基于PGIS平台的出勤自动化管理系统设计

谭向

（重庆医科大学附属第一医院，重庆 400016）

1 引言

大学生日常出勤管理一直是高校教务管理重要步骤，人工出勤方法已满足不了当代校园出勤管理的需求，存在问题诸多[1]。如，手工统计出勤占用老师教课与学生学习大量时间；因大学生上课人数多达上千人，老师不能保证严格审查任意一名学生的身份。基于此，大学生经常发生任意迟到、逃课以及找人替课等情况，降低出勤效率，严重影响大学生完成学业的进度，提升大学生出勤率已成为各院校出勤管理工作重点。

关于大学生日常出勤自动化管理的研究诸多。文献[2]面对学生出勤管理系统错检高和识别率低的问题，采用Mask R-CNN 识别主照相机拍照图像中学生位置并高清放大，再利用MTCNN、FSA-Net获取学生人脸姿态，并根据FaceNet把得出学生正脸图像做特征提取，最后通过SVM分类设备识别出勤学生，该方法有效保证结果精度；文献[3]针对学生出勤系统管理效率低问题，综合运用物联网、IPv6人脸识别以及信息分析等设计系统，由人脸信息的收集与输送、人脸对比数据处理、出勤数据发出三层构成。此系统有效收集学生人脸信息并进行出勤审查，并且输送性能良好。

本文结合上述课题优点，运用PGIS 平台把大学生用户端所在位置显现地理地图中，再使用范围查询方法决断大学生是否在教室上课，得出学生出勤信息，完成了大学生日常出勤自动化管理[4]。

2 PGIS平台搭建

PGIS 技术在GPS 定位[5]基础上对GPS 终端器材进行实时监控管理。而PGIS 平台与其他系统平台等同，需要软件与硬件支持，如图1所示。

PGIS支持环境由系统硬件与软件双方面支持，其中：硬件支持条件包含信息库服务设备，教室地理信息、软件运用服务设备，地图服务设备与存储设备等；软件支持条件由软件开发信息库软件、网络使用插件、GPS定位技术[6-7]等。

设定(x，y，z)表示某时间点GPS 接收设备三维空间坐标；(xi，yi，zi)表示卫星星历信息到卫星i三维空间坐标数值，按照储存卫星测距码内时间数据，接收设备能够精准算出卫星信号发出时长，并按照接收数据时间点，得出信号传输使用时长，因卫星信息传输速度与光速c相等，得出用户与卫星之间距离为

当中，tu描述了数据传送到卫星接收设备时长；ts描述了卫星信号发出时长；ρ'描述了卫星与接收设备之间距离。

3 基于PGIS的出勤管理系统设计

3.1 系统软硬件环境

高校大学生日常出勤自动化管理系统硬件环境如表1所示。

表1 出勤自动化管理系统硬件环境

3.2 系统需求

3.2.1 运营性能需求

正确性是大学生日常出勤最关键的性能指标之一，正确得出学生三维空间坐标，确保出勤合理性、有效性，基于PGIS的GPS 定位服务，能够将大学生出勤位置误差控制在0.01米以内。速度响应要求系统各个环节迅速响应，当中，定位使用时间最长，处理定位速度问题能够极大程度上增强系统响应性指标，为此使用PGIS 平台有效解决该问题。大学生出勤自动化管理系统用户端设计与实践简便，进而广泛使用、推广，取代传统出勤统计方式。

3.2.2 安全需求

大学生出勤自动化管理系统安全需求就是数据安全。数据安全要求学生管理数据与出勤记载数据的审查、修改需要经过系统严格管理，保证出勤数据的安全性、可靠性，不能随意修改。

移动电话客户端：加入权限管理审查制度，将系统界面操作与信息操纵进行权域分割与匹配，解决跨域信息访问与修改；出勤服务端：将业务服务种类设定实施严格访问控制。

3.2.3 接口需求

大学生出勤管理系统设置内接口端与外接口端：

内部接口端由移动电话用户端和出勤服务设备接口构成，出勤服务设备以Web 的应用程序构架在Tomcat 组件中，并允许用户端经过Java Web 服务引擎访问与接收反馈。外部端口主要关于短信网关接口，可以采用电信企业总机短信送出网关接口，属于Web应用程序调用的一种方法。

3.3 系统构架

文中设计基于PGIS平台的大学生日常出勤自动化管理系统主要分为业务层接口、用户端/web 服务设备端口与信息库三部分，如图2所示。

图2 系统结构

用户端口采用GPS定位方法与PGIS地理信息服务完成LBS 的增值服务。其中，LBS 使用调控SP 方式提供GPS 与移动通信网络功能，出勤管理系统采用移动通信网络和SP定位连接，SP 定位负责解决服务设备发出定位邀请和运行商定位网关相衔接。系统服务设备经过移动通信网络与PGIS 服务设备连接，使学生直接通过客户端口就能连入运行商网络登录系统，最终完成此次出勤任务。

3.3.1 信息管理模块

信息管理模块即教务管理人员、教师可以直接查阅大学生信息、课程信息与选课页面的内容，经过页面操纵来检测模块功能，检测结果如表2可知。

表2 信息管理模块检测结果

3.3.2 注册登记模块

注册登记模块：客户在首次注册/登录过程中，系统会出现账号/密码不能为空与密码必须六位以上数据提醒。运用JWT 结构处理使用人员Token 验证问题，客户任意一次交互邀请时均会给予服务设备特定Token数值，按照数值情况判定客户数据，就不用在服务端储存认证数据。使用Shiro结构处理身份认证、权限管理以及加密调控等情况。经过页面操纵检测注册登记模块功能，检测结果如表3所示。

表3 信息管理模块检测结果

3.3.3 出勤管理模块

出勤管理模块是整个系统最关键一环节，该部分由定位子系统、区间范围查询子系统以及PGIS 地理地图子系统共同完成出勤自动化管理[8]。

(1) 定位子系统

用户端程序接口收到终端定位邀请，调控定位接收端口供给GPS定位服务并更新位置，得出实时卫星信息。定位成功后，先根据GeoCoder类把用户端经度、维度地理位置数据做处理并添入信息表，再调节区间查找子系统判定学生是否出勤，最后把出勤数据保存在信息库中。

(2) 区间范围查询子系统

用户端定位成功后，把学生出勤信息存储在Web 服务设备端，Web服务设备收到有关范围查找邀请后，自动找出信息库中被定位的位置数据，根据数据情况判定学生是否在教室内上课，得出学生实际出勤数据。若学生出勤位置数据在规定上课范围内，则认定学生在教室内上课，反之，没有在教室内上课。区间范围查询子系统采用点和多边性关系判定大学生是否在教室内上课，该过程如图3所示。

图3 自动化周期定位寻找过程

3.3.4 出勤结果可视化模块

出勤结果模块主要反映学生出勤情况。本学期即将结束时，学生可以登录出勤系统查询自己整学期出勤情况，学生可以向系统管理人员反馈自己出勤结果的评价，与系统管理人员进行交流，详细流程如图4所示。

图4 出勤结果流程

4 实验结果分析

为了提升系统适用性与实验数据可靠性，本实验以应用广泛的物联网为实验环境，将无线传感器网络限制在200m×200m 范围内，该部分左下角标为(-100，-100)，右上角标为(100，100)。未知节点处于原点(0，0)，信标节点不均匀分布该范围内，无线信号载波频率约为5GHz。

采用所设计基于PGIS平台的大学生日常出勤自动化管理系统对大学生用户进行定位，系统定位界面如图5所示。

图5 系统定位界面

为了证实本系统定位精准度，将本文系统与文献[2]系统、文献[3]系统中信标节点定位误差情况进行对比，信标节点误差越小，表明大学生日常出勤自动化管理系统的定位精度越高。系统信标节点定位误差对比情况如图6所示。

图6 系统信标节点定位误差对比情况

通过图6可知，文献系统信标节点定位误差每次都大于本文系统信标节点定位误差，这是因为本文系统通过用户端接收定位邀请，自动调节定位接收端口的定位服务，并能实时更新位置，有效降低定位误差。

根据图7 可知，信标节点从0 开始，通信半径从0 开始，按照步长为20m 一直增加到120m。随着节点通信半径增大，定位误差曲线波动变越来越小，三种方法均能降低定位误差，但文献系统没有使用GPS定位技术，不能将大学生出勤情况保存在Web 服务设备中，Web 服务设备无法进行范围查找，使得大学生定位误差结果大于本文系统，为此本系统有效降低通信半径定位误差。

图7 系统节点通信半径下定位误差对比情况

进一步验证本文系统性能良好，将本文系统与文献系统的业务处理能力进行对比，对比结果如图8所示。

图8 业务处理对比结果

图8 中虚线为业务处理标准值500 个，可以看出本文方法在标准值之上，可得出系统并行管理能力强，反观文献方法并没有达到标准，是因为文献方法没有将维度地理位置数据进行处理与添入信息表中，并行处理能力不佳，处于标准线下，没有办法处理海量学生实时出勤信息。综上本文系统业务处理效果极佳，更好地实现大学生日常出勤自动化管理。

5 结束语

智能设备不但扩展数据获取的途径，还推动数据传输速度。人工智能、GPIS 定位技术以及自动化管理吸引人们的关注，从传统教师手工记录大学生出勤情况到定位自动化出勤；从教务人员手动查阅大学生出勤到网上自动查询，学生出勤自动化管理系统愈来愈完善。本文系统虽取得一定效果，但课题研究时间有限，今后可以引入RFID、B/S 与C/S方法做更深一步研究。