基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的智能化社區(qū)安全保障技術(shù)的研究

引 言

隨著居民生活水平的不斷提高，對生活質(zhì)量及家居安全等要求隨之提高，社區(qū)居家的安全保障問題隨之進(jìn)入了大眾視野。目前，我國社區(qū)數(shù)量龐大，未來社區(qū)安全保障系統(tǒng)需求巨大，加強(qiáng)智能化社區(qū)安全保障系統(tǒng)的建設(shè)將會(huì)大大提高居民的生活質(zhì)量和生活水平，有力地改善民生?！笆濉币詠?， 我國政府對物聯(lián)網(wǎng)和社區(qū)安全保障服務(wù)的建設(shè)力度正在不斷加強(qiáng)，基于ZigBee 的社區(qū)智能化安全保障系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)與社區(qū)安全相融合，保障社區(qū)安全建設(shè)。其具有良好的社會(huì)效益和環(huán)境效益。

1 智慧社區(qū)

智慧社區(qū)是指用信息技術(shù)整合社區(qū)資源，借助物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，并使用傳感器及射頻技術(shù)使社區(qū)管理者提前發(fā)現(xiàn)隱患，做出合理決策，使社區(qū)管理和運(yùn)行更加智能、有效。充分集成物業(yè)管理、安防、通信等系統(tǒng)，通過通信網(wǎng)絡(luò)為小區(qū)住戶提供一個(gè)安全、舒適、便利的現(xiàn)代生活環(huán)境，從而形成基于大規(guī)模信息智能處理的一種新的管理形態(tài)社區(qū)。智慧社區(qū)以智能、人文、服務(wù)為理念，以統(tǒng)籌各類服務(wù)資源為切入點(diǎn)，以滿足社區(qū)居民需求為落腳點(diǎn)，以信息化技術(shù)手段為支撐，建設(shè)一體的智能化安全保障系統(tǒng)平臺(tái)， 打造現(xiàn)代新型智能化宜居社區(qū)?！笆濉睍r(shí)期，北京市建成 1672個(gè)星級(jí)智慧社區(qū)，覆蓋 366萬戶居民，社區(qū)智能化系統(tǒng)管理已經(jīng)成為社區(qū)建設(shè)的重要階段。即“智慧社區(qū)”的建設(shè)將“智慧城市”的概念引入社區(qū)，基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等高新技術(shù)的“智慧社區(qū)”是“智慧城市”的“細(xì)胞”。

一般來說，社區(qū)是各類災(zāi)害和安全隱患承受的主體，社會(huì)的一切活動(dòng)都在具體的社區(qū)里進(jìn)行，因此社區(qū)應(yīng)具有安全預(yù)警、有效減輕破壞性影響和安全保障等基本功能。社區(qū)是進(jìn)行危險(xiǎn)源管理工作的基層，通過對社區(qū)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)控、評價(jià)實(shí)施，可以把災(zāi)害對社區(qū)群眾的生命和財(cái)產(chǎn)損失影響降到最低。對于社區(qū)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的管理過去主要強(qiáng)調(diào)對于相應(yīng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的響應(yīng)和恢復(fù)，而忽略了對社區(qū)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)預(yù)防、監(jiān)測和評估。近年來，社區(qū)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)造成的損失不斷增加，提醒人們加強(qiáng)對社區(qū)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的評價(jià)，以便在災(zāi)害來臨之前采取恰當(dāng)?shù)男袆?dòng)，保障社區(qū)及社區(qū)居民的人身財(cái)產(chǎn)安全。社區(qū)是各類災(zāi)害的承受主體，又是安全保障系統(tǒng)實(shí)施的陣地。因此， 智能化社區(qū)安全保障系統(tǒng)對城市甚至整個(gè)國家的公共安全建設(shè)都有重要意義。

2 基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)社區(qū)安全保障系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)指通過各種信息傳感設(shè)備實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過程等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人及所有物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，以方便識(shí)別、管理和控制。它通過裝置在各類物體上的SIM卡、傳感器、二維碼等經(jīng)接口與無線網(wǎng)絡(luò)相連，給物體賦予智能，可實(shí)現(xiàn)人與物體間和物體與物體間的溝通、對話。ZigBee作為一種低速率的短距離無線通信技術(shù)， 已經(jīng)在物聯(lián)網(wǎng)中被廣泛采用。能耗特性是ZigBee 的一個(gè)技術(shù)優(yōu)勢。通常情況下，ZigBee節(jié)點(diǎn)所承載的應(yīng)用數(shù)據(jù)速率都比較低，在不需要通信時(shí)，節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)入很低功耗的休眠狀態(tài)， 此時(shí)能耗只有正常工作狀態(tài)的千分之一。此外，ZigBee具有大規(guī)模組網(wǎng)能力，可支持每個(gè)網(wǎng)絡(luò)多達(dá)六萬多個(gè)節(jié)點(diǎn)，支持可靠性很高的網(wǎng)狀網(wǎng)路由，因此可以布設(shè)范圍很廣的網(wǎng)絡(luò)。將基于ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于社區(qū)安全保障系統(tǒng)中，能夠較好的適應(yīng)不同社區(qū)中的復(fù)雜環(huán)境，對社區(qū)中的人員、設(shè)施等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

2.1 社區(qū)危險(xiǎn)源的識(shí)別

危險(xiǎn)源是一個(gè)概念簡單而又內(nèi)容復(fù)雜的詞匯，它是造成各類事故的直接原因，也是研究項(xiàng)目安全管理和實(shí)踐的重點(diǎn)。危險(xiǎn)源是造成事故的關(guān)鍵原因，因此危險(xiǎn)源就成為安全管理理論和技術(shù)方法研究的對象。危險(xiǎn)源的定義必須要和研究的領(lǐng)域及后續(xù)研究的目標(biāo)和方法結(jié)合起來才能有較為明確的限定。安全風(fēng)險(xiǎn)控制是社區(qū)安全防范的核心，而危險(xiǎn)源是安全風(fēng)險(xiǎn)的主要來源?！栋踩鐓^(qū)建設(shè)基本要求》（AQT9001-2006） 中“事故與傷害風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及其評價(jià)”包含事故與傷害數(shù)據(jù)分析、各類活動(dòng)中存在的危險(xiǎn)源及其風(fēng)險(xiǎn)程度、各類人員的安全需求、社區(qū)安全狀況及發(fā)展趨勢分析、危險(xiǎn)源控制措施及事故與傷害預(yù)防措施的有效性等。因此，事故與傷害風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及其評價(jià)的結(jié)果是智能化安全社區(qū)創(chuàng)建工作的基礎(chǔ)。社區(qū)危險(xiǎn)源識(shí)別的基本流程如表 1 所列。

2.2 構(gòu)建基于危險(xiǎn)源識(shí)別的社區(qū)安全三維模型

在社區(qū)危險(xiǎn)源得到明確界定和管理的基礎(chǔ)上，構(gòu)建人的危 險(xiǎn)源識(shí)別、設(shè)備的危險(xiǎn)源識(shí)別和環(huán)境的危險(xiǎn)源識(shí)別三維模型。

（1）人的危險(xiǎn)源識(shí)別主要包括人的不安全行為識(shí)別、外 部人員非正常行為識(shí)別等 ；

（2）設(shè)備的危險(xiǎn)源識(shí)別主要包括社區(qū)電力設(shè)備、消防設(shè)備、 機(jī)動(dòng)車等不安全行為識(shí)別 ；

（3）環(huán)境的危險(xiǎn)源識(shí)別主要包括氣體（天然氣）、火災(zāi)、 水災(zāi)等不安全因素。

社區(qū)安全保障“人- 設(shè)備 - 環(huán)境”三維危險(xiǎn)源識(shí)別模型將 物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)應(yīng)用于社區(qū)安全保障，構(gòu)建了社區(qū)智能化安全 保障三層架構(gòu)，從感知層、傳輸層到應(yīng)用層，建立了綜合化、 立體化、全方位的安全防范體系，利用互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)、 無線傳感網(wǎng)、工業(yè)以太網(wǎng)，綜合使用射頻技術(shù)、傳感器技術(shù)、 智能嵌入技術(shù)，把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合到社區(qū)安全保障的各個(gè)環(huán) 節(jié)。根據(jù)社區(qū)居民的實(shí)際需要，構(gòu)建安全保障的系統(tǒng)框架， 以 CC2530 為核心，添加聲、光、電、氣等多種傳感器、設(shè)計(jì) 相應(yīng)的外圍電路、統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，智能化保障系統(tǒng)中數(shù)據(jù)通信 的順暢，以“人- 設(shè)備 - 環(huán)境”三維危險(xiǎn)源預(yù)警為目標(biāo)，應(yīng)用 Relief 算法和 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，實(shí)現(xiàn)各級(jí)各類數(shù)據(jù)的多源采 集和局部、全局?jǐn)?shù)據(jù)的二級(jí)融合，最終通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史 數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的決策融合，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。這 種基于 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的智能化社區(qū)安全保障系統(tǒng)滿足了居民對 居住安全的要求，能夠?qū)撛陔U(xiǎn)情進(jìn)行掃描和預(yù)警。項(xiàng)目的 技術(shù)路線如圖 1 所示。

3 結(jié) 語

基于 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的社區(qū)安全保障系統(tǒng)首次將危險(xiǎn)源識(shí)別 的概念引入社區(qū)安全保障技術(shù)中，創(chuàng)新的提出了社區(qū)安全三 維模型 ：“人- 設(shè)備 - 環(huán)境”危險(xiǎn)源識(shí)別模型，首次將物聯(lián)網(wǎng) 感知技術(shù)應(yīng)用于社區(qū)安全保障，構(gòu)建社區(qū)智能化安全保障三 層架構(gòu)，從感知層、傳輸層到應(yīng)用層，建立了綜合化、立體化、 全方位的安全防范體系。利用先進(jìn)的通信技術(shù)手段，打造出智 慧化社區(qū)，對城市乃至國家的公共安全建設(shè)都具有重要意義。