基于航天信息技术的智慧校园构想

一、引言

随着云计算、移动互联、大数据分析、物联网等先进的信息化技术不断发展，由数字化校园向智慧校园的过渡已成为教育信息化发展的必然趋势[1]。近年来，校园暴力殴打、性侵、火灾、拐骗等恶性事件层出不穷，学生失踪、被绑架等安全问题屡见报端，多名儿童涉嫌被倒卖器官等原因导致非正常死亡，成千上万的家庭蒙受不可承受的伤害。为了提高校园场所和师生人身安全，便于校方和家长实时了解学生状态，优化校园管理，建设智慧校园刻不容缓。

应用了北斗导航卫星、遥感卫星的航天信息技术为智慧校园建设提供了很好的技术保障。若把以定位、监控、通信、计算机网络为代表的航天信息技术运用到智慧校园建设和校园管理工作中，将会调动各方面力量，扩大网络覆盖面，提高系统整体性能，将会提升信息网络系统的安全性和可靠性，实现校园网络化办公、信息化管理，优化校园内信息流和业务流，整合校园内信息化资源，增加网络应用服务项目，提高工作效率和校园管理水平，推进校园法制化、科学化、社会化、信息化和现代化建设[2]。

2010年，浙江大学提出“智慧校园”的概念，涵盖了无处不在的网络学习、融合创新的网络科研、透明高效的校务治理、丰富多彩的校园文化、方便周到的校园生活。简言之，智慧校园是一个安全、稳定、环保、节能的校园。2015年，教育部、公安部联合提出建设校园安防标准化体系，实现公安联网；设立校警岗位实现一键报警；完善电子巡更制度，建立考核督导体系，定期进行应急疏散演练；严格落实行政、刑事责任等一系列举措。然而，目前在智慧校园建设和校园管理中仍然存在诸如门禁管理费时拥堵、学生管理有盲点、学生安全设施不足、学生带手机影响课堂秩序、学生上（放）学途中监管空白、学生安全责任难以界定等一系列问题。

针对上述问题，本文提出以卫星遥感、数据服务、北斗导航定位位置服务等航天信息技术为基础，建设智慧校园的构想：构想建立学生安全位置服务平台、家校互动服务平台和学校服务平台，实现学生位置查询、电子签到、SOS紧急求救等功能，优化校园管理，便于家长实时掌握学生状态。旨在为学生提供更为安全的学习环境，为家长提供更为有效监控手段，提高校园管理水平，推动校园法制化、科学化、社会化、信息化和现代化。

二、两种典型的航天信息技术

1.卫星遥感技术

遥感技术是指用一些间接的手段去获得目标状态和特征的方法。遥感卫星对地面进行观测的工作原理，是指利用遥感卫星的成像载荷，对大地上产生不同波谱的各类物体进行成像，并存储、传输、运算并进行判断和识别，感知目标的某些特性并加以分析，从中获取重要信息，为航海、农业、气象、资源、环境、行星科学等各类领域提供服务。

地理信息系统又被称为“地学信息系统”，简称GIS，是结合地理学与地图学，借助于计算机的软硬件系统，对地球表层及大气层空间中的和地理分布相关的数据进行收集、抽样、滤波、存储、运算、分析、展示的信息管理系统。

经历数十年发展，遥感技术已在多个领域得到广泛应用。

2.卫星导航技术

北斗卫星导航系统是自主运行的四大全球卫星导航系统之一，是重要的空间信息基础设施，组网建设形成能够覆盖全球的北斗导航星座，为全球用户提供定位、测试、授时、短信报文通信等功能。星座向用户提供开放的位置服务和授权服务。开放的服务将向用户提供免费的授时、定位和测速服务，授权服务将向授权用户提供更稳定、更高精度、更安全的导航定位服务信息。

基于位置的服务（LBS）将卫星定位系统和移动通信网络有机地结合在一起，通过定位技术来获取移动终端的位置信息（例如纬度经度坐标），从而为终端用户提供各类位置相关的服务；通信服务是通过用户或他人提供其相关位置，在移动通信和卫星定位技术整合基础上获得相关移动的位置信息。 北斗卫星导航系统拥有着导航和通信相结合的自身特点。

近年来，越来越多的学校建成了网络数字校园，智慧校园在此基础上应运而生。智慧校园将学校内的资源统一起来，为师生的学习和生活提供了更加方便和现代化的环境。北斗导航定位功能目前主要应用于虚拟校园、课程助手、活动助手、电子围栏及一键求助等五个方面[3]。传统的地图对学校的地理环境描述和路线规划中，经常会出现定位不准确的问题，结合北斗系统进行信息的精确采集，建立专门的校园地图[4]。针对由于建筑物遮挡等问题而出现的信号较弱的情况，学校可以用网络全覆盖的方式来解决，使之更加准确有效[5]。

三、基于航天信息技术的智慧校园构想

基于卫星遥感、北斗卫星导航定位等航天信息技术，本文提出智慧校园总体构想如图1所示，主要包括学生安全位置服务平台、家校互动服务平台和学校服务平台。

1.学生安全位置服务平台

图1 智慧校园总体构想

对学生来说，安全位置服务具有校内外一体的安全支持功能，同时，移动客户端（APP）平台能够对校外重点地区实现热点覆盖、实时监护、学生位置查询，能有效地保障学生安全、健康地成长，具备以下功能[6]：

1）实时定位。当家长或班主任想知道学生的具体位置时，通过APP即可获得学生当前位置。系统采用北斗优先、GPS辅助、基站、WiFi四重方式精准获取学生的位置[7]。

2）电子签到。学生安全位置服务平台采用了长距离射频识别（RFID）技术，保证了学生出入校门的识别率并避免了门禁系统拥塞、耗时等问题。通过手机APP的短信提醒功能，家长可以明确地了解到学生进出校园的时间。若校方在管理中有需求还可以增加部署寄宿制学生进出宿舍楼信息，甚至部署学生是否到家信息提醒以便于高年级学生出行平安。

3）一键通话。学生携带的航天智慧校园卡上可以绑定并授权的指定监护人的手机号码，学生按航天智慧校园卡上的相应按钮即可与对应的预设号码实现亲情通话。

4）电子围栏。家长可以设定多个许可或禁止学生活动的范围，学生进出该区域都会报警并发送信息到手机APP。

5）SOS紧急求助。当学生遇到突发事件的时候，学生只需紧急按住航天智慧校园卡上的任意键5s，家长就可以收到学生的求助信息，并循环拨打预设号码直至亲友接听，并能提供短信方式发送到注册手机，基本描述持有者位置信息。

6）学生身份识别。航天智慧校园卡的终端上可附学生照片、学校名称、姓名、学籍号、出生年月和有效期等相关信息。

2．家校互动服务平台

家校互动服务平台通过实现对学校教学资源的有效整合和优化，使学校的教学与管理工作再上一个新的台阶。家校互动服务平台作为家长和学校双方沟通的桥梁，填补了学校和家长之间沟通的鸿沟，为学生带来无微不至的关怀，给学校管理者、班主任老师和家长之间提供便利、有效的沟通通道，真正实现社会、学校、家庭三方共存的和谐教育格局。

通过家校互动服务平台，家长可以及时了解学生的表现情况，教师能够将学生在学校的学习情况、考勤打卡、奖惩情况、学习成绩和日常通知等信息推送给家长；家长和班主任可以使用平台进行及时沟通，方便快捷地掌握学生在校的基本状况。老师的课程内容也及时同步在官网，帮助家长实时浏览课程信息，指导学生功课。

（1）定位查询

家长和老师可通过定位查询功能，实时掌握学生位置，了解学生最新动态。

（2）学生信息查询

1）学习成绩通知。平台可以在第一时间将考试成绩推送至学生家长；在期中、期末等重要考试前及时推送信息，使得家长能够及时监督、鼓励学生复习功课，同时，也能实时了解到学生成绩的变化状况。家长可通过孩子学号通过手机APP查询学生考勤、每日作业、历史成绩、历史评语等信息。

2）学生表现通知。平台除了向家长推送学生的日常学习情况外，还将学生的课内外纪律、为人处世、功过奖惩等通过手机APP推送给家长，帮助家长一起关注学生的成长，促进学生德智体美劳的全面发展。

3）会议活动通知。学校可以通过平台及时地将家长会、班级活动的主题、时间、内容、参与人员、注意事项等推送给家长，使他们提前做好准备工作。

4）收费信息通知。学校通过手机APP平台，可以将具体的收费信息通知到家长，使得家长清楚各项收费内容，也避免了学生以各种收费理由向家长胡乱要钱。

5）意外缺勤通知。针对学生意外的缺课情况，家长可以使用手机APP平台，实时将缺课原因发送至老师和学校相关管理人员，减少或避免学生与学校之间的考勤错误的概率[8]。

3．学校服务平台

对学校来说，航天智慧校园管理平台大量应用了WiFi热点覆盖、电子围栏、实时定位、自动门禁识别以及校园信息化平台等高新技术，学校由传统的教学管理向科技化教学管理发展，节约了大量人力物力，提高了学生安全、考勤管理以及教学管理的水平。

1）学校门户。门户首页包含学校历史、师资力量、升学情况、校园环境、校园活动、校内新闻、开放校园和学校排名等。

2）校园管理。依托北斗导航位置服务，运用各子系统对学校人、车、物、财、资源等进行高效协同管理，实现互联互通[9]。

3）智能管理。每个学校都有独立的管理帐号对本校师生进行管理，学校可对学校信息、师生信息、班级年级管理、学生考勤管理、学生卡信息、SOS报警管理等进行添加删改等编辑，教务处可对考试成绩等各类信息进行管理。

4）校车管理。从校园延伸到校车，实现对学生从离家到校过程进行全程跟踪，并对校车的车速、位置、行驶方向等进行实时监控。

5）教师大数据分析。通过对班级成绩、学生评价、教师考勤等数据进行大数据分析，对教师教学质量、教学方案改进、教师能力进行全方位考评，便于师资力量整体提升[10]。

6）学生大数据分析。通过对学生日常行为习惯、考试成绩等数据进行大数据分析，实现迟到早退管理、薄弱知识点分析、个性化课程定制、综合素质分析、学生成绩预测、问题学生分析预警等功能[11]。

四、结论

本文基于卫星遥感和北斗导航位置服务等航天信息技术，设计了具有学生安全位置服务平台、家校互动服务平台和学校服务平台的智慧校园管理系统。让校方、家长可以通过航天智慧校园APP实时掌握学生的位置信息和即时动态，同时实现学生信息查询、学校信息通知、家校互动等功能。该系统运用了先进的航天信息技术，建设易于迭代的、可扩展的、技术领先的智慧化校园，解决了学生安全的部分问题，加强了学校与家长之间的互动，实现学校各类资源的整合和配置优化，将提高学校的精细化运营和管理治学水平，使校园信息化应用达到更高的层次。