基于航天信息技術的智慧校園構想

一、引言

隨著云計算、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)分析、物聯(lián)網(wǎng)等先進的信息化技術不斷發(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[1]。近年來，校園暴力毆打、性侵、火災、拐騙等惡性事件層出不窮，學生失蹤、被綁架等安全問題屢見報端，多名兒童涉嫌被倒賣器官等原因導致非正常死亡，成千上萬的家庭蒙受不可承受的傷害。為了提高校園場所和師生人身安全，便于校方和家長實時了解學生狀態(tài)，優(yōu)化校園管理，建設智慧校園刻不容緩。

應用了北斗導航衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星的航天信息技術為智慧校園建設提供了很好的技術保障。若把以定位、監(jiān)控、通信、計算機網(wǎng)絡為代表的航天信息技術運用到智慧校園建設和校園管理工作中，將會調(diào)動各方面力量，擴大網(wǎng)絡覆蓋面，提高系統(tǒng)整體性能，將會提升信息網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全性和可靠性，實現(xiàn)校園網(wǎng)絡化辦公、信息化管理，優(yōu)化校園內(nèi)信息流和業(yè)務流，整合校園內(nèi)信息化資源，增加網(wǎng)絡應用服務項目，提高工作效率和校園管理水平，推進校園法制化、科學化、社會化、信息化和現(xiàn)代化建設[2]。

2010年，浙江大學提出“智慧校園”的概念，涵蓋了無處不在的網(wǎng)絡學習、融合創(chuàng)新的網(wǎng)絡科研、透明高效的校務治理、豐富多彩的校園文化、方便周到的校園生活。簡言之，智慧校園是一個安全、穩(wěn)定、環(huán)保、節(jié)能的校園。2015年，教育部、公安部聯(lián)合提出建設校園安防標準化體系，實現(xiàn)公安聯(lián)網(wǎng)；設立校警崗位實現(xiàn)一鍵報警；完善電子巡更制度，建立考核督導體系，定期進行應急疏散演練；嚴格落實行政、刑事責任等一系列舉措。然而，目前在智慧校園建設和校園管理中仍然存在諸如門禁管理費時擁堵、學生管理有盲點、學生安全設施不足、學生帶手機影響課堂秩序、學生上（放）學途中監(jiān)管空白、學生安全責任難以界定等一系列問題。

針對上述問題，本文提出以衛(wèi)星遙感、數(shù)據(jù)服務、北斗導航定位位置服務等航天信息技術為基礎，建設智慧校園的構想：構想建立學生安全位置服務平臺、家校互動服務平臺和學校服務平臺，實現(xiàn)學生位置查詢、電子簽到、SOS緊急求救等功能，優(yōu)化校園管理，便于家長實時掌握學生狀態(tài)。旨在為學生提供更為安全的學習環(huán)境，為家長提供更為有效監(jiān)控手段，提高校園管理水平，推動校園法制化、科學化、社會化、信息化和現(xiàn)代化。

二、兩種典型的航天信息技術

1.衛(wèi)星遙感技術

遙感技術是指用一些間接的手段去獲得目標狀態(tài)和特征的方法。遙感衛(wèi)星對地面進行觀測的工作原理，是指利用遙感衛(wèi)星的成像載荷，對大地上產(chǎn)生不同波譜的各類物體進行成像，并存儲、傳輸、運算并進行判斷和識別，感知目標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、行星科學等各類領域提供服務。

地理信息系統(tǒng)又被稱為“地學信息系統(tǒng)”，簡稱GIS，是結合地理學與地圖學，借助于計算機的軟硬件系統(tǒng)，對地球表層及大氣層空間中的和地理分布相關的數(shù)據(jù)進行收集、抽樣、濾波、存儲、運算、分析、展示的信息管理系統(tǒng)。

經(jīng)歷數(shù)十年發(fā)展，遙感技術已在多個領域得到廣泛應用。

2.衛(wèi)星導航技術

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是自主運行的四大全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)之一，是重要的空間信息基礎設施，組網(wǎng)建設形成能夠覆蓋全球的北斗導航星座，為全球用戶提供定位、測試、授時、短信報文通信等功能。星座向用戶提供開放的位置服務和授權服務。開放的服務將向用戶提供免費的授時、定位和測速服務，授權服務將向授權用戶提供更穩(wěn)定、更高精度、更安全的導航定位服務信息。

基于位置的服務（LBS）將衛(wèi)星定位系統(tǒng)和移動通信網(wǎng)絡有機地結合在一起，通過定位技術來獲取移動終端的位置信息（例如緯度經(jīng)度坐標），從而為終端用戶提供各類位置相關的服務；通信服務是通過用戶或他人提供其相關位置，在移動通信和衛(wèi)星定位技術整合基礎上獲得相關移動的位置信息。 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)擁有著導航和通信相結合的自身特點。

近年來，越來越多的學校建成了網(wǎng)絡數(shù)字校園，智慧校園在此基礎上應運而生。智慧校園將學校內(nèi)的資源統(tǒng)一起來，為師生的學習和生活提供了更加方便和現(xiàn)代化的環(huán)境。北斗導航定位功能目前主要應用于虛擬校園、課程助手、活動助手、電子圍欄及一鍵求助等五個方面[3]。傳統(tǒng)的地圖對學校的地理環(huán)境描述和路線規(guī)劃中，經(jīng)常會出現(xiàn)定位不準確的問題，結合北斗系統(tǒng)進行信息的精確采集，建立專門的校園地圖[4]。針對由于建筑物遮擋等問題而出現(xiàn)的信號較弱的情況，學校可以用網(wǎng)絡全覆蓋的方式來解決，使之更加準確有效[5]。

三、基于航天信息技術的智慧校園構想

基于衛(wèi)星遙感、北斗衛(wèi)星導航定位等航天信息技術，本文提出智慧校園總體構想如圖1所示，主要包括學生安全位置服務平臺、家校互動服務平臺和學校服務平臺。

1.學生安全位置服務平臺

圖1 智慧校園總體構想

對學生來說，安全位置服務具有校內(nèi)外一體的安全支持功能，同時，移動客戶端（APP）平臺能夠對校外重點地區(qū)實現(xiàn)熱點覆蓋、實時監(jiān)護、學生位置查詢，能有效地保障學生安全、健康地成長，具備以下功能[6]：

1）實時定位。當家長或班主任想知道學生的具體位置時，通過APP即可獲得學生當前位置。系統(tǒng)采用北斗優(yōu)先、GPS輔助、基站、WiFi四重方式精準獲取學生的位置[7]。

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

3）一鍵通話。學生攜帶的航天智慧校園卡上可以綁定并授權的指定監(jiān)護人的手機號碼，學生按航天智慧校園卡上的相應按鈕即可與對應的預設號碼實現(xiàn)親情通話。

4）電子圍欄。家長可以設定多個許可或禁止學生活動的范圍，學生進出該區(qū)域都會報警并發(fā)送信息到手機APP。

5）SOS緊急求助。當學生遇到突發(fā)事件的時候，學生只需緊急按住航天智慧校園卡上的任意鍵5s，家長就可以收到學生的求助信息，并循環(huán)撥打預設號碼直至親友接聽，并能提供短信方式發(fā)送到注冊手機，基本描述持有者位置信息。

6）學生身份識別。航天智慧校園卡的終端上可附學生照片、學校名稱、姓名、學籍號、出生年月和有效期等相關信息。

2．家校互動服務平臺

家校互動服務平臺通過實現(xiàn)對學校教學資源的有效整合和優(yōu)化，使學校的教學與管理工作再上一個新的臺階。家校互動服務平臺作為家長和學校雙方溝通的橋梁，填補了學校和家長之間溝通的鴻溝，為學生帶來無微不至的關懷，給學校管理者、班主任老師和家長之間提供便利、有效的溝通通道，真正實現(xiàn)社會、學校、家庭三方共存的和諧教育格局。

通過家校互動服務平臺，家長可以及時了解學生的表現(xiàn)情況，教師能夠將學生在學校的學習情況、考勤打卡、獎懲情況、學習成績和日常通知等信息推送給家長；家長和班主任可以使用平臺進行及時溝通，方便快捷地掌握學生在校的基本狀況。老師的課程內(nèi)容也及時同步在官網(wǎng)，幫助家長實時瀏覽課程信息，指導學生功課。

（1）定位查詢

家長和老師可通過定位查詢功能，實時掌握學生位置，了解學生最新動態(tài)。

（2）學生信息查詢

1）學習成績通知。平臺可以在第一時間將考試成績推送至學生家長；在期中、期末等重要考試前及時推送信息，使得家長能夠及時監(jiān)督、鼓勵學生復習功課，同時，也能實時了解到學生成績的變化狀況。家長可通過孩子學號通過手機APP查詢學生考勤、每日作業(yè)、歷史成績、歷史評語等信息。

2）學生表現(xiàn)通知。平臺除了向家長推送學生的日常學習情況外，還將學生的課內(nèi)外紀律、為人處世、功過獎懲等通過手機APP推送給家長，幫助家長一起關注學生的成長，促進學生德智體美勞的全面發(fā)展。

3）會議活動通知。學校可以通過平臺及時地將家長會、班級活動的主題、時間、內(nèi)容、參與人員、注意事項等推送給家長，使他們提前做好準備工作。

4）收費信息通知。學校通過手機APP平臺，可以將具體的收費信息通知到家長，使得家長清楚各項收費內(nèi)容，也避免了學生以各種收費理由向家長胡亂要錢。

5）意外缺勤通知。針對學生意外的缺課情況，家長可以使用手機APP平臺，實時將缺課原因發(fā)送至老師和學校相關管理人員，減少或避免學生與學校之間的考勤錯誤的概率[8]。

3．學校服務平臺

對學校來說，航天智慧校園管理平臺大量應用了WiFi熱點覆蓋、電子圍欄、實時定位、自動門禁識別以及校園信息化平臺等高新技術，學校由傳統(tǒng)的教學管理向科技化教學管理發(fā)展，節(jié)約了大量人力物力，提高了學生安全、考勤管理以及教學管理的水平。

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

2）校園管理。依托北斗導航位置服務，運用各子系統(tǒng)對學校人、車、物、財、資源等進行高效協(xié)同管理，實現(xiàn)互聯(lián)互通[9]。

3）智能管理。每個學校都有獨立的管理帳號對本校師生進行管理，學校可對學校信息、師生信息、班級年級管理、學生考勤管理、學生卡信息、SOS報警管理等進行添加刪改等編輯，教務處可對考試成績等各類信息進行管理。

4）校車管理。從校園延伸到校車，實現(xiàn)對學生從離家到校過程進行全程跟蹤，并對校車的車速、位置、行駛方向等進行實時監(jiān)控。

5）教師大數(shù)據(jù)分析。通過對班級成績、學生評價、教師考勤等數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析，對教師教學質(zhì)量、教學方案改進、教師能力進行全方位考評，便于師資力量整體提升[10]。

6）學生大數(shù)據(jù)分析。通過對學生日常行為習慣、考試成績等數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)遲到早退管理、薄弱知識點分析、個性化課程定制、綜合素質(zhì)分析、學生成績預測、問題學生分析預警等功能[11]。

四、結論

本文基于衛(wèi)星遙感和北斗導航位置服務等航天信息技術，設計了具有學生安全位置服務平臺、家校互動服務平臺和學校服務平臺的智慧校園管理系統(tǒng)。讓校方、家長可以通過航天智慧校園APP實時掌握學生的位置信息和即時動態(tài)，同時實現(xiàn)學生信息查詢、學校信息通知、家校互動等功能。該系統(tǒng)運用了先進的航天信息技術，建設易于迭代的、可擴展的、技術領先的智慧化校園，解決了學生安全的部分問題，加強了學校與家長之間的互動，實現(xiàn)學校各類資源的整合和配置優(yōu)化，將提高學校的精細化運營和管理治學水平，使校園信息化應用達到更高的層次。