智慧社区物联网系统

城市社区是城市的基本单元，是人民群众赖以生存的生活和精神家园。大力推进城市社区建设，充分发挥社区在发展经济、繁荣城市、稳定社会、服务群众中的重要作用，不仅是提升城市竞争力、增强城市亲和力、塑造城市个性魅力、提高城市综合实力的重要途径，也是新形势下实现城市现代化的必然要求。
近年来，我国普遍开展智慧城市建设。发展智慧城市的核心理念是以人为本，提供智能化便民服务，让数据多跑路，让办事群众少跑腿，将“智慧”概念渗透到城市的各个领域，如智慧交通、智慧城管、智慧医疗、智慧环保、智慧社区等，使公共服务完备化、公共治理系统化、人民生活便利化，不断提高城市居民的幸福感。社区作为智慧城市的基本构成模块，各级政府都在积极加快推进“智慧社区”建设，以切实解决社区信息收集渠道相对落后、缺少综合服务方式、缺乏现代科技支撑力度等问题，程度发挥城市社区自身所具有的服务于民的基础管理作用。
当前，全面推进城市数字化转型已成为我国各大城市主动服务新发展格局的重要战略。从“城市是生命体、有机体”的全局出发，用数字化方式创造性解决智慧社区建设和发展难题的需求日益加大。但目前人们对智慧社区的理解和认识尚不统一，社区精细化治理的技术仍不成熟，规划和建设数字化转型背景下智慧社区的系统方法一直在探索研究中。特别是，面对2020年年初突如其来的新冠肺炎疫情，以人工智能、大数据、云计算等为核心制定的一系列精细化科学应对方案，积极助力社区的疫情防控，成为此次严重公共卫生危机事件阻击战中的亮点。为了满足和促进社区全方位发展需要，在上海市科委科研项目“人工智能赋能智慧社区综合管理平台关键技术研究及示范（项目编号： 19dz1209600）”支持下，我们策划出版了这套“智慧社区精细化治理丛书”，旨在总结国内外智慧社区的建设经验，顺应智慧城市发展规律，积极探索智慧社区“整体性转变、全方位赋能、革命性重塑”的创新理念，回应人们对美好生活的新期待。
本丛书系统介绍了智慧社区的基本概念，国内外智慧社区基本情况和发展趋势，物联网、大数据、人工智能在智慧社区构建过程中的技术体系和技术要点，并通过应用场景和具体案例进行了展示和说明。丛书体现了智慧社区建设理念的更新和转变，探讨了精细化治理在智慧社区中的创新应用模式，展望了未来智慧社区的发展策略和愿景，相信对积极推进我国智慧城市健康发展、全面提升城市治理体系和治理能力现代化水平、创造人民城市数字化美好生活体验，具有很好的参考价值和借鉴作用。
本丛书包括5分册： 由同济大学韩新等编著的《智慧社区导论》《智慧社区应用场景与典型案例》为综合性的内容，前者为智慧社区的一般性论述，后者着重介绍智慧社区的主要应用场景和相关案例；由同济大学丛北华编著的《智慧社区物联网系统》、公安部第三研究所周晓芳等编著的《智慧社区大数据》和上海海事大学王维莉等编著的《人工智能赋能智慧社区》则分别围绕物联网、大数据和人工智能赋能应用展开。
对于本丛书，读者可以阅读全套5分册，进行综合、系统的学习，从而对智慧社区有一个全方位的了解；也可以根据工作需要和专业背景只选择某一分册阅读，掌握智慧社区规划和建设的某一专项内容和某一种专业技术方法。本丛书阅读对象主要是从事社区治理和人工智能相关工作的技术人员，高等院校、科研院所相关专业和领域的教师、学生、研究者也可以将其作为参考书；本丛书对政府管理人员了解智慧社区基本知识及其管理工作也会有一定帮助。 
在本丛书编写过程中，作者收集了国内外相关领域的大量资料，参考了新加坡、日本、美国和欧洲一些国家以及我国台湾和香港地区的先进经验，总结了我国智慧社区建设的丰富实践，采纳了人工智能领域和城市治理领域的研究成果。同时得到了林伟教授、丁健青教授、曹先艳博士等专家以及融创中国控股有限公司等单位的大力帮助，他们提供了相关领域的研究成果和案例、审阅了文稿，并提出了宝贵的意见和建议，在此一并致谢。
由于本丛书篇幅较大，跨越多个学科和门类，且人工智能相关前沿技术还在探索发展中，加之作者水平有限，不足及疏漏的地方在所难免，敬请读者批评指正。韩新同济大学2021年8月前言前言
2008年IBM公司提出了“智慧地球”理念，建议投资建设新一代的智慧型信息基础设施，并于2009年进一步提出了“智慧城市”概念，使其成为智慧地球应用领域之一，也是智慧地球概念实践的基本单元。自此，智慧城市开始在全球范围内得到高度关注，中国也同步开展大量智慧城市的实践。在此过程中，社区以其适当的空间尺度与相对完整的体系结构受到越来越多的关注，智慧社区开始成为智慧城市的重要应用领域，从而形成了“智慧地球—智慧城市—智慧社区”实践体系，以及与智慧地球、智慧城市一脉相承的智慧社区概念。
智慧社区是一个动态发展的概念，是技术革命的结果。当前，以物联网、大数据、人工智能等新技术为代表的数字浪潮席卷全球，物理世界和与之对应的数字世界正形成两大体系平行发展、相互作用。新技术的加持，促使社区向智慧化方向转型发展，也重新定义了智慧社区。其中，物联网是智慧社区的重要基础设施，决定着智慧社区发展的深度和广度。
智慧社区通过物联网所设置的各类传感器，能够将社区数据、信息快速传递和整合，进行数据监测、收集、整理、分析，通过数据挖掘手段对社区运行管控提出合理的科学依据并做出智慧响应，服务市民生活需求。目前在中国，一方面智慧社区建设已在社区信息基础设施网络化、生活服务便利化、社区管理和小区治理智能化、智慧应用场景多样化等方面，取得了很好的成效；另一方面在全面推进智慧社区的发展过程中，也遇到了诸多瓶颈问题如信息系统安全问题等。本书从智慧社区的发展脉络出发，结合物联网自身技术的发展路径，系统梳理出智慧社区不同发展阶段对物联网系统的技术要求，并围绕社区治理现代化以及城市数字化转型，探讨支撑未来智慧社区建设的物联网新技术，为读者深入了解智慧社区物联网的主要特点提供技术参考。
全书共分为5章，第1章通过分析智慧社区和物联网各自的起源、定义和发展历程，提出了智慧社区物联网的基本特征，为理解和掌握智慧社区物联网的结构体系和系统设计等主要内容奠定基础；第2章介绍了物联网的主流框架体系架构、四大关键技术体系和物联网的技术标准体系，指出了物联网发展面临的主要技术挑战；第3章从社区用户需求分析出发，介绍了适用于智慧社区的物联网系统体系结构，给出了系统功能结构设计方法，并提供了系统典型功能设计案例；第4章围绕智慧社区物联网信息安全的关键问题，介绍了物联网系统安全现状，分析讨论了物联网系统面临的各类安全风险，提出了智慧社区物联网系统安全防护体系及关键技术，并介绍了国内外物联网系统安全相关标准；第5章面向未来社区治理现代化的未来智慧社区建设新需求，介绍了未来智慧社区的总体技术框架，并对支撑未来智慧社区的新一代物联网技术——智能物联网（AIoT）、城市信息模型（CIM）、数字孪生城市分别进行了介绍、做了技术展望。
本书作者先后参与承担了上海市科委“人工智能赋能智慧社区综合管理平台关键技术研究及示范”等多个科研项目，书中有关章节即引用了这些项目的相关成果。同时，也参考了由中通服咨询设计研究院有限公司和中国通服智慧城市产业联盟联合编制的《理想智慧社区白皮书——数智驱动社区治理现代化》，以及由中国信息通信研究院发布的《数字孪生城市研究报告2018》《数字孪生城市研究报告2019》和《数字孪生城市白皮书（2020）》的部分内容。在本书的编写过程中，得到了同济大学韩新、公安部第三研究所周晓芳、上海海事大学王维莉、上海防灾救灾研究所孙少华的鼎力支持和热心帮助。至此书稿即将付梓之际，本书作者谨向审稿人及所有在撰写过程中给予支持的个人和单位致以衷心的感谢！
限于作者水平，书中难免存在不足之处，恳请专家、读者批评指正。

作者2021年9月

“智慧社区精细化治理丛书”是对城市智慧社区的精细化、标准化、规范化建设与治理进行系统阐述的专业书籍。本书从智慧社区的发展脉络出发，结合物联网自身技术的发展路径，分析和总结了智慧社区不同发展阶段对物联网系统的技术要求，并围绕社区治理现代化以及城市数字化转型，探讨了支撑未来智慧社区建设的物联网新技术。全书共分为5章，包括智慧社区与物联网概述、物联网体系架构和技术体系、智慧社区物联网系统设计、智慧社区物联网系统安全以及未来智慧社区的物联网新技术等内容。

“智慧社区精细化治理丛书”是对城市智慧社区的精细化、标准化、规范化建设与治理进行系统阐述的专业书籍。本书从智慧社区的发展脉络出发，结合物联网自身技术的发展路径，分析和总结了智慧社区不同发展阶段对物联网系统的技术要求，并围绕社区治理现代化以及城市数字化转型，探讨了支撑未来智慧社区建设的物联网新技术。全书共分为5章，包括智慧社区与物联网概述、物联网体系架构和技术体系、智慧社区物联网系统设计、智慧社区物联网系统安全以及未来智慧社区的物联网新技术等内容。

丛书主编韩新，特聘研究员，同济大学上海防灾救灾研究所副所长，中国消防协会理事、上海市消防协会常务理事，中国建筑学会建筑防火综合技术分会理事，中国运筹学会可靠性专业委员会委员，应急管理部消防救援局特约研究员。主要从事城市公共安全、城市精细化治理、数字孪生技术及人工智能赋能社区管理等方面研究工作。获国家科技进步奖三等奖1项，省部级科技进步奖一等奖2项、二等奖3项、三等奖5项。
本书作者丛北华，工学博士，同济大学上海防灾救灾研究所副研究员，中国建筑学会综合防火技术分会理事，中国消防标准化委员会委员、中国消防协会学术委员会委员。主要从事城市超高层建筑与地下空间综合防火防灾、火灾风险评估与性能化防火设计、城市公共安全与消防应急处置、智慧消防等方面研究工作。主持项目和省部级项目多项。获得上海市科学技术进步奖三等奖1项，上海市工程咨询行业协会一等奖1项。

第1章智慧社区与物联网概述1
1.1智慧社区2
1.1.1智慧社区的起源2
1.1.2智慧社区的定义3
1.1.3中国智慧社区的发展3
1.2物联网4
1.2.1物联网的起源4
1.2.2物联网的定义5
1.2.3物联网相关概念辨析8
1.2.4物联网的应用与发展11
1.3智慧社区物联网的基本特征22

第2章物联网体系架构和技术体系25
2.1物联网的体系架构26
2.2物联网的技术体系29
2.2.1感知与标识技术30
2.2.2网络与通信技术32
2.2.3计算与服务技术33
2.2.4管理与支撑技术34
2.3物联网的技术标准体系35
2.3.1物联网总体标准35
2.3.2物联网共性技术标准36
2.3.3物联网应用技术标准39
2.4物联网技术发展面临挑战41

第3章智慧社区物联网系统设计43
3.1物联网系统用户需求分析44
3.1.1需求分析概述44
3.1.2需求分析流程45
3.1.3需求分析阶段产物46
3.2智慧社区物联网系统需求分析51
3.2.1政策依据51
3.2.2功能需求52
3.2.3性能需求53
3.2.4约束需求54
3.3智慧社区物联网系统体系结构设计55
3.3.1设计原则55
3.3.2智慧社区物联网系统体系结构模型55
3.4智慧社区物联网系统功能典型设计60
3.4.1设计范围与设计原则60
3.4.2逻辑架构60
3.4.3核心平台61
3.4.4典型功能设计61

第4章智慧社区物联网系统安全69
4.1物联网系统安全现状70
4.2智慧社区物联网系统安全风险分析71
4.2.1感知层安全风险71
4.2.2网络层安全风险73
4.2.3平台层安全风险74
4.2.4应用层安全风险77
4.3智慧社区物联网系统安全防护体系79
4.3.1智慧社区物联网系统安全体系架构79
4.3.2智慧社区物联网系统安全防护技术80
4.4智慧社区物联网系统安全新技术86
4.4.1区块链安全认证87
4.4.2边缘计算87
4.4.3轻量化终端安全防护技术88
4.4.4软件定义边界90
4.5物联网系统安全政策法规与标准化91
4.5.1政策法规91
4.5.2安全标准化92

第5章未来智慧社区的物联网新技术95
5.1未来智慧社区的建设新需求96
5.1.1打造“整体社区”96
5.1.2打造“15分钟智慧生活圈”97
5.1.3建设“韧性社区”98
5.1.4推动“社区自治”99
5.2未来智慧社区建设的总体技术框架99
5.3智能物联网101
5.3.1智能物联网的发展历程102
5.3.2智能物联网对物联网的新要求103
5.3.3智能物联网的关键技术103
5.3.4智能物联网的典型应用106
5.4城市信息模型108
5.4.1城市信息模型的发展历程108
5.4.2城市信息模型的概念辨析108
5.4.3城市信息模型的实现技术110
5.4.4城市信息模型的应用技术框架111
5.4.5城市信息模型数字底板数据模型113
5.4.6城市信息模型应用场景115
5.5数字孪生城市118
5.5.1数字孪生城市内涵118
5.5.2数字孪生城市的技术特征119
5.5.3数字孪生城市的技术框架与技术体系120
5.5.4数字孪生城市的总体架构与核心平台124
5.5.5数字孪生城市的应用场景131

参考文献137

“智慧社区精细化治理丛书”是对城市智慧社区的精细化、标准化、规范化建设与治理进行系统阐述的专业书籍。本书从智慧社区的发展脉络出发，结合物联网自身技术的发展路径，分析和总结了智慧社区不同发展阶段对物联网系统的技术要求，并围绕社区治理现代化以及城市数字化转型，探讨了支撑未来智慧社区建设的物联网新技术。全书共分为5章，包括智慧社区与物联网概述、物联网体系架构和技术体系、智慧社区物联网系统设计、智慧社区物联网系统安全以及未来智慧社区的物联网新技术等内容。

丛书主编韩新，特聘研究员，同济大学上海防灾救灾研究所副所长，中国消防协会理事、上海市消防协会常务理事，中国建筑学会建筑防火综合技术分会理事，中国运筹学会可靠性专业委员会委员，应急管理部消防救援局特约研究员。主要从事城市公共安全、城市精细化治理、数字孪生技术及人工智能赋能社区管理等方面研究工作。获国家科技进步奖三等奖1项，省部级科技进步奖一等奖2项、二等奖3项、三等奖5项。
本书作者丛北华，工学博士，同济大学上海防灾救灾研究所副研究员，中国建筑学会综合防火技术分会理事，中国消防标准化委员会委员、中国消防协会学术委员会委员。主要从事城市超高层建筑与地下空间综合防火防灾、火灾风险评估与性能化防火设计、城市公共安全与消防应急处置、智慧消防等方面研究工作。主持项目和省部级项目多项。获得上海市科学技术进步奖三等奖1项，上海市工程咨询行业协会一等奖1项。