文｜中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院信息中心 關(guān)戴婉靜 孟凡伍；中國地質(zhì)大學(xué)（北京）張芮寧

我國目前已步入鄉(xiāng)村人口減少和村鎮(zhèn)格局重構(gòu)階段，在國家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施背景下，新時代村鎮(zhèn)發(fā)展格局正逐步展開。但目前村鎮(zhèn)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺失、信息化水平較低、經(jīng)驗型管理決策低效等問題已經(jīng)嚴(yán)重阻礙現(xiàn)階段我國村鎮(zhèn)發(fā)展實踐需求。國家實施大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略，要求推進(jìn)運(yùn)用數(shù)據(jù)決策，提高政府治理能力。針對村鎮(zhèn)區(qū)域規(guī)劃和發(fā)展相關(guān)數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺乏的問題，開展數(shù)據(jù)融合創(chuàng)新。

本文聚焦于村鎮(zhèn)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)中缺失較為嚴(yán)重的人口數(shù)據(jù)，目前獲取村鎮(zhèn)人口數(shù)據(jù)的方式為十年一次的人口普查統(tǒng)計結(jié)果，傳統(tǒng)的人口監(jiān)測方法主要依靠村鎮(zhèn)管理人員上門登記統(tǒng)計，不僅耗費(fèi)大量的人力和時間，也存在一定的誤差，只能關(guān)注到整體周期性的人口流動特征。對于部分開展旅游業(yè)，人口流動較強(qiáng)的村鎮(zhèn)而言，這種靜態(tài)的人口監(jiān)測模式不利于村鎮(zhèn)的人口服務(wù)管理。因此本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，探索其在村鎮(zhèn)人口動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用，創(chuàng)新村鎮(zhèn)層面人口數(shù)據(jù)的獲取方式，并選擇在景德鎮(zhèn)瑤里村進(jìn)行實踐。對村鎮(zhèn)人口進(jìn)行智能化監(jiān)測的根本目的，是為了動態(tài)了解村鎮(zhèn)人口規(guī)模、結(jié)構(gòu)及其變動狀況，以此來掌握村鎮(zhèn)發(fā)展的新動向和新趨勢，為相關(guān)管理部門制定規(guī)劃和政策提供決策依據(jù)。

1.研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

瑤里村位于江西省景德鎮(zhèn)市浮梁縣瑤里鎮(zhèn)域中部，處贛皖兩省祁浮婺休四縣交匯處?，幚锎逍姓^(qū)域面積約為3.5 平方公里，其村莊占地面積為10 畝。截至2018年末，瑤里村戶籍人口1400 人，常住人口約1100 人，村民人均年收入6800 元。截至2021年末，瑤里村共有35 個文物保護(hù)單位，其中包含1 個國家級文物保護(hù)單位和1 個市級文物保護(hù)單位，并入選為第三批中國傳統(tǒng)村落。2020年瑤里村憑借自身鄉(xiāng)村原味和地方特色，成功入選了“第二批全國鄉(xiāng)村旅游重點(diǎn)村名單”。近年來，鄉(xiāng)村旅游業(yè)的蓬勃興起給瑤里村帶來了新的活力，人口流動形態(tài)也發(fā)生了不小的轉(zhuǎn)變。

1.2 數(shù)據(jù)來源

圖1 瑤里村區(qū)位圖

本研究的數(shù)據(jù)包含探針數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)，均來源于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集。在瑤里村五個重點(diǎn)區(qū)域鋪設(shè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，搭建人口智能化監(jiān)測系統(tǒng)并對人口進(jìn)行監(jiān)測。截止至2022年2月底，瑤里村物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備共采集到5 個月的探針數(shù)據(jù)和存儲量約3T 的視頻數(shù)據(jù)。其中探針數(shù)據(jù)全天24 小時不間斷運(yùn)行，結(jié)合實際數(shù)據(jù)存儲資源占用情況將探針數(shù)據(jù)采集頻次設(shè)置為每分鐘上傳一次，合理的設(shè)置既可以保證系統(tǒng)人流采集的吞吐量，又不會使數(shù)據(jù)太臃腫而致使數(shù)據(jù)分析算法壓力過重。除2021年11月23日因故障無數(shù)據(jù)外，其他時間均運(yùn)行正常。視頻數(shù)據(jù)因受存儲空間影響，僅能保存時間較新一個月的視頻數(shù)據(jù)。

2.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)的概念最早是在20世紀(jì)90年代提出的，物聯(lián)網(wǎng)的定義是把物品通過信息傳感設(shè)備，實現(xiàn)各類事物和互聯(lián)網(wǎng)之間的互連互通，并對其進(jìn)行智能化管理的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。簡單講，物聯(lián)網(wǎng)是將物與物、人與人之間的信息進(jìn)行傳遞與控制。它以互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等為信息承載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對象形成互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)實世界數(shù)字化。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在人口監(jiān)測中應(yīng)用的優(yōu)勢

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是結(jié)合了計算機(jī)技術(shù)、傳感器、定位系統(tǒng)、信息傳送等一系列的綜合而產(chǎn)生的技術(shù)，應(yīng)用在人口監(jiān)測方面主要是實時地對重點(diǎn)區(qū)域的人流進(jìn)行監(jiān)測。通過傳感設(shè)備及空間定位技術(shù)，在重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)智能地感知和自動地獲取生活信息，如具有WiFi 功能移動終端的mac 地址信息、距離信息或圖像信息等，并轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)。通過傳輸層將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時報送給村鎮(zhèn)管理人員，讓工作人員第一時間了解到準(zhǔn)確的人口變化情況，同時可以調(diào)用存儲在服務(wù)器的歷史數(shù)據(jù)，通過專業(yè)的算法模型可計算不同時間段、不同空間尺度的人流變化情況。傳統(tǒng)的人口監(jiān)測要靠多個工作人員上門登記再將結(jié)果進(jìn)行匯總，這樣的過程耗費(fèi)大量的時間和人力，且在監(jiān)測過程中可能存在誤差，對最終結(jié)果造成影響。因采集時間較長、數(shù)據(jù)時效性較差，且空間顆粒尺度一般都較大，無法對小區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行人口監(jiān)測和分析，而物聯(lián)網(wǎng)只用在固定位置安裝監(jiān)測儀器，不需工作人員上門采集，大大減輕了工作人員的工作壓力，也減少了采集過程中可能出現(xiàn)的誤差。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得人口監(jiān)測的效率更高、精度更高、成本更低。

2.3 人口智能化監(jiān)測系統(tǒng)搭建

瑤里村的民居和建筑大多沿瑤河呈南北分布，為盡可能的監(jiān)測全村的人口變化情況，設(shè)備選址在河兩岸的必經(jīng)之處，因儀器需要電、網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施，且需要避開雨水將村莊出入口、公共活動空間及著名景點(diǎn)作為備選點(diǎn)?？紤]到探針設(shè)備探測范圍半徑為100-200 米，規(guī)定兩個監(jiān)測點(diǎn)選址間距不超過150 米，使得探針探測范圍具有較好的連貫性，為后期對比探針數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)，至少一個監(jiān)測點(diǎn)需要同時安裝探針和攝像頭，最終探針設(shè)備安裝地點(diǎn)為村活動中心、陳毅舊居、吳氏宗祠、獅崗勝覽、程氏宗祠，攝像頭安裝地點(diǎn)為村活動中心、景區(qū)主入口和亭橋。監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖如圖2。

圖2 景德鎮(zhèn)瑤里村物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備選址示意圖

瑤里村的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)搭建過程，主要從設(shè)備識別與入網(wǎng)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋团c大小、數(shù)據(jù)的應(yīng)用等幾個方面來考慮。

（1）探針系統(tǒng)搭建

探針設(shè)備基于探測技術(shù)來識別無線接入點(diǎn)附近開啟功能的智能手機(jī)或者終端（筆記本、平板電腦等），用戶不需要主動接入探針就能夠識別用戶，無論是IOS 或者安卓系統(tǒng)都能檢測到，并且僅接收接入設(shè)備（手機(jī)）的MAC 地址，不會侵犯個人隱私。

探針設(shè)備可以將周邊手機(jī)的mac 地址、手機(jī)信號強(qiáng)度、手機(jī)距離探針的距離等信息傳到后臺程序，我們根據(jù)探針探測范圍，在村落的研究區(qū)域內(nèi)合理的布置探針位置，根據(jù)各探針收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算。

因為探針設(shè)備采集周邊數(shù)據(jù)的時候，是以幀的形式發(fā)射信號的，在網(wǎng)絡(luò)通信中數(shù)據(jù)被封裝成了幀，幀就是指通信中的一個數(shù)據(jù)塊。即探針本身采集數(shù)據(jù)所消耗的流量極少，同時采集到的數(shù)據(jù)會以字符流的形式傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲服務(wù)器，所以不管從數(shù)據(jù)傳輸上還是探針本身物理性質(zhì)上它都屬于輕量型設(shè)備，我們采用了移動網(wǎng)絡(luò)的方式建立其與數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器的連接。這樣既方便了部署節(jié)省了能耗，又可以根據(jù)部署后的實際探測情況而做出隨時的點(diǎn)位調(diào)整。

表1 探針設(shè)備采集的數(shù)據(jù)內(nèi)容

（2）攝像頭系統(tǒng)搭建

根據(jù)監(jiān)控區(qū)域的不同，選擇半球攝像機(jī)和槍型攝像機(jī)對固定區(qū)域進(jìn)行監(jiān)視，采用球型攝像機(jī)對大范圍區(qū)域進(jìn)行巡視和重點(diǎn)監(jiān)控。360 高速球攝像機(jī)，對村落的主要人流聚集街道進(jìn)行監(jiān)測將采集到的圖像傳到服務(wù)器上，可以通過人數(shù)統(tǒng)計模型計算監(jiān)測區(qū)域的人流數(shù)量，也可通過人臉識別模型完成人臉抓拍、人臉比對和人臉檢索。采用機(jī)槍攝像機(jī)在村落的進(jìn)出口等主干道進(jìn)行監(jiān)測，主要采集進(jìn)出村落的車輛數(shù)量，根據(jù)車輛數(shù)量來估算人口數(shù)量以及分析人群出行偏好。

攝像頭采集的數(shù)據(jù)是以視頻流的形式傳輸?shù)皆贫?，攝像頭主要用于拍攝人群或過往車輛，視頻流在傳輸?shù)倪^程中耗費(fèi)流量較大。攝像頭在安裝固定方面也屬于不易換動的類型，所以采用寬帶傳輸?shù)姆绞絹韺⒁曨l流傳到存儲服務(wù)器。

瑤里村中同時配備了一個硬盤錄像機(jī)作為交換機(jī)將各攝像頭的數(shù)據(jù)先傳輸?shù)接脖P錄像機(jī)里，給硬盤錄像機(jī)配一個帶有公網(wǎng)IP 的路由器，實現(xiàn)在任何有互聯(lián)網(wǎng)的地方登錄路由器的vpn 來遠(yuǎn)程訪問視頻。后續(xù)在村莊其他地區(qū)安裝攝像頭的時候可以依此自建一個“互聯(lián)網(wǎng)式的局域網(wǎng)”，終端只需要登錄同一個vpn 就可以訪問網(wǎng)組內(nèi)的所有攝像頭。

圖3 瑤里村物聯(lián)網(wǎng)采集系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

3.結(jié)果分析

3.1 探針數(shù)據(jù)采集情況

截止至2022年2月底，探針設(shè)備共采集到超3300 萬條數(shù)據(jù)，根據(jù)Mac 地址進(jìn)行刪重，可得到探測到的Mac 地址數(shù)量。設(shè)備的Mac 地址是唯一的，但部分設(shè)備在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接時可能會隨機(jī)生成一個Mac 地址，干擾分析結(jié)果，對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗后，得到有效mac 地址數(shù)量即探測到的人數(shù)。本研究期間5 個月共探測到4 萬9 千多人，從分布圖上可以看出有假期的月份探測到的人數(shù)較多，10月約2 萬人，2月約1 萬2千人，其余月份約為7 千人左右。

3.2 探針數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

為驗證探針設(shè)備在人口監(jiān)測中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，隨機(jī)截取多段同一地點(diǎn)、同一時間段的視頻和探針數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。統(tǒng)計該時間段探針設(shè)備探測到的有效人數(shù)，借助視頻技術(shù)識別模型統(tǒng)計該時間段出現(xiàn)的人數(shù)。本文使用的視頻技術(shù)人口識別模型是基于Pytorch 深度學(xué)習(xí)框架，YOLO 系列的V3 目標(biāo)檢測算法，結(jié)合Deep-sort 目標(biāo)追蹤算法實現(xiàn)對人車不重復(fù)計數(shù)。對兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)兩種設(shè)備探測到的人數(shù)相近，視頻識別到的人數(shù)比探針設(shè)備探測到的人數(shù)略多一些，經(jīng)觀察，少量人群因在視頻識別中穿脫外套導(dǎo)致了重復(fù)統(tǒng)計，人數(shù)比實際稍大一些。探針設(shè)備的數(shù)據(jù)整體準(zhǔn)確度較高，適合應(yīng)用于人口監(jiān)測中。

3.3 活躍人口識別

村鎮(zhèn)人口普查過程中，有一項很重要工作是統(tǒng)計該村鎮(zhèn)的常住人口數(shù)量。按照國家統(tǒng)計局對常住人口定義，有一項為居住在本地半年及以上的人口。因本研究數(shù)據(jù)采集時間僅5 個月，無法判斷監(jiān)測區(qū)域常住人口數(shù)量。本文定義每個月停留超過20 天以上的人口為探針識別范圍內(nèi)瑤里村的常住活躍人口。

圖4 探針設(shè)備采集情況統(tǒng)計

圖5 視頻識別人數(shù)與同時段探針人數(shù)對比驗證

圖6 瑤里村不同時間段人口停留天數(shù)統(tǒng)計

圖7 2021年10月-2022年2月每日探測人口數(shù)量分布圖

對瑤里村探測到的人群停留時間進(jìn)行分析，大多數(shù)人群在瑤里村停留時間不會超過3 天，其中停留一天的人數(shù)占比最大。10月份停留一天的人群數(shù)量占探測總量的85.5%，2月份停留一天的人群數(shù)量占79%。11月-2月停留一天的人群數(shù)量占比均在70%左右。極少數(shù)的人會停留一周及以上，而每個月超過20 天的人口數(shù)量較為穩(wěn)定，約有413 活躍人口。對比現(xiàn)場調(diào)研過程中統(tǒng)計的監(jiān)測范圍內(nèi)常住人口約為460人，結(jié)果符合實際情況。

3.4 監(jiān)測全域人口分布特征

對瑤里村監(jiān)測區(qū)域不同時間段的人流特征進(jìn)行分析，在上述研究中得到了每個月探測到的人口總量分布。從每日探測到的人口數(shù)量分布圖上看，10月份上半旬每日探測到的人口數(shù)量最多，尤其是國慶假期時期，從1日起探測到的人口數(shù)量逐漸增多，3日探測到了本次研究期間人口數(shù)量的峰值即3281 人，后人數(shù)逐漸減少，說明假期有不少外來游客進(jìn)入了瑤里村游玩。春節(jié)假期探測到的人口數(shù)量也比平日要多，尤其是初三至初五期間，每天探測到的人口數(shù)量較多，約為2200 人。其余時間段探測到的人口數(shù)量波動幅度較小，且均呈現(xiàn)出周期性變化，周末探測到的人口數(shù)量相比平日較多，說明人群會選擇周末游玩瑤里村，但停留天數(shù)較短。

3.5 各監(jiān)測點(diǎn)人口分布特征

對瑤里村同一時段不同監(jiān)測地點(diǎn)進(jìn)行對比觀察，可以了解人流偏好停留的地點(diǎn)和路線。圖8 為2021年10月瑤里村各監(jiān)測點(diǎn)的人口分布情況，10月瑤里村監(jiān)測區(qū)域探測到人口總量為23287 人?，幚锎宕迕窕顒又行奈挥诖迓淠喜咳肟?，為南部入口必經(jīng)之地，因此相較其他觀測點(diǎn)探測到的人口數(shù)量最多，占總量的35%。吳氏宗祠和陳毅舊居是瑤里村的熱點(diǎn)景區(qū)，探測到33%和25%的人口會到訪這兩個區(qū)域，而程氏宗祠和獅崗勝攬?zhí)綔y到的人數(shù)相對較低，到訪人數(shù)較少。結(jié)合各監(jiān)測點(diǎn)分布位置，大多數(shù)人口偏好行走或停留在瑤河?xùn)|岸。

圖8 2021年10月瑤里村各監(jiān)測點(diǎn)探測的人口數(shù)量分布

3.6 24 小時人口分布特征

對同一監(jiān)測點(diǎn)不同時間段進(jìn)行對比觀察，可了解該監(jiān)測點(diǎn)的日人流量變化特征。圖9 展示的是陳毅舊居國慶假期分日分時段的人流量變化圖。每日晚23 時-6 時探測到的人口數(shù)量較為穩(wěn)定，該監(jiān)測點(diǎn)附近可能居住有50 人左右。從早6 時起探測到的人口數(shù)量開始增長，早9 時人口數(shù)量出現(xiàn)激增，午間或下午人口數(shù)量達(dá)到當(dāng)日的峰值，后人流逐步減少直至22 時左右，人口活躍時間符合該景點(diǎn)的開放時間段，且大多數(shù)人喜歡在午后到訪該景點(diǎn)。

圖9 陳毅舊居2021年國慶假期分小時人口分布圖

3.7 小結(jié)

在瑤里村的監(jiān)測區(qū)域根據(jù)對探針數(shù)據(jù)的分析，得到：①探測到70%以上的人口僅在瑤里村停留一天，根據(jù)連續(xù)5 個月的觀察，停留20 天以上的活躍人口約為413人。②假期來訪瑤里村的人口數(shù)量較多，周末人口相比平日更多。③以10月為例，探測到人們多聚集在活動中心、吳氏宗祠、陳毅舊居等區(qū)域，偏好停留在瑤河的東岸。④以陳毅舊居為例分析人口24 小時的分布情況，探測到人們偏好在午后到訪該景點(diǎn)。

4.結(jié)論與討論

目前，村鎮(zhèn)尺度人口動態(tài)監(jiān)測的研究較少，本文以景德鎮(zhèn)瑤里村為例，在其重點(diǎn)地區(qū)搭建物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)了人口的動態(tài)監(jiān)測。對不同物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗證了探針數(shù)據(jù)在人口監(jiān)測中的準(zhǔn)確性和可行性。村鎮(zhèn)管理人員可以借助物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備獲取精細(xì)化的人口數(shù)據(jù)，節(jié)約人力和時間成本，且探針的數(shù)據(jù)時間和空間顆粒度較細(xì)，有利于從不同時間、空間尺度對人口分布特征進(jìn)行分析。人口的動態(tài)監(jiān)測可以實時關(guān)注村鎮(zhèn)不同區(qū)域周期性人口流動、非周期性人口流動以及突發(fā)性的人口流動情況，有利于根據(jù)不同的情況采取相應(yīng)的規(guī)劃和策略。

本研究也存在一些不足：受設(shè)備鋪設(shè)成本限制，并未在瑤里村全村鋪設(shè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，無法有效的獲取全村的人口動態(tài)，僅能分析監(jiān)測區(qū)域的人口分布特征。另外視頻數(shù)據(jù)因存儲量太大，未能及時保存長期的監(jiān)測數(shù)據(jù)，僅能截取多個片段用于驗證探針設(shè)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。在后續(xù)研究中將繼續(xù)改善視頻技術(shù)人口識別模型，并分布式存儲長期的視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)，視頻數(shù)據(jù)既可以應(yīng)用于事故應(yīng)急中，也可以與探針數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉對比。后續(xù)也將引入LBS 人口大數(shù)據(jù)驗證兩套物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，提高人口動態(tài)監(jiān)測的準(zhǔn)確性。