基于網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)的高校學生管理系統(tǒng)設計與開發(fā)

呂學明

（山西旅游職業(yè)學院 山西 太原 030031）

0 引言

依據(jù)高等職業(yè)院校學生管理工作的需要，學校對學生的日常在校情況需要進行監(jiān)管與考核，并且高等職業(yè)院校的學生管理工作具有一定的特殊性，主要體現(xiàn)在以下三個方面：（1）高等職業(yè)院校面向全社會招生，涉及的人員類別復雜，對學院學生管理制度的需求逐漸呈多元化發(fā)展；（2）高等職業(yè)院校是面向就業(yè)的職業(yè)教育，學生的課堂不僅在教室，還涉及企業(yè)中真正的就業(yè)崗位，學生實習就業(yè)的安全管理難以得到可靠保障；（3）學校活動多，社會活動、專業(yè)活動、文化活動、競技比賽等形式多樣，學生管理涉及部門、人員交互頻繁，學生管理信息難以及時同步更新，管理漏洞多。為解決以上問題，高校學生管理系統(tǒng)在提供學生日常教學考勤管理功能基礎上，增加了通過網(wǎng)絡地理信息系統(tǒng)（World Wide Web Geographic Information System，WEBGIS）定位功能，能夠高效準確地收集和記錄學生的考勤信息，使得學生的日常教學考勤管理工作不再受到時間與空間的限制，大大提高了高職院校學生管理工作的有效性，同時為高職院校的學生管理工作的后續(xù)改進提供了有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 WEBGIS核心技術概述

1.1 WEBGIS技術

WEBGIS技術是一種基于全球廣域網(wǎng)（World Wide Web，Web）服務實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）定位功能的技術，其依托Web平臺，采用網(wǎng)絡雙向通信協(xié)議（World Wide Web Socket，WebSocket）通信[1]，具有良好的跨平臺性，并能夠進行實時的數(shù)據(jù)傳輸[2]。WEBGIS所具備的應用功能主要包括：地理空間分析、地理信息采集和發(fā)布、地圖查詢、地理數(shù)據(jù)傳輸與共享等。高校學生管理系統(tǒng)主要應用的是WEBGIS技術中的地圖查詢功能，通過調(diào)用移動客戶端的地圖接口，獲取用戶的定位信息，以確定用戶當前所處區(qū)域，并將相關的地理信息采集到系統(tǒng)當中。

WEBGIS采用分層式架構(gòu)部署，包括前端表示層、后端服務層與數(shù)據(jù)處理層[3]。其中，前端表示層基于移動端Web瀏覽器進行訪問，通過JavaScript的OpenLayers類庫實現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的標準化顯示[4]，是專用于WEBGIS客戶端的數(shù)據(jù)解釋器，支持谷歌、百度、高德等主流地理軟件的接口調(diào)用；后端服務層包括Web與GIS兩種服務，Web服務用于實現(xiàn)前端頁面與數(shù)據(jù)庫之間一般信息的數(shù)據(jù)傳輸與交互以及邏輯事件的實時處理。GIS服務用于實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的發(fā)布，要求其兼容主流的網(wǎng)絡地圖服務，并對常見的數(shù)據(jù)格式進行標準化處理。基于地理服務器（Geography Server，GeoServer）開源架構(gòu)能夠較好地解決這些問題，并且提供了一套桌面程序框架用于對底層數(shù)據(jù)進行編輯，經(jīng)過編輯的數(shù)據(jù)會生成配套的風格化圖層描述器（Styled Layer Descriptor，SLD）樣式文件，這些樣式文件可以支持GeoServer以圖形圖像的形式發(fā)布標準化的數(shù)據(jù)信息。

1.2 移動端WEB開發(fā)技術

移動端WEB開發(fā)技術主要包括移動端WEB前端開發(fā)與移動端WEB后端開發(fā)。前端開發(fā)最為主流的開發(fā)技術包括HTML5、CSS、PHP、Javascript等，目前較為流行的設計框架為 MVC分離式設計架構(gòu)，該架構(gòu)能夠?qū)㈨撁鏄邮健⒔换ァ?shù)據(jù)通信等功能進行松耦合搭建，實現(xiàn)了頁面控制與頁面樣式的分離，大大提高了頁面代碼的復用率及開發(fā)效率，且極易進行前端頁面的樣式更新與功能迭代。頁面后端開發(fā)最為主流的開發(fā)技術大都以Java為核心。開發(fā)框架有面向企業(yè)級的Java EE（Java Platform Enterprise Edition）框架，以及輕量級的SpringBoot開源框架等。SpringBoot針對Spring框架、XML語言等進行了簡化，依賴于Java平臺運行。SpringBoot還提供了兩個核心策略，即“開箱即用”策略和“約定優(yōu)于配置”策略，通過通用的事務處理框架，采用注解方式替代XML配置，大大簡化了軟件開發(fā)環(huán)境的配置工作，具有極強的軟件兼容性與運行穩(wěn)定性。

2 高校學生管理系統(tǒng)的設計

2.1 系統(tǒng)需求分析

高校學生管理系統(tǒng)主要通過移動端進行學生相關信息的采集，包括學生的班級、學號、姓名、性別、年級、在校狀態(tài)、課程信息、實習狀態(tài)、參加活動登記信息、定位打卡信息等；再通過數(shù)據(jù)傳輸模塊實現(xiàn)兩種模式下的數(shù)據(jù)傳輸，一種為非實時數(shù)據(jù)，一種為實時數(shù)據(jù)；由服務器端數(shù)據(jù)管理模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲與維護；并最終通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合管理。

高校學生管理系統(tǒng)面向的用戶主要有三類：負責學生管理的相關工作人員、輔導員、學生。三類用戶對系統(tǒng)的功能需求也不盡相同。學生端主要是完成個人定位信息的采集，并可以通過其個人賬號查看本人的錄入數(shù)據(jù)；輔導員端主要負責班級學生信息的錄入、核對、編輯、修改、刪除，并可以班級為單位進行學生數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與分析；管理人員端主要負責系部學生信息的錄入、核對、編輯、修改、刪除，并可以系部為單位進行學生數(shù)據(jù)的備份、管理，匯總分析。

結(jié)合WEBGIS技術，本系統(tǒng)實現(xiàn)了實時的學生定位信息采集與傳輸，利用地理空間數(shù)據(jù)與學生的其他登記信息進行匹配，匹配一致則提示學生狀態(tài)為正常，匹配不一致，將通過服務端向輔導員端推送異常提醒信息，如連續(xù)打卡狀態(tài)均為異常則會向管理人員推送異常提醒消息。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設計

高校學生管理系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，基于移動Web端實現(xiàn)學生考勤信息采集功能，其中人員位置信息的采集通過WEBGIS的定位功能來實現(xiàn)。系統(tǒng)整體架構(gòu)設計見圖1。

應用表示層采用PHP+HTML+CSS框架搭建前端的Web頁面，GIS功能的應用通過調(diào)用JavaScript的OpenLayers類庫來實現(xiàn)，主要用于用戶地理信息的定位顯示與信息采集。為了將GIS功能與Web系統(tǒng)更好地融合，前端頁面還采用了Vue技術，它將GIS服務與WEB應用中JavaScript類庫操作進行了有效結(jié)合，通過Vue框架能夠輕松實現(xiàn)前端頁面顯示全局的一個狀態(tài)管理[5]，Vue框架中以組件方式提供可調(diào)用的接口，通過這些接口即可快速進行地理信息可視化數(shù)據(jù)的分層管理、Map查詢、實時圖像渲染等功能的調(diào)用，大大簡化了系統(tǒng)開發(fā)人員的編程工作量。數(shù)據(jù)傳輸則采用WebSocket協(xié)議標準與HTTP傳輸相結(jié)合的方式與服務端進行數(shù)據(jù)交互，一方面彌補了HTTP傳輸模式下實時數(shù)據(jù)延時、并發(fā)響應處理能力差等問題；另一方面非實時性數(shù)據(jù)處理仍然采用HTTP傳輸模式，也可有效降低系統(tǒng)的網(wǎng)絡負載，提高系統(tǒng)整體的數(shù)據(jù)傳輸性能。

邏輯處理層主要包括事件處理與數(shù)據(jù)處理兩類業(yè)務，事件處理又區(qū)分為面向前端的請求事件與響應事件處理，以及面向后端的邏輯控制事件處理，例如消息通知推送、異常報錯等事件的處理。數(shù)據(jù)處理業(yè)務主要包括數(shù)據(jù)的采集、分析、傳輸、格式化轉(zhuǎn)換等功能操作。在這一業(yè)務模塊中，系統(tǒng)配置了相應的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，用于解決實時信息傳輸延時的問題。針對的是用戶定位信息的實時判定，如用戶從前端頁面提交信息后，頁面刷新延時導致用戶無法判定是否提交數(shù)據(jù)成功時，可能會進行重復提交，這時邏輯層如果成功接收到了數(shù)據(jù)，會在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中以對其“已提交”標記，用戶再次提交的數(shù)據(jù)通過與數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的標記進行比對，會做出相應的駁回處理。邏輯處理層部署有Web服務器、GIS服務器和數(shù)據(jù)庫服務器，其中GIS服務器主要用于進行地理信息的格式轉(zhuǎn)換與發(fā)布，通過GeoServer的功能調(diào)用可以進行圖像化的地理信息發(fā)布。

數(shù)據(jù)層用于存儲和管理系統(tǒng)所需的所有數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)主要包括專用的地理信息數(shù)據(jù)和一般的業(yè)務數(shù)據(jù)，因此系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化查詢語句數(shù)據(jù)庫（My Structured Query Language，MySQL）與Geodatabase數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的模式來實現(xiàn)兩類數(shù)據(jù)的存儲與管理。其中，Geodatabase主要用于構(gòu)建地理信息數(shù)據(jù)庫。Geodatabase提供有地圖數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫等基礎地理信息的存儲功能，以及相關的屬性數(shù)據(jù)管理，包括區(qū)域矢量圖、三維遙感影像、地理勘測、交通道路等。它支持多種格式類型的數(shù)據(jù)集，例如測量格式、要素格式、表格格式、邏輯示意圖、柵格類格式數(shù)據(jù)集等。

2.3 系統(tǒng)功能設計

高校學生管理系統(tǒng)的功能設計主要分為三大模塊：（1）打卡簽到功能；（2）學生管理工作的政策宣傳、學生管理相關消息的發(fā)布以及學生守則學習功能；（3）用戶管理功能。功能設計圖見圖2。

簽到打卡功能：主要包括用戶基本日常考勤信息的采集與地理定位信息的采集以及考勤信息統(tǒng)計查看等功能，除了采集用戶的出勤時間等信息，地理定位信息通過WEBGIS自動獲取，并依據(jù)用戶移動設備的位置變動進行實時渲染。最后用戶還可以查看自己的打卡統(tǒng)計信息，同時為輔導員用戶提供班級學生打卡信息統(tǒng)計功能。

政策宣傳、學生守則學習功能：用于宣傳和更新一些最新的學生管理相關信息，并設置了問答模塊，增加用戶學習學生守則的趣味性、互動性。

用戶管理功能模塊：包括用戶登錄模塊、用戶信息管理模塊、系統(tǒng)消息通知模塊。其中，用戶登錄模塊采用用戶名、密碼驗證方式登錄，登錄后在用戶信息管理模塊中可以查看和修改用戶信息，包括用戶學號、真實姓名、身份證號、所屬系部與班級等。同時系統(tǒng)還為輔導員提供了用戶信息統(tǒng)計功能。

3 學生管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)平臺

服務器硬件配置：CPU頻率需在2.5 GHz以上，內(nèi)存4G以上，硬盤存儲500 GB。由于WEBGIS帶有三維地理圖像的實時渲染功能，為了便于系統(tǒng)功能的后續(xù)擴展，需要配置獨立顯卡，顯存4G以上。

服務器軟件環(huán)境：WindowsServer 2008操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫MySQL 8.0.12和Geodatabase9.1，PHP 7.3.4nts。

移動客戶端軟件環(huán)境：Android 4.0以上版本操作系統(tǒng)。

3.2 功能模塊的實現(xiàn)

3.2.1 用戶登錄界面

采用用戶名+密碼的驗證方式進行登錄，分為學生賬號、輔導員賬號、管理人員賬號，學生端用戶名為其學號，輔導員端及管理人員端用戶名為其教工號，初始密碼由系統(tǒng)默認設置，不提供用戶注冊功能，用戶初次登陸后自行修改密碼。

3.2.2 信息采集界面

用于采集在校生的日常信息與定位信息。日常信息采集主要包括學生的日常考勤相關信息，需由用戶手動錄入。定位信息通過GIS自動定位功能獲取，并在界面中提供了地圖顯示功能，實時顯示用戶的定位信息，經(jīng)用戶確認后可將信息提交上傳至服務器。

3.2.3 信息查看界面

用于查看系統(tǒng)中發(fā)布的政策宣傳信息，以列表形式顯示。

3.2.4 學習問答界面

提供題庫，題庫中共有58道學生守則相關的知識問答題，每次刷新界面隨機從題庫中抽取5道題進行問答。該功能僅為增加用戶的學習興趣，不做分數(shù)的累計統(tǒng)計。

3.2.5 考勤信息統(tǒng)計界面

主要提供了針對學生用戶的個人考勤天數(shù)的信息統(tǒng)計，針對班級范圍、系部范圍、學院范圍內(nèi)的打卡人數(shù)和未打卡人數(shù)統(tǒng)計，以及考勤報警、異常數(shù)據(jù)等信息的統(tǒng)計。并依據(jù)用戶權(quán)限不同，可分別用于查看個人、班級范圍、系部范圍、學院范圍的統(tǒng)計信息情況。

3.2.6 用戶信息管理界面

提供了用戶信息查看、修改等功能，但用戶的部門、姓名、身份證等用于核準用戶真實身份的信息需具有特殊權(quán)限用戶批準才可完成修改，用戶密碼可由用戶本人完成修改。

3.2.7 系統(tǒng)消息通知界面

系統(tǒng)消息通知界面用于提供一些系統(tǒng)的輔助功能，可以由系統(tǒng)管理員面向全體用戶定期發(fā)布、更新系統(tǒng)消息，例如系統(tǒng)的更新消息，數(shù)據(jù)維護消息等。也可以由輔導員端、管理人員端向指定學生用戶發(fā)布通知內(nèi)容。

4 結(jié)語

為了有效提高高等職業(yè)院校學生管理工作的工作效率，確保學生考勤數(shù)據(jù)采集的有效性、可靠性，本研究圍繞WEBGIS定位技術站靠深入研究，并嘗試設計與開發(fā)了一個基于WEBGIS定位技術的高校學生管理系統(tǒng)，通過移動端WEB端進行每日的學生考勤信息采集，并借助WEBGIS定位技術實時獲取學生的地理位置信息，采用專用的數(shù)據(jù)庫管理工具Geodatabase進行數(shù)據(jù)的存儲與管理，為扎實有效地開展高校學生管理工作提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。