基于智慧校園理論的智慧一卡通學(xué)生管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

劉逸琛　謝文勇　柳彩志

摘要：隨著數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等概念已經(jīng)深入人們生活的方方面面，大數(shù)據(jù)應(yīng)用逐漸成為未來(lái)教育管理的基礎(chǔ)之一，教育信息化、智慧校園也日益成為了教育界關(guān)注的熱點(diǎn)話題。基于此背景，該研究以天津師范大學(xué)一卡通作為技術(shù)載體，擴(kuò)展應(yīng)用了的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和技術(shù)，基于智慧校園的理念設(shè)計(jì)并構(gòu)建了智慧一卡通學(xué)生管理系統(tǒng)。本研究的內(nèi)容包括了硬件設(shè)備的集成和軟件平臺(tái)的開(kāi)發(fā)，也涉及了大數(shù)據(jù)分析算法的選擇與應(yīng)用，期望研究得到的一下經(jīng)驗(yàn)與結(jié)論能為學(xué)校智慧校園建設(shè)提供一些借鑒。

關(guān)鍵詞：智慧校園；一卡通；數(shù)據(jù)分析；教學(xué)管理；RFID

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）17-0098-05

1概述

在科技高速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為了人們生活中的一部分。無(wú)論快遞之于購(gòu)物還是約車之于出行的便捷服務(wù)都已經(jīng)深入人心，而這些都需要物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)作為中樞進(jìn)行調(diào)控。而智慧校園則是將學(xué)校內(nèi)的人員、設(shè)備、建筑通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行跨越時(shí)間空間的聯(lián)結(jié)，產(chǎn)生大量原始數(shù)據(jù)信息，并據(jù)此對(duì)教師、學(xué)生和教務(wù)人員進(jìn)行數(shù)字化管理，為學(xué)校相關(guān)部門(mén)對(duì)教務(wù)的管理提供了更為便捷的服務(wù)。

校園一卡通目前已經(jīng)發(fā)展了到了第四代，但是國(guó)內(nèi)高校的校園一卡通還普遍停留在第二代，也就是說(shuō)雖然校園一卡通正在逐漸成為智慧校園的重要組成部分，但是由于技術(shù)和資金的原因，校園一卡通的主要功能范圍仍然停留在食堂、超市購(gòu)物，圖書(shū)館借閱等基本功能，使用一卡通進(jìn)行教務(wù)管理方面仍然非常薄弱。而基于物聯(lián)網(wǎng)的RFID技術(shù)等為校園一卡通功能的拓展提供了技術(shù)支持，將其應(yīng)用于現(xiàn)有的一卡通可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式數(shù)據(jù)采集，在形式上革新了舊的需要貼卡才能采集到數(shù)據(jù)的方式，在意義上可以更加精準(zhǔn)和快速的采集到更有使用價(jià)值的數(shù)據(jù)。

本項(xiàng)研究是基于天津師范大學(xué)現(xiàn)在使用的一卡通系統(tǒng)，該一卡通系統(tǒng)已經(jīng)使用多年，處于第二代一卡通與第三代一卡通過(guò)渡期，體系完整成熟，如果直接引入新的第四代一卡通會(huì)給學(xué)校在資金、數(shù)據(jù)上帶來(lái)很大麻煩，一卡通中心、財(cái)務(wù)系統(tǒng)也需要根據(jù)新的一卡通系統(tǒng)重新調(diào)整，推行起來(lái)也需要很長(zhǎng)時(shí)間去適應(yīng)，而據(jù)筆者了解，國(guó)內(nèi)大部分學(xué)校也是因?yàn)橥瑯拥脑驅(qū)е滦@信息化的發(fā)展受到很大阻礙。所以本項(xiàng)研究是立足第三代一卡通的基礎(chǔ)上擴(kuò)展第四代一卡通部分功能，給以后相關(guān)研究提供研究方向和研究基礎(chǔ)。

通過(guò)本研究，一方面可以以一卡通為基點(diǎn)推動(dòng)天津師范大學(xué)的校園信息化發(fā)展；另一方面一卡通使用情況同天津師范大學(xué)相似的高校都可以根據(jù)本文探索的方式進(jìn)行擴(kuò)展，將物聯(lián)網(wǎng)與校園一卡通的應(yīng)用相結(jié)合，開(kāi)發(fā)更多新功能，使無(wú)接觸式校園一卡通得以推廣。

本研究主要內(nèi)容包括如下三個(gè)方面：

1）使用RFID標(biāo)簽?zāi)M一卡通集成功能，在物理上實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式一卡通數(shù)據(jù)采集。

2）對(duì)智慧一卡通學(xué)生管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，將收集到的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢允褂玫臄?shù)據(jù)。

3）探索整個(gè)系統(tǒng)在本校和各大高校中進(jìn)行推廣的可能性。

2相關(guān)概念及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用情況

2.1相關(guān)概念

能夠承載智慧校園發(fā)展的是近些年來(lái)趨向成熟的一系列技術(shù)，包括大數(shù)據(jù)、互聯(lián)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)社數(shù)據(jù)挖掘等，這些技術(shù)在其他領(lǐng)域有了好的發(fā)展之后開(kāi)始在教育領(lǐng)域的不斷深化和推廣，為各大高校的信息化改革奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1）大數(shù)據(jù)

教育中的大數(shù)據(jù)應(yīng)該通過(guò)多維度去采集和挖掘有價(jià)值的數(shù)據(jù)，通過(guò)可視化方式呈現(xiàn)出來(lái)。一方面可以讓教師對(duì)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為有更多了解，另一方面可以全面的記錄、跟蹤學(xué)習(xí)者的特性等基礎(chǔ)信息，為教育個(gè)性化提供數(shù)據(jù)支持。

大數(shù)據(jù)作為未來(lái)教育的技術(shù)基礎(chǔ)之一，通過(guò)獲取學(xué)習(xí)者的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)管理、學(xué)生漸進(jìn)式選科咨詢以及職業(yè)生涯規(guī)劃等功能。

2）物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)在教育中的基礎(chǔ)應(yīng)用是利用設(shè)備使用中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)來(lái)優(yōu)化學(xué)校教務(wù)部門(mén)的日常管理，通過(guò)過(guò)提高管理效率來(lái)增加廣大師生的有效學(xué)習(xí)時(shí)間，而促進(jìn)教學(xué)效果的提升。

3）數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

使用高運(yùn)算量的中央處理機(jī)群匯總信息源的信息，編寫(xiě)數(shù)據(jù)挖掘相關(guān)算法對(duì)匯總數(shù)據(jù)進(jìn)行分教育數(shù)據(jù)挖掘是綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)、機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)和方法，教育大數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，過(guò)數(shù)據(jù)建模，現(xiàn)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)結(jié)果與學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)資源和教學(xué)行為等變量的相關(guān)關(guān)系，預(yù)測(cè)學(xué)習(xí)者未來(lái)的學(xué)習(xí)趨勢(shì)。

2.2物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用情況

本研究通過(guò)自采購(gòu)置了RFID雙通道讀寫(xiě)器一臺(tái)，掃描距離7米天線兩臺(tái)作為一個(gè)基本數(shù)據(jù)采集終端。將讀寫(xiě)器和天線組裝好之后連接一臺(tái)安裝有廠家提供的數(shù)據(jù)接口主機(jī)即可接收到掃描范圍內(nèi)掃描到的RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)。不同教室可以根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的讀寫(xiě)器型號(hào)和掃描距離不同的天線，只要可以實(shí)現(xiàn)軟硬件數(shù)據(jù)對(duì)接的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備均可。

根據(jù)對(duì)功能的設(shè)計(jì)，如果想要實(shí)現(xiàn)整個(gè)學(xué)校的學(xué)生定位在設(shè)備上需要大量的有源RFID讀寫(xiě)器和全校覆蓋的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，在管理上需要學(xué)習(xí)者的同意才能夠采集位置數(shù)據(jù)，這在資金和倫理上基本都是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的?？紤]到學(xué)?，F(xiàn)狀，在功能設(shè)計(jì)中僅將教室作為每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端的安放位置，可以節(jié)省大量不必要的經(jīng)費(fèi)支出，同時(shí)也能確保只是在教室上課的時(shí)候才會(huì)采集學(xué)生們的位置數(shù)據(jù)。每一個(gè)數(shù)據(jù)采集終端最終會(huì)將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的數(shù)據(jù)匯總至核心數(shù)據(jù)庫(kù)。

3智慧一卡通學(xué)生管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)分析

1）需求分析

目前的高校中，對(duì)考勤的人為管理仍然占大多數(shù)，耗時(shí)久、效率低、公平性差，所謂考勤管理基本形同虛設(shè)。而智慧一卡通學(xué)生管理系統(tǒng)可以針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的處理和系統(tǒng)的展示，從源頭上解決了在傳統(tǒng)考勤中的一系列問(wèn)題，可以極大地提高教務(wù)人員和教師的工作效率，并在獎(jiǎng)學(xué)金評(píng)定和評(píng)優(yōu)中提供公平合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2）可行性分析

本系統(tǒng)獲得的基本數(shù)據(jù)會(huì)一直存儲(chǔ)在服務(wù)器中，教師也有權(quán)限對(duì)一些錯(cuò)誤進(jìn)行修改，得到數(shù)據(jù)客觀公正，可以為學(xué)校有關(guān)職能部門(mén)節(jié)省大量的人力物力，系統(tǒng)所帶來(lái)收益遠(yuǎn)大于投入經(jīng)費(fèi)，所以在經(jīng)濟(jì)上是可行的；系統(tǒng)使用SQLserver數(shù)據(jù)庫(kù)，方便同學(xué)校數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)接，開(kāi)發(fā)選擇XAMPP的PHP語(yǔ)言環(huán)境，可以在Windows系統(tǒng)和Linux系統(tǒng)上運(yùn)行，開(kāi)發(fā)工具選擇小巧的notepad++完成，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在技術(shù)上是可行的；根據(jù)國(guó)家信息化發(fā)展要求，高校需要加快對(duì)校園信息化的建設(shè)速度，而本系統(tǒng)的制作也是為了方便學(xué)校的管理且不涉及到太多學(xué)生的隱私數(shù)據(jù)，不存在倫理性問(wèn)題，所以社會(huì)可行性也較高。

3.2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1）智慧一卡通系統(tǒng)用戶角色設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分為8級(jí)管理員，各類角色之間的關(guān)系如圖1所示。

學(xué)習(xí)部管理員：主要權(quán)限是在每年評(píng)獎(jiǎng)學(xué)金是提供查詢本院同學(xué)考勤的接口用于判斷評(píng)獎(jiǎng)學(xué)金時(shí)是否可以拿到全勤的20分，并且給每一個(gè)班下發(fā)全勤人員名單。

學(xué)風(fēng)督查小組：主要權(quán)限是在每年評(píng)獎(jiǎng)學(xué)金是提供查詢本院同學(xué)考勤的接口用于監(jiān)督評(píng)獎(jiǎng)學(xué)金的考勤評(píng)分是否按照系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行。

學(xué)委：主要權(quán)限為查看班級(jí)近四周，本月的考勤情況，用于每周根據(jù)上課實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，若不對(duì)則向院級(jí)管理員或者班主任提交申請(qǐng)，并且每周將記錄交由班主任進(jìn)行審閱，在每年評(píng)獎(jiǎng)學(xué)金期間查詢記錄對(duì)曠課和遲到早退的同學(xué)按照要求扣分。

班主任：主要權(quán)限為可以修改本班同學(xué)的考勤情況，可以更換學(xué)委，用于每周核對(duì)學(xué)委上交的記錄，并對(duì)與事實(shí)不符的情況進(jìn)行修改，根據(jù)記錄對(duì)缺勤次數(shù)多的同學(xué)開(kāi)展談心活動(dòng)。

任課老師：主要權(quán)限為可以修改修本門(mén)課程同學(xué)在本門(mén)課的考勤情況，用于臨時(shí)請(qǐng)假。如果臨時(shí)調(diào)整教室上課，可以在開(kāi)課之前向院級(jí)管理員提出申請(qǐng)或課程結(jié)束補(bǔ)交申請(qǐng)。

課程管理員：主要權(quán)限為修改公選課的授課教室，用于負(fù)責(zé)所屬公選課的調(diào)課和教室調(diào)整情況。

院級(jí)管理員：主要權(quán)限是可以修改本院同學(xué)的考勤情況，可以設(shè)置學(xué)習(xí)部管理員和學(xué)風(fēng)督查小組查看考勤的時(shí)限和成員，可以臨時(shí)修改某節(jié)課某門(mén)課的授課教室，用于受理老師更改課程的申請(qǐng)以及。

校級(jí)管理員：主要權(quán)限是可以通過(guò)評(píng)議任命新的院級(jí)管理員，以及根據(jù)人事變動(dòng)變更任課老師和班主任。

2）智慧一卡通系統(tǒng)用戶業(yè)務(wù)關(guān)系與流程設(shè)計(jì)

與本系統(tǒng)有關(guān)的業(yè)務(wù)主要包括4個(gè)方面：①教室變更；②學(xué)生請(qǐng)假；③查看記錄；④信息預(yù)置。本系統(tǒng)中各類角色的業(yè)務(wù)關(guān)系如表1所示。

本系統(tǒng)業(yè)務(wù)總體流程如圖2所示。

由于本系統(tǒng)另有一套硬件自動(dòng)運(yùn)行的考勤機(jī)制，所以在此只將智能一卡通系統(tǒng)視做讀取考勤信息的系統(tǒng)。

①“教室變更功能”是通過(guò)院級(jí)管理員或者課程管理員實(shí)現(xiàn)的，他們兩者負(fù)責(zé)核對(duì)教室是否真實(shí)變動(dòng)，對(duì)課時(shí)教室表進(jìn)行更新。

②“學(xué)生請(qǐng)假功能”是由任課老師或者班主任完成，他們兩者負(fù)責(zé)核對(duì)學(xué)生提交的申請(qǐng)是否有效，根據(jù)事實(shí)情況對(duì)違紀(jì)表進(jìn)行更新。

③“查看記錄功能”是每一級(jí)管理員都具有的功能，按照身份不同具備不同的查詢方式、查詢條件以及查詢權(quán)限，分為文字和圖像兩種展示方式。

④“信息預(yù)置功能”是指兩個(gè)方面：校級(jí)管理員在學(xué)期初對(duì)整個(gè)學(xué)期的時(shí)間和新學(xué)生信息進(jìn)行預(yù)置、課程管理員在學(xué)期末預(yù)置下學(xué)期的課程和教室信息。

本系統(tǒng)詳細(xì)業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

以下是第一層數(shù)據(jù)流程分析：

智慧一卡通學(xué)生管理系統(tǒng)的外部實(shí)體主要是系統(tǒng)管理員、任課教師和學(xué)生。任課教師和系統(tǒng)管理員通過(guò)登錄系統(tǒng)來(lái)按照不同條件查詢學(xué)生的出勤情況；學(xué)生可以查看自己的出勤情況以及向老師或者管理員提交請(qǐng)假申請(qǐng)。同時(shí)高級(jí)系統(tǒng)管理員可以通過(guò)系統(tǒng)對(duì)低級(jí)系統(tǒng)管理員進(jìn)行任免。詳情見(jiàn)圖4所示。

3）智慧一卡通系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第一層主要功能有考勤查看、學(xué)生請(qǐng)假、管理員變更和數(shù)據(jù)預(yù)置四個(gè)大功能，考勤查看是針對(duì)所有身份用戶開(kāi)放不同的查詢權(quán)限，方便各級(jí)管理員對(duì)學(xué)生的出勤狀況進(jìn)行監(jiān)督和管理；學(xué)生請(qǐng)假功能在學(xué)生端體現(xiàn)的主要是學(xué)委和學(xué)生管理員可以給考勤違紀(jì)的同學(xué)提交請(qǐng)假申請(qǐng)，而管理員或者老師即可在自己的賬號(hào)中對(duì)申請(qǐng)給予批準(zhǔn)或拒絕的回復(fù)，學(xué)生的考勤狀態(tài)也會(huì)隨之改變；管理員變更是針對(duì)高級(jí)管理員對(duì)低等級(jí)管理員進(jìn)行管理和添加的模塊；數(shù)據(jù)預(yù)置是在學(xué)期開(kāi)始前對(duì)課程、人員信息、時(shí)間等進(jìn)行前期數(shù)據(jù)預(yù)置的模塊，第一層次設(shè)計(jì)如圖5所示。

第二層次以考勤查看功能為例，考勤查看功能中分為不同的查詢模式，不同身份、等級(jí)權(quán)限不同。學(xué)生管理員可以查看的僅僅是本班的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，條件只有按每個(gè)人的姓名查詢；教師可以針對(duì)自己開(kāi)設(shè)的課程和上課班級(jí)查看學(xué)生考勤信息；高等級(jí)管理員可以通過(guò)學(xué)院和班級(jí)以及違紀(jì)情況對(duì)考勤記錄進(jìn)行查詢，如圖6所示。

存在第二層次的主要功能還有請(qǐng)假功能，主要是分為了向教師請(qǐng)假和向?qū)W院管理員請(qǐng)假的兩個(gè)方面，教師和管理員能夠看到的審核界面因?yàn)椴樵円?guī)則的不同也有很大的差異。

4智慧一卡通學(xué)生管理系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)

4.1系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)及開(kāi)發(fā)工具

本系統(tǒng)使用B/S結(jié)構(gòu)。

程序服務(wù)器端程序使用php語(yǔ)言編寫(xiě)，圖表顯示使用Highchart技術(shù)，服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)使用sqlserver2005。移動(dòng)端程序使用AngularJS的Jonic移動(dòng)端框架和ajax技術(shù)。數(shù)據(jù)采集端使用射頻識(shí)別技術(shù)。在本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中使用RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器代替集成在校園卡內(nèi)的射頻識(shí)別模塊。

程序代碼編寫(xiě)使用的是Windows操作系統(tǒng)下的一套文本編輯器Notepad++，數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)管理使用的是企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)管理軟件SQL Server 2005，PC端調(diào)試和發(fā)布使用的是一個(gè)開(kāi)放源代碼的網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器Apache。

4.2系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)

1）系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)

本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)重點(diǎn)體現(xiàn)在三個(gè)方面：

①網(wǎng)站并發(fā)訪問(wèn)性能。本課題準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)面向整個(gè)學(xué)校的智能考勤系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠做到在處理大量數(shù)據(jù)采集終端并發(fā)訪問(wèn)時(shí)，網(wǎng)站的各個(gè)功能模塊能夠正常穩(wěn)定地運(yùn)行，而不出現(xiàn)任何功能上的故障。

②數(shù)據(jù)處理性能。對(duì)考勤記錄的查看是本系統(tǒng)所有重點(diǎn)功能中的核心功能，只有效率高的系統(tǒng)才會(huì)有老師和學(xué)生愿意使用，也就毫無(wú)疑問(wèn)要求系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)處理的優(yōu)化程度有很高的要求。

③網(wǎng)站安全性能。作為一個(gè)在高校內(nèi)使用的系統(tǒng)，因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)中含有大量私人信息，一旦數(shù)據(jù)泄露將會(huì)造成災(zāi)難性的后果，所以在開(kāi)發(fā)時(shí)一定要保證網(wǎng)站的系統(tǒng)具備足夠的安全性，不會(huì)讓別有用心的人輕易獲取到數(shù)據(jù)。

2）開(kāi)發(fā)中的難點(diǎn)

本系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到了許多問(wèn)題，主要有以下幾點(diǎn)，以供讀到本文的研究者進(jìn)行借鑒：

①PHP技術(shù)同SQL SERVER 2005實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)接中出現(xiàn)的問(wèn)題。筆者以前在開(kāi)發(fā)其他系統(tǒng)時(shí)，所有涉及SQL SERVER2005數(shù)據(jù)庫(kù)的程序均使用PHPS.3以下自帶的mssql函數(shù)庫(kù)，但是由于本次開(kāi)發(fā)過(guò)程使用當(dāng)時(shí)最新版本的PHPS.6，所以需要在PHPinfo中添加新的sqlsvr pdo的支持。

②圖表制作中遇到的問(wèn)題。需要在頁(yè)面上展現(xiàn)圖表的數(shù)據(jù)信息，希望達(dá)到的目標(biāo)是在三級(jí)級(jí)聯(lián)全部選擇結(jié)束之后，圖表可以根據(jù)用戶的選項(xiàng)自動(dòng)生成。開(kāi)發(fā)中選用的是highchart插件，使用ajax技術(shù)實(shí)現(xiàn)三級(jí)聯(lián)動(dòng)，但是插件本身使用jquery編寫(xiě)，所以無(wú)法使用jquery實(shí)現(xiàn)在單頁(yè)上的生成，在發(fā)現(xiàn)自動(dòng)生成無(wú)法解決之后我被迫還是傳值給頁(yè)面，重新加載全部頁(yè)面調(diào)用的文件，雖然犧牲了一點(diǎn)用戶體驗(yàn)，但是實(shí)現(xiàn)了預(yù)計(jì)效果。

③運(yùn)行速度優(yōu)化的問(wèn)題。因?yàn)橄到y(tǒng)是面向全校的，所以數(shù)據(jù)庫(kù)是由22張數(shù)據(jù)表構(gòu)建而成，調(diào)用到的數(shù)據(jù)也是林林總總，在最初開(kāi)發(fā)完成之后，一個(gè)班級(jí)的考勤數(shù)據(jù)查詢時(shí)間達(dá)到了10秒之多，會(huì)給使用者帶來(lái)極其不好的使用體驗(yàn)，于是在系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，團(tuán)隊(duì)幾位成員對(duì)所有sql語(yǔ)句進(jìn)行重寫(xiě)，改為通過(guò)為存儲(chǔ)過(guò)程的方式獲取數(shù)據(jù)，重寫(xiě)之后查詢速度已經(jīng)控制在1秒左右。

④開(kāi)發(fā)移動(dòng)端程序時(shí)遇到的難題。開(kāi)發(fā)時(shí)考慮到制作移動(dòng)端APP，能夠更方便學(xué)校教務(wù)人員和各級(jí)管理員的查看。由于團(tuán)隊(duì)中并沒(méi)有能夠開(kāi)發(fā)原生iOS和安卓APP的相關(guān)人才，所以如果現(xiàn)學(xué)技術(shù)成本會(huì)非常高，所以團(tuán)隊(duì)使用了iquerymobile技術(shù)去實(shí)現(xiàn)，后期因?yàn)樾Ч焕硐胨愿臑槭褂胕onic進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在完成大部分功能后由于安全性等多方面原因放棄了移動(dòng)端的開(kāi)發(fā)，轉(zhuǎn)而在電腦端使用bootstrap布局，在手機(jī)瀏覽器上也可以很好的使用本系統(tǒng)。

⑤RFID設(shè)備購(gòu)買(mǎi)問(wèn)題。準(zhǔn)備階段沒(méi)有發(fā)現(xiàn)本地有符合標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器，于是在互聯(lián)網(wǎng)上聯(lián)系了一家RFID設(shè)備廠商購(gòu)買(mǎi)設(shè)備，由于只購(gòu)置了一臺(tái)設(shè)備做測(cè)試用，后期的對(duì)接中出現(xiàn)了很多麻煩，包括價(jià)格和技術(shù)上的一些問(wèn)題。所以其他研究人員開(kāi)展相關(guān)的研究可以找物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的專業(yè)人員先行咨詢。

4.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的部分功能效果如圖6、圖7所示，圖6呈現(xiàn)了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的效果，圖7呈現(xiàn)的是移動(dòng)端部分功能界面。

5智慧一卡通學(xué)生管理系統(tǒng)算法擴(kuò)展

5.1算法擴(kuò)展的意義

現(xiàn)代高校中，由于圖書(shū)館進(jìn)出借閱、食堂吃飯、浴室洗澡、超市購(gòu)物等等方面都要用到一卡通，一卡通已經(jīng)深入到了學(xué)生們生活學(xué)習(xí)的方方面面。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以對(duì)學(xué)習(xí)者的違紀(jì)次數(shù)、時(shí)間長(zhǎng)短等反映學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為特征的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效記錄，如果利用數(shù)據(jù)挖掘和統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)就這些數(shù)據(jù)加以分析，就可以找出考勤數(shù)據(jù)中隱藏的學(xué)生在學(xué)習(xí)行為方面的特點(diǎn)，可以將反饋出的數(shù)據(jù)呈獻(xiàn)給教師和學(xué)校教務(wù)人員作為成績(jī)?cè)u(píng)判、學(xué)業(yè)預(yù)警、學(xué)生管理的重要依據(jù)。

5.2算法實(shí)現(xiàn)的具體實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的所有前期工作都僅僅是將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和呈現(xiàn)，并沒(méi)有涉及相關(guān)的數(shù)據(jù)分析，所以在設(shè)計(jì)主要功能完成并進(jìn)行優(yōu)化之后，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)利用數(shù)據(jù)挖掘和關(guān)聯(lián)性算法針對(duì)原始數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)分析功能模塊。

（1）智慧一卡通學(xué)生管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)預(yù)處理

本系統(tǒng)由于是面向整個(gè)學(xué)校的系統(tǒng)，采集次數(shù)多，得到數(shù)據(jù)龐雜，每天產(chǎn)生數(shù)據(jù)量在百萬(wàn)以上，在總數(shù)據(jù)庫(kù)中會(huì)有大量的缺失和數(shù)據(jù)噪聲問(wèn)題。所以在進(jìn)行學(xué)習(xí)者信息分析之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗非常有必要的。LOF算法（Local Outlier Factor，局部離群因子檢測(cè)方法），是基于密度的離群點(diǎn)檢測(cè)方法中一個(gè)具有代表性的算法。本項(xiàng)研究使用到了LOF算法對(duì)一個(gè)學(xué)生一節(jié)課程的數(shù)據(jù)進(jìn)行分簇，找到離群點(diǎn)后將其從所有數(shù)據(jù)中刪除，達(dá)到清洗目的。由于網(wǎng)絡(luò)上并沒(méi)有使用PHP語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的很完整的LOF算法，所以開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)在對(duì)該算法原理深入學(xué)習(xí)之后進(jìn)行了PHP實(shí)現(xiàn)。

（2）違紀(jì)關(guān)聯(lián)規(guī)則的研究及算法實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則是將數(shù)據(jù)集中不同的門(mén)類和屬性進(jìn)行分析和歸納，尋找其中的相似之處和關(guān)聯(lián)性，得到一些有價(jià)值的結(jié)論。在關(guān)聯(lián)規(guī)則中兩個(gè)度量是支持度和置信度。它們分別反映所發(fā)現(xiàn)規(guī)則的有用性和確定性。例如：一個(gè)班級(jí)內(nèi)遲到的同學(xué)同時(shí)也早退的關(guān)聯(lián)規(guī)則研究，它的支持度為4%，置信度為60%。這意味著所分析的所有數(shù)據(jù)的4%顯示早退和遲到同時(shí)發(fā)生在一個(gè)同學(xué)身上，置信度為60%說(shuō)明遲到的同學(xué)里面有60%也早退。只要這個(gè)關(guān)聯(lián)規(guī)則是滿足最小支持度閾值和最小置信度閾值，那么這個(gè)關(guān)聯(lián)規(guī)則是值得參考的。找出學(xué)生考勤數(shù)據(jù)中的關(guān)聯(lián)規(guī)則，有利于老師優(yōu)化教學(xué)方案，方便學(xué)校提出具有針對(duì)性的措施。

數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性分析是數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程中的一個(gè)較為重要的過(guò)程，關(guān)聯(lián)分析指的是找出隱藏在數(shù)據(jù)集中發(fā)現(xiàn)項(xiàng)之間的關(guān)系，Apriori是針對(duì)頻繁項(xiàng)集進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析的關(guān)聯(lián)算法。系統(tǒng)中使用了Apriori算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出數(shù)據(jù)的頻繁集，并將結(jié)論提供給教師和教務(wù)管理人員以圖示供其參考。頻繁集，即支持度大于最小支持度的項(xiàng)集。

（3）違紀(jì)聚類分析的研究及算法實(shí)現(xiàn)

聚類分析是數(shù)據(jù)處理的一個(gè)重要方面，聚類的概念：將物理或抽象對(duì)象的集合分成相似的對(duì)象類的過(guò)程。K-means算法是一種通過(guò)均值對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類的聚類算法，本研究中使用K-means算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分簇并進(jìn)一步分析，得到一個(gè)班規(guī)定時(shí)間內(nèi)優(yōu)秀、良好、不合格的學(xué)習(xí)者總數(shù)、違紀(jì)次數(shù)分別是多少。教師可以根據(jù)提供的數(shù)據(jù)對(duì)班級(jí)內(nèi)整體學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)情況制定新的策略，教務(wù)人員可以根據(jù)這個(gè)分組數(shù)據(jù)得到教學(xué)質(zhì)量同教師有關(guān)還是和學(xué)生有關(guān)的一個(gè)大致結(jié)果。

（4）學(xué)習(xí)異常的研究及算法實(shí)現(xiàn)

本項(xiàng)擴(kuò)展又可被稱為學(xué)習(xí)者違紀(jì)情況的離群點(diǎn)檢測(cè)，旨在將學(xué)生近期違紀(jì)情況同歷史情況和班級(jí)總體情況進(jìn)行綜合對(duì)比，當(dāng)其違紀(jì)情況波動(dòng)超出正常范圍時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)在相關(guān)模塊給對(duì)應(yīng)級(jí)別的管理員一個(gè)提示，將數(shù)據(jù)反饋給學(xué)院，使管理者可以在第一時(shí)間了解學(xué)生的思想動(dòng)態(tài)，在一定程度上防止校園事故的發(fā)生。這項(xiàng)分析依然是使用LOF算法進(jìn)行的，相較之于數(shù)據(jù)清洗只不過(guò)是將尋找離群點(diǎn)的范圍和深度由原始數(shù)據(jù)擴(kuò)展到了已經(jīng)整理好的數(shù)據(jù)上。

5.3數(shù)據(jù)分析模塊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果

違紀(jì)關(guān)聯(lián)模塊實(shí)現(xiàn)效果如圖11所示，違紀(jì)聚類分析模塊實(shí)現(xiàn)效果如圖12所示，學(xué)習(xí)異常分析模塊如圖13所示。

6總結(jié)

6.1本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中的主要特色

本系統(tǒng)創(chuàng)新性的結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和一卡通技術(shù)，在利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集數(shù)據(jù)的同時(shí)結(jié)合校園服務(wù)、教學(xué)輔助以及學(xué)生管理方面的具體應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，可擴(kuò)展性較強(qiáng)，可以為更多相關(guān)的研究人員提供經(jīng)驗(yàn)。另外，在開(kāi)發(fā)后期加入了算法分析模塊，利用不同算法對(duì)學(xué)生的考勤進(jìn)行了聚類、異常和關(guān)聯(lián)三個(gè)方面的深度挖掘，為相關(guān)研究提供了思路。

6.2本系統(tǒng)尚未考慮的問(wèn)題及后續(xù)工作

在功能上，該系統(tǒng)目前為止只分析了考勤情況本身所能展現(xiàn)出來(lái)的信息，聯(lián)系學(xué)校其他系統(tǒng)中的成績(jī)等其他信息還有很強(qiáng)的可擴(kuò)展空間；另外，系統(tǒng)只涉及考勤信息，后續(xù)研究人員可以對(duì)其他方面進(jìn)行擴(kuò)展，例如宿舍門(mén)禁和校園安全。在技術(shù)上，移動(dòng)端因?yàn)榘踩缘葐?wèn)題中途夭折，雖然可以直接用手機(jī)端訪問(wèn)網(wǎng)站，但是如果其他研究人員有APP開(kāi)發(fā)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可以對(duì)考勤系統(tǒng)的移動(dòng)端進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在標(biāo)準(zhǔn)上，現(xiàn)階段并沒(méi)有很成熟的可以應(yīng)用在教育方面的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致購(gòu)置設(shè)備時(shí)總會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，希望其他研究人員在進(jìn)行相關(guān)研究時(shí)能就相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行討論。