Smart Cities and Communities
智慧城市和智慧社區
隨著智慧城市建設步伐的加快，作為智慧城市最後一公里的智慧社區建設備受重視。智慧社區服務綜合管理平台開發，就是利用智慧設備和軟體平台，建構資訊共享、服務整合、資源優化的資訊平台，最終實現社區內的智慧化管理和創新服務。本文提出了智慧社區綜合服務平台的整體框架和應用體系，為現階段智慧社區的建設，提供了有力的理論依據，並對底層基礎設施、支撐平台、平台的基礎數據庫。
在學術界，智慧城市被解釋為利用最新的資訊技術，和決策分析優化技術，將人、貨、商、交通、通訊、能源等主要要素整合起來，使城市管理、城市服務、城市運營更全面、更流暢、更人性化。
從政府服務決策到城市產業規劃佈局，智慧城市建設都離不開大數據，大數據將成為智慧城市的引擎。一方面，大數據為城市規劃提供強大的數據分析和決策支持，增強了城市管理的前瞻性和科學性；另一方面，城市的管理和服務是連續的，所以會有大量的數據累積，沉澱出很多城市的特點。大數據分析可以為城市的智慧化和精細化管理提供決策依據，為智慧城市服務體系提供新的洞察。
從城市發展趨勢來看，智慧城市和智慧社區逐漸成為政府工作和學術研究的熱點。已有研究從內涵、模式、評價體系、問題、策略分析等角度對智慧城市和社區的發展進行了深入研究。Y He等人提出了一個整合框架，可以實現網路、暫存和運算資源的動態編排，以提高智慧城市應用的性能。然後，他們提出了一種新穎的大數據深度強化學習方法。給出了不同系統參數的仿真結果，以證明所提出方案的有效性。B 唐等人引入了分層分佈式霧運算架構，以支持未來智慧城市中大量基礎設施組件和服務的整合，執行數據表示和特徵提取，辨識異常和危險事件，並提供最佳響應和控制。VA 備忘錄等提出了一種，用於智慧城市框架的物聯網 (IoT) 網路中，基於媒體的監控系統 (EAMSuS) 的有效算法，該算法融合了其他研究人員為無線感測器網路 (WSN) 數據包路由，和安全引入的兩種算法，同時回收了新媒體壓縮標準，高效影像編碼。實驗分析顯示了他們提出的方案，在用戶隱私、媒體安全和感測器節點內存要求方面的有效性。
然而，現有的研究還存在以下不足。
對智慧城市和智慧社區的內涵理解存在差異。
智慧社區的發展研究較少。尤其是全世界的社區建設差異較大。
目前，大多數研究是對智慧社區系統設計，和架構的定性分析。然而，智慧社區的成本效益模型尚未得到定量研究。
因此，在了解智慧社區的內涵和組成部分的基礎上，有必要對智慧社區服務平台的應用藍圖和成本效益進行分析。在本文中，我們設計了一個具有良好相容性和資訊共享性的標準化智慧社區綜合服務平台，可以建構更加便捷的智慧社區生活方式，方便社區成員參與自我管理和社區服務。
智慧社區的內涵
智慧社區的概念最初提出時，並沒有作為智慧城市的一個組成部分，進行規劃和發展。後來，隨著智慧城市的引入和發展，智慧城市和智慧社區成為一致的核心理念，即以物聯網技術為核心技術，建構新時代舒適智慧的人居環境。城市可以劃分為若干個社區進行管理，所以智慧社區自然可以，看作是智慧城市最小的組成部分。
由於智慧城市背景下的智慧社區建設，目前處於起步階段，人們對智慧社區的規劃建設處於探索階段，智慧社區的系統構成和功能，尚未形成穩定的現階段的模型。
基於普遍的理解，智慧社區是未來一種新的社區形態，它是利用網路技術在個人健康、家庭護理、醫院、城市網路和住宅等多個領域，改善工作和生活體驗。在建設過程中，要充分發揮電信產業、電信基礎設施、業務優勢，為社區發展營造良好的智力環境，從而形成新的生活方式、新的產業發展、一種以大數據儲存和分析為支撐的，智慧資訊過濾社會化管理新模式。
首先，智慧社區的實現需要建立高效的資訊系統，有效獲取和處理智慧家居、網路通信、醫療、物業管理、電子商務、物流等方面的資訊。以需求為導向，為社區居民提供多元化的生活和工作服務，為社區居民營造安全、便捷、服務廣泛的宜居環境，智慧社區應成為面向未來的高科技資訊化社區.
我們認為智慧社區是一個從根本上改善居民生活方式，和管理者管理模式的社區，它利用各種現代高新技術，實現社區的先進資訊化。資訊無處不在，為人們提供各種便民服務，是符合可持續發展理念的新型、安全、便捷、舒適的生活空間。
功能要求
智慧社區的功能應滿足所有參與智慧社區系統的用戶，包括社區居民、物業公司、相關管理部門、工商企業、物流公司、社區醫療單位等。在這裡，我們從這些用戶的角度，來分析智慧社區的具體功能需求。
社區居民的需求
居民是智慧社區最大的用戶群體，也是智慧社區的主要服務對象，因此分析智慧社區建設中居民的需求是關鍵。
社區中有不同類型的居民。除了一些共同的需求外，不同年齡段、不同生活水準或不同身體特徵的居民，可能會有不同的特殊需求。常見需求包括高效資訊管理、完善的社區物業資訊服務管理、高安全性社區公共區域、快餐餐飲、日常百貨及農產品訂購服務、高效物流服務、無障礙社區通訊服務等。對於老年人來說，他們的特殊需求包括健康狀況精準監測、貼心陪伴服務、視覺對講服務等。對於年幼的孩子來說，當他們的監護人忙碌時，他們需要白天的託管、學業指導和興趣班服務。
物業公司的需求
物業公司是社區居民生活服務的主要提供者，也是智慧社區有序運行，不可或缺的組成部分。智慧社區物業公司的首要職責是管理和維護，其管理和維護效率直接決定住戶的生活服務體驗。
物業公司的要求體現在高效的居民信息管理、社區物業資訊管理、社區基礎設施資訊管理、快速有效的社區設施維護和社區資訊發布、可靠的社區安全系統、全自動水電錶系統、自動化停車場管理。此外，他們希望透過數位化和資訊化手段，為居民提供多樣化的社區生活服務。
政府管理部門的需求
相關政府管理部門主要包括社區街道辦事處、民政局和智慧城市相關管理部門。他們的訴求是透過電子表格，即時向社區居民推送新聞熱點、政府公告、政策引導、服務指南，指導居委會、物業公司等社區服務機構的工作。透過電子政務向社區延伸，提高政府效率和服務能力。
企業需求
商業企業希望利用現代資訊技術，即時與居民進行互動交流，收集社區居民的生活需求，然後將商業資訊推送給居民。透過智慧社區應用，商業企業可以根據居民需求調整經營策略，或實施網上商品銷售，最終達到提高服務質和工作效率的目的。
物流公司的需求
如今，電子商務平台建設已見成效。但是，它們之所以能快速發展，是因為有配套的物流業。在智慧社區中，物流企業的需求是統一規範的快遞、具有一定容量的倉儲管理、便捷的快遞包裹狀態查詢。他們希望在提高服務品質的同時，為社區居民提供更好的物流體驗。
社區醫療機構的需求
作為社區居民的基本醫療保障，社區醫療在各國醫療體系中，具有重要的策略意義，可以在滿足居民基本醫療需求的同時，將患者壓力分流到醫院。在智慧社區，為社區居民提供即時、貼心的醫療服務。社區醫療機構的要求，是透過智慧化資訊化手段，為患者提供預約掛號、健康知識宣傳、健康檔案管理、體檢等服務。
從上述六種智慧社區參與者的需求，我們可以看出，有些需求是單方面的，有些需求在不同參與者之間反覆出現。透過組織所有參與者的需求，我們總結了智慧社區，七大應用領域，包括社區物業管理，社區智慧家居，社區家政服務，社區衛生，社區物流服務，社區電子政務和社區 E-商務，如圖1所示。
圖 1.智慧社區的應用領域。
基本構成
根據智慧社區的功能，智慧社區的建設不僅需要個體功能的實現，還需要功能間信息流的實現。根據智慧社區內部的資訊處理邏輯，智慧社區的基本組成可分為資訊採集單元、資訊傳輸單元、資訊儲存、交換和處理單元、資訊展示單元。
資訊採集單元作為智慧社區的神經末梢，由各種主動資訊採集設備，和被動資訊採集設備組成。主動資訊採集設備包括門禁設備、火災報警器、健康監測設備、水電檢測設備；被動資訊獲取設備主要包括手機、PC、平板電腦。
資訊傳遞單元是智慧社區資訊流通的管道，它不僅提供智慧社區結構內各單元之間的資訊流通，而且為智慧社區與外界提供資訊流通管道。一般來說，資訊傳輸單位是各種有線或無線網路，如局域網（LAN）、網路接入、專用網等。
資訊儲存、交換和處理單元是智慧社區中數據管理和處理的倉庫，即透過數據儲存，為各單元提供數據的交換空間，並利用數據庫操作系統，對數據進行過濾和挖掘，從而為智慧社區的智慧應用提供支持。
資訊顯示單元是在各種終端，透過軟體向用戶顯示的各種功能。資訊顯示單元可以直接的展示智慧社區的成果。
可以看出，資訊展示單元中的一些功能，終端也具有資訊採集的功能，所以在智慧社區的基本組成部分中，資訊採集單元和資訊展示單元的劃分，並不是絕對的。
總體框架
智慧社區綜合服務平台的總體框架，包括四個部分：基礎設施、支撐平台、應用層和用戶層。設施層、網路層、感知層等基礎設施是該平台的基礎。它對社區中的人、地、物、情、事、組織等，重要元素進行智慧處理和整合，建立基礎數據庫。然後，以數據庫為支撐層，建構智慧社區綜合管理與服務平台，包括政務服務平台、公共服務平台和商業服務平台。以上平台是開發的基礎，我們可以針對不同的對象建構不同形式、不同內容的智慧應用系統。其功能體係將涵蓋智慧家居服務、智慧社區服務、智慧社區管理、能源管理等領域的應用，實現社區管理、社會公共服務、商業便民服務等綜合服務。
智慧城市社區服務綜合管理平台總體框架如圖2所示。
圖 2.智慧社區的基本組成。
智慧社區服務平台建設，目的在充分利用政府公共服務資源，借助各類資訊平台，全面系統地整合各類管理和服務，滿足人們日益多樣化的需求。社區居民，促進社區服務產業化發展。
邏輯架構
將電腦運算的強大功能，與現代管理理念相結合，建立現代智慧社區是物業管理的發展趨勢。社區智慧物業管理系統的功能主要包括：客服中心、資訊發布、影像監控、無人值守系統、物業管理系統、社區一卡通系統、停車管理系統、電子巡更系統、訪客管理系統、周界防禦系統等在。智慧社區綜合服務平台是一個大型綜合平台，與智慧社區內的所有系統相連。智慧社區綜合服務平台邏輯架構如圖3所示。
圖3智慧社區綜合服務平台邏輯架構。
應用藍圖
從智慧社區的建設到營運，都涉及到廣告公司、媒體營運商、健康服務中心、公共服務中心等外部資源。透過物業管理公司，將這些外部資源整合到社區商業服務中，社區居民可以透過智慧手機、平板電腦、資訊發布終端或物業客服，來掌握這些資訊。將外部資源整合到智慧社區服務平台，不僅需要創新的技術和產品，更需要創新的服務。智慧社區綜合服務平台應用藍圖如圖4所示.
圖4智慧社區綜合服務平台應用藍圖。
從應用藍圖中可以看出，智慧社區的三個核心部分是住戶、物業管理和社區業務。入戶是業主在家裡可以享受的服務，以智慧家居系統為支撐，包括安全的居住環境、家庭設備的遠端控制，以及足不出戶的教育和醫療服務，而主要支撐社區業務，透過智能社區服務系統，還提供社區鄰里之間的通信服務。
系統拓撲
智慧社區綜合服務平台使用的通信鏈路是雙向的，其中 ZigBee 設備和射頻辨識（RFID）閱讀器，透過通用異步收發器（UART）連接。以自下而上的傳輸為例，底層 RFID 讀寫器等小數據設備的信號，先經過 ZigBee 網路和 Gateway，再透過有線局域網發送到上層，而大數據設備如因為高速網路攝像影機，透過有線局域網發送到頂部。此外，還有一個 RFID 讀寫器，透過串口或 USB，直接連接到後台管理系統電腦，實現 RFID 卡的註冊等操作。智慧社區綜合服務平台拓撲圖如圖5所示.
圖5智慧社區綜合服務平台拓撲圖。
本文將通過高頻 RFID 應用系統，實現基礎資訊管理和智慧門禁，將 ZigBee 技術應用於非法入侵報警、煤氣洩漏報警、火災報警、房屋水浸報警等系統，並配備相應的設備和軟體。
智慧社區中的所有活動都可以用兩個詞來描述：應用和服務，相應的應用場景是物業公司的管理工作，和社區業務的生活服務。從應用層來看，智慧社區服務平台由智能家居系統、智慧社區服務系統、智慧社區管理系統、綜合能源管理系統組成。每個系統包含多個子系統，不同的子系統相互關聯。
智慧家庭系統
智慧家居系統的開發，是為了滿足社區居民的所有智能需求。該系統可以透過感測器網路，建立智慧終端與居民攜帶的家居設備之間的通信，實現自動檢測和控制。例如透過家庭保全子系統，當發生燃氣洩漏時，燃氣報警控制器會感應到，燃氣報警控制器，會立即將相關資訊發送至社區管理中心，或業主行動終端，以便保全人員進行處理。事故即時；遠端監控系統可以檢測到，所有闖入居民區的非法人員，確保社區居民的安全；智慧家電系統是與居民生活息息相關的部分，業主可以透過行動終端，在任何有網路接入的地方控製家電；可視對講系統可以與家人、物業管理人員或訪客，進行視訊和語音交流，就像面對面交流一樣。
智慧家庭系統組成如圖6所示。
圖 6.智慧家庭系統組成。
智慧社區服務系統
智慧社區服務系統也是為了服務居民的日常生活而設計的，但有不同的側重點，即智慧社區服務系統更注重，滿足居民在社區生活中的繳費、投訴、維修、消費等服務。查詢。我們提倡透過智慧卡提供全方位的社區服務，因此物業管理公司設立了社區一卡通營運中心。智慧社區服務營運模式如圖7所示。
圖 7.智慧社區服務營運模式。
智慧一卡通系統和智慧社區，服務的運行模式如圖7所示。 客戶可以透過多種方式提出服務請求，並透過社區服務營運中心，將客戶服務要求與具體服務聯繫起來。
智慧社區管理系統
智慧社區管理系統主要是為了方便物業公司，進行全方位的社區管理，保障智慧社區的整體營運，也是智慧社區實現高效管理、智慧化管理的重點。
監控系統
監控系統是保障社區安全的前提。在社區的一些關鍵點，如公寓入口、主要路口、地下停車場、機房等場所，通常會設置監控系統。
停車管理系統
停車管理系統主要是規範社區車輛的停車，方便停車管理收費。由於社區車輛人員流動相對固定，停車管理系統相對簡單。
訪客管理系統
傳統的訪客管理依靠人工登記，但很難找到訪客資訊，因此訪客管理系統應運而生。系統根據訪客類型劃分出入權限，訪客卡與門禁系統相關聯。海量數據儲存和數據共享，可以使訪問者資訊可用。此外，註冊捕獲、駭客列表設置和自動警報，能夠確保安全有效的訪客管理。
綜合能源管理系統
綜合能源管理系統實現對各種能源系統的分散數據的採集，以及能源的集中管理和供需平衡調度。透過建立能源控制中心，可以對生產能源進行即時監控、運算分析和處理。能源管理系統對建築照明、水泵和空調的能耗進行採集和監控，目的在提高能源利用率。發光二極管(Light Emitting Diode，LED)光源具有光效高、功耗低、使用壽命長、安全性、可靠性強等特點，更換 LED 光源，有利於社區能源資源的有效利用。
為了運算更換燈具的節能效益，這裡我們比較了兩種典型燈具的成本，如表1所示。
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表 1.燈成本比較。
然後對普通白熾燈、U型節能燈、LED 燈進行節電效益分析，如表2所示。
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表 2節電效益分析。
最後，我們對三種燈具進行綜合成本效益分析，如表3所示。
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表 3.綜合成本效益分析。
從節電效益分析可以看出，每盞 LED 燈每年比普通白熾燈節電 79.2 元，比 U 型節能燈節電 43.2 元。節能率分別為 75.8% 和 63%。從綜合成本效益分析可以看出，每盞 LED 燈比普通白熾燈每年可節約成本 65.454 元，比 U 型節能燈每年可節約成本 38.96 元。
目前節能改造主要是 LED 照明節能系統、空調節能係統、水泵節能系統的改造。目前節能改造通常採用 EMC（Electro Magnetic Compatibility，EMC）合作模式，即能效共享模式，將節省的電費用於報銷設備改造費用，合同期滿時，節約的全部能源歸公司所有。物業公司。由於物業公司是微利行業，物業公司基本上沒有這麼大的資金進行體制改造。因此，透過節能，可以減輕物業公司的經濟負擔，為物業公司改造智慧社區提供經濟基礎。
LED 照明節能
社區公共照明主要包括地下車庫照明、機房照明、建築大廳、過道照明、庭院照明等。目前的 LED 照明節能系統已經非常成熟，我們發現 LED 節能效果非常理想。但是，市場上的 LED 品質參差不齊，影響節能效果，因此 LED 節能效果主要受 LED 燈品質的影響。
空調節能
空調節能與照明、水泵節能方式相比具有以下優勢：一是合作合同能源管理的利益共享模式，客戶無需投資，合同期滿後，物業不再使用。享有比例配額，客戶將享有節能系統的所有權；二是系統為完整的製冷機房群控解決方案，可實現機房全自動化、節能優化控制、能源管理三位一體功能；第三，能有效支持運維人員，降低冷凍室運行管理難度；第四，可以代替部分操作人員和維修人員的工作量，降低操作強度；第五，可以實現設備能效的優化和運行能耗的降低。最後，透過遠端監控，實現能耗監控和優化控制，帶來管理可見性和可控性，在一定程度上，消除資訊的不對稱和丟失。
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智慧社區未來發展潛力巨大，各種智慧化應用，將滲透到居民生活的方方面面。企業和政府機構幾乎迫不及待地，將社區居民連接到網際網路這個大平台。智慧社區綜合服務平台建設，日益成為行業共識。本文從智慧社區的內涵和需求出發，提出了智慧社區綜合服務平台的整體框架和應用體系，為現階段智慧社區的建設提供了有力的理論依據，並進行了詳細的分析。以及平台底層基礎設施、支撐平台和基礎數據庫的設計。
基於此，企業主導的智慧社區建設必將圍繞社區安全、節能、社區營運服務平台建設、家居智慧化等智慧化升級。智慧社區服務體系的核心目標，是更好地促進物業管理和住宅生活，其願景應該是在居民、房地產、物業和商戶之間創造一個良好的生態系統。建構智慧社區綜合服務平台，可以破解社會公共服務與管理中的一系列問題，打造多層次、多方位、集約化、智慧化的管理網路，建構優質便民管理與服務機制，實現資訊資源共享與整合。
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