校園環(huán)境下學生的位置信息采集與行為數(shù)據(jù)分析

白靖 郭平 艾霖森

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的高速發(fā)展，校園信息化建設成為各大高校研究的重點。最初的智能學習形式是數(shù)字校園，利用互聯(lián)網(wǎng)技術將學習生活、科研成果、教學管理等相關的資源進行整合，完善現(xiàn)有資源的合理分配和利用，提高了工作效率和質量。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，數(shù)字校園建設即將迎來尤異希的技術和思想的變革。

關鍵詞：校園環(huán)境;信息采集;行為數(shù)據(jù)

現(xiàn)有的校園大數(shù)據(jù)有很多種類，也有很多的系統(tǒng)來儲存數(shù)據(jù)，這些系統(tǒng)在建立之初沒有考慮到后來的數(shù)據(jù)共享狀況，導致數(shù)據(jù)無法整合，難以正對各種數(shù)據(jù)建立聯(lián)系。大學生又是一個特殊的社會群體，他們大多數(shù)的時間都在校園中度過，而當代大學生由于缺乏緊張意識，在校園中的學習時間，宅在寢室、網(wǎng)吧打游戲或沉迷于小說，又或者在外閑逛。而學校對于學生的管理，一般為點名達到的形式，時效性差，信息反饋慢。在智慧校園構建中應用大數(shù)據(jù)技術，還需要結合學校的發(fā)展需求，不斷完善與改進。教育管理更加精細化、規(guī)范化。在這種情況下，就能夠更好的實現(xiàn)對教師、人才培養(yǎng)以及科研等各個方面的管理。

現(xiàn)在許多學校還在沿用傳統(tǒng)的學生管理和服務方式，對學生采用單一化的管理方式，缺乏針對學生行為特征的個性化管理和服務。本設計意在建立一套有效的數(shù)據(jù)跟蹤體系，以便及時跟蹤和評估數(shù)據(jù)的變動。達到對學生的準確定位，對學生在校期間的活動軌跡做出分析，制定相應管理規(guī)定，統(tǒng)一對數(shù)據(jù)進行分析，加強對數(shù)據(jù)資源的管理和維護，改正學生的不規(guī)范生活作息，讓學生養(yǎng)成自主學習的習慣。

一、系統(tǒng)原理設計

本設計是研究校園環(huán)境下學生的地理位置信息獲取以及行為數(shù)據(jù)分析，通過單片機以及GPS芯片進行學生的地理信息位置獲取以及發(fā)送，后臺通過獲取的位置信息進行相關學生的行為數(shù)據(jù)分析。本設計擬采用的技術路線如圖1所示。

二、系統(tǒng)硬件設計

本設計采用stm32f103芯片作為本設計主控芯片，該芯片擁有引腳多、用途廣、功耗低、可編程能力強等諸多優(yōu)點，在控制領域有著廣泛用途，完全適用于該設計硬件芯片的要求，在數(shù)據(jù)采集方面，本設計使用北斗GPS模塊對學生位置進行定位，該北斗GPS模塊使用NMEA協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，可以對學生當前位置、海拔、運動速度進行采集，從而分析學生當前的活動狀態(tài)，在數(shù)據(jù)傳輸方面，本設計采用GPRS模塊對采集到的數(shù)據(jù)向APP端傳輸，GPRS模塊擁有抗干擾能力強、網(wǎng)絡容量大、防盜能力好等特點，對于保護學生個人隱私起到非常重要的作用，硬件總體流程如圖：

三、系統(tǒng)軟件設計

軟件具體設計思路如下圖3、圖4所示：

（一）APP的軟件設計

軟件使用java編寫運行于Android上，在首頁嵌入一個h5頁面。該頁面為西昌學院平面簡圖，使用JavaScript腳本編寫一套平面簡圖快速生成系統(tǒng)，通過導入相應區(qū)域范圍、建筑平面關鍵點，快速生成平面簡圖。在該平面簡圖中能展示使用者現(xiàn)在位置，也能搜索查尋各地位置。在首頁中還有一消息提醒框，展示使用者接下來應該遵循的行為，以作提示。學情展示頁面通過各種統(tǒng)計圖直觀反映使用者學習情況，并對使用者一段時間內學習情況給予總結。

（二）后端的軟件設計

后端使用Python語言作為服務器腳本語言，采用flask框架。以uwsgi作為服務器，nginx作為反向代理服務器，運行于Linux操作系統(tǒng)上。通過算法實現(xiàn)GPS精確定位，構建行為分析模型;使用MySQL數(shù)據(jù)庫做數(shù)據(jù)存儲。

1精確定位模塊實現(xiàn)

（1）首先對數(shù)據(jù)進行清洗。由于建筑物遮擋和信號波動，會產生一系列對行為分析產生干擾的數(shù)據(jù)，所以需要在進行行為分析前進行數(shù)據(jù)清洗。

①軌跡點的基本屬性為：“時間”、“經(jīng)度"、“緯度”“速度”特征，若軌

跡點中缺少任意-一個特征，都不具有任何參考價值，也不能反映出行者的出行信息，因此清洗掉屬性缺失的軌跡點。

②對經(jīng)緯度越界和重復冗余數(shù)據(jù)這兩種異常數(shù)據(jù)進行清洗。

③對不符合行程數(shù)據(jù)進行清洗。

（2）其次對特征變量進行計算。

①距離

公式如下：

d = Rx haver sin-'（h） = 2Rx arcsin（Vh）

haversin（0） = sin2（012）=（1-cos0）/2

h = haver sin（P;+1 -p}） + cos P+1 cosO， X haversin（△h/2）

式中， R表示地球半徑，取值為6371km;d表示兩點之間的距離; φ， 表示第i+1點的緯度，單位為弧度; φ表示第i點的緯度，單位為弧度;△h：第i點和i+1點的經(jīng)度差，單位為弧度。

②速度

公式如下

v =d/（t-t1）

式中，v為第i點速度; d表示第i點與第i-1點的距離; t表示第i點的

時間; t1表示第i-1點的時間。

2 行為分析模塊實現(xiàn)

（1）學生行為假設

①對校內區(qū)域進行劃分。按照不同功能劃分為學習區(qū)、住宿區(qū)、食堂區(qū)、運動區(qū)、商業(yè)區(qū)。

②通過不同時間段在不同區(qū)域滯留時間，假定學生在該時間內行為。如，夜晚在住宿區(qū)假定為休息。

③根據(jù)課表信息，假定學生行程。

（2）對假定行為進行判斷。

（3）數(shù)據(jù)可視化。

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