基于数字孪生社区老人帮扶系统的设计与实现

章紫曦 任行行 黄诗雨 周文婧

关键词：数字孪生社区;居家养老系统;三维WebGIS系统;老人帮扶系统

党的十九届四中全会提出呼吁社会积极应对人口老龄化问题，对社区老人帮扶服务体系建设提出要求，同时强调国家治理体系和治理能力建设。现阶段国外智慧养老模式更倾向于电子健康档案（HER）系统等“互联网+”养老;国内研究现状具体体现在依托智慧养老传感器与信息系统。现阶段智慧养老的理念已经初步形成，但主要形式为依托单一的物联网传感器，没有约束性且质量参差不齐的智慧养老服务产品，缺乏社区基层治理养老帮扶信息的有效对接，并且基于三维数字孪生信息平台的智慧老人帮扶辅助决策方面的研究，迄今为止非常少见。我们基于数字孪生社区的理念，提出养老帮扶平台的设计理念与实现方案，实现对于老人的精细管控，实现资源配置优化。

1基于数字孪生社区老人帮扶系统设计理念

数字孪生又称为数字镜像、数字双胞胎，旨在通过虚拟信息的衔接，实现对于实景的复刻与实现对于现实世界的复杂研究，并支撑各种高级应用。数字孪生社区是指将社区建设与GIS，地理大数据，虚拟现实等现代化信息技术进行结合，并且达到促进城市规划、治安管理与现代化服务的新型理念和新型模式。

社区是承载国家基层精细化治理工作的单元，然而目前我国多数区域社区管理基本采用“一刀切”传统管理模式，缺乏信息化手段对老人进行精准服务。本文基于数字孪生社区理念，依托webGIS开发平台，具体采用用户单体化分层单体化、最近距离、空间分析等方法与原理，提出老人幫扶社区的设计理念与原理。

2基于数字孪生社区老人帮扶系统设计

2.1总体系统构架

我们将系统总体构架设计成三层，分别是展示层、逻辑层与数据层：展示层使得用户可以通过浏览器进行系统使用，包括leaflet图层展示以及三维单体化模型;逻辑层的两个服务器分别用于为用户提供数据发布与提供Web功能;浏览器通过Ajax方式提交SQL语句，Web服务器运行JSP代码，通过HDBC连接空间数据库，通过此种分层设计便于后期维护。

2.2单体化模块设计

本系统主要采用倾斜摄影测量构建的模型进行单体化。倾斜摄影测量能够实现多个角度采集影像，突破垂直拍摄的弊端，可以实现更加符合人眼的模型。

首先基于倾斜摄影测量模型进行修补，对于修补后的模型采用动态单体化方法，即通过获得的房屋每层的户型和每户楼层底部高度和层高的数据，叠加矢量底面，动态渲染出地物单体化效果。使用对应的空间地理查询组件，实现对专题地理数据的查询与标定，同时定位并高亮显示被查询到的数据。由于不同的主题地理数据分布在不同的图层，为避免图层叠加的顺序不同而造成的数据混乱。使用多图层查询组件，分类型和分图层的对同一主题的空间信息进行查询，实现定位的同时实现同样的高亮展示。

2.3可视化模块设计

针对需要帮扶的独居老人的信息，建立社区精准专题数据库，实现数据的精准入库和筛选，并且对于相关数据采用EchaJts进行可视化，通过动态的统计图表进行展示，使得获得的重要信息可以得到直观的表达。

2.4.1空间分析模块

空间分析，指对于地理空间有关的现象进行定量研究，其一半的作用是操纵有效的空间数据，最终使用不同的形式表达，同时在众多表达形式中提取空间数据的潜在信息。空间数据在本文中对应着提取老人的家与党员的家的距离数据，基于距离越近，帮扶越方便的原则，我们选择离老人家最近的党员与老人进行匹配。

本系统采用这一思想，并且引入“最近目视距离”这一概念，即党员所居住的空间地理位置可以肉眼能够看到的屋外其他房屋的范围。首先解决最近地理空间距离，优先为老人匹配同楼栋最近的党员。对于同一楼栋的老人与党员进行筛选，选择同一楼栋内最近的老人与党员。若没有，则根据曼哈顿距离为老人匹配最近的楼栋，获取该楼栋党员的帮助。其中，在水平地面上，我们用坐标（x1，y1）的i点与坐标（x2，y2）的j点分别表示两个楼栋。

其中，具体的信息包括管理人员信息表、管理人员分类表、老人信息表，辖区人员统计图。统计图的具体内容为：（1）社区管理人员的信息表内容主要包括：真实姓名、管理单位、身份证号、联系方式和账号密码。（2）同时系统会根据社区管理员的职位级别的高低，将平台管理员从低到高，划分为小组联络员、分区网格员、全区网格管理员、管理小组组长四个类别。（3）老人信息表内容主要包括：真实姓名、性别、年龄、具体居住门牌号、所属管辖单位、老人的身份证号、老人的联系方式、子女姓名、子女联系方式、子女身份证。（4）绘制过程中，通过人数、类别将辖区人员统计图分为两类统计图进行绘制：其中采用柱形图进行人数统计，实现对整个管辖区的男性女性人数双统计，并用直观图像显示。具体体现为：纵坐标为各小区男女人数，横坐标为对应的小区名称。采用柱状图进行人口类别统计，其中人口的类别将被划分为以下几个类型：流动人口、户籍人口、暂住人口和常住人口等。

2.4功能模块设计

基于三维模型、web端地图、动态图表等前端可视化，本系统的旨在实现的功能主要集中在信息查询，数据管理，空间分析三大模块。

建立相应的党员帮扶专题板块，基于人员管理与事件处理的基础上，每次事件的发布、处理和完成进行备份，在数据分析板块可以查看事件呼叫时段，检测外来人口总数。独居老人数据实时更新，进行党员帮扶排名，完善奖罚措施，监督党员更好地帮扶老人。并且将相应的内容最终以报表的形式帮助社区工作者得到更好的反馈。

2.4.2信息处理模块

（1）信息过滤。对社区信息呈现爆炸式增长的现象，本文采用基于K近邻分类算法过滤敏感无效信息，过滤掉不良信息，从而达到精确推送信息与巩固社区和谐稳定发展的效果。具体步骤如下：

①首先对敏感信息进行收集，建立敏感信息库，对敏感信息库中的敏感信息进行评定分级，本文将敏感信息分为三级：虚假广告，反动言论与不良信息。针对以上三个敏感级别，将每一级别中所有的敏感词汇作为过滤标准，构建敏感信息决策树，并利用K近邻分类算法，设置敏感信息过滤逻辑。

②基于K邻近距离创建敏感信息决策树，对推送信息进行关键词提取，将敏感词汇添加到决策树中，依据敏感词汇的首字母构建根目录子树，对于首字母重复词汇选择移动到下一个字母进行排序;对于存在孩子节点的决策树，其非敏感信息的最后一个关键字，将其当作非叶子节点;当敏感信息决策树中，不存在孩子节点时，且包含的信息，是敏感词的最后一个关键字，那么将此节点作为叶子节点;当敏感信息决策树有孩子节点、且包含的信息，为敏感词的最后一个关键字时，那么将此类节点作为伪叶子节点。

令isLeaf表示敏感词结束，则各个节点的表现形式，如下列公式所示：

isLeaf=a，isLeaf=b，siLeaf=c

公式中：a表示非叶子节点的对应值;b表示叶子节点的对应值;c表示伪叶子节点的对应值。

根据上述内容，将敏感词数据库，建立成一个敏感信息决策树，保证在进行敏感信息过滤时，大大减少了过滤匹配范围，从而达到维护社区治安稳定的目的。

（2）人员管理。运用数字孪生技术构造社区平面信息分布图表示人口数据、事件类型。社区党支部信息、重点检测人群数据，一网打尽。

结合三维建模技术，并且采用leaflet图层显示以及单体化显示，搭建了以老年人、党员、社区管理人员、社区网格员人口为主线的智慧社区综合信息管理平台，分层到户将各种人口三维住址和情况利用三维的方式实现详细查询和可视化，以实现基础的地理信息数据和社区管理有关数据的高效率高精度融合，同时在此上建立了面向社区居民和社区管理者的应用板块。

2.4.3信息查询模块

本文中系统的重点面向对象为社区党员、需要帮扶的老人、老人子女以及社区工作者。对于传统的网格化管理，社区工作者的服务对象为社区全体用户，使得社区治理无法实现精细化管理，尤其是对重点人群的帮扶。采用“一站式”信息管理服务以及数字孪生理念，将老人、老人子女、社区党员与社区工作者形成有机关联，实现“一站式”信息互联。

通过信息导航模块为用户提供索引功能，主要由信息检索功能区与通知公告功能区组成，用户通过信息检索功能区对社区构成、人员分工构架、职能部门、联系方式等信息进行检索;通过通知公告功能区了解社区的重要信息。

基于社区“人地事物情”建立专题数据库，其中“人”指独居老人本人的信息、老人家属信息、小区中所有党员的信息、志愿者信息;“地”指分层到户所获得的老人居住的信息，“事”指帮扶老人所需要帮扶的事务。精准专题数据库的建立，可以实现数据精确查询获取，使基层社会服务管理实现精细化和具有针对性。将老人属性信息和单体化后实现的房屋所在的空间位置进行属性挂接，形成数字孪生关系。老人子女可以通过此模块实现与老人的配对党员进行定期联系;社区工作者可以通过此模块实现接受由党员反馈的精细化信息以减少网格员的工作负担，实现社区资源合理分配与精细化管辖。

3结语

国家基层治理现代化是国内研究热点问题，基层治理的智能化与现代化具有重要意义。基于数字孪生社区的老人帮扶研究在顺应社会信息化发展的同时，实现对特殊人群进行关怀。未来，智慧城市的发展建設，在数字社区的基础上实现智慧社区并且能够精确服务到每位社区居民，是当前工作的重点。