基于航天信息技術(shù)的智慧校園構(gòu)想

一、引言

隨著云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)的信息化技術(shù)不斷發(fā)展，由數(shù)字化校園向智慧校園的過渡已成為教育信息化發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]。近年來，校園暴力毆打、性侵、火災(zāi)、拐騙等惡性事件層出不窮，學(xué)生失蹤、被綁架等安全問題屢見報(bào)端，多名兒童涉嫌被倒賣器官等原因?qū)е路钦Ｋ劳觯汕先f的家庭蒙受不可承受的傷害。為了提高校園場(chǎng)所和師生人身安全，便于校方和家長(zhǎng)實(shí)時(shí)了解學(xué)生狀態(tài)，優(yōu)化校園管理，建設(shè)智慧校園刻不容緩。

應(yīng)用了北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星的航天信息技術(shù)為智慧校園建設(shè)提供了很好的技術(shù)保障。若把以定位、監(jiān)控、通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為代表的航天信息技術(shù)運(yùn)用到智慧校園建設(shè)和校園管理工作中，將會(huì)調(diào)動(dòng)各方面力量，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面，提高系統(tǒng)整體性能，將會(huì)提升信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性和可靠性，實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)絡(luò)化辦公、信息化管理，優(yōu)化校園內(nèi)信息流和業(yè)務(wù)流，整合校園內(nèi)信息化資源，增加網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)項(xiàng)目，提高工作效率和校園管理水平，推進(jìn)校園法制化、科學(xué)化、社會(huì)化、信息化和現(xiàn)代化建設(shè)[2]。

2010年，浙江大學(xué)提出“智慧校園”的概念，涵蓋了無處不在的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、融合創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)科研、透明高效的校務(wù)治理、豐富多彩的校園文化、方便周到的校園生活。簡(jiǎn)言之，智慧校園是一個(gè)安全、穩(wěn)定、環(huán)保、節(jié)能的校園。2015年，教育部、公安部聯(lián)合提出建設(shè)校園安防標(biāo)準(zhǔn)化體系，實(shí)現(xiàn)公安聯(lián)網(wǎng)；設(shè)立校警崗位實(shí)現(xiàn)一鍵報(bào)警；完善電子巡更制度，建立考核督導(dǎo)體系，定期進(jìn)行應(yīng)急疏散演練；嚴(yán)格落實(shí)行政、刑事責(zé)任等一系列舉措。然而，目前在智慧校園建設(shè)和校園管理中仍然存在諸如門禁管理費(fèi)時(shí)擁堵、學(xué)生管理有盲點(diǎn)、學(xué)生安全設(shè)施不足、學(xué)生帶手機(jī)影響課堂秩序、學(xué)生上（放）學(xué)途中監(jiān)管空白、學(xué)生安全責(zé)任難以界定等一系列問題。

針對(duì)上述問題，本文提出以衛(wèi)星遙感、數(shù)據(jù)服務(wù)、北斗導(dǎo)航定位位置服務(wù)等航天信息技術(shù)為基礎(chǔ)，建設(shè)智慧校園的構(gòu)想：構(gòu)想建立學(xué)生安全位置服務(wù)平臺(tái)、家校互動(dòng)服務(wù)平臺(tái)和學(xué)校服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生位置查詢、電子簽到、SOS緊急求救等功能，優(yōu)化校園管理，便于家長(zhǎng)實(shí)時(shí)掌握學(xué)生狀態(tài)。旨在為學(xué)生提供更為安全的學(xué)習(xí)環(huán)境，為家長(zhǎng)提供更為有效監(jiān)控手段，提高校園管理水平，推動(dòng)校園法制化、科學(xué)化、社會(huì)化、信息化和現(xiàn)代化。

二、兩種典型的航天信息技術(shù)

1.衛(wèi)星遙感技術(shù)

遙感技術(shù)是指用一些間接的手段去獲得目標(biāo)狀態(tài)和特征的方法。遙感衛(wèi)星對(duì)地面進(jìn)行觀測(cè)的工作原理，是指利用遙感衛(wèi)星的成像載荷，對(duì)大地上產(chǎn)生不同波譜的各類物體進(jìn)行成像，并存儲(chǔ)、傳輸、運(yùn)算并進(jìn)行判斷和識(shí)別，感知目標(biāo)的某些特性并加以分析，從中獲取重要信息，為航海、農(nóng)業(yè)、氣象、資源、環(huán)境、行星科學(xué)等各類領(lǐng)域提供服務(wù)。

地理信息系統(tǒng)又被稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”，簡(jiǎn)稱GIS，是結(jié)合地理學(xué)與地圖學(xué)，借助于計(jì)算機(jī)的軟硬件系統(tǒng)，對(duì)地球表層及大氣層空間中的和地理分布相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、抽樣、濾波、存儲(chǔ)、運(yùn)算、分析、展示的信息管理系統(tǒng)。

經(jīng)歷數(shù)十年發(fā)展，遙感技術(shù)已在多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2.衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是自主運(yùn)行的四大全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之一，是重要的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施，組網(wǎng)建設(shè)形成能夠覆蓋全球的北斗導(dǎo)航星座，為全球用戶提供定位、測(cè)試、授時(shí)、短信報(bào)文通信等功能。星座向用戶提供開放的位置服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。開放的服務(wù)將向用戶提供免費(fèi)的授時(shí)、定位和測(cè)速服務(wù)，授權(quán)服務(wù)將向授權(quán)用戶提供更穩(wěn)定、更高精度、更安全的導(dǎo)航定位服務(wù)信息。

基于位置的服務(wù)（LBS）將衛(wèi)星定位系統(tǒng)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過定位技術(shù)來獲取移動(dòng)終端的位置信息（例如緯度經(jīng)度坐標(biāo)），從而為終端用戶提供各類位置相關(guān)的服務(wù)；通信服務(wù)是通過用戶或他人提供其相關(guān)位置，在移動(dòng)通信和衛(wèi)星定位技術(shù)整合基礎(chǔ)上獲得相關(guān)移動(dòng)的位置信息。 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)擁有著導(dǎo)航和通信相結(jié)合的自身特點(diǎn)。

近年來，越來越多的學(xué)校建成了網(wǎng)絡(luò)數(shù)字校園，智慧校園在此基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生。智慧校園將學(xué)校內(nèi)的資源統(tǒng)一起來，為師生的學(xué)習(xí)和生活提供了更加方便和現(xiàn)代化的環(huán)境。北斗導(dǎo)航定位功能目前主要應(yīng)用于虛擬校園、課程助手、活動(dòng)助手、電子圍欄及一鍵求助等五個(gè)方面[3]。傳統(tǒng)的地圖對(duì)學(xué)校的地理環(huán)境描述和路線規(guī)劃中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)定位不準(zhǔn)確的問題，結(jié)合北斗系統(tǒng)進(jìn)行信息的精確采集，建立專門的校園地圖[4]。針對(duì)由于建筑物遮擋等問題而出現(xiàn)的信號(hào)較弱的情況，學(xué)?？梢杂镁W(wǎng)絡(luò)全覆蓋的方式來解決，使之更加準(zhǔn)確有效[5]。

三、基于航天信息技術(shù)的智慧校園構(gòu)想

基于衛(wèi)星遙感、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位等航天信息技術(shù)，本文提出智慧校園總體構(gòu)想如圖1所示，主要包括學(xué)生安全位置服務(wù)平臺(tái)、家校互動(dòng)服務(wù)平臺(tái)和學(xué)校服務(wù)平臺(tái)。

1.學(xué)生安全位置服務(wù)平臺(tái)

圖1 智慧校園總體構(gòu)想

對(duì)學(xué)生來說，安全位置服務(wù)具有校內(nèi)外一體的安全支持功能，同時(shí)，移動(dòng)客戶端（APP）平臺(tái)能夠?qū)πＭ庵攸c(diǎn)地區(qū)實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)覆蓋、實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)、學(xué)生位置查詢，能有效地保障學(xué)生安全、健康地成長(zhǎng)，具備以下功能[6]：

1）實(shí)時(shí)定位。當(dāng)家長(zhǎng)或班主任想知道學(xué)生的具體位置時(shí)，通過APP即可獲得學(xué)生當(dāng)前位置。系統(tǒng)采用北斗優(yōu)先、GPS輔助、基站、WiFi四重方式精準(zhǔn)獲取學(xué)生的位置[7]。

2）電子簽到。學(xué)生安全位置服務(wù)平臺(tái)采用了長(zhǎng)距離射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)，保證了學(xué)生出入校門的識(shí)別率并避免了門禁系統(tǒng)擁塞、耗時(shí)等問題。通過手機(jī)APP的短信提醒功能，家長(zhǎng)可以明確地了解到學(xué)生進(jìn)出校園的時(shí)間。若校方在管理中有需求還可以增加部署寄宿制學(xué)生進(jìn)出宿舍樓信息，甚至部署學(xué)生是否到家信息提醒以便于高年級(jí)學(xué)生出行平安。

3）一鍵通話。學(xué)生攜帶的航天智慧校園卡上可以綁定并授權(quán)的指定監(jiān)護(hù)人的手機(jī)號(hào)碼，學(xué)生按航天智慧校園卡上的相應(yīng)按鈕即可與對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)號(hào)碼實(shí)現(xiàn)親情通話。

4）電子圍欄。家長(zhǎng)可以設(shè)定多個(gè)許可或禁止學(xué)生活動(dòng)的范圍，學(xué)生進(jìn)出該區(qū)域都會(huì)報(bào)警并發(fā)送信息到手機(jī)APP。

5）SOS緊急求助。當(dāng)學(xué)生遇到突發(fā)事件的時(shí)候，學(xué)生只需緊急按住航天智慧校園卡上的任意鍵5s，家長(zhǎng)就可以收到學(xué)生的求助信息，并循環(huán)撥打預(yù)設(shè)號(hào)碼直至親友接聽，并能提供短信方式發(fā)送到注冊(cè)手機(jī)，基本描述持有者位置信息。

6）學(xué)生身份識(shí)別。航天智慧校園卡的終端上可附學(xué)生照片、學(xué)校名稱、姓名、學(xué)籍號(hào)、出生年月和有效期等相關(guān)信息。

2．家校互動(dòng)服務(wù)平臺(tái)

家?；?dòng)服務(wù)平臺(tái)通過實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)校教學(xué)資源的有效整合和優(yōu)化，使學(xué)校的教學(xué)與管理工作再上一個(gè)新的臺(tái)階。家?；?dòng)服務(wù)平臺(tái)作為家長(zhǎng)和學(xué)校雙方溝通的橋梁，填補(bǔ)了學(xué)校和家長(zhǎng)之間溝通的鴻溝，為學(xué)生帶來無微不至的關(guān)懷，給學(xué)校管理者、班主任老師和家長(zhǎng)之間提供便利、有效的溝通通道，真正實(shí)現(xiàn)社會(huì)、學(xué)校、家庭三方共存的和諧教育格局。

通過家?；?dòng)服務(wù)平臺(tái)，家長(zhǎng)可以及時(shí)了解學(xué)生的表現(xiàn)情況，教師能夠?qū)W(xué)生在學(xué)校的學(xué)習(xí)情況、考勤打卡、獎(jiǎng)懲情況、學(xué)習(xí)成績(jī)和日常通知等信息推送給家長(zhǎng)；家長(zhǎng)和班主任可以使用平臺(tái)進(jìn)行及時(shí)溝通，方便快捷地掌握學(xué)生在校的基本狀況。老師的課程內(nèi)容也及時(shí)同步在官網(wǎng)，幫助家長(zhǎng)實(shí)時(shí)瀏覽課程信息，指導(dǎo)學(xué)生功課。

（1）定位查詢

家長(zhǎng)和老師可通過定位查詢功能，實(shí)時(shí)掌握學(xué)生位置，了解學(xué)生最新動(dòng)態(tài)。

（2）學(xué)生信息查詢

1）學(xué)習(xí)成績(jī)通知。平臺(tái)可以在第一時(shí)間將考試成績(jī)推送至學(xué)生家長(zhǎng)；在期中、期末等重要考試前及時(shí)推送信息，使得家長(zhǎng)能夠及時(shí)監(jiān)督、鼓勵(lì)學(xué)生復(fù)習(xí)功課，同時(shí)，也能實(shí)時(shí)了解到學(xué)生成績(jī)的變化狀況。家長(zhǎng)可通過孩子學(xué)號(hào)通過手機(jī)APP查詢學(xué)生考勤、每日作業(yè)、歷史成績(jī)、歷史評(píng)語等信息。

2）學(xué)生表現(xiàn)通知。平臺(tái)除了向家長(zhǎng)推送學(xué)生的日常學(xué)習(xí)情況外，還將學(xué)生的課內(nèi)外紀(jì)律、為人處世、功過獎(jiǎng)懲等通過手機(jī)APP推送給家長(zhǎng)，幫助家長(zhǎng)一起關(guān)注學(xué)生的成長(zhǎng)，促進(jìn)學(xué)生德智體美勞的全面發(fā)展。

3）會(huì)議活動(dòng)通知。學(xué)?？梢酝ㄟ^平臺(tái)及時(shí)地將家長(zhǎng)會(huì)、班級(jí)活動(dòng)的主題、時(shí)間、內(nèi)容、參與人員、注意事項(xiàng)等推送給家長(zhǎng)，使他們提前做好準(zhǔn)備工作。

4）收費(fèi)信息通知。學(xué)校通過手機(jī)APP平臺(tái)，可以將具體的收費(fèi)信息通知到家長(zhǎng)，使得家長(zhǎng)清楚各項(xiàng)收費(fèi)內(nèi)容，也避免了學(xué)生以各種收費(fèi)理由向家長(zhǎng)胡亂要錢。

5）意外缺勤通知。針對(duì)學(xué)生意外的缺課情況，家長(zhǎng)可以使用手機(jī)APP平臺(tái)，實(shí)時(shí)將缺課原因發(fā)送至老師和學(xué)校相關(guān)管理人員，減少或避免學(xué)生與學(xué)校之間的考勤錯(cuò)誤的概率[8]。

3．學(xué)校服務(wù)平臺(tái)

對(duì)學(xué)校來說，航天智慧校園管理平臺(tái)大量應(yīng)用了WiFi熱點(diǎn)覆蓋、電子圍欄、實(shí)時(shí)定位、自動(dòng)門禁識(shí)別以及校園信息化平臺(tái)等高新技術(shù)，學(xué)校由傳統(tǒng)的教學(xué)管理向科技化教學(xué)管理發(fā)展，節(jié)約了大量人力物力，提高了學(xué)生安全、考勤管理以及教學(xué)管理的水平。

1）學(xué)校門戶。門戶首頁包含學(xué)校歷史、師資力量、升學(xué)情況、校園環(huán)境、校園活動(dòng)、校內(nèi)新聞、開放校園和學(xué)校排名等。

2）校園管理。依托北斗導(dǎo)航位置服務(wù)，運(yùn)用各子系統(tǒng)對(duì)學(xué)校人、車、物、財(cái)、資源等進(jìn)行高效協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通[9]。

3）智能管理。每個(gè)學(xué)校都有獨(dú)立的管理帳號(hào)對(duì)本校師生進(jìn)行管理，學(xué)?？蓪?duì)學(xué)校信息、師生信息、班級(jí)年級(jí)管理、學(xué)生考勤管理、學(xué)生卡信息、SOS報(bào)警管理等進(jìn)行添加刪改等編輯，教務(wù)處可對(duì)考試成績(jī)等各類信息進(jìn)行管理。

4）校車管理。從校園延伸到校車，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生從離家到校過程進(jìn)行全程跟蹤，并對(duì)校車的車速、位置、行駛方向等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

5）教師大數(shù)據(jù)分析。通過對(duì)班級(jí)成績(jī)、學(xué)生評(píng)價(jià)、教師考勤等數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，對(duì)教師教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)方案改進(jìn)、教師能力進(jìn)行全方位考評(píng)，便于師資力量整體提升[10]。

6）學(xué)生大數(shù)據(jù)分析。通過對(duì)學(xué)生日常行為習(xí)慣、考試成績(jī)等數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)遲到早退管理、薄弱知識(shí)點(diǎn)分析、個(gè)性化課程定制、綜合素質(zhì)分析、學(xué)生成績(jī)預(yù)測(cè)、問題學(xué)生分析預(yù)警等功能[11]。

四、結(jié)論

本文基于衛(wèi)星遙感和北斗導(dǎo)航位置服務(wù)等航天信息技術(shù)，設(shè)計(jì)了具有學(xué)生安全位置服務(wù)平臺(tái)、家?；?dòng)服務(wù)平臺(tái)和學(xué)校服務(wù)平臺(tái)的智慧校園管理系統(tǒng)。讓校方、家長(zhǎng)可以通過航天智慧校園APP實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的位置信息和即時(shí)動(dòng)態(tài)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)學(xué)生信息查詢、學(xué)校信息通知、家?；?dòng)等功能。該系統(tǒng)運(yùn)用了先進(jìn)的航天信息技術(shù)，建設(shè)易于迭代的、可擴(kuò)展的、技術(shù)領(lǐng)先的智慧化校園，解決了學(xué)生安全的部分問題，加強(qiáng)了學(xué)校與家長(zhǎng)之間的互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)校各類資源的整合和配置優(yōu)化，將提高學(xué)校的精細(xì)化運(yùn)營(yíng)和管理治學(xué)水平，使校園信息化應(yīng)用達(dá)到更高的層次。