基于物聯網的社區安全訪客三維可視化管理設計

林光樟

摘 要：目前的常見的社區安全訪客方案都是基于出入口的安全登記達到安全訪客的識別，無法做到訪客人員的全程監管。本文研究基于物聯網的技術、數據融合分析技術、動態三維可視化技術和架構設計實現安全訪客的精細化管理，實現既可以做到保障訪客隱私的基礎要求，還可增強社區的安全性。首先通過給訪客佩戴加密智能環進行物聯信息的采集、傳輸，再通過大數據融合分析技術對數據進行空間處理，最后通過動態可視化技術融入三維模型可視化展示。

關鍵詞：物聯網; 數據融合處理; 動態三維可視化 ;架構設計

一、背景

物聯網技術的進步提供了基礎。最近幾年，科學技術的變化更新和發展在應用領域的投入速度不斷加快，相應配套的產品早已經突破技術的壁壘。物聯網、云計算、大數據和4G移動等新技術的應用最為火熱，物聯設備智能環主要通過射頻模塊和聯網模塊實現交互的技術已經十分成熟。

IPv6[1]的廣泛啟用提供了基礎。為適應新形勢的發展，之前的IP地址的已經不滿足快速增加需求，IPv6的發展解決了現實問題，也為該方案的實現提供了基礎。

三維可視化技術的發展提供了基礎?；谑袌錾瞎_GIS數據及傾斜攝影測量等技術，可以構建位置精度、幾何精度高，紋理真實性強，效果真實、細膩、視覺沖擊力強的三維社區數字模型，通過動態三維可視化引擎，進行快速、準確的三維社區數字模型渲染，實現物聯數據的可視化。

二、加密智能環實現數據采集

加密智能環的特殊設計。應用于安全方面的智能環，在設計上是需要有獨特的結構構造的，它外觀易于佩戴，可以使用在手或者腳上，在不影響訪客自由的基礎上，保證智能環的工作正常運轉。智能環通過內置的電源模塊、傳感模塊、存儲模塊、數據采集模塊和通信模塊實現數據的全鏈路管理。智能環的數據采集采用短報文方式在內部形成日志記錄，做到在任何環境下可以進行工作記錄，在通信良好情況下即時與中控平臺連接同步數據。

加密智能環的采集兩個重要指標分布是采集頻次和采集參數。這個很容易理解，你需要以什么頻率去采集取決于你的你的數據精確度，當然這還需要考慮到實際設備是否能夠支撐相對應的精確度。加密智能環設備可以采集的參數很多，但是在本應用范疇內，最主要是采集參數為位置相關的參數，一方面記錄訪客本身的位置信息，另一方面還需要反饋訪客經過周邊的設備信息，所以智能環之間互相的通信是必要的，可以有效的控制分散聚集的控制。

加密智能環的工作過程，加密智能環采集數據之后，首先會以文件的方式保存到內存，然后在網絡環境許可情況下，通過網絡傳送到云端，使用中實時動態的數據量大，在通信發送的時候通常要做系列化以及壓縮處理、分段傳輸處理， 避免給設備帶來過大的壓力，為避免網絡的死角，通信檢測也是可以確保數據的即使傳數。

三、數據融合處理

在數據采集并且傳輸到云端后，下一步就是對云端數據的拉取和數據的融合處理。不可使用加密智能環對數據進行直接處理后上傳云端，因為加密智能環作為一個數據采集設備，在實際應用過程中需要保持輕巧，所有工作都是低功耗，從大小到續航各方面都決定不可能放置支持復雜計算的cpu模塊，所以最好的方式就是專心做采集，把計算交給更復雜的計算機去實現。

數據融合處理是對采集到的數據進行再存儲、檢索、加工、變換和傳輸，以將原始的采集數據轉換為有價值的信息資源。處理后數據就是數值，數據有很類型，普遍的監測指標是經緯度坐標和高程數據?；谏鐓^應用場景，要保障訪客的隱私和使得設備輕巧方便，暫不開放圖片、音頻和視頻的采集，以文字和符號為主。數據融合處理后輸出的是標準的序列化數據，存儲在關系型數據庫中。

數據融合處理基本步驟。首先，拉取到采集的數據，作為數據融合處理輸入項。其次，基于三維模型的坐標系算法提取和計算加工，這一過程將收集的數據轉換為社區三維模型可讀的形式以用于可視化處理的階段，加工、轉換過程是通過使用不同的數據表的操作來處理的。最后，將處理后的數據轉換為模型可解釋形式并作為有用信息入庫保持記錄。

數據融合處理應用到大數據處理的技術，基于Spark與者其他程序來處理文件，使用了MQ消息服務、HDFS文件管理。最終把處理結果進行邏輯分析和邏輯處理輸出rest API提供三維融合展示觸發調用。

四、三維數字模型的構建

通過構建三維社區數字模型[2]，使得社區空間信息呈現更直接。鑒于社區建設需求和使用環境不同，三維社區數字模型的建模分三個等級，白模、白模加外三維貼圖、精模。優先考慮白模加外三維貼圖進行三維數字模型的構建，有條件的采用精模，可用實現更精細的管理。具體實現過程是使用傾斜攝影測量技術獲取物品的外形數據，將獲得的數據信息進行加工拼接，通過建模的方式加以整理，將各個孤立的單視角三維數字模型無縫集成，經過貼圖、渲染處理以后，形成三維數據文件。因為在大型建模所需要的技術力量和成本都是巨大的，而且大型模型的渲染條件也是很難普及的，社區場景建模精度不要求特別高，一方面可以降低成本，另一方面還可以擴展更多應用場景。

五、動態三維可視化引擎

動態三維可視化引擎，即將三維社區數字模型與動態數據相結合，通過計算機輸出最終圖像的算法實現的集合，形成立體直觀的動態三維場景。

動態三維可視化引擎要求能夠在主流的web端運行，主要是基于HTML5和WebGL[3]技術對三維場景的數據管理。動態三維可視化引擎基礎功能包括：樓宇管理、場景漫游、場景移動、場景縮放、樓宇選擇、樓宇顯示隱藏、樓宇高亮。除了基礎功能，在應用社區社區安全訪客三維可視化管理上，需要預制突發事件場景切換，重點聚集監控報警效果，二維區域范圍地圖與三維場景疊加展示等功能。

樓宇管理，動態三維可視化引擎可以進行樓宇管理，樓宇管理可以通過上帝視角對社區全方位的進行查看，通過樓宇的空間信息與現實物體信息數據綁定形成虛擬的場景，進而形成數據資產管理，社區最直觀的就是樓宇之間的空間結構，樓宇管理包含社區的各種基礎設施和樓棟的空間化管理，基于空間的位置標準，可以對社區各種設施進行虛擬落位，對社區特殊的標志點或重點標注點進行空間標注，像垃圾回收站、社區廣場、社區出入口、社區停車場等等進行空間化管理。

樓宇選擇，樓宇的數據化信息在三維場景中和真實世界一樣是無法直觀體現的，直觀展示到的是和顯示世界相同的圖形化的虛擬模型，而詳細信息如樓號等信息則與數據庫進行綁定，通過樓宇的選擇，可以快速關聯出相關信息，達到樓宇選擇后即可展示出樓宇數字信息，樓宇選擇范圍不僅包含建筑物，還可以包含一些公共設施，對社區全范圍的數字化關聯。

樓宇顯示隱藏，三維引擎可以實現對場景中的樓宇進行隱藏，通過隱藏部分三維場景達到放大關注點，這是現實世界不可能做到的，是三維可視化引擎的重要基礎功能。

場景漫游，場景漫游的本質是動畫鏡頭，可以通過第一人稱視角或者第三人稱視角在虛擬的場景中遨游，以全局視角或沉浸式體驗對虛擬場景進行游覽。通過場景漫游，可以對外來訪客的行走軌跡進行模擬回放，模擬演練外來人員的行為活動，為現實世界的管理提供模型數據依據。

場景移動、場景縮放，虛擬場景目前是基于屏幕中查看的，屏幕顯示的始終是場景的一部分，通過移動和縮放可以使得場景的連續性和完整性得以體現，通過對三維場景的有目的的查看，通過移動和縮放操作快速定位到空間指定位置，查看空間情況是三維引擎的重要基礎功能。

六、事件融合處理應用

事件融合處理展示是訪客在過程中發現危險情況，通過事件上報的位置信息，可用快速分析和調用事件周邊的物聯資源，包括攝像頭、煙感、消防設施等物聯感知設備進入預警狀態，同時在可視化展示設備上結合事件處理功能快速定位和輔助應急處理警報并在緊情確定后快速報警。在沒有警情時候，可用通過各種事件在動態三維可視化引擎中模擬演練，提高社區安全性。

七、架構設計

針對物聯網的社區安全訪客三維可視化管理建設思路，對系統架構設計，確保系統設計的可行性?；谖锫摼W的社區安全訪客三維可視化管理相關工具與能力，通過可視化界面展示數據匯聚、數據處理、數據分發管理過程，讓用戶更加直觀地了解平臺的共享支撐能力。采用B/S架構，頁面設計支持響應式適配瀏覽，采用前后端分離技術架構。

（1）基礎設施層

基礎設施層為物聯網的社區安全訪客三維可視化管理平臺數據承載、應用服務、數據存儲提供基礎的軟硬件資源。根據本項目應用系統部署、用戶承載等方面的要求，網絡系統依托于社區網絡，計算資源、存儲資源依托社區服務器和前置機?？蛇x擇接入流媒體分發服務器、視頻網關服務器實現視頻接入和并發設計的需求;基于三維引擎和GPU服務器（或前置機）實現三維應用高效率渲染; 基于安全網關實現全方位的安全策略防護。

（2）數據資源層

數據資源層，擴展數據獲取渠道，從數據處理、數據管理兩個層面，完善基礎數據、物聯感知數據、工程建設項目數據類信息匯聚。同時面向社區居民提供互聯網數據庫群，提供面向社區管理業務應用系統的數據服務支撐。

建立三維社區模型，從范圍上講是大場景的GIS數據+小場景的BIM數據+物聯網的有機結合，作為基礎社區三維數據庫，可以基于互聯網GIS平臺相結合，為社區安全訪客三維可視化提供更細致的服務。

數據更新機制，主要采用應急更新、定期更新、共建共享更新、聯動更新四種模式地結合。不同更新模式，以不同的數據形式，通過在線或離線方式為社區安全訪客三維可視化管理平臺提供信息資源。其中，應急更新是指在突發事件或應急情況下，采取多種技術手段與方式，快速獲取事件發生地點或相關區域。

（3）基礎支撐層

基礎支撐系統是承接數據與應用的主要載體，負責解決社區信息資源的統一管理問題，面向應用提供服務?；A支撐系統部署社區信息相關的各種環境。

八、結語

本研究對物聯網的社區安全訪客三維可視化管理進行了探索，將訪客在社區的行為以可視化方式進行管控，使得訪客的活動有據可查，做到訪客人員的全程監管，在根本上降低人為風險隱患的發生。本文通過從物聯數據的采集、數據融合處理、動態三維可視化、三維展示應用和架構設計幾個方面描述社區安全的實現。

參考文獻：

[1]“IPv6+”技術標準體系[J]. 李振斌，趙鋒.? 電信科學. 2020（08）.

[2] 數字孿生城市全域感知體系研究[J]. 王文躍，李婷婷，劉曉娟，樊可欣，白銀姍，李青松.? 信息通信技術與政策. 2020（03）.

[3] 基于WebGL的建筑信息模型展示系統研究[D]. 高喆.北京建筑大學 2018.