基于北斗定位的学生智能管理物联网系统架构研究

杨岸　唐林杰

【摘 要】北斗导航系统是我国正在建设的全球卫星定位与通信系统。物联网是把各种物件与互联网连接起来，使传统网络从人与人的联系扩展到物与物、物与人的联系，是继计算机、互联网技术之后的又一个重要突破。一直以来，各层次学校在学生管理问题上不同程度存在位置难于掌控、逃课缺课及外出安全等问题。本文针对解决这些问题，提出了基于北斗定位的学生智能管理物联网系统的建设方案，并对系统的建设思想和功能模块进行阐述。

【关键词】北斗定位系统；物联网；学生管理；应用系统

Research on the Architecture of Intelligent Management System for Students Based on Beidou Positioning System

YANG An TANG Lin-Jie

（Hunan Institute of Information Technology， Changsha Hunan， 410151， China）

【Abstract】Beidou positioning system is a global satellite positioning and communication system which is being built in China. Internet of things is to connect a variety of objects with the Internet， so that the traditional network from the contact between people and people to expand the relationship with people， things and people， is following the computer， Internet technology and an important breakthrough. There are different degrees of position， difficult to control and out of safety problems such as truancy from schools of different levels in the student management issues. Aiming at solving these problems， this paper puts forward the construction scheme of the intelligent management system of Internet of things based on Beidou positioning system， and expounds the construction thought and function module of the system.

【Key words】Beidou positioning system；Internet of things；Student management；Application system

1 概述

1.1 北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统（ BeDou Navigation Satellite System，简称BDS）是我国独立自主研发、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的卫星定位与通信系统[1-2]。该系统由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，又称北斗二代导航卫星系统。2012年12月，北斗导航业务正式对亚太地区提供无源定位、导航和授时服务。目前在轨卫星21颗，预计2020年全面实现覆盖全球的导航能力，具有精确连续的三维位置定位、导航、测速、授时和短报文等基本功能。目前，在国家政府、企业的大力支持下，北斗导航定位系统在越来越多的民用项目中得到广泛的推广与应用。

1.2 物联网

物联网（Internet of Things）系统是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网的出现是互联网后信息技术的又一重大突破，它将网络从人与人之间的信息交互，扩展到物与物、人与物的信息交互，将大大提高社会信息化水平，必将实现数字化向智能化的过渡与提升[3-5]。

物联网中很重要的组成部分是其支撑系统，包括感知层和网络传输层等。目前，感知层常用的技术有射频识别、红外感应等，用以完成物品信息的收集并上传网络传输层；网络传输层则主要利用GSM、4G等移动网络将信息传送至相应的处理中心，进行分类处理。而北斗导航系统具有定位精度高、覆盖面广、用户容量大、实时性强等特点，既可以作为感知终端，也可以作为传输网络，因此北斗导航系统在各类物联网的建设中有着广阔的应用前景。

1.3 问题的提出

在教育系统各层次学校针对学生的管理当中，存在着一些固有的难题，有些问题长期困扰学校管理者、学校老师、学生家长，甚至包括学生自身，且难找到应对的办法。主要包括以下几个方面：

1）对于中小学学生而言，学生每天上学、放学路上的安全是一件令老师和家长十分牵挂的事情，如何防范中小学生路上安全隐患，一直是全社会关注的焦点[6]。

2）对于大学生而言，某些院校的学生存在较为突出的逃课、缺课现象，老师难以掌握大学生在校时间内的位置信息和有关情况，除了采取常规的思想教育和惩罚性管理措施外，根本上无法实现对学生位置的掌控。

3）近年来，发生了多起大学生放假期间校外失联事件，牵动着社会各方纷纷关注对于学生安全这一根敏感的神经，对于学生放假期间“身在何处”不得而知，以致予多起失联案例未得到及时救助而导致了严重的安全后果，社会影响强烈。

如果实时掌控学生在校和放假期间的实时位置和有关情况，确保学生的正常学习和人身安全，给信息化学生智能管理提出更高的要求。传统的管理方式和手段急需进行改善。这里，基于北斗导航定位功能，利用物联网技术，构建一个适用于各层次学生的安全定位管理系统，旨在保障学生的人身安全和财物安全。

2 基于北斗的学生智能管理物联网系统设想

2.1 系统总体规划

系统总体示意图如图1所示。图中表示一名携带智能学生卡的学生，他的实时地理位置信息被智能学生卡中的北斗定位芯片采集，同时可被学校大门处的射频系统识别从而捕捉学生的出入信息，并传输到互联网上的位置储存服务器中，班主任或者学生的家长可以通过电子计算机或者移动终端对服务器上存放的位置信息进行查询，以掌握学生的实时动向。

2.2 智能学生卡设计

智能学生卡的核心部分主要包括中心处理器模块、射频识别模块、北斗导航芯片、4G模块、ROM只读存储器五部分。其构成模块框图如图2所示。

中心处理器模块是负责系统数据处理的核心，同时具有数据存储和数据安全保护等功能。

北斗定位芯片，用来接收北斗导航系统卫星信号，采集学生的位置坐标信息。

射频识别模块，学生佩戴智能学生卡通过安装在校园门口嵌入式点对点远程非接触射频系统时，学生出入信息能够被有效捕捉，在系统后台自动生成持卡人的出入记录。

4G模块，用来传输数据，将中央处理器中的学生位置坐标数据传递到服务器的数据库中，以备查询管理系统进行查询管理。

ROM只读存储器用于存储学生的身份信息，标志值可以采用学生证号，通过统一的编码方式提前固化到 ROM只读存储器当中。

智能学生卡同时具备射频识别功能，通过校园门口的射频系统，识别学生身份，生成的出入信息，作为北斗实时定位功能补充，可以辅助校方及时发现学生的到校、迟到、早退等情况。当佩戴智能学生卡的学生进出学校时，其家长捆绑的手机可收到“您好，您的孩子XXX已进入校园”或“您好，您的孩子XXX已离开校园”的信息，实现学校、家长与孩子的位置信息沟通无障碍，让放心和关心变得“随时随地”。

该智能学生卡设置紧急求助功能，当持卡学生遇到绑架、抢劫，地震等危急情况时，可摁下红色求助按钮，其父母捆绑手机会立即收到该持卡学生的求助信息，信息内容显示为“您的小孩已发出一条求助信息，地址是XXXX”。持卡学生的父母可根据信息判断持卡人的安全状态是否真实，是否选择报警。学生家长可通过手机及时获取准确的求助位置，有利于处置异常情况、不延误处置解救时机，确保学生的安全。

2.3 系统功能设计

基于北斗的学生智能管理物联网系统主要由学生定位管理系统、校园管理系统、家长实时查询系统三大部分组成，如图3所示。系统采用北斗卫星定位系统对学生位置等相关信息进行采集，通过互联网及云计算对数据信息进行分析管理，从而实现家长对子女的远程位置査询、轨迹回放等重要功能。

家长在任何时候使用绑定手机编辑信息发送至智能学生卡的特定电话号码，系统后台将向家长绑定手机号码自动回复智能学生卡的位置信息，内容为“您的小孩的学生卡所在的位置：在XXX附近”，满足家长随时随地了解自己孩子所处位置和状态。家长还可以登录智能学生卡定位平台查询孩子的行踪轨迹，随时知道孩子的行踪路线。

另外，智能学生卡还可兼具手机语音通话功能，学生可以跟绑定的家长号码进行通话，设置的白名单都可以拨打智能学生卡电话，学生可以接听，但上课隐身时间段，所有的号码都不能拨打智能学生卡，学生卡也拨不出任何电话。这样，家长和孩子既可以随时沟通，还可以保证上课时间不打扰孩子的学习。此外，还可以将作业功能嵌入，强化智能化、集成化。

3 结束语

本文对北斗导航系统、物联网等技术进行了简单介绍，对学生定位管理物联网系统进行了需求分析，确定了基于北斗定位的学生智能管理物联网系统的架构，具体包括：学生定位管理、校园安全管理、查询统计以及学生信息的管理功能等。提出了一个对学生实时位置的掌控和管理的智能定位系统的设想，从根本上解决了老师及家长能够实时掌握孩子位置信息的难题，为学校的校园安全管理和学生的安全提供了便利和保障。

【参考文献】

[1]刘传润.北斗卫星导航定位系统的功能原理与前景展望[J].中国水运，2008，8（1）：165-166.

[2]潘程吉，汪勃.北斗导航系统在物联网中的应用展望[J].遥测遥控，2011，32（6）：14-17.

[3]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报，2009，23（12）：1-7.

[4]诸瑾文，王艺.从电信运营商角度看物联网的总体架构和发展[J].电信科学，2010（4）：1-5.

[5]刘强，崔莉，胨海明.物联网关键技术与应用[J].计算机科学，2010，38（11）：1-4.

[6]李震，李良荣.基于物联网的学生定位管理系统方案[J].贵州大学学报（自然科学版），2012，29（5）：101-104.

[责任编辑：朱丽娜]