智慧校園出入管控系統的設計與實現

郝慧娟 戎靜怡 田志民

（河北水利電力學院，河北 滄州 061001）

0 引言

維護高校教學秩序、確保師生生命安全是高校管理工作的重中之重，做好校園出入管控是安全管理的關鍵環節。由于傳統的校園出入管控方式存在工作效率低、管理難度大及出入過程煩瑣等問題，已無法滿足智慧校園管理的要求。運用信息化技術來構建精準高效、便捷通行、留痕溯源、最大限度控制進入校園人數的管控系統成為推動高校安全管理工作的重要舉措。

1 智慧校園出入管控系統總體需求分析

由于高校人員密集、流動量大，基于智慧校園來構建校園出入管控系統，對提高校園安全管理水平具有重要意義。

1.1 業務需求分析

1.1.1 構建高校師生數據信息庫，解決安全管理問題。近年來，隨著高校在校生的規模越來越大，傳統校園出入管理模式存在工作效率低、管理難度大等問題，難以滿足精準化高校安全管理工作要求。基于智慧校園構建的出入管控系統采用RFID、大數據等技術對基礎數據進行全面采集，將高校師生的個人信息錄入到管控數據庫中，能有效解決高校外來人員隨意進出、不好追溯等問題，可避免受訪人員頻繁被電話打擾等情況發生。

1.1.2 提升智慧校園管理的便捷性。高校師生因忘記帶卡，在進出校園時常被保安詢問，且校園卡冒用現象頻發。通過構建智慧校園出入管控系統，采用人臉識別、指紋錄用檢驗等技術，為師生進出校園提供便捷的服務，切實解決“一卡通”冒用問題，實現“一人一卡”。

1.2 技術需求分析

1.2.1 統一智慧校園數據接入，實現數據資源互通共享。由于高校部門較多，數據相對分散，會影響高校學生管理的工作效率。統一建設標準和數據標準，將高校出入信息統一匯集、共享，實現對進出高校人員、車輛信息的全采集，利用互聯網、大數據、智能分析等技術，將出入高校的人員信息上傳到智慧校園管理系統中，從而實現高校數據信息的共享。

1.2.2 物信深度融合治理，數據賦能高校教學管理。在實現智慧校園物聯數據共享的基礎上，融合關聯業務數據、互聯網數據等，對校園出入口的信息數據進行清洗、轉化、挖掘與分析，從海量分散的碎片化數據中提取到新的有價值數據，構建人、地、物等要素數據庫，通過提煉規律分析、頻度分析、積分預警等算法模型來掌握高校學生的出行規律及學習喜好，為高校安全管理提供預警信息［1］。

1.3 系統功能需求

基于校園安全管理需求來構建系統，主要包括3 個模塊。一是監控模塊。監控是實現校園出入管理系統的基礎，可實時對校園門口進行監控。為提高監控質量，監控模塊要具備信息自動化處理等功能，并確保前端攝像系統的穩定性。二是報警模塊。該模塊主要對各種報警系統上傳的信息進行處理，在監控系統中可實時對報警信息進行直觀展示，從而準確定位報警位置，并將報警信息存儲到數據庫中。三是控制與數據處理模塊。以系統模塊為支撐，視頻監控中心所獲取的遠程功能，經監控系統可實現聯動報警。

基于校園出入管控系統的各個子模塊，該系統具有以下3 方面性能。①低功耗。隨著“雙碳”戰略的實施，高校出入管控系統要滿足低功耗要求，需要對系統各部門的配置進行優化。②微型化。低成本是建設校園出入管控系統所要考慮的問題，高校出入口具備遠程監控功能，因此在設計出入管控系統時，可綜合考慮利用現有監控系統進行升級改造。③安全性與穩定性。安全性與穩定性是高校出入管控系統的核心，不僅要保障管控系統各硬件設施的安全，還要保證出入管控系統的數據信息安全，以此來實現管控系統的穩定運行。

2 智慧校園出入管控系統設計

2.1 總體架構設計

基于智慧校園出入管控系統的總體設計架構如圖1 所示。設計架構采取“四橫三縱”模式，即構建應用終端、應用平臺、支撐平臺及基礎設施，同時推進高校智慧管理運維管理、安全保障及標準規范三大保障體系的建設。

圖1 智慧校園出入管控系統的總體設計架構

2.1.1 應用終端。通過Web 瀏覽器來對教職工、學生信息進行自動化管理，實現對師生出入校園數據的實時統計與分析。利用安卓、IOS 系統來實現對外來人員的自動登記，從而確保信息追溯的有效性。

2.1.2 應用平臺。該平臺可提供高校師生檔案、車輛檔案及時間檔案，為高校出入管控系統的統計分析、綜合查詢及人員登記等提供數據。通過將高校學生、教師及管理人員的工作計劃及臨時變動等信息輸入到管控系統中，可實現對師生的智能化識別，從而達到精準化控制的目的。

2.1.3 支撐平臺。該平臺主要為智慧校園出入管控系統提供關鍵性支撐服務，為云服務、數據中心、一卡通系統等提供相應的技術服務，從而滿足智慧校園系統的安全穩定運行，并通過標準接口來為上層應用提供靈活的調用［2］。

2.1.4 基礎設施。基礎設施主要有計算機設備、存儲設備、網絡及物聯網等，能提供物聯設備接入、算力和存儲資源的動態調配等服務。

2.2 校園出入管控系統的運行環境

基于智慧校園出入管控系統采取JAVA 語言進行開發，該語言具有開源、跨平臺及面對對象虛擬化等特點，可兼容絕大部分數據處理軟件，能滿足智慧校園出入管控系統對穩定性與安全性的要求。在出入管理系統前端，可使用Windows 10 Professional 作為用戶操作系統，從而實現對系統數據的修改等功能［3］。

為兼顧管控系統的便捷性，校園出入管控系統使用的是Microsoft Sercer 2019 數據庫，通過Poly Base 技術來實現數據的虛擬化，能有效解決數據時效性問題，從而提高異構數據源間的集成度，簡化用戶在數據導出導入的流程，便于數據的分布式存儲、處理和計算，實現系統數據的高效存儲［4］。

2.3 系統管理模塊

2.3.1 用戶管理模塊。該模塊用于管理高校出入口管控系統中的所有用戶，包括出入管控系統成員的添加、刪除。由于高校師生的構成較為復雜，且每年師生信息都會發生變動，如每年都會有新的學生和新入職的教職工。用戶管理模塊要根據高校人事變動情況來及時調整與新增用戶信息，可實現對教職工、學生的自動管理。高校出入管控系統不僅能對進出校園的相關人員進行管理，還具有追溯查詢功能，通過該系統可查詢入校時間、軌跡等信息［5］。通過輸入關鍵詞來模糊查詢用戶信息，查詢結果包括用戶名或學生號、進出校園時間及是否為管理員等信息。按照校園出入管控系統的運行要求，可自動設定用戶管理權限，高校二級院校的輔導員、任課教師可根據相應權限登錄系統，從而完成對個人信息、學生信息的修改與輸入。高校安全管理部門可對校園出入管控系統的信息進行查驗與修正，確保高校師生、車輛、外來人員等的安全。

2.3.2 權限審批管理模塊。由于高校人員的構成類型較為復雜，因此，對各類人員的權限管理就顯得至關重要。按照高校人員的工作范疇，將進出校園的人群劃分為校內人員和校外人員。校內人員包括教職工及學生，校外人員包括來校辦事人員、人力資源外包人員、教職工家屬等。權限審批管理模式主要是基于大數據技術，面向進出高校人員來完成對《進出校報備及審批表》的設計。通過智慧校園出入審批二維碼來提供便捷的服務，進入校園的人員登錄高校微信公眾號，注冊登記，進入到高校智能出入系統界面，按照要求填寫姓名、證件號、手機號等信息，智慧校園出入管控系統后臺在收到相關人員申請后，會自動核實申請人的身份信息，自動核對準確無誤后，申請人的手機上就會自動生成智能出入二維碼，申請人在進出校園時，只需將手機屏幕對準二維碼攝像頭，即可完成進出程序。沒有通過系統核驗的申請人不能進出校園，要通過人工檢驗登記等方式才能進出校園［6］。

2.3.3 車輛管理模塊。該模塊包括出入口控制系統和車輛信息采集系統。高校出入管控系統通過這2 個系統來實現對進出校園車輛的自動控制與識別。車輛出入口控制系統包括電動擋車設備和車輛識別模塊，可實現對進出校園車輛的控制與管理。高校教職工要將個人車輛信息上傳到管控系統，系統會對教職工車輛信息進行自動保存。當教職工車輛到高校入口時，系統會自動檢驗入口車輛的車牌號，將車輛的外觀圖像上傳到車輛管控系統中，系統會自動檢驗入口車輛的車牌信息、外觀顏色等，當車輛信息與系統信息核對成功后，高校進出口自動閘門就會打開，車輛完成進出程序。同時，車輛管理模塊還能對車輛運行軌跡、進出校園時長等進行監控。外來車輛需要通過系統申請或人工登記才能進出校園，自動申請程序與上述人員進出校園程序基本一致。在人工登記模式下，當高校校園管理人員完成對外來車輛登記后，系統會將登記的車輛保存在臨時數據中，并利用校園監控系統對外來車輛運行軌跡進行監控，當外來車輛在校園內的停留時間過長時，系統會發出警報，外來車輛駕駛員會自動收到警告信息。當外來車輛駛出校園時，系統可通過臨時數據庫保存的信息進行校正，當駛出車輛信息與臨時數據庫信息一致時，校園閘門就會自動開啟。

2.3.4 學生管理功能模塊。由于高校學生的數量較多，實現對學生的管理是出入管控系統設計的關鍵。學生管理模塊主要有2 個功能。一是請假功能。為掌握學生的實時動態，學生在確實有事要離開校園時，要履行請假審批手續。學生向輔導員提交請假申請，要標明請假原因、出入時間等信息，輔導員將學生請假信息提交到高校出入管控系統中，系統會自動保存輔導員提交的信息。當教務系統自動核驗學生個人信息后，會將出入校園的二維碼發送到學生手機上，學生在收到系統發送的進出校園二維碼后，就可進出校園。學生要嚴格按照規定及時返校，如果沒有及時返校，學校發送的進入校園二維碼就會失效，需要學生重新通過輔導員進行申請。二是留校功能。部分學生在寒暑假會選擇留校勤工儉學或學習深造，為滿足留校學生需求，設計了留校功能模塊，在放假前統計留校學生的信息，將留校學生的個人信息上傳到管控系統中，從而形成數據庫，將進出校園的時間設定為06：00—23：00，以此來保證留校學生的人身安全。留校數據庫會自動統計學生的出校時間和入校時間，并形成數據模型。當學生未返校時間超過5 次/月后，系統就會自動發出預警，并將結果自動反饋給輔導員、學生家長，以此來及時追溯學生的相關活動軌跡，從而確保留校學生的人身安全。

3 系統性能測試

為驗證智慧校園出入管控系統的運行性能與安全性，本研究對該系統進行了性能測試。在Windows 10操作系統的Chrome瀏覽器中單獨運行該系統，檢驗該系統的運行穩定性。通過任務管理器來查看Chrome瀏覽器占用的資源，其中，CPU 占比為0.5%，內存使用量為183.6 MB。由此可知，該系統運行較為穩定［7］。

同時，經過一段時間運行后，高校嚴格實施入校權限提前審批、出入校門現場精準驗證、人員軌跡及時間統計分析等全流程信息化管控，實現對各類人員分區域、分時段、分權限出入校園的在線審批和驗證通行的精準管理。該系統較好地完成各類人員高效、有序地出入校園的管理工作，從而滿足安全管理的要求。

4 結語

本研究基于5G、人工智能、物聯網、大數據等智能技術，秉承“讓校園沒有難管的門”的理念，構建了智慧校園出入管控系統，從而減輕安保人員的工作量，為高校安全管理提供強有力支撐，滿足高校智能化管理要求，為未來教育發展與改革創新賦能。