物联网技术在村镇人口智能化监测中的应用研究——以景德镇瑶里村为例

文｜中国城市规划设计研究院信息中心 关戴婉静 孟凡伍；中国地质大学（北京）张芮宁

我国目前已步入乡村人口减少和村镇格局重构阶段，在国家乡村振兴战略实施背景下，新时代村镇发展格局正逐步展开。但目前村镇现状数据严重缺失、信息化水平较低、经验型管理决策低效等问题已经严重阻碍现阶段我国村镇发展实践需求。国家实施大数据战略，要求推进运用数据决策，提高政府治理能力。针对村镇区域规划和发展相关数据严重缺乏的问题，开展数据融合创新。

本文聚焦于村镇现状数据中缺失较为严重的人口数据，目前获取村镇人口数据的方式为十年一次的人口普查统计结果，传统的人口监测方法主要依靠村镇管理人员上门登记统计，不仅耗费大量的人力和时间，也存在一定的误差，只能关注到整体周期性的人口流动特征。对于部分开展旅游业，人口流动较强的村镇而言，这种静态的人口监测模式不利于村镇的人口服务管理。因此本文基于物联网技术，探索其在村镇人口动态监测中的应用，创新村镇层面人口数据的获取方式，并选择在景德镇瑶里村进行实践。对村镇人口进行智能化监测的根本目的，是为了动态了解村镇人口规模、结构及其变动状况，以此来掌握村镇发展的新动向和新趋势，为相关管理部门制定规划和政策提供决策依据。

1.研究区域概况与数据来源

1.1 研究区域概况

瑶里村位于江西省景德镇市浮梁县瑶里镇域中部，处赣皖两省祁浮婺休四县交汇处。瑶里村行政区域面积约为3.5 平方公里，其村庄占地面积为10 亩。截至2018年末，瑶里村户籍人口1400 人，常住人口约1100 人，村民人均年收入6800 元。截至2021年末，瑶里村共有35 个文物保护单位，其中包含1 个国家级文物保护单位和1 个市级文物保护单位，并入选为第三批中国传统村落。2020年瑶里村凭借自身乡村原味和地方特色，成功入选了“第二批全国乡村旅游重点村名单”。近年来，乡村旅游业的蓬勃兴起给瑶里村带来了新的活力，人口流动形态也发生了不小的转变。

1.2 数据来源

图1 瑶里村区位图

本研究的数据包含探针数据和视频数据，均来源于物联网设备采集。在瑶里村五个重点区域铺设物联网设备，搭建人口智能化监测系统并对人口进行监测。截止至2022年2月底，瑶里村物联网设备共采集到5 个月的探针数据和存储量约3T 的视频数据。其中探针数据全天24 小时不间断运行，结合实际数据存储资源占用情况将探针数据采集频次设置为每分钟上传一次，合理的设置既可以保证系统人流采集的吞吐量，又不会使数据太臃肿而致使数据分析算法压力过重。除2021年11月23日因故障无数据外，其他时间均运行正常。视频数据因受存储空间影响，仅能保存时间较新一个月的视频数据。

2.物联网技术应用研究

2.1 物联网技术概述

物联网的概念最早是在20世纪90年代提出的，物联网的定义是把物品通过信息传感设备，实现各类事物和互联网之间的互连互通，并对其进行智能化管理的网络系统。简单讲，物联网是将物与物、人与人之间的信息进行传递与控制。它以互联网、传统电信网等为信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象形成互联互通的网络将现实世界数字化。

2.2 物联网技术在人口监测中应用的优势

物联网技术是结合了计算机技术、传感器、定位系统、信息传送等一系列的综合而产生的技术，应用在人口监测方面主要是实时地对重点区域的人流进行监测。通过传感设备及空间定位技术，在重点监测区域内智能地感知和自动地获取生活信息，如具有WiFi 功能移动终端的mac 地址信息、距离信息或图像信息等，并转化为数据。通过传输层将监测数据实时报送给村镇管理人员，让工作人员第一时间了解到准确的人口变化情况，同时可以调用存储在服务器的历史数据，通过专业的算法模型可计算不同时间段、不同空间尺度的人流变化情况。传统的人口监测要靠多个工作人员上门登记再将结果进行汇总，这样的过程耗费大量的时间和人力，且在监测过程中可能存在误差，对最终结果造成影响。因采集时间较长、数据时效性较差，且空间颗粒尺度一般都较大，无法对小区域范围内进行人口监测和分析，而物联网只用在固定位置安装监测仪器，不需工作人员上门采集，大大减轻了工作人员的工作压力，也减少了采集过程中可能出现的误差。物联网技术使得人口监测的效率更高、精度更高、成本更低。

2.3 人口智能化监测系统搭建

瑶里村的民居和建筑大多沿瑶河呈南北分布，为尽可能的监测全村的人口变化情况，设备选址在河两岸的必经之处，因仪器需要电、网等基础设施，且需要避开雨水将村庄出入口、公共活动空间及著名景点作为备选点。考虑到探针设备探测范围半径为100-200 米，规定两个监测点选址间距不超过150 米，使得探针探测范围具有较好的连贯性，为后期对比探针数据和视频数据，至少一个监测点需要同时安装探针和摄像头，最终探针设备安装地点为村活动中心、陈毅旧居、吴氏宗祠、狮岗胜览、程氏宗祠，摄像头安装地点为村活动中心、景区主入口和亭桥。监测点布置示意图如图2。

图2 景德镇瑶里村物联网设备选址示意图

瑶里村的物联网系统搭建过程，主要从设备识别与入网、数据传输的类型与大小、数据的应用等几个方面来考虑。

（1）探针系统搭建

探针设备基于探测技术来识别无线接入点附近开启功能的智能手机或者终端（笔记本、平板电脑等），用户不需要主动接入探针就能够识别用户，无论是IOS 或者安卓系统都能检测到，并且仅接收接入设备（手机）的MAC 地址，不会侵犯个人隐私。

探针设备可以将周边手机的mac 地址、手机信号强度、手机距离探针的距离等信息传到后台程序，我们根据探针探测范围，在村落的研究区域内合理的布置探针位置，根据各探针收集的数据进行分析计算。

因为探针设备采集周边数据的时候，是以帧的形式发射信号的，在网络通信中数据被封装成了帧，帧就是指通信中的一个数据块。即探针本身采集数据所消耗的流量极少，同时采集到的数据会以字符流的形式传输到数据存储服务器，所以不管从数据传输上还是探针本身物理性质上它都属于轻量型设备，我们采用了移动网络的方式建立其与数据存储服务器的连接。这样既方便了部署节省了能耗，又可以根据部署后的实际探测情况而做出随时的点位调整。

表1 探针设备采集的数据内容

（2）摄像头系统搭建

根据监控区域的不同，选择半球摄像机和枪型摄像机对固定区域进行监视，采用球型摄像机对大范围区域进行巡视和重点监控。360 高速球摄像机，对村落的主要人流聚集街道进行监测将采集到的图像传到服务器上，可以通过人数统计模型计算监测区域的人流数量，也可通过人脸识别模型完成人脸抓拍、人脸比对和人脸检索。采用机枪摄像机在村落的进出口等主干道进行监测，主要采集进出村落的车辆数量，根据车辆数量来估算人口数量以及分析人群出行偏好。

摄像头采集的数据是以视频流的形式传输到云端，摄像头主要用于拍摄人群或过往车辆，视频流在传输的过程中耗费流量较大。摄像头在安装固定方面也属于不易换动的类型，所以采用宽带传输的方式来将视频流传到存储服务器。

瑶里村中同时配备了一个硬盘录像机作为交换机将各摄像头的数据先传输到硬盘录像机里，给硬盘录像机配一个带有公网IP 的路由器，实现在任何有互联网的地方登录路由器的vpn 来远程访问视频。后续在村庄其他地区安装摄像头的时候可以依此自建一个“互联网式的局域网”，终端只需要登录同一个vpn 就可以访问网组内的所有摄像头。

图3 瑶里村物联网采集系统网络拓扑图

3.结果分析

3.1 探针数据采集情况

截止至2022年2月底，探针设备共采集到超3300 万条数据，根据Mac 地址进行删重，可得到探测到的Mac 地址数量。设备的Mac 地址是唯一的，但部分设备在进行网络连接时可能会随机生成一个Mac 地址，干扰分析结果，对数据进行清洗后，得到有效mac 地址数量即探测到的人数。本研究期间5 个月共探测到4 万9 千多人，从分布图上可以看出有假期的月份探测到的人数较多，10月约2 万人，2月约1 万2千人，其余月份约为7 千人左右。

3.2 探针数据准确性

为验证探针设备在人口监测中数据的准确性，随机截取多段同一地点、同一时间段的视频和探针数据进行对比分析。统计该时间段探针设备探测到的有效人数，借助视频技术识别模型统计该时间段出现的人数。本文使用的视频技术人口识别模型是基于Pytorch 深度学习框架，YOLO 系列的V3 目标检测算法，结合Deep-sort 目标追踪算法实现对人车不重复计数。对两组数据进行比较后发现两种设备探测到的人数相近，视频识别到的人数比探针设备探测到的人数略多一些，经观察，少量人群因在视频识别中穿脱外套导致了重复统计，人数比实际稍大一些。探针设备的数据整体准确度较高，适合应用于人口监测中。

3.3 活跃人口识别

村镇人口普查过程中，有一项很重要工作是统计该村镇的常住人口数量。按照国家统计局对常住人口定义，有一项为居住在本地半年及以上的人口。因本研究数据采集时间仅5 个月，无法判断监测区域常住人口数量。本文定义每个月停留超过20 天以上的人口为探针识别范围内瑶里村的常住活跃人口。

图4 探针设备采集情况统计

图5 视频识别人数与同时段探针人数对比验证

图6 瑶里村不同时间段人口停留天数统计

图7 2021年10月-2022年2月每日探测人口数量分布图

对瑶里村探测到的人群停留时间进行分析，大多数人群在瑶里村停留时间不会超过3 天，其中停留一天的人数占比最大。10月份停留一天的人群数量占探测总量的85.5%，2月份停留一天的人群数量占79%。11月-2月停留一天的人群数量占比均在70%左右。极少数的人会停留一周及以上，而每个月超过20 天的人口数量较为稳定，约有413 活跃人口。对比现场调研过程中统计的监测范围内常住人口约为460人，结果符合实际情况。

3.4 监测全域人口分布特征

对瑶里村监测区域不同时间段的人流特征进行分析，在上述研究中得到了每个月探测到的人口总量分布。从每日探测到的人口数量分布图上看，10月份上半旬每日探测到的人口数量最多，尤其是国庆假期时期，从1日起探测到的人口数量逐渐增多，3日探测到了本次研究期间人口数量的峰值即3281 人，后人数逐渐减少，说明假期有不少外来游客进入了瑶里村游玩。春节假期探测到的人口数量也比平日要多，尤其是初三至初五期间，每天探测到的人口数量较多，约为2200 人。其余时间段探测到的人口数量波动幅度较小，且均呈现出周期性变化，周末探测到的人口数量相比平日较多，说明人群会选择周末游玩瑶里村，但停留天数较短。

3.5 各监测点人口分布特征

对瑶里村同一时段不同监测地点进行对比观察，可以了解人流偏好停留的地点和路线。图8 为2021年10月瑶里村各监测点的人口分布情况，10月瑶里村监测区域探测到人口总量为23287 人。瑶里村村民活动中心位于村落南部入口，为南部入口必经之地，因此相较其他观测点探测到的人口数量最多，占总量的35%。吴氏宗祠和陈毅旧居是瑶里村的热点景区，探测到33%和25%的人口会到访这两个区域，而程氏宗祠和狮岗胜揽探测到的人数相对较低，到访人数较少。结合各监测点分布位置，大多数人口偏好行走或停留在瑶河东岸。

图8 2021年10月瑶里村各监测点探测的人口数量分布

3.6 24 小时人口分布特征

对同一监测点不同时间段进行对比观察，可了解该监测点的日人流量变化特征。图9 展示的是陈毅旧居国庆假期分日分时段的人流量变化图。每日晚23 时-6 时探测到的人口数量较为稳定，该监测点附近可能居住有50 人左右。从早6 时起探测到的人口数量开始增长，早9 时人口数量出现激增，午间或下午人口数量达到当日的峰值，后人流逐步减少直至22 时左右，人口活跃时间符合该景点的开放时间段，且大多数人喜欢在午后到访该景点。

图9 陈毅旧居2021年国庆假期分小时人口分布图

3.7 小结

在瑶里村的监测区域根据对探针数据的分析，得到：①探测到70%以上的人口仅在瑶里村停留一天，根据连续5 个月的观察，停留20 天以上的活跃人口约为413人。②假期来访瑶里村的人口数量较多，周末人口相比平日更多。③以10月为例，探测到人们多聚集在活动中心、吴氏宗祠、陈毅旧居等区域，偏好停留在瑶河的东岸。④以陈毅旧居为例分析人口24 小时的分布情况，探测到人们偏好在午后到访该景点。

4.结论与讨论

目前，村镇尺度人口动态监测的研究较少，本文以景德镇瑶里村为例，在其重点地区搭建物联网系统，实现了人口的动态监测。对不同物联网设备采集到的数据进行对比，验证了探针数据在人口监测中的准确性和可行性。村镇管理人员可以借助物联网设备获取精细化的人口数据，节约人力和时间成本，且探针的数据时间和空间颗粒度较细，有利于从不同时间、空间尺度对人口分布特征进行分析。人口的动态监测可以实时关注村镇不同区域周期性人口流动、非周期性人口流动以及突发性的人口流动情况，有利于根据不同的情况采取相应的规划和策略。

本研究也存在一些不足：受设备铺设成本限制，并未在瑶里村全村铺设物联网设备，无法有效的获取全村的人口动态，仅能分析监测区域的人口分布特征。另外视频数据因存储量太大，未能及时保存长期的监测数据，仅能截取多个片段用于验证探针设备数据准确性。在后续研究中将继续改善视频技术人口识别模型，并分布式存储长期的视频监测数据，视频数据既可以应用于事故应急中，也可以与探针数据进行交叉对比。后续也将引入LBS 人口大数据验证两套物联网设备的数据，提高人口动态监测的准确性。