基于數(shù)字孿生社區(qū)老人幫扶系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

章紫曦 任行行 黃詩雨 周文婧

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生社區(qū);居家養(yǎng)老系統(tǒng);三維WebGIS系統(tǒng);老人幫扶系統(tǒng)

黨的十九屆四中全會提出呼吁社會積極應(yīng)對人口老齡化問題，對社區(qū)老人幫扶服務(wù)體系建設(shè)提出要求，同時強調(diào)國家治理體系和治理能力建設(shè)?，F(xiàn)階段國外智慧養(yǎng)老模式更傾向于電子健康檔案（HER）系統(tǒng)等“互聯(lián)網(wǎng)+”養(yǎng)老;國內(nèi)研究現(xiàn)狀具體體現(xiàn)在依托智慧養(yǎng)老傳感器與信息系統(tǒng)。現(xiàn)階段智慧養(yǎng)老的理念已經(jīng)初步形成，但主要形式為依托單一的物聯(lián)網(wǎng)傳感器，沒有約束性且質(zhì)量參差不齊的智慧養(yǎng)老服務(wù)產(chǎn)品，缺乏社區(qū)基層治理養(yǎng)老幫扶信息的有效對接，并且基于三維數(shù)字孿生信息平臺的智慧老人幫扶輔助決策方面的研究，迄今為止非常少見。我們基于數(shù)字孿生社區(qū)的理念，提出養(yǎng)老幫扶平臺的設(shè)計理念與實現(xiàn)方案，實現(xiàn)對于老人的精細管控，實現(xiàn)資源配置優(yōu)化。

1基于數(shù)字孿生社區(qū)老人幫扶系統(tǒng)設(shè)計理念

數(shù)字孿生又稱為數(shù)字鏡像、數(shù)字雙胞胎，旨在通過虛擬信息的銜接，實現(xiàn)對于實景的復刻與實現(xiàn)對于現(xiàn)實世界的復雜研究，并支撐各種高級應(yīng)用。數(shù)字孿生社區(qū)是指將社區(qū)建設(shè)與GIS，地理大數(shù)據(jù)，虛擬現(xiàn)實等現(xiàn)代化信息技術(shù)進行結(jié)合，并且達到促進城市規(guī)劃、治安管理與現(xiàn)代化服務(wù)的新型理念和新型模式。

社區(qū)是承載國家基層精細化治理工作的單元，然而目前我國多數(shù)區(qū)域社區(qū)管理基本采用“一刀切”傳統(tǒng)管理模式，缺乏信息化手段對老人進行精準服務(wù)。本文基于數(shù)字孿生社區(qū)理念，依托webGIS開發(fā)平臺，具體采用用戶單體化分層單體化、最近距離、空間分析等方法與原理，提出老人幫扶社區(qū)的設(shè)計理念與原理。

2基于數(shù)字孿生社區(qū)老人幫扶系統(tǒng)設(shè)計

2.1總體系統(tǒng)構(gòu)架

我們將系統(tǒng)總體構(gòu)架設(shè)計成三層，分別是展示層、邏輯層與數(shù)據(jù)層：展示層使得用戶可以通過瀏覽器進行系統(tǒng)使用，包括leaflet圖層展示以及三維單體化模型;邏輯層的兩個服務(wù)器分別用于為用戶提供數(shù)據(jù)發(fā)布與提供Web功能;瀏覽器通過Ajax方式提交SQL語句，Web服務(wù)器運行JSP代碼，通過HDBC連接空間數(shù)據(jù)庫，通過此種分層設(shè)計便于后期維護。

2.2單體化模塊設(shè)計

本系統(tǒng)主要采用傾斜攝影測量構(gòu)建的模型進行單體化。傾斜攝影測量能夠?qū)崿F(xiàn)多個角度采集影像，突破垂直拍攝的弊端，可以實現(xiàn)更加符合人眼的模型。

首先基于傾斜攝影測量模型進行修補，對于修補后的模型采用動態(tài)單體化方法，即通過獲得的房屋每層的戶型和每戶樓層底部高度和層高的數(shù)據(jù)，疊加矢量底面，動態(tài)渲染出地物單體化效果。使用對應(yīng)的空間地理查詢組件，實現(xiàn)對專題地理數(shù)據(jù)的查詢與標定，同時定位并高亮顯示被查詢到的數(shù)據(jù)。由于不同的主題地理數(shù)據(jù)分布在不同的圖層，為避免圖層疊加的順序不同而造成的數(shù)據(jù)混亂。使用多圖層查詢組件，分類型和分圖層的對同一主題的空間信息進行查詢，實現(xiàn)定位的同時實現(xiàn)同樣的高亮展示。

2.3可視化模塊設(shè)計

針對需要幫扶的獨居老人的信息，建立社區(qū)精準專題數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準入庫和篩選，并且對于相關(guān)數(shù)據(jù)采用EchaJts進行可視化，通過動態(tài)的統(tǒng)計圖表進行展示，使得獲得的重要信息可以得到直觀的表達。

2.4.1空間分析模塊

空間分析，指對于地理空間有關(guān)的現(xiàn)象進行定量研究，其一半的作用是操縱有效的空間數(shù)據(jù)，最終使用不同的形式表達，同時在眾多表達形式中提取空間數(shù)據(jù)的潛在信息?？臻g數(shù)據(jù)在本文中對應(yīng)著提取老人的家與黨員的家的距離數(shù)據(jù)，基于距離越近，幫扶越方便的原則，我們選擇離老人家最近的黨員與老人進行匹配。

本系統(tǒng)采用這一思想，并且引入“最近目視距離”這一概念，即黨員所居住的空間地理位置可以肉眼能夠看到的屋外其他房屋的范圍。首先解決最近地理空間距離，優(yōu)先為老人匹配同樓棟最近的黨員。對于同一樓棟的老人與黨員進行篩選，選擇同一樓棟內(nèi)最近的老人與黨員。若沒有，則根據(jù)曼哈頓距離為老人匹配最近的樓棟，獲取該樓棟黨員的幫助。其中，在水平地面上，我們用坐標（x1，y1）的i點與坐標（x2，y2）的j點分別表示兩個樓棟。

其中，具體的信息包括管理人員信息表、管理人員分類表、老人信息表，轄區(qū)人員統(tǒng)計圖。統(tǒng)計圖的具體內(nèi)容為：（1）社區(qū)管理人員的信息表內(nèi)容主要包括：真實姓名、管理單位、身份證號、聯(lián)系方式和賬號密碼。（2）同時系統(tǒng)會根據(jù)社區(qū)管理員的職位級別的高低，將平臺管理員從低到高，劃分為小組聯(lián)絡(luò)員、分區(qū)網(wǎng)格員、全區(qū)網(wǎng)格管理員、管理小組組長四個類別。（3）老人信息表內(nèi)容主要包括：真實姓名、性別、年齡、具體居住門牌號、所屬管轄單位、老人的身份證號、老人的聯(lián)系方式、子女姓名、子女聯(lián)系方式、子女身份證。（4）繪制過程中，通過人數(shù)、類別將轄區(qū)人員統(tǒng)計圖分為兩類統(tǒng)計圖進行繪制：其中采用柱形圖進行人數(shù)統(tǒng)計，實現(xiàn)對整個管轄區(qū)的男性女性人數(shù)雙統(tǒng)計，并用直觀圖像顯示。具體體現(xiàn)為：縱坐標為各小區(qū)男女人數(shù)，橫坐標為對應(yīng)的小區(qū)名稱。采用柱狀圖進行人口類別統(tǒng)計，其中人口的類別將被劃分為以下幾個類型：流動人口、戶籍人口、暫住人口和常住人口等。

2.4功能模塊設(shè)計

基于三維模型、web端地圖、動態(tài)圖表等前端可視化，本系統(tǒng)的旨在實現(xiàn)的功能主要集中在信息查詢，數(shù)據(jù)管理，空間分析三大模塊。

建立相應(yīng)的黨員幫扶專題板塊，基于人員管理與事件處理的基礎(chǔ)上，每次事件的發(fā)布、處理和完成進行備份，在數(shù)據(jù)分析板塊可以查看事件呼叫時段，檢測外來人口總數(shù)。獨居老人數(shù)據(jù)實時更新，進行黨員幫扶排名，完善獎罰措施，監(jiān)督黨員更好地幫扶老人。并且將相應(yīng)的內(nèi)容最終以報表的形式幫助社區(qū)工作者得到更好的反饋。

2.4.2信息處理模塊

（1）信息過濾。對社區(qū)信息呈現(xiàn)爆炸式增長的現(xiàn)象，本文采用基于K近鄰分類算法過濾敏感無效信息，過濾掉不良信息，從而達到精確推送信息與鞏固社區(qū)和諧穩(wěn)定發(fā)展的效果。具體步驟如下：

①首先對敏感信息進行收集，建立敏感信息庫，對敏感信息庫中的敏感信息進行評定分級，本文將敏感信息分為三級：虛假廣告，反動言論與不良信息。針對以上三個敏感級別，將每一級別中所有的敏感詞匯作為過濾標準，構(gòu)建敏感信息決策樹，并利用K近鄰分類算法，設(shè)置敏感信息過濾邏輯。

②基于K鄰近距離創(chuàng)建敏感信息決策樹，對推送信息進行關(guān)鍵詞提取，將敏感詞匯添加到?jīng)Q策樹中，依據(jù)敏感詞匯的首字母構(gòu)建根目錄子樹，對于首字母重復詞匯選擇移動到下一個字母進行排序;對于存在孩子節(jié)點的決策樹，其非敏感信息的最后一個關(guān)鍵字，將其當作非葉子節(jié)點;當敏感信息決策樹中，不存在孩子節(jié)點時，且包含的信息，是敏感詞的最后一個關(guān)鍵字，那么將此節(jié)點作為葉子節(jié)點;當敏感信息決策樹有孩子節(jié)點、且包含的信息，為敏感詞的最后一個關(guān)鍵字時，那么將此類節(jié)點作為偽葉子節(jié)點。

令isLeaf表示敏感詞結(jié)束，則各個節(jié)點的表現(xiàn)形式，如下列公式所示：

isLeaf=a，isLeaf=b，siLeaf=c

公式中：a表示非葉子節(jié)點的對應(yīng)值;b表示葉子節(jié)點的對應(yīng)值;c表示偽葉子節(jié)點的對應(yīng)值。

根據(jù)上述內(nèi)容，將敏感詞數(shù)據(jù)庫，建立成一個敏感信息決策樹，保證在進行敏感信息過濾時，大大減少了過濾匹配范圍，從而達到維護社區(qū)治安穩(wěn)定的目的。

（2）人員管理。運用數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)造社區(qū)平面信息分布圖表示人口數(shù)據(jù)、事件類型。社區(qū)黨支部信息、重點檢測人群數(shù)據(jù)，一網(wǎng)打盡。

結(jié)合三維建模技術(shù)，并且采用leaflet圖層顯示以及單體化顯示，搭建了以老年人、黨員、社區(qū)管理人員、社區(qū)網(wǎng)格員人口為主線的智慧社區(qū)綜合信息管理平臺，分層到戶將各種人口三維住址和情況利用三維的方式實現(xiàn)詳細查詢和可視化，以實現(xiàn)基礎(chǔ)的地理信息數(shù)據(jù)和社區(qū)管理有關(guān)數(shù)據(jù)的高效率高精度融合，同時在此上建立了面向社區(qū)居民和社區(qū)管理者的應(yīng)用板塊。

2.4.3信息查詢模塊

本文中系統(tǒng)的重點面向?qū)ο鬄樯鐓^(qū)黨員、需要幫扶的老人、老人子女以及社區(qū)工作者。對于傳統(tǒng)的網(wǎng)格化管理，社區(qū)工作者的服務(wù)對象為社區(qū)全體用戶，使得社區(qū)治理無法實現(xiàn)精細化管理，尤其是對重點人群的幫扶。采用“一站式”信息管理服務(wù)以及數(shù)字孿生理念，將老人、老人子女、社區(qū)黨員與社區(qū)工作者形成有機關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)“一站式”信息互聯(lián)。

通過信息導航模塊為用戶提供索引功能，主要由信息檢索功能區(qū)與通知公告功能區(qū)組成，用戶通過信息檢索功能區(qū)對社區(qū)構(gòu)成、人員分工構(gòu)架、職能部門、聯(lián)系方式等信息進行檢索;通過通知公告功能區(qū)了解社區(qū)的重要信息。

基于社區(qū)“人地事物情”建立專題數(shù)據(jù)庫，其中“人”指獨居老人本人的信息、老人家屬信息、小區(qū)中所有黨員的信息、志愿者信息;“地”指分層到戶所獲得的老人居住的信息，“事”指幫扶老人所需要幫扶的事務(wù)。精準專題數(shù)據(jù)庫的建立，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)精確查詢獲取，使基層社會服務(wù)管理實現(xiàn)精細化和具有針對性。將老人屬性信息和單體化后實現(xiàn)的房屋所在的空間位置進行屬性掛接，形成數(shù)字孿生關(guān)系。老人子女可以通過此模塊實現(xiàn)與老人的配對黨員進行定期聯(lián)系;社區(qū)工作者可以通過此模塊實現(xiàn)接受由黨員反饋的精細化信息以減少網(wǎng)格員的工作負擔，實現(xiàn)社區(qū)資源合理分配與精細化管轄。

3結(jié)語

國家基層治理現(xiàn)代化是國內(nèi)研究熱點問題，基層治理的智能化與現(xiàn)代化具有重要意義?；跀?shù)字孿生社區(qū)的老人幫扶研究在順應(yīng)社會信息化發(fā)展的同時，實現(xiàn)對特殊人群進行關(guān)懷。未來，智慧城市的發(fā)展建設(shè)，在數(shù)字社區(qū)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)智慧社區(qū)并且能夠精確服務(wù)到每位社區(qū)居民，是當前工作的重點。