基于室內(nèi)外定位的電子學(xué)生證設(shè)備開發(fā)

摘 ?要：當(dāng)前，校園安全問題越來越引起人們的高度重視。本文針對(duì)學(xué)生安全問題，提出一種基于室內(nèi)外一體定位的電子學(xué)生證設(shè)備方案，該方案設(shè)備基于GPS、LBS、Wi-Fi定位，結(jié)合通信平臺(tái)、業(yè)務(wù)平臺(tái)和家長(zhǎng)端手機(jī)APP，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的實(shí)時(shí)跟蹤，提高家長(zhǎng)/學(xué)校的管理水平。設(shè)備附帶電話通信功能，可代替學(xué)生隨身攜帶手機(jī)，解決學(xué)生玩手機(jī)問題。

關(guān)鍵詞：電子學(xué)生證;室內(nèi)外定位;GPS;Wi-Fi;LBS

中圖分類號(hào)：TN92 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）17-0040-03

Abstract：Nowadays，people pay more and more attention to campus security. Aiming at the safety of students，this paper proposes a scheme of electronic student card equipment based on indoor and outdoor integrated positioning. This scheme is based on GPS，LBS，Wi-Fi positioning，combined with communication platform，business platform and parent-side mobile phone APP，to achieve real-time tracking of students and improve the management level of parents and schools. With the function of telephone communication，the device can replace the mobile phone that students carry with them to solve the problem of students playing with mobile phones.

Keywords：electronic student card;indoor and outdoor positioning;GPS;Wi-Fi;LBS

0 ?引 ?言

學(xué)校是培育青少年學(xué)習(xí)成長(zhǎng)的場(chǎng)所，也是社會(huì)的重要組成部分，安全穩(wěn)定是學(xué)校生存與發(fā)展的前提，校園安全是社會(huì)管理工作的重要組成部分，關(guān)系到千家萬戶甚至社會(huì)穩(wěn)定。但是，近年來校園里刑事、治安案件不時(shí)發(fā)生，案件的發(fā)生暴露出當(dāng)前治安形勢(shì)的問題嚴(yán)峻，使平安校園的建設(shè)成為擺在我們面前刻不容緩的問題。

基于學(xué)生安全需要和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景，推出電子學(xué)生證能有效解決社會(huì)需求。電子學(xué)生證結(jié)合學(xué)校安防可有效提升整體管理效力和安全質(zhì)量。每個(gè)學(xué)生證設(shè)備對(duì)應(yīng)唯一的EPC（Electronic Product Code）號(hào)、IMEI（International Mobile Equipment Identity）號(hào)、ICCID（Integrate Circuit Card Identity）號(hào)、手機(jī)號(hào)，其中EPC用于進(jìn)出校門進(jìn)行身份識(shí)別時(shí)使用，可以準(zhǔn)確記錄學(xué)生進(jìn)出校時(shí)間，由門衛(wèi)安保人員配合可杜絕與教學(xué)無關(guān)的人員進(jìn)入學(xué)校，避免各種校內(nèi)危險(xiǎn)發(fā)生。EPC、IMEI、ICCID、手機(jī)號(hào)與學(xué)生的學(xué)號(hào)、姓名、監(jiān)護(hù)人信息等綁定，用于與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合實(shí)現(xiàn)各種智能化管理功能。設(shè)備結(jié)合GPS+LBS+Wi-Fi室內(nèi)外定位技術(shù)，通過進(jìn)出校打卡記錄、電子圍欄、歷史定位軌跡、電話監(jiān)控、通話記錄、親情號(hào)碼、短信通知、SOS報(bào)警等技術(shù)，結(jié)合教學(xué)業(yè)務(wù)平臺(tái)、監(jiān)護(hù)人手機(jī)APP，將學(xué)生管理、家庭監(jiān)護(hù)、社會(huì)安防、緊急報(bào)警等結(jié)合在一起。使學(xué)校、學(xué)生、學(xué)生監(jiān)護(hù)人之間形成各種形式的信息交互，學(xué)校及監(jiān)護(hù)人能隨時(shí)查看學(xué)生的動(dòng)態(tài)信息，學(xué)生也能通過親情號(hào)碼隨時(shí)與綁定的手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行電話通訊。室內(nèi)外一體定位的電子學(xué)生證，為實(shí)現(xiàn)學(xué)生安全防護(hù)、家庭監(jiān)護(hù)、學(xué)生管理等高度信息化管理提供一種可行的解決方案。

1 ?整體架構(gòu)

整體架構(gòu)可分為通信服務(wù)器、Web業(yè)務(wù)服務(wù)器、監(jiān)護(hù)人手機(jī)APP、電子學(xué)生證設(shè)備這4個(gè)部分，如圖1所示，本文主要討論其中的電子學(xué)生證設(shè)備部分。

（1）通信服務(wù)器：通信服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心組成部分，它負(fù)責(zé)把Web業(yè)務(wù)服務(wù)器、監(jiān)護(hù)人APP、電子學(xué)生證設(shè)備這三者聯(lián)合在一起，是整個(gè)系統(tǒng)的核心處理部分。當(dāng)業(yè)務(wù)服務(wù)器或監(jiān)護(hù)人APP配置一個(gè)學(xué)生證設(shè)備參數(shù)，或者發(fā)起一個(gè)學(xué)生證設(shè)備請(qǐng)求時(shí)，通信服務(wù)器會(huì)通過TCP協(xié)議負(fù)責(zé)將命令從請(qǐng)求發(fā)起方傳達(dá)給命令接收方。

（2）Web業(yè)務(wù)服務(wù)器：Web業(yè)務(wù)服務(wù)器是為教學(xué)業(yè)務(wù)參與者提供業(yè)務(wù)功能的服務(wù)器，如學(xué)生的班主任或年段長(zhǎng)，可以通過它查看學(xué)生的各項(xiàng)信息，如：歷史定位軌跡、通話記錄、電話信息、監(jiān)護(hù)人信息等，也可以通過它來設(shè)置學(xué)生證設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)：如電子圍欄、親情號(hào)碼等。

（3）監(jiān)護(hù)人手機(jī)APP：監(jiān)護(hù)人手機(jī)APP是給學(xué)生家長(zhǎng)用的手機(jī)應(yīng)用，通過它可以設(shè)置設(shè)備親情號(hào)碼（各按鍵綁定哪個(gè)手機(jī)號(hào)）、設(shè)置電子圍欄、實(shí)時(shí)定位設(shè)備位置、查看設(shè)備歷史軌跡等。

（4）電子學(xué)生證設(shè)備：學(xué)生證是整個(gè)系統(tǒng)方案的基礎(chǔ)，它是一切安防管理的載體。設(shè)備使用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通過TCP與通信服務(wù)器保持長(zhǎng)連接來處理各項(xiàng)通信命令，設(shè)備上的EPC可作為門禁卡用于出入校門打卡，設(shè)備上的SOS、1、2、3鍵長(zhǎng)按/短按及雙擊/三擊/組合鍵等可用于SOS警報(bào)、手機(jī)親情號(hào)碼撥打功能，還可用于接聽/掛斷來電、調(diào)節(jié)音量、語音播報(bào)電量信息/未接來電信息/聯(lián)網(wǎng)信息等各項(xiàng)業(yè)務(wù)功能，設(shè)備帶有GPS、Wi-Fi、4G模塊可用于學(xué)生的位置定位，通過GPS+Wi-Fi+LBS三者結(jié)合可同時(shí)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外定位，設(shè)備通過定時(shí)定位上報(bào)服務(wù)器來生成歷史軌跡，也可以通過通信命令實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)位置定位功能。

2 ?軟件設(shè)計(jì)

本文僅討論其中的電子學(xué)生證設(shè)備部分軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，設(shè)備采用Linux系統(tǒng)基于龍尚SDK的方案開發(fā)，電子學(xué)生證設(shè)備的軟件功能組成如圖2所示。

軟件功能模塊說明如下：

（1）TCP通信模塊：設(shè)備通過手機(jī)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與通信服務(wù)器保持TCP長(zhǎng)連接，設(shè)備與Web業(yè)務(wù)平臺(tái)、手機(jī)APP間的業(yè)務(wù)通信都通過此模塊來完成通信。此部分主要完成的功能包括：建立TCP的socket長(zhǎng)連接，并且每過5分鐘發(fā)送一次心跳包給平臺(tái)進(jìn)行socket連接保活，socket發(fā)送數(shù)據(jù)包協(xié)議封裝，socket接收數(shù)據(jù)包后進(jìn)行協(xié)議解析等。

（2）通話功能：這部分主要是進(jìn)行接電話/打電話的業(yè)務(wù)功能，通過平臺(tái)對(duì)設(shè)備設(shè)置按鍵綁定號(hào)碼（SOS、1、2、3）及白名單號(hào)碼，設(shè)備可以接聽呼入的白名單及按鍵號(hào)碼，也可以通過長(zhǎng)按1、2、3按鍵打親情號(hào)碼，或者通過長(zhǎng)按SOS啟動(dòng)SOS警報(bào)打電話，設(shè)備每次接/打電話都會(huì)生成通話記錄，并上報(bào)給平臺(tái)。

（3）SOS告警功能：設(shè)備通過長(zhǎng)按SOS鍵，可以發(fā)起SOS告警，當(dāng)發(fā)起SOS告警時(shí)，設(shè)備撥打綁定的SOS電話并發(fā)送短信給綁定按鍵的親情號(hào)碼，上報(bào)定位信息（先上報(bào)Wi-Fi+LBS定位，然后啟動(dòng)GPS定位，如果能獲取到GPS信息則補(bǔ)報(bào)GPS定位）。

（4）短信功能：設(shè)備可以發(fā)送及接收短信，SOS告警時(shí)發(fā)送短信給各按鍵親情號(hào)碼，如設(shè)備在休眠模式時(shí)接收到短信會(huì)被喚醒并連接平臺(tái)。

（5）時(shí)間同步：當(dāng)設(shè)備成功登錄到服務(wù)器并認(rèn)證成功時(shí)，將設(shè)備的時(shí)間校驗(yàn)成平臺(tái)的時(shí)間。

（6）按鍵操作功能：設(shè)備帶有SOS、1、2、3這四個(gè)按鍵，按鍵用于一些基本的交互操作，如：長(zhǎng)按SOS鍵啟動(dòng)SOS告警，長(zhǎng)按1、2、3鍵撥打綁定的親情號(hào)碼;通話過程中短按2、3鍵用于調(diào)節(jié)聲音大小;短按1、2、3鍵接聽來電，短按SOS鍵用于掛電話;雙擊3鍵播報(bào)當(dāng)前電量百分比;開機(jī)狀態(tài)長(zhǎng)按SOS+1用于關(guān)機(jī);關(guān)機(jī)狀態(tài)長(zhǎng)按SOS用于開機(jī)等功能。

（7）指示燈功能：設(shè)備帶有紅+綠的兩個(gè)LED指示燈，用于一些狀態(tài)顯示，如：充電時(shí)紅燈亮表示未充滿，綠燈亮表示電充滿了;通話過程中綠燈長(zhǎng)亮;連接不上平臺(tái)時(shí)紅燈慢閃等。

（8）終端定位：設(shè)備支持Wi-Fi+LBS+GPS定位，設(shè)備上報(bào)位置信息后在業(yè)務(wù)平臺(tái)/家長(zhǎng)手機(jī)APP能看到學(xué)生位置;設(shè)備每20分鐘定時(shí)上報(bào)一次（用于記錄學(xué)生定位歷史軌跡功能），平臺(tái)或手機(jī)APP發(fā)起實(shí)時(shí)定位或設(shè)備發(fā)起SOS時(shí)也會(huì)進(jìn)行定位上報(bào);Wi-Fi+LBS能在室內(nèi)外各場(chǎng)合使用，GPS只適合室外定位且定位時(shí)間長(zhǎng)，但是它的精度比較高;通過這三種定位方式的結(jié)合能解決室內(nèi)外定位及定位精度的問題。

（9）電子圍欄：設(shè)備的GPS定位坐標(biāo)具有電子圍欄功能（Wi-Fi+LBS因?yàn)橐褂玫谌蕉ㄎ唤涌?，沒有在設(shè)備端做電子圍欄），能對(duì)設(shè)備在平臺(tái)設(shè)置的圓/多邊形電子圍欄區(qū)域內(nèi)進(jìn)行判斷是否越界（如圖3所示，圓：距離判斷法，多邊形：射線法），如果有越界時(shí)則上報(bào)平臺(tái)告知設(shè)備位置越界。

（10）參數(shù)設(shè)置：平臺(tái)可以設(shè)置設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，如：設(shè)備的按鍵綁定親情號(hào)碼、白名單號(hào)碼、設(shè)備的心跳時(shí)間間隔等。

（11）電量上報(bào)：設(shè)備一般每5分鐘（可更改）會(huì)向平臺(tái)上報(bào)一個(gè)心跳數(shù)據(jù)，在心跳包數(shù)據(jù)中加入設(shè)備當(dāng)前電量，這樣在平臺(tái)和APP中就能查看到設(shè)備的電量使用情況。

（12）內(nèi)核升級(jí)模塊/應(yīng)用升級(jí)模塊：設(shè)備應(yīng)用中加入了內(nèi)核/應(yīng)用程序的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程升級(jí)功能，設(shè)備在接收到平臺(tái)發(fā)送的升級(jí)命令后，解析出版本號(hào)、MD5、升級(jí)文件路徑等，判斷升級(jí)命令中的版本號(hào)與當(dāng)前設(shè)備本身的版本號(hào)，若版本號(hào)有更新則需要進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)，此時(shí)設(shè)備先下載遠(yuǎn)程FTP上的內(nèi)核/應(yīng)用程序，下載完成后進(jìn)行MD5校驗(yàn)，如果校驗(yàn)成功則進(jìn)行內(nèi)核/應(yīng)用升級(jí)。

3 ?應(yīng)用案例及效果

基于龍尚SDK下Linux方案的電子學(xué)生證設(shè)備項(xiàng)目全套研發(fā)完成，正常生產(chǎn)并推向市場(chǎng)。應(yīng)用市場(chǎng)主要為浙江和教育平臺(tái)、浙江和教育APP配套的學(xué)生證設(shè)備使用。該設(shè)備聯(lián)合平臺(tái)及APP，實(shí)際用于學(xué)校學(xué)生。為實(shí)現(xiàn)學(xué)生安全防護(hù)、家庭監(jiān)護(hù)、學(xué)生管理等高度信息化提供了一種可行的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)：第5版 [M].北京：高等教育出版社，2011.

[2] [美]W.Richard Stevens.UNIX環(huán)境高級(jí)編程：第2版 [M].張亞英，戚正偉，等譯.北京：人民郵電出版社，2006.

[3] 朱婧思，張煉.一種判斷觸點(diǎn)是否在不規(guī)則多邊形內(nèi)部的方法：CN201611091998.6 [P].2016-12-01.

[4] 吳巧.基于WIFI定位的電子學(xué)生證的研制 [J].安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，25（1）：34-37.

作者簡(jiǎn)介：曹禮玉（1985.07-），男，漢族，福建龍巖人，中級(jí)職稱，終端研發(fā)工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：電子。