基于網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)的高校學(xué)生管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

呂學(xué)明

（山西旅游職業(yè)學(xué)院 山西 太原 030031）

0 引言

依據(jù)高等職業(yè)院校學(xué)生管理工作的需要，學(xué)校對(duì)學(xué)生的日常在校情況需要進(jìn)行監(jiān)管與考核，并且高等職業(yè)院校的學(xué)生管理工作具有一定的特殊性，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：（1）高等職業(yè)院校面向全社會(huì)招生，涉及的人員類別復(fù)雜，對(duì)學(xué)院學(xué)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(xué)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(xué)生實(shí)習(xí)就業(yè)的安全管理難以得到可靠保障；（3）學(xué)?；顒?dòng)多，社會(huì)活動(dòng)、專業(yè)活動(dòng)、文化活動(dòng)、競(jìng)技比賽等形式多樣，學(xué)生管理涉及部門、人員交互頻繁，學(xué)生管理信息難以及時(shí)同步更新，管理漏洞多。為解決以上問(wèn)題，高校學(xué)生管理系統(tǒng)在提供學(xué)生日常教學(xué)考勤管理功能基礎(chǔ)上，增加了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)（World Wide Web Geographic Information System，WEBGIS）定位功能，能夠高效準(zhǔn)確地收集和記錄學(xué)生的考勤信息，使得學(xué)生的日常教學(xué)考勤管理工作不再受到時(shí)間與空間的限制，大大提高了高職院校學(xué)生管理工作的有效性，同時(shí)為高職院校的學(xué)生管理工作的后續(xù)改進(jìn)提供了有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 WEBGIS核心技術(shù)概述

1.1 WEBGIS技術(shù)

WEBGIS技術(shù)是一種基于全球廣域網(wǎng)（World Wide Web，Web）服務(wù)實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）定位功能的技術(shù)，其依托Web平臺(tái)，采用網(wǎng)絡(luò)雙向通信協(xié)議（World Wide Web Socket，WebSocket）通信[1]，具有良好的跨平臺(tái)性，并能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸[2]。WEBGIS所具備的應(yīng)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(xué)生管理系統(tǒng)主要應(yīng)用的是WEBGIS技術(shù)中的地圖查詢功能，通過(guò)調(diào)用移動(dòng)客戶端的地圖接口，獲取用戶的定位信息，以確定用戶當(dāng)前所處區(qū)域，并將相關(guān)的地理信息采集到系統(tǒng)當(dāng)中。

WEBGIS采用分層式架構(gòu)部署，包括前端表示層、后端服務(wù)層與數(shù)據(jù)處理層[3]。其中，前端表示層基于移動(dòng)端Web瀏覽器進(jìn)行訪問(wèn)，通過(guò)JavaScript的OpenLayers類庫(kù)實(shí)現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)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(wù)層包括Web與GIS兩種服務(wù)，Web服務(wù)用于實(shí)現(xiàn)前端頁(yè)面與數(shù)據(jù)庫(kù)之間一般信息的數(shù)據(jù)傳輸與交互以及邏輯事件的實(shí)時(shí)處理。GIS服務(wù)用于實(shí)現(xiàn)地理數(shù)據(jù)的發(fā)布，要求其兼容主流的網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)，并對(duì)常見的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理?；诘乩矸?wù)器（Geography Server，GeoServer）開源架構(gòu)能夠較好地解決這些問(wèn)題，并且提供了一套桌面程序框架用于對(duì)底層數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，經(jīng)過(guò)編輯的數(shù)據(jù)會(huì)生成配套的風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)信息。

1.2 移動(dòng)端WEB開發(fā)技術(shù)

移動(dòng)端WEB開發(fā)技術(shù)主要包括移動(dòng)端WEB前端開發(fā)與移動(dòng)端WEB后端開發(fā)。前端開發(fā)最為主流的開發(fā)技術(shù)包括HTML5、CSS、PHP、Javascript等，目前較為流行的設(shè)計(jì)框架為 MVC分離式設(shè)計(jì)架構(gòu)，該架構(gòu)能夠?qū)㈨?yè)面樣式、交互、數(shù)據(jù)通信等功能進(jìn)行松耦合搭建，實(shí)現(xiàn)了頁(yè)面控制與頁(yè)面樣式的分離，大大提高了頁(yè)面代碼的復(fù)用率及開發(fā)效率，且極易進(jìn)行前端頁(yè)面的樣式更新與功能迭代。頁(yè)面后端開發(fā)最為主流的開發(fā)技術(shù)大都以Java為核心。開發(fā)框架有面向企業(yè)級(jí)的Java EE（Java Platform Enterprise Edition）框架，以及輕量級(jí)的SpringBoot開源框架等。SpringBoot針對(duì)Spring框架、XML語(yǔ)言等進(jìn)行了簡(jiǎn)化，依賴于Java平臺(tái)運(yùn)行。SpringBoot還提供了兩個(gè)核心策略，即“開箱即用”策略和“約定優(yōu)于配置”策略，通過(guò)通用的事務(wù)處理框架，采用注解方式替代XML配置，大大簡(jiǎn)化了軟件開發(fā)環(huán)境的配置工作，具有極強(qiáng)的軟件兼容性與運(yùn)行穩(wěn)定性。

2 高校學(xué)生管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)需求分析

高校學(xué)生管理系統(tǒng)主要通過(guò)移動(dòng)端進(jìn)行學(xué)生相關(guān)信息的采集，包括學(xué)生的班級(jí)、學(xué)號(hào)、姓名、性別、年級(jí)、在校狀態(tài)、課程信息、實(shí)習(xí)狀態(tài)、參加活動(dòng)登記信息、定位打卡信息等；再通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)現(xiàn)兩種模式下的數(shù)據(jù)傳輸，一種為非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，一種為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；由服務(wù)器端數(shù)據(jù)管理模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與維護(hù)；并最終通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合管理。

高校學(xué)生管理系統(tǒng)面向的用戶主要有三類：負(fù)責(zé)學(xué)生管理的相關(guān)工作人員、輔導(dǎo)員、學(xué)生。三類用戶對(duì)系統(tǒng)的功能需求也不盡相同。學(xué)生端主要是完成個(gè)人定位信息的采集，并可以通過(guò)其個(gè)人賬號(hào)查看本人的錄入數(shù)據(jù)；輔導(dǎo)員端主要負(fù)責(zé)班級(jí)學(xué)生信息的錄入、核對(duì)、編輯、修改、刪除，并可以班級(jí)為單位進(jìn)行學(xué)生數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析；管理人員端主要負(fù)責(zé)系部學(xué)生信息的錄入、核對(duì)、編輯、修改、刪除，并可以系部為單位進(jìn)行學(xué)生數(shù)據(jù)的備份、管理，匯總分析。

結(jié)合WEBGIS技術(shù)，本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的學(xué)生定位信息采集與傳輸，利用地理空間數(shù)據(jù)與學(xué)生的其他登記信息進(jìn)行匹配，匹配一致則提示學(xué)生狀態(tài)為正常，匹配不一致，將通過(guò)服務(wù)端向輔導(dǎo)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(huì)向管理人員推送異常提醒消息。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

高校學(xué)生管理系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，基于移動(dòng)Web端實(shí)現(xiàn)學(xué)生考勤信息采集功能，其中人員位置信息的采集通過(guò)WEBGIS的定位功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1。

應(yīng)用表示層采用PHP+HTML+CSS框架搭建前端的Web頁(yè)面，GIS功能的應(yīng)用通過(guò)調(diào)用JavaScript的OpenLayers類庫(kù)來(lái)實(shí)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(yè)面還采用了Vue技術(shù)，它將GIS服務(wù)與WEB應(yīng)用中JavaScript類庫(kù)操作進(jìn)行了有效結(jié)合，通過(guò)Vue框架能夠輕松實(shí)現(xiàn)前端頁(yè)面顯示全局的一個(gè)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(guò)這些接口即可快速進(jìn)行地理信息可視化數(shù)據(jù)的分層管理、Map查詢、實(shí)時(shí)圖像渲染等功能的調(diào)用，大大簡(jiǎn)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(biāo)準(zhǔn)與HTTP傳輸相結(jié)合的方式與服務(wù)端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，一方面彌補(bǔ)了HTTP傳輸模式下實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)延時(shí)、并發(fā)響應(yīng)處理能力差等問(wèn)題；另一方面非實(shí)時(shí)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(luò)負(fù)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(wù)，事件處理又區(qū)分為面向前端的請(qǐng)求事件與響應(yīng)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(bào)錯(cuò)等事件的處理。數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)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(wù)模塊中，系統(tǒng)配置了相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，用于解決實(shí)時(shí)信息傳輸延時(shí)的問(wèn)題。針對(duì)的是用戶定位信息的實(shí)時(shí)判定，如用戶從前端頁(yè)面提交信息后，頁(yè)面刷新延時(shí)導(dǎo)致用戶無(wú)法判定是否提交數(shù)據(jù)成功時(shí)，可能會(huì)進(jìn)行重復(fù)提交，這時(shí)邏輯層如果成功接收到了數(shù)據(jù)，會(huì)在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中以對(duì)其“已提交”標(biāo)記，用戶再次提交的數(shù)據(jù)通過(guò)與數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)的標(biāo)記進(jìn)行比對(duì)，會(huì)做出相應(yīng)的駁回處理。邏輯處理層部署有Web服務(wù)器、GIS服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，其中GIS服務(wù)器主要用于進(jìn)行地理信息的格式轉(zhuǎn)換與發(fā)布，通過(guò)GeoServer的功能調(diào)用可以進(jìn)行圖像化的地理信息發(fā)布。

數(shù)據(jù)層用于存儲(chǔ)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(wù)數(shù)據(jù)，因此系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)句數(shù)據(jù)庫(kù)（My Structured Query Language，MySQL）與Geodatabase數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)兩類數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。其中，Geodatabase主要用于構(gòu)建地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。Geodatabase提供有地圖數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)等基礎(chǔ)地理信息的存儲(chǔ)功能，以及相關(guān)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(cè)、交通道路等。它支持多種格式類型的數(shù)據(jù)集，例如測(cè)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(shè)計(jì)

高校學(xué)生管理系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)主要分為三大模塊：（1）打卡簽到功能；（2）學(xué)生管理工作的政策宣傳、學(xué)生管理相關(guān)消息的發(fā)布以及學(xué)生守則學(xué)習(xí)功能；（3）用戶管理功能。功能設(shè)計(jì)圖見圖2。

簽到打卡功能：主要包括用戶基本日?？记谛畔⒌牟杉c地理定位信息的采集以及考勤信息統(tǒng)計(jì)查看等功能，除了采集用戶的出勤時(shí)間等信息，地理定位信息通過(guò)WEBGIS自動(dòng)獲取，并依據(jù)用戶移動(dòng)設(shè)備的位置變動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染。最后用戶還可以查看自己的打卡統(tǒng)計(jì)信息，同時(shí)為輔導(dǎo)員用戶提供班級(jí)學(xué)生打卡信息統(tǒng)計(jì)功能。

政策宣傳、學(xué)生守則學(xué)習(xí)功能：用于宣傳和更新一些最新的學(xué)生管理相關(guān)信息，并設(shè)置了問(wèn)答模塊，增加用戶學(xué)習(xí)學(xué)生守則的趣味性、互動(dòng)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(yàn)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(xué)號(hào)、真實(shí)姓名、身份證號(hào)、所屬系部與班級(jí)等。同時(shí)系統(tǒng)還為輔導(dǎo)員提供了用戶信息統(tǒng)計(jì)功能。

3 學(xué)生管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)

服務(wù)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(chǔ)500 GB。由于WEBGIS帶有三維地理圖像的實(shí)時(shí)渲染功能，為了便于系統(tǒng)功能的后續(xù)擴(kuò)展，需要配置獨(dú)立顯卡，顯存4G以上。

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

移動(dòng)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(shí)現(xiàn)

3.2.1 用戶登錄界面

采用用戶名+密碼的驗(yàn)證方式進(jìn)行登錄，分為學(xué)生賬號(hào)、輔導(dǎo)員賬號(hào)、管理人員賬號(hào)，學(xué)生端用戶名為其學(xué)號(hào)，輔導(dǎo)員端及管理人員端用戶名為其教工號(hào)，初始密碼由系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置，不提供用戶注冊(cè)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(xué)生的日常考勤相關(guān)信息，需由用戶手動(dòng)錄入。定位信息通過(guò)GIS自動(dòng)定位功能獲取，并在界面中提供了地圖顯示功能，實(shí)時(shí)顯示用戶的定位信息，經(jīng)用戶確認(rèn)后可將信息提交上傳至服務(wù)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(xué)習(xí)問(wèn)答界面

提供題庫(kù)，題庫(kù)中共有58道學(xué)生守則相關(guān)的知識(shí)問(wèn)答題，每次刷新界面隨機(jī)從題庫(kù)中抽取5道題進(jìn)行問(wèn)答。該功能僅為增加用戶的學(xué)習(xí)興趣，不做分?jǐn)?shù)的累計(jì)統(tǒng)計(jì)。

3.2.5 考勤信息統(tǒng)計(jì)界面

主要提供了針對(duì)學(xué)生用戶的個(gè)人考勤天數(shù)的信息統(tǒng)計(jì)，針對(duì)班級(jí)范圍、系部范圍、學(xué)院范圍內(nèi)的打卡人數(shù)和未打卡人數(shù)統(tǒng)計(jì)，以及考勤報(bào)警、異常數(shù)據(jù)等信息的統(tǒng)計(jì)。并依據(jù)用戶權(quán)限不同，可分別用于查看個(gè)人、班級(jí)范圍、系部范圍、學(xué)院范圍的統(tǒng)計(jì)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(zhǔn)用戶真實(shí)身份的信息需具有特殊權(quán)限用戶批準(zhǔn)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(hù)消息等。也可以由輔導(dǎo)員端、管理人員端向指定學(xué)生用戶發(fā)布通知內(nèi)容。

4 結(jié)語(yǔ)

為了有效提高高等職業(yè)院校學(xué)生管理工作的工作效率，確保學(xué)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(shù)站靠深入研究，并嘗試設(shè)計(jì)與開發(fā)了一個(gè)基于WEBGIS定位技術(shù)的高校學(xué)生管理系統(tǒng)，通過(guò)移動(dòng)端WEB端進(jìn)行每日的學(xué)生考勤信息采集，并借助WEBGIS定位技術(shù)實(shí)時(shí)獲取學(xué)生的地理位置信息，采用專用的數(shù)據(jù)庫(kù)管理工具Geodatabase進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，為扎實(shí)有效地開展高校學(xué)生管理工作提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。