基于北斗定位的學生智能管理物聯網系統架構研究

楊 岸 唐林杰

（湖南信息學院電子信息學院，湖南 長沙410151）

基于北斗定位的學生智能管理物聯網系統架構研究

楊 岸 唐林杰

（湖南信息學院電子信息學院，湖南 長沙410151）

北斗導航系統是我國正在建設的全球衛星定位與通信系統。物聯網是把各種物件與互聯網連接起來，使傳統網絡從人與人的聯系擴展到物與物、物與人的聯系，是繼計算機、互聯網技術之后的又一個重要突破。一直以來，各層次學校在學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生智能管理物聯網系統的建設方案，并對系統的建設思想和功能模塊進行闡述。

北斗定位系統；物聯網；學生管理；應用系統

1 概述

1.1 北斗衛星導航系統

北斗衛星導航系統(BeDou Navigation Satellite System，簡稱BDS)是我國獨立自主研發、開放兼容、技術先進、穩定可靠的覆蓋全球的衛星定位與通信系統[1-2]。該系統由5顆靜止軌道衛星和30顆非靜止軌道衛星組成，又稱北斗二代導航衛星系統。2012年12月，北斗導航業務正式對亞太地區提供無源定位、導航和授時服務。目前在軌衛星21顆，預計2020年全面實現覆蓋全球的導航能力，具有精確連續的三維位置定位、導航、測速、授時和短報文等基本功能。目前，在國家政府、企業的大力支持下，北斗導航定位系統在越來越多的民用項目中得到廣泛的推廣與應用。

1.2 物聯網

物聯網(Internet of Things）系統是指通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網的出現是互聯網后信息技術的又一重大突破，它將網絡從人與人之間的信息交互，擴展到物與物、人與物的信息交互，將大大提高社會信息化水平，必將實現數字化向智能化的過渡與提升[3-5]。

物聯網中很重要的組成部分是其支撐系統，包括感知層和網絡傳輸層等。目前，感知層常用的技術有射頻識別、紅外感應等，用以完成物品信息的收集并上傳網絡傳輸層；網絡傳輸層則主要利用GSM、4G等移動網絡將信息傳送至相應的處理中心，進行分類處理。而北斗導航系統具有定位精度高、覆蓋面廣、用戶容量大、實時性強等特點，既可以作為感知終端，也可以作為傳輸網絡，因此北斗導航系統在各類物聯網的建設中有著廣闊的應用前景。

1.3 問題的提出

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

1）對于中小學學生而言，學生每天上學、放學路上的安全是一件令老師和家長十分牽掛的事情，如何防范中小學生路上安全隱患，一直是全社會關注的焦點[6]。

2）對于大學生而言，某些院校的學生存在較為突出的逃課、缺課現象，老師難以掌握大學生在校時間內的位置信息和有關情況，除了采取常規的思想教育和懲罰性管理措施外，根本上無法實現對學生位置的掌控。

3）近年來，發生了多起大學生放假期間校外失聯事件，牽動著社會各方紛紛關注對于學生安全這一根敏感的神經，對于學生放假期間“身在何處”不得而知，以致予多起失聯案例未得到及時救助而導致了嚴重的安全后果，社會影響強烈。

如果實時掌控學生在校和放假期間的實時位置和有關情況，確保學生的正常學習和人身安全，給信息化學生智能管理提出更高的要求。傳統的管理方式和手段急需進行改善。這里，基于北斗導航定位功能，利用物聯網技術，構建一個適用于各層次學生的安全定位管理系統，旨在保障學生的人身安全和財物安全。

2 基于北斗的學生智能管理物聯網系統設想

2.1 系統總體規劃

系統總體示意圖如圖1所示。圖中表示一名攜帶智能學生卡的學生，他的實時地理位置信息被智能學生卡中的北斗定位芯片采集，同時可被學校大門處的射頻系統識別從而捕捉學生的出入信息，并傳輸到互聯網上的位置儲存服務器中，班主任或者學生的家長可以通過電子計算機或者移動終端對服務器上存放的位置信息進行查詢，以掌握學生的實時動向。

2.2 智能學生卡設計

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

圖2 智能學生卡構成模塊框圖

中心處理器模塊是負責系統數據處理的核心，同時具有數據存儲和數據安全保護等功能。

北斗定位芯片，用來接收北斗導航系統衛星信號，采集學生的位置坐標信息。

射頻識別模塊，學生佩戴智能學生卡通過安裝在校園門口嵌入式點對點遠程非接觸射頻系統時，學生出入信息能夠被有效捕捉，在系統后臺自動生成持卡人的出入記錄。

4G模塊，用來傳輸數據，將中央處理器中的學生位置坐標數據傳遞到服務器的數據庫中，以備查詢管理系統進行查詢管理。

ROM只讀存儲器用于存儲學生的身份信息，標志值可以采用學生證號，通過統一的編碼方式提前固化到ROM只讀存儲器當中。

智能學生卡同時具備射頻識別功能，通過校園門口的射頻系統，識別學生身份，生成的出入信息，作為北斗實時定位功能補充，可以輔助校方及時發現學生的到校、遲到、早退等情況。當佩戴智能學生卡的學生進出學校時，其家長捆綁的手機可收到“您好，您的孩子XXX已進入校園”或“您好，您的孩子XXX已離開校園”的信息，實現學校、家長與孩子的位置信息溝通無障礙，讓放心和關心變得“隨時隨地”。

該智能學生卡設置緊急求助功能，當持卡學生遇到綁架、搶劫，地震等危急情況時，可摁下紅色求助按鈕，其父母捆綁手機會立即收到該持卡學生的求助信息，信息內容顯示為“您的小孩已發出一條求助信息，地址是XXXX”。持卡學生的父母可根據信息判斷持卡人的安全狀態是否真實，是否選擇報警。學生家長可通過手機及時獲取準確的求助位置，有利于處置異常情況、不延誤處置解救時機，確保學生的安全。

2.3 系統功能設計

基于北斗的學生智能管理物聯網系統主要由學生定位管理系統、校園管理系統、家長實時查詢系統三大部分組成，如圖3所示。系統采用北斗衛星定位系統對學生位置等相關信息進行采集，通過互聯網及云計算對數據信息進行分析管理，從而實現家長對子女的遠程位置査詢、軌跡回放等重要功能。

家長在任何時候使用綁定手機編輯信息發送至智能學生卡的特定電話號碼，系統后臺將向家長綁定手機號碼自動回復智能學生卡的位置信息，內容為“您的小孩的學生卡所在的位置：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。家長還可以登錄智能

學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 學生智能管理物聯網系統示意圖

另外，智能學生卡還可兼具手機語音通話功能，學生可以跟綁定的家長號碼進行通話，設置的白名單都可以撥打智能學生卡電話，學生可以接聽，但上課隱身時間段，所有的號碼都不能撥打智能學生卡，學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習。此外，還可以將作業功能嵌入，強化智能化、集成化。

3 結束語

本文對北斗導航系統、物聯網等技術進行了簡單介紹，對學生定位管理物聯網系統進行了需求分析，確定了基于北斗定位的學生智能管理物聯網系統的架構，具體包括：學生定位管理、校園安全管理、查詢統計以及學生信息的管理功能等。提出了一個對學生實時位置的掌控和管理的智能定位系統的設想，從根本上解決了老師及家長能夠實時掌握孩子位置信息的難題，為學校的校園安全管理和學生的安全提供了便利和保障。

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

［2］潘程吉,汪勃.北斗導航系統在物聯網中的應用展望[J].遙測遙控,2011,32(6): 14-17.

［3］王保云.物聯網技術研究綜述[J].電子測量與儀器學報,2009,23(12):1-7.

［4］諸瑾文,王藝.從電信運營商角度看物聯網的總體架構和發展[J].電信科學, 2010(4):1-5.

［5］劉強,崔莉,胨海明.物聯網關鍵技術與應用[J].計算機科學,2010,38(11):1-4.

［6］李震,李良榮.基于物聯網的學生定位管理系統方案[J].貴州大學學報(自然科學版),2012,29(5):101-104.

［責任編輯：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研究重點項目（16A151）。

楊岸（1979.07—），男，漢族，長沙，博士，現任湖南信息學院電子信息學院副院長，主要從事電子信息和物聯網技術研究。在國際知名期刊Advanced Functional Materials，Applied Physics Letters等發表過SCI論文5篇，擁有一項美國專利。在擔任電子信息學院副院長期間，先后指導立項湖南省大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目1項，主持湖南省教育廳科學研究重點項目1項，湖南省普通高等學校教學改革研究項目1項，湖南信息學院校級重點課題1項，主要參與了湖南省職業院校教育教學改革研究項目《課程任務強化訓練智能在線系統的研究》，課題號：ZJB2012026，已結題，2015年度湖南信息學院教學改革研究項目《應用型本科軟件工程專業“雙元制”人才培養模式研究與實踐》，課題號：XXY015JGA001。