慧社区的建设领域零散、应用水平有待提高，尚未形成“面”上的整体推动态势，从而导致社区建设中还没有实现真正意义上的智慧化。综上所述，要完整实现智慧社区的功能和性能需求，无论从现在或未来的角度看，不可能由任何一家供应商完整地提供所有服务，考虑到技术进步和管理的逐步完善，基于基本架构和架构的可扩展性来构建智慧社区，才能赋予智慧社区不断自我完善的生命力。所以，基本架构和架构的可扩展性成为智慧社区建设关注的焦点，其依赖于以下几个问题的解决： ? 有效的总体规划。在智慧城市的框架内，建立清晰的社区发展策略与规划：充分考虑居民、企业和政府的信息需求，进行全面的统筹规划；根据社区环境、定位、特色等要素量身定做规划；严格按照智慧城市对数据接入、数据处理、应用框架、业务接口规范进行系统规划和设计，避免信息孤岛出现。? 建设可感知的社区。充分利用3S、3G等数字化技术和手段，对社区基础设施与生活相关的设施进行信息化处理和利用，将人与人之间的P2P通信扩展到机器与机器之间的M2M通信。由“通信网+互联网+物联网”构成充分互联的基础信息网络，发挥三网协同效应。? 建设完整、科学的标准体系。从国家层面上，政府牵头主导，成立各专业领域的行业信息化标准组织，促进广泛的行业用户和厂家参与，形成完整、科学的标准体系。针对使用规模大、集中度高的行业，通过政府推动引导逐步形成完整、科学的标准体系，为智慧社区、智慧城市和智慧中国的建设奠定基础标准体系。4 智慧社区系统架构的构建合理的社区架构是智慧城市、智慧社区向纵深发展的迫切需求。为使社区的信息资源有序、主动、高效，实现整合管理和深层次的利用，提高社区的运作效率和管理决策能力，实现社区真正意义上的信息化与智慧化，使智慧社区真正融入智慧城市建设，本研究以智慧社区的功能需求和性能需求为导向，结合智慧社区建设所面临的问题，在基于4C技术（由计算机、自动控制、网络通信、IC卡等组成）及3S技术（由GIS、RS、GPS组成）等多种技术的基础上，对业务、标准、管理流程、应用和信息进行一体化设计，提出智慧社区系统架构[7-8]（见图1），该系统架构由网络层、数据层、支撑层、表现层构成。该架构从参与者的视角上关注表现层是否实现自身功能需求，而事实上，是由隐藏在表现层后面的支撑层、数据层和网络层之间的相互作用来满足系统功能需求和性能需求的。4.1 表现层表现层是智慧社区直接表现功能需求与性能需求、实现用户体验的软硬件系统。面向智慧社区三大直接参与者，通过不同终端，例如手机、PC、PAD、户外屏、IPTV等，提供社区应用的入口访问，然后根据可控性策略为其提供个性化的服务[9-10]。该层的具体实施策略包括：①各种感知设备、智能设备自动完成对相关信息的采集、加工、存储和利用，同时主动或被动地告知参与者。②为了实现与智慧城市、政府、企业、商业以及其他社区的通信，提供专门的访问策略和标准接口。4.2 支撑层支撑层是基本构架的核心。该模型不仅是为了满足智慧社区的功能和性能要求，同时也是系统可扩展性的实施者。该层主要由可扩展模板管理和系统引擎组成，功能有：? 可扩展模版管理：是指系统完成后，可扩展模板可实现对新增应用系统或子模块的动态升级。只要符合数据标准接口和系统模板规范要求，就可将数据按数据库分类附加到数据层，应用子系统模板即可加入可扩展模板管理中，新应用或新功能即能实现与原系统的无缝集成，使软硬件均能即插即用。由于系统面临技术的快速发展、管理方式方法的不断更新以及管理业务流程重组等实际情况，故要求其能快速升级，以保障整个系统正常运作。可扩展模板能管理和实现对不同供应商的软硬件产品的集成，有效地避免系统重建，达到支撑层能力及应用的扩展，使系统具有自成长的生命力。可扩展模板管理结构如图2所示：? 系统引擎：对社区系统内部的数据进行分析、统计、过滤和挖掘等，内外数据交互和特定消息响应采用标准引擎（见图3），适用于更高层面（城市的角度）对社区资源利用，标准化引擎大大降低了系统投入和维护量。4.3 数据层数据层以数据交换、数据抽取的接口规范为标准，对不同应用子系统的数据采用集中、分类、一体化等策略，进行合理有效的整合，建立有序的社区数据中心，从而保障支撑层内各不同应用之间的互联。数据层作为社区管理体系的数据中心，在开放网关环境下，主要的组成部分如下：? 标准类数据库，包括涉及社区内业务、政务的国家标准、行业标准数据库系统、数据交换标准等。? 公用类数据库，包括社区综合统计信息库、社区空间信息库、社区服务资源信息库、社区人口资源信息库、社区物业名录信息库等。? 社区数据：以满足用户信息交流、发布、沟通等需求为特征，处理和存储社区内的信息服务数据，包括收费服务数据、治安消防数据、日常行政工作数据、社区文档数据、图纸、多媒体数据等。? 实时数据：以时间序列为主要特征，处理和存储智能设备运行过程中的实时数据。实时数据主要以社区内部使用为主，如社区视频监控、音频等数据，更新周期短，数据量大。? 地理空间数据：处理和存储智慧社区网络拓扑结构数据、各类管线结构数据（小区平面、地下管线、楼层垂直管线等）、小区电子地图等数据。4.4 网络层网络层主要是实现将社区内部智能监控系统、感应设备设施、电信电视网系统、信息服务系统的信息接入城市通信网络的功能，实现数据在网络路由层的传输、交换以及支撑各子网络之间的信息传输。它是实现物联网、通讯网、互联网互通的物理保障。如图4所示，网络层由物联网、通讯网、互联网构成，它们在信号传输上采用自己的端口接入各自的组网中，在网络路由层各自独立。为了保证数据的安全，在它们之间设立隔离装置，一般通过有线的方式实现互联。5 运营方式我国基础网络的三大运营商中国移动（无线城市）、中国电信（光网城市）和中国联通（智慧城市）已经为智慧城市建设进行了大量网络基础设施的准备工作。而在系统研发和集成方面，国内的华为等企业在智慧城市建设方面进行了很多有益尝试。目前，学者们对智能社区的运营方式提出了以政府为主导，政府、供应商与社区物业在资金投入、后期运营和资源利用等方面进行多种组合的运营方案[11]，就社区建设本身而言，它提供了行之有效的方案，也有很多成功案例。 但从目前城市具体情况来说，社区大小、档次相差很大，通过政府招标多家系统服务商、硬件供应商的运营方式，会造成物业投资负担过重，社区信息化参差不齐，无法与智慧城市的建设统一起来[12-13]。智慧社区的建设作为智慧城市建设中惠民内容的一部分，要使其真正融入智慧城市，避免出现数据孤岛，所选择的运营方式不仅应关注经济、技术和局部功能，还应该注意智慧城市规划、集成能力、可扩展性、数据交互标准和信息安全规范等因素，考察运行机制是否有利于新技术有效、及时地应用，确保社区和城市建设融为一体。采用按功能分层BOT（build、operate、transfer）的方式是一种值得尝试的运营方式。BOT方式在市政工程中应用非常普遍，在信息化建设中还是一种较新的尝试。基于BOT方式的智慧社区运营方式内容包括：①建设（build）：政府牵头，参与制订应用准入制度，像城市建设规划一样审批复核智慧社区建设规划，确保社区建设中的软硬件符合智慧城市建设要求，从源头上杜绝软硬件重复建设的可能，指导智能产品的研究、开发和应用，通过契约授权运营商负责具体的建设实施。②运营（operate）：政府负责运营监督，运营商拥有一定的期限专营权，负责运营管理。③移交（transfer）：运营权到期后，运营商将运营权移交给政府。该方式的优点在于：政府起监督、协调作用，物业所承担的投资和风险都非常小，可以保证智慧社区的建设有序运行与资金回笼，有效地促使运营商和相关企业的技术创新和管理创新，规避技术升级和自身需求突变风险，从而实现政府、物业和供应商多方的共赢。6 结 语智慧城市与智慧社区是智慧中国在不同层次上的组成元素，是中国现代化建设的标志，同样也是世界各国研究与发展的热门领域，是城市与社区发展的方向。智慧社区作为智慧城市的基本单元，用基本架构、集成能力、可扩展性、数据交互标准和信息安全规范等指标综合评估社区建设，将有利于规范社区和城市建设。然而，目前智慧社区的建设还面临着许多的挑战与威胁，还没有实现真正意义上的智慧化。本研究针对现在智慧社区建设存在的问题，从智慧社区直接参与者的角度出发，分析他们对系统的功能需求与性能需求，并充分考虑智慧社区建设中所面临的问题，提出了智慧社区的整体设计架构。此设计架构力求在功能需求、性能需求、智慧城市建设规划、系统技术应用四者之间寻求一个平衡点，并对系统运营提出可操作的运营方式，从而获得一个先进、科学以及经济的智慧社区建设和管理方案。参考文献：[1] 2012年中国社会形势分析与预测[M].北京：社会科学文献出版社，2011.[2] IBM商业价值研究院.智慧的城市在中国[R/OL].[]. http：//wenku.baidu.com/view/4a34ed31b71626.html[3] 我国智慧城市达154个 投资规模将超1.1万亿元[EB/OL]. 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