楊岸　唐林杰

【摘 要】北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國(guó)正在建設(shè)的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)是把各種物件與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，使傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)從人與人的聯(lián)系擴(kuò)展到物與物、物與人的聯(lián)系，是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后的又一個(gè)重要突破。一直以來(lái)，各層次學(xué)校在學(xué)生管理問(wèn)題上不同程度存在位置難于掌控、逃課缺課及外出安全等問(wèn)題。本文針對(duì)解決這些問(wèn)題，提出了基于北斗定位的學(xué)生智能管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)方案，并對(duì)系統(tǒng)的建設(shè)思想和功能模塊進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】北斗定位系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；學(xué)生管理；應(yīng)用系統(tǒng)

Research on the Architecture of Intelligent Management System for Students Based on Beidou Positioning System

YANG An TANG Lin-Jie

（Hunan Institute of Information Technology， Changsha Hunan， 410151， China）

【Abstract】Beidou positioning system is a global satellite positioning and communication system which is being built in China. Internet of things is to connect a variety of objects with the Internet， so that the traditional network from the contact between people and people to expand the relationship with people， things and people， is following the computer， Internet technology and an important breakthrough. There are different degrees of position， difficult to control and out of safety problems such as truancy from schools of different levels in the student management issues. Aiming at solving these problems， this paper puts forward the construction scheme of the intelligent management system of Internet of things based on Beidou positioning system， and expounds the construction thought and function module of the system.

【Key words】Beidou positioning system；Internet of things；Student management；Application system

1 概述

1.1 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（ BeDou Navigation Satellite System，簡(jiǎn)稱BDS）是我國(guó)獨(dú)立自主研發(fā)、開放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球的衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)[1-2]。該系統(tǒng)由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，又稱北斗二代導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。2012年12月，北斗導(dǎo)航業(yè)務(wù)正式對(duì)亞太地區(qū)提供無(wú)源定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)。目前在軌衛(wèi)星21顆，預(yù)計(jì)2020年全面實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的導(dǎo)航能力，具有精確連續(xù)的三維位置定位、導(dǎo)航、測(cè)速、授時(shí)和短報(bào)文等基本功能。目前，在國(guó)家政府、企業(yè)的大力支持下，北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)在越來(lái)越多的民用項(xiàng)目中得到廣泛的推廣與應(yīng)用。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）系統(tǒng)是指通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)是互聯(lián)網(wǎng)后信息技術(shù)的又一重大突破，它將網(wǎng)絡(luò)從人與人之間的信息交互，擴(kuò)展到物與物、人與物的信息交互，將大大提高社會(huì)信息化水平，必將實(shí)現(xiàn)數(shù)字化向智能化的過(guò)渡與提升[3-5]。

物聯(lián)網(wǎng)中很重要的組成部分是其支撐系統(tǒng)，包括感知層和網(wǎng)絡(luò)傳輸層等。目前，感知層常用的技術(shù)有射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)等，用以完成物品信息的收集并上傳網(wǎng)絡(luò)傳輸層；網(wǎng)絡(luò)傳輸層則主要利用GSM、4G等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將信息傳送至相應(yīng)的處理中心，進(jìn)行分類處理。而北斗導(dǎo)航系統(tǒng)具有定位精度高、覆蓋面廣、用戶容量大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，既可以作為感知終端，也可以作為傳輸網(wǎng)絡(luò)，因此北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在各類物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

1.3 問(wèn)題的提出

在教育系統(tǒng)各層次學(xué)校針對(duì)學(xué)生的管理當(dāng)中，存在著一些固有的難題，有些問(wèn)題長(zhǎng)期困擾學(xué)校管理者、學(xué)校老師、學(xué)生家長(zhǎng)，甚至包括學(xué)生自身，且難找到應(yīng)對(duì)的辦法。主要包括以下幾個(gè)方面：

1）對(duì)于中小學(xué)學(xué)生而言，學(xué)生每天上學(xué)、放學(xué)路上的安全是一件令老師和家長(zhǎng)十分牽掛的事情，如何防范中小學(xué)生路上安全隱患，一直是全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)[6]。

2）對(duì)于大學(xué)生而言，某些院校的學(xué)生存在較為突出的逃課、缺課現(xiàn)象，老師難以掌握大學(xué)生在校時(shí)間內(nèi)的位置信息和有關(guān)情況，除了采取常規(guī)的思想教育和懲罰性管理措施外，根本上無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生位置的掌控。

3）近年來(lái)，發(fā)生了多起大學(xué)生放假期間校外失聯(lián)事件，牽動(dòng)著社會(huì)各方紛紛關(guān)注對(duì)于學(xué)生安全這一根敏感的神經(jīng)，對(duì)于學(xué)生放假期間“身在何處”不得而知，以致予多起失聯(lián)案例未得到及時(shí)救助而導(dǎo)致了嚴(yán)重的安全后果，社會(huì)影響強(qiáng)烈。

如果實(shí)時(shí)掌控學(xué)生在校和放假期間的實(shí)時(shí)位置和有關(guān)情況，確保學(xué)生的正常學(xué)習(xí)和人身安全，給信息化學(xué)生智能管理提出更高的要求。傳統(tǒng)的管理方式和手段急需進(jìn)行改善。這里，基于北斗導(dǎo)航定位功能，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)適用于各層次學(xué)生的安全定位管理系統(tǒng)，旨在保障學(xué)生的人身安全和財(cái)物安全。

2 基于北斗的學(xué)生智能管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)想

2.1 系統(tǒng)總體規(guī)劃

系統(tǒng)總體示意圖如圖1所示。圖中表示一名攜帶智能學(xué)生卡的學(xué)生，他的實(shí)時(shí)地理位置信息被智能學(xué)生卡中的北斗定位芯片采集，同時(shí)可被學(xué)校大門處的射頻系統(tǒng)識(shí)別從而捕捉學(xué)生的出入信息，并傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上的位置儲(chǔ)存服務(wù)器中，班主任或者學(xué)生的家長(zhǎng)可以通過(guò)電子計(jì)算機(jī)或者移動(dòng)終端對(duì)服務(wù)器上存放的位置信息進(jìn)行查詢，以掌握學(xué)生的實(shí)時(shí)動(dòng)向。

2.2 智能學(xué)生卡設(shè)計(jì)

智能學(xué)生卡的核心部分主要包括中心處理器模塊、射頻識(shí)別模塊、北斗導(dǎo)航芯片、4G模塊、ROM只讀存儲(chǔ)器五部分。其構(gòu)成模塊框圖如圖2所示。

中心處理器模塊是負(fù)責(zé)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的核心，同時(shí)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)安全保護(hù)等功能。

北斗定位芯片，用來(lái)接收北斗導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)，采集學(xué)生的位置坐標(biāo)信息。

射頻識(shí)別模塊，學(xué)生佩戴智能學(xué)生卡通過(guò)安裝在校園門口嵌入式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)遠(yuǎn)程非接觸射頻系統(tǒng)時(shí)，學(xué)生出入信息能夠被有效捕捉，在系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)生成持卡人的出入記錄。

4G模塊，用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，將中央處理器中的學(xué)生位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備查詢管理系統(tǒng)進(jìn)行查詢管理。

ROM只讀存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)學(xué)生的身份信息，標(biāo)志值可以采用學(xué)生證號(hào)，通過(guò)統(tǒng)一的編碼方式提前固化到 ROM只讀存儲(chǔ)器當(dāng)中。

智能學(xué)生卡同時(shí)具備射頻識(shí)別功能，通過(guò)校園門口的射頻系統(tǒng)，識(shí)別學(xué)生身份，生成的出入信息，作為北斗實(shí)時(shí)定位功能補(bǔ)充，可以輔助校方及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的到校、遲到、早退等情況。當(dāng)佩戴智能學(xué)生卡的學(xué)生進(jìn)出學(xué)校時(shí)，其家長(zhǎng)捆綁的手機(jī)可收到“您好，您的孩子X(jué)XX已進(jìn)入校園”或“您好，您的孩子X(jué)XX已離開校園”的信息，實(shí)現(xiàn)學(xué)校、家長(zhǎng)與孩子的位置信息溝通無(wú)障礙，讓放心和關(guān)心變得“隨時(shí)隨地”。

該智能學(xué)生卡設(shè)置緊急求助功能，當(dāng)持卡學(xué)生遇到綁架、搶劫，地震等危急情況時(shí)，可摁下紅色求助按鈕，其父母捆綁手機(jī)會(huì)立即收到該持卡學(xué)生的求助信息，信息內(nèi)容顯示為“您的小孩已發(fā)出一條求助信息，地址是XXXX”。持卡學(xué)生的父母可根據(jù)信息判斷持卡人的安全狀態(tài)是否真實(shí)，是否選擇報(bào)警。學(xué)生家長(zhǎng)可通過(guò)手機(jī)及時(shí)獲取準(zhǔn)確的求助位置，有利于處置異常情況、不延誤處置解救時(shí)機(jī)，確保學(xué)生的安全。

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于北斗的學(xué)生智能管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要由學(xué)生定位管理系統(tǒng)、校園管理系統(tǒng)、家長(zhǎng)實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)三大部分組成，如圖3所示。系統(tǒng)采用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)對(duì)學(xué)生位置等相關(guān)信息進(jìn)行采集，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析管理，從而實(shí)現(xiàn)家長(zhǎng)對(duì)子女的遠(yuǎn)程位置査詢、軌跡回放等重要功能。

家長(zhǎng)在任何時(shí)候使用綁定手機(jī)編輯信息發(fā)送至智能學(xué)生卡的特定電話號(hào)碼，系統(tǒng)后臺(tái)將向家長(zhǎng)綁定手機(jī)號(hào)碼自動(dòng)回復(fù)智能學(xué)生卡的位置信息，內(nèi)容為“您的小孩的學(xué)生卡所在的位置：在XXX附近”，滿足家長(zhǎng)隨時(shí)隨地了解自己孩子所處位置和狀態(tài)。家長(zhǎng)還可以登錄智能學(xué)生卡定位平臺(tái)查詢孩子的行蹤軌跡，隨時(shí)知道孩子的行蹤路線。

另外，智能學(xué)生卡還可兼具手機(jī)語(yǔ)音通話功能，學(xué)生可以跟綁定的家長(zhǎng)號(hào)碼進(jìn)行通話，設(shè)置的白名單都可以撥打智能學(xué)生卡電話，學(xué)生可以接聽，但上課隱身時(shí)間段，所有的號(hào)碼都不能撥打智能學(xué)生卡，學(xué)生卡也撥不出任何電話。這樣，家長(zhǎng)和孩子既可以隨時(shí)溝通，還可以保證上課時(shí)間不打擾孩子的學(xué)習(xí)。此外，還可以將作業(yè)功能嵌入，強(qiáng)化智能化、集成化。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)學(xué)生定位管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析，確定了基于北斗定位的學(xué)生智能管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的架構(gòu)，具體包括：學(xué)生定位管理、校園安全管理、查詢統(tǒng)計(jì)以及學(xué)生信息的管理功能等。提出了一個(gè)對(duì)學(xué)生實(shí)時(shí)位置的掌控和管理的智能定位系統(tǒng)的設(shè)想，從根本上解決了老師及家長(zhǎng)能夠?qū)崟r(shí)掌握孩子位置信息的難題，為學(xué)校的校園安全管理和學(xué)生的安全提供了便利和保障。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]