基于地理圍欄的高校疫情防控系統的設計與實現

張玉輝　駱訓星

摘? 要：隨著我國疫情防控政策的調整，如何有效調整校園疫情防控措施也成為高校管理亟須解決的問題。系統依據湖南石油化工職業技術學院疫情防控情況，基于地理圍欄技術，以優化高校疫情防控為目標而設計并實現。系統采用Android平臺，基于百度地圖技術，實現了三套子系統：學生APP、老師APP和管理員Web。系統業務功能劃分為信息認證、終端綁定、軌跡采集、異常推送、異常處理和系統管理。該系統使高校疫情防控更加智能化、便利化與精確化。

關鍵詞：地理圍欄；軌跡；Android平臺

中圖分類號：TP311.5? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）12-0032-04

Design and Implementation of Campus Epidemic Situation Prevention and Control System Based on Geofencing

ZHANG Yuhui， LUO Xunxing

（Hunan Petrochemical Vocational Technology College， Yueyang? 414000， China）

Abstract： With the adjustment of China's epidemic situation prevention and control policies， how to effectively adjust the epidemic situation prevention and control measures on campus has become an urgent problem for campus management. According to the situation of epidemic situation prevention and control in Hunan Petrochemical Vocational Technology College， the system is designed and implemented based on the geofencing technology to optimize the epidemic situation prevention and control in colleges and universities. This system realizes three sets of sub-systems based on the Android platform and Baidu map technology： student APP， teacher APP and administrator Web. The service functions of the system are divided into information authentication， terminal binding， track collection， exception push， exception handling and system management. The system makes epidemic situation prevention and control in universities more intelligent， convenient and precise.

Keywords： geofencing; trace; Android platform

0? 引? 言

2019年12月，一場突如其來的新冠疫情席卷全國，致使全國進入緊張的“抗疫”狀態[1]。隨著新冠病毒毒力的不斷下降，致病性的大大減弱，國家于2022年12月份全面調整疫情防控政策，目前未發現病毒變異株傳播力、免疫逃逸能力和致病力明顯增強的情況，但要慎終抓好疫情防控，繼續做好重點人群的健康服務。校園作為人群聚集密度大的場所，由于具有人員復雜、社會關注度高、風險點密集的特點[2]，給校園的防疫工作帶來了極大的壓力。

隨著互聯網技術的快速發展，移動通信設備上的功能越來越多[3]。各種藍牙技術、Wi-Fi技術不斷突破，外部設備和移動通信設備的有利結合為高校的教學與管理提供了極大的便利。目前，高校的信息化系統主要用于教務管理與學生信息管理，從疫情的出現至今，信息化系統對于校園疫情的安全與防護并未提供有效的支持。部分高校為實現校園疫情防控的智能化，通過引入一套獨立的物聯網設備而實現。但新設備無法與現有信息系統有效融合，且需要進行物理環境的改造。針對上述情況，且基于疫情開放后的防疫政策，本文以Android系統為平臺，結合GIS，運用地理圍欄技術，設計并實現了基于地理圍欄的高校疫情防控系統。

1? 地理圍欄技術

地理圍欄技術通過為終端設備設置一個虛擬的地理圍欄，去監控終端設備是否有進出地理圍欄的行為，并將報警信息推送至監控用戶或服務器，實現對被監控用戶的行動管理。地理圍欄可設置為圓形圍欄、多邊形圍欄、路線圍欄和行政區圍欄。圓形圍欄監控對象是否進出設定的圓形范圍內；多邊形圍欄可由管理者自定圍欄形狀，監控對象是否進出設定的多邊形范圍內；路線圍欄監控對象是否偏離設定路線一定距離；行政區圍欄監控對象是否進出設定行政區域。

本系統的地理圍欄采用了百度的鷹眼軌跡服務，鷹眼軌跡服務采用衛星、Wi-Fi（只需打開Wi-Fi開關，而無須連上Wi-Fi）和基站進行綜合定位，并根據開發者設置的定位頻率定期采集軌跡，通過TCP長鏈接將定位依據（衛星、Wi-Fi、基站信息等）回傳至鷹眼云端，鷹眼云端根據定位依據計算出坐標并存儲。鷹眼的定位精度由采用的定位方式決定，衛星為10 m，Wi-Fi為24 m，基站為210 m，高精度室內定位為1～3 m。當移動網絡中斷時，鷹眼會自動緩存軌跡數據，待再次聯網時及時上傳軌跡數據，使得即使在終端斷網且無衛星信號時，仍能通過Wi-Fi和基站進行補充定位，保證軌跡的完整性。地理圍欄的服務流程如圖1所示。

2? 設計與實現

2.1? 高校疫情防控系統整體架構

本系統基于百度SDK，運用了其中的Android地圖SDK和Android鷹眼軌跡SDK，通過Android地圖SDK訪問百度地圖服務和數據，構建了功能豐富、交互性強的地圖，通過Android鷹眼軌跡服務構建了完整、精確且高性能的軌跡管理系統。

本系統實現了兩套APP（分別為學生APP與教師APP）和一套基于Web的管理子系統。學生APP包括的功能主要有：學生信息認證、終端設備綁定、軌跡采集和軌跡異常推送。教師APP包括的功能主要有：終端更改審核、軌跡查詢、學生信息查詢和異常軌跡查詢。管理子系統包括的功能模塊主要有：學生管理模塊、教師管理模塊、地理圍欄管理模塊和終端管理模塊?；诘乩韲鷻诘母咝Ｒ咔榉揽叵到y的總體框架如圖2所示。

2.2? 高校疫情防控系統各功能的設計與實現

2.2.1? 學生信息認證

隨著移動通信技術的發展與智能終端的普及化[4]，各種移動智能終端應用應運而生，智能手機成為學生學習與生活中不可或缺的工具，為了能準確的實現對某位學生服務，學生APP在初次使用時，要求學生輸入正確的學號，APP向后端應用服務器發送請求，應用服務器根據學號查詢數據庫，并將查詢結果以JSON格式返回至APP，APP提取返回數據，如查詢成功，APP將進入信息認證界面（如圖3所示）。如查詢失敗，表示該學號不存在，則無法使用該系統。學生信息認證功能采用集成Bmob庫的方式，實現手機短信驗證的功能。完成手機短信驗證后，APP將請求應用服務器將此學號與該手機號碼進行綁定，通過繼承Android SDK中SQLiteOpenHelper類，并調用該子類對象的getWritableDatabase（）.insert（）方法，將學生信息保存在終端設備的本地數據庫中，在之后使用中，APP通過查詢設備終端的本地數據庫自動完成認證。

2.2.2? 終端設備綁定

Android是目前市場占有率最高的智能終端操作系統，其數據處理能力可以滿足人們日常生活中的絕大部分需求[5]。系統選用Android智能手機作為設備終端，設備終端的Wi-Fi無線網卡所包含的MAC地址因其具有唯一性，系統選擇MAC地址作為終端設備的唯一性標識。MAC地址的獲取通過Android SDK中NetworkInterface類的getByInetAddress（）方法獲取，MAC地址默認為48位，將48位的MAC地址轉換成百度SDK所能識別的entity字符串，每個entity表示一臺終端設備。終端設備第一次運行系統將進行設備綁定，通過調用應用程序接口將entity提交至應用服務器，并與該學生進行綁定。應用服務器完成設備與學生綁定后，學生APP將entity賦值給百度SDK的Trace對象，進行軌跡服務的初始化。

2.2.3? 軌跡采集

終端通過百度SDK的LBSTraceClient類的queryRealTimeLoc

（）方法或queryLatestPoint（）方法（在軌跡追蹤服務與數據采集已開啟的前提下調用此方法）進行定位，系統優先啟用定位精度高的衛星定位，在衛星定位無法成功的情況下，依次選擇Wi-Fi定位或基站定位。系統通過LBSTraceClient類的setInterval（gatherInterval， packInterval）方法設置位置采集與打包周期，并通過Android SDK中Service服務實現在不同時段采用不同的定位周期與打包周期。為節省電量和流量，系統在完成多次定位后，再將軌跡數據打包并壓縮，并將軌跡數據提交至服務器。在網絡狀態良好的情況下，系統將與服務器建立連接，并進行軌跡采集與數據提交操作。在軌跡采集的過程中如出現網絡中斷，無法與服務器連接時，系統將開啟緩存模式，將采集的數據保存到終端的本地數據庫中，并監聽網絡狀態，直到網絡恢復正常，系統將重新與服務器建立連接，通過LBSTraceClient中的queryCacheTrack（）該終端設備的緩存軌跡信息，并將緩存的軌跡數據上傳至服務器。系統未限制緩存的數據量，只要終端設備的存儲空間未滿，系統持續緩存，直到網絡恢復正?；蚪K端設備存儲空間已滿。

2.2.4? 軌跡異常推送

設備終端超出地理圍欄設定的范圍時，設備終端將進行異常推送。異常推送至鷹眼SDK，由OnTraceListener監聽器中的onPushCallback（）推送回調函數接收異常信息，在此回調函數中通過Android SDK的SmsManager發送短信至對應老師，并將異常情況上傳至應用服務器進行處理。當接收異常信息的手機斷網或網絡狀態不好時，會導致報警推送失敗，百度鷹眼服務端將在后續的10 min之內每隔15 s推送一次，直至收到成功響應。若10 min之后仍未成功，將不再推送，但報警記錄將存儲在百度鷹眼服務端。

2.2.5? 軌跡查詢

為保證數據查詢的安全，通過setProtocolType（）方法將請求協議設置為HTTPS。查詢某位學生的軌跡信息，首先通過學號查詢此生對應的entity，每個entity對應一臺設備終端。軌跡查詢通過鷹眼SDK的LBSTraceClient類對象的queryEntityList（）方法，將對應的entity傳遞給此方法。每次請求可傳遞一個或多個entity，實現一個或多個軌跡的查詢。百度鷹眼服務器將數據返回后，將觸發OnEntityListener監聽器，監聽器中的onQueryEntityListCallback（）方法返回了查詢結果列表。根據結果列表中坐標數據，通過OverlayOptions類轉換為路徑線，最后調用BaiduMap類對象的addOverlay（）方法在地圖上繪制出軌跡圖。軌跡查詢設置如圖4所示。

2.2.6? 地理圍欄管理

地理圍欄的管理包括地理圍欄的創建和地理圍欄的刪除。地理圍欄的創建由管理員在鷹眼服務器端完成，管理員可根據實際需求創建圓形圍欄、多邊形圍欄、線型圍欄和行政區圍欄。以本校的本部校園的實現為例，創建了多邊形圍欄，如圖5所示。

首先將校園外圍各轉角的經緯坐標以LatLng類對象添加至集合中，通過鷹眼SDK的CreateFenceRequest類對象的buildServerPolygonRequest（）方法創建鷹眼服務端多邊形圍欄請求實例，通過LBSTraceClient類對象的createFence將多邊形圍欄請求實例向鷹眼服務端發送創建請求，OnFenceListener監聽器中的onCreateFenceCallback（）回調函數接收請求的回調數據。通過onCreateFenceCallback（）回調函數返回的數據對象，能準確判斷圍欄創建是否成功。圍欄創建成后，通過調用返返回數據對象的.getFenceType（）與getFenceId（）獲取新創建圍欄的類型與key值，并將這些值保存，以用于圍欄的刪除操作。

地理圍欄的創建由管理員在鷹眼服務器端完成，刪除圍欄首先獲取圍欄的類型與圍欄的key值，圍欄的類型在創建圍欄時確定，圍欄的key值在成功創建圍欄后返回。如圍欄的類型為服務器端圍欄，則通過鷹眼SDK的DeleteFenceRequest類調用buildServerRequest（）方法創建服務器類型的請求；如圍欄的類型為本地圍欄，則通過鷹眼SDK的DeleteFenceRequest類調用buildLocalRequest（）方法創建本地類型的請求。最后通過軌跡客戶端對象LBSTraceClient向百度服務器發送刪除請求，OnFenceListener監聽器中的onDeleteFenceCallback （）回調函數接收刪除請求的回調數據。通過onDeleteFenceCallback （）回調數據可判斷是否成功刪除圍欄，如刪除成功則清除地圖上欄標記點，方便系統管理同能直觀判斷圍欄是否存在。

3? 結? 論

本文基于Android與百度SDK設計實現了基于地理圍欄的高校疫情防控系統。該系統可實現學生的活動異常管理，為學校針對不同疫情態勢下的管理工作提供了方便，提升了管理的智能性、及時性與準確性。由于系統主要側重于老師對學生的管理，缺少學生向老師的溝通，可在軌跡采集過程中添加圖片、視頻等數據的提交，使學生能夠及時告知老師此時的情況。另一方面，由于Android平臺出于性能優化的原因，如用戶未對應用程序做設置，則系統會自動關閉應用程序，這會造成軌跡無法采用，本文將進一步基于微信平臺進行開發，以提供更穩定、便捷的服務。

參考文獻：

[1] 王慧芳.基于微服務架構的校園疫情防控系統設計 [J].現代信息科技，2022，6（9）：15-18.

[2] 王旭東.智慧校園系統在疫情防控中的應用 [J].數字技術與應用，2022，40（5）：202-204.

[3] 王慧芳.基于微服務架構的校園疫情防控系統設計 [J].現代信息科技，2022，6（9）：15-18.

[4] 王靜，劉飛.基于地理圍欄的景點信息推送設計與實現 [J].科技視界，2022（21）：16-18.

[5] 惠鴻飛.基于安卓平臺的多源異構人員定位導航系統研究 [D].重慶：重慶郵電大學，2021.

作者簡介：張玉輝（1983.10—），男，漢族，湖南岳陽人，講師，碩士，研究方向：機器學習。