基于北斗定位的學(xué)生智能管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)研究

楊 岸 唐林杰

（湖南信息學(xué)院電子信息學(xué)院，湖南 長沙410151）

基于北斗定位的學(xué)生智能管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)研究

楊 岸 唐林杰

（湖南信息學(xué)院電子信息學(xué)院，湖南 長沙410151）

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國正在建設(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，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，是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后的又一個重要突破。一直以來，各層次學(xué)校在學(xué)生管理問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題。本文針對解決這些問題，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，并對系統(tǒng)的建設(shè)思想和功能模塊進(jìn)行闡述。

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

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，簡稱BDS)是我國獨(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)正式對亞太地區(qū)提供無源定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)。目前在軌衛(wèi)星21顆，預(yù)計2020年全面實現(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、測速、授時和短報文等基本功能。目前，在國家政府、企業(yè)的大力支持下，北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)在越來越多的民用項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)是指通過射頻識別（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，進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、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，將大大提高社會信息化水平，必將實現(xiàn)數(shù)字化向智能化的過渡與提升[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、實時性強(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 問題的提出

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

1）對于中小學(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，一直是全社會關(guān)注的焦點(diǎn)[6]。

2）對于大學(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，根本上無法實現(xiàn)對學(xué)生位置的掌控。

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

如果實時掌控學(xué)生在校和放假期間的實時位置和有關(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，他的實時地理位置信息被智能學(xué)生卡中的北斗定位芯片采集，同時可被學(xué)校大門處的射頻系統(tǒng)識別從而捕捉學(xué)生的出入信息，并傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)上的位置儲存服務(wù)器中，班主任或者學(xué)生的家長可以通過電子計算機(jī)或者移動終端對服務(wù)器上存放的位置信息進(jìn)行查詢，以掌握學(xué)生的實時動向。

2.2 智能學(xué)生卡設(shè)計

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

圖2 智能學(xué)生卡構(gòu)成模塊框圖

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

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

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

4G模塊，用來傳輸數(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)庫中，以備查詢管理系統(tǒng)進(jìn)行查詢管理。

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

智能學(xué)生卡同時具備射頻識別功能，通過校園門口的射頻系統(tǒng)，識別學(xué)生身份，生成的出入信息，作為北斗實時定位功能補(bǔ)充，可以輔助校方及時發(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，其家長捆綁的手機(jī)可收到“您好，您的孩子XXX已進(jìn)入校園”或“您好，您的孩子XXX已離開校園”的信息，實現(xiàn)學(xué)校、家長與孩子的位置信息溝通無障礙，讓放心和關(guān)心變得“隨時隨地”。

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，可摁下紅色求助按鈕，其父母捆綁手機(jī)會立即收到該持卡學(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，是否選擇報警。學(xué)生家長可通過手機(jī)及時獲取準(zhǔn)確的求助位置，有利于處置異常情況、不延誤處置解救時機(jī)，確保學(xué)生的安全。

2.3 系統(tǒng)功能設(shè)計

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)、家長實時查詢系統(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)對學(xué)生位置等相關(guān)信息進(jìn)行采集，通過互聯(lián)網(wǎng)及云計算對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析管理，從而實現(xiàn)家長對子女的遠(yuǎn)程位置査詢、軌跡回放等重要功能。

家長在任何時候使用綁定手機(jī)編輯信息發(fā)送至智能學(xué)生卡的特定電話號碼，系統(tǒng)后臺將向家長綁定手機(jī)號碼自動回復(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”，滿足家長隨時隨地了解自己孩子所處位置和狀態(tài)。家長還可以登錄智能

學(xué)生卡定位平臺查詢孩子的行蹤軌跡，隨時知道孩子的行蹤路線。

圖3 學(xué)生智能管理物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)示意圖

另外，智能學(xué)生卡還可兼具手機(jī)語音通話功能，學(xué)生可以跟綁定的家長號碼進(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，但上課隱身時間段，所有的號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，家長和孩子既可以隨時溝通，還可以保證上課時間不打擾孩子的學(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

本文對北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)進(jìn)行了簡單介紹，對學(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)計以及學(xué)生信息的管理功能等。提出了一個對學(xué)生實時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能夠?qū)崟r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。

［1］劉傳潤.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的功能原理與前景展望[J].中國水運(yùn),2008,8 (1):165-166.

［2］潘程吉,汪勃.北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用展望[J].遙測遙控,2011,32(6): 14-17.

［3］王保云.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究綜述[J].電子測量與儀器學(xué)報,2009,23(12):1-7.

［4］諸瑾文,王藝.從電信運(yùn)營商角度看物聯(lián)網(wǎng)的總體架構(gòu)和發(fā)展[J].電信科學(xué), 2010(4):1-5.

［5］劉強(qiáng),崔莉,胨海明.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J].計算機(jī)科學(xué),2010,38(11):1-4.

［6］李震,李良榮.基于物聯(lián)網(wǎng)的學(xué)生定位管理系統(tǒng)方案[J].貴州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,29(5):101-104.

［責(zé)任編輯：朱麗娜］

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)

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.

Beidou positioning system；Internet of things；Student management；Application system

2016年度湖南省教育廳科學(xué)研究重點(diǎn)項目（16A151）。

楊岸（1979.07—），男，漢族，長沙，博士，現(xiàn)任湖南信息學(xué)院電子信息學(xué)院副院長，主要從事電子信息和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究。在國際知名期刊Advanced Functional Materials，Applied Physics Letters等發(fā)表過SCI論文5篇，擁有一項美國專利。在擔(dān)任電子信息學(xué)院副院長期間，先后指導(dǎo)立項湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目1項，主持湖南省教育廳科學(xué)研究重點(diǎn)項目1項，湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目1項，湖南信息學(xué)院校級重點(diǎn)課題1項，主要參與了湖南省職業(yè)院校教育教學(xué)改革研究項目《課程任務(wù)強(qiáng)化訓(xùn)練智能在線系統(tǒng)的研究》，課題號：ZJB2012026，已結(jié)題，2015年度湖南信息學(xué)院教學(xué)改革研究項目《應(yīng)用型本科軟件工程專業(yè)“雙元制”人才培養(yǎng)模式研究與實踐》，課題號：XXY015JGA001。