基于室内外定位的电子学生证设备开发

摘  要：当前，校园安全问题越来越引起人们的高度重视。本文针对学生安全问题，提出一种基于室内外一体定位的电子学生证设备方案，该方案设备基于GPS、LBS、Wi-Fi定位，结合通信平台、业务平台和家长端手机APP，实现对学生的实时跟踪，提高家长/学校的管理水平。设备附带电话通信功能，可代替学生随身携带手机，解决学生玩手机问题。

关键词：电子学生证;室内外定位;GPS;Wi-Fi;LBS

中图分类号：TN92      文献标识码：A 文章编号：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

学校是培育青少年学習成长的场所，也是社会的重要组成部分，安全稳定是学校生存与发展的前提，校园安全是社会管理工作的重要组成部分，关系到千家万户甚至社会稳定。但是，近年来校园里刑事、治安案件不时发生，案件的发生暴露出当前治安形势的问题严峻，使平安校园的建设成为摆在我们面前刻不容缓的问题。

基于学生安全需要和物联网的发展背景，推出电子学生证能有效解决社会需求。电子学生证结合学校安防可有效提升整体管理效力和安全质量。每个学生证设备对应唯一的EPC（Electronic Product Code）号、IMEI（International Mobile Equipment Identity）号、ICCID（Integrate Circuit Card Identity）号、手机号，其中EPC用于进出校门进行身份识别时使用，可以准确记录学生进出校时间，由门卫安保人员配合可杜绝与教学无关的人员进入学校，避免各种校内危险发生。EPC、IMEI、ICCID、手机号与学生的学号、姓名、监护人信息等绑定，用于与互联网技术结合实现各种智能化管理功能。设备结合GPS+LBS+Wi-Fi室内外定位技术，通过进出校打卡记录、电子围栏、历史定位轨迹、电话监控、通话记录、亲情号码、短信通知、SOS报警等技术，结合教学业务平台、监护人手机APP，将学生管理、家庭监护、社会安防、紧急报警等结合在一起。使学校、学生、学生监护人之间形成各种形式的信息交互，学校及监护人能随时查看学生的动态信息，学生也能通过亲情号码随时与绑定的手机号码进行电话通讯。室内外一体定位的电子学生证，为实现学生安全防护、家庭监护、学生管理等高度信息化管理提供一种可行的解决方案。

1  整体架构

整体架构可分为通信服务器、Web业务服务器、监护人手机APP、电子学生证设备这4个部分，如图1所示，本文主要讨论其中的电子学生证设备部分。

（1）通信服务器：通信服务器是整个系统的核心组成部分，它负责把Web业务服务器、监护人APP、电子学生证设备这三者联合在一起，是整个系统的核心处理部分。当业务服务器或监护人APP配置一个学生证设备参数，或者发起一个学生证设备请求时，通信服务器会通过TCP协议负责将命令从请求发起方传达给命令接收方。

（2）Web业务服务器：Web业务服务器是为教学业务参与者提供业务功能的服务器，如学生的班主任或年段长，可以通过它查看学生的各项信息，如：历史定位轨迹、通话记录、电话信息、监护人信息等，也可以通过它来设置学生证设备的各项参数：如电子围栏、亲情号码等。

（3）监护人手机APP：监护人手机APP是给学生家长用的手机应用，通过它可以设置设备亲情号码（各按键绑定哪个手机号）、设置电子围栏、实时定位设备位置、查看设备历史轨迹等。

（4）电子学生证设备：学生证是整个系统方案的基础，它是一切安防管理的载体。设备使用移动网络通过TCP与通信服务器保持长连接来处理各项通信命令，设备上的EPC可作为门禁卡用于出入校门打卡，设备上的SOS、1、2、3键长按/短按及双击/三击/组合键等可用于SOS警报、手机亲情号码拨打功能，还可用于接听/挂断来电、调节音量、语音播报电量信息/未接来电信息/联网信息等各项业务功能，设备带有GPS、Wi-Fi、4G模块可用于学生的位置定位，通过GPS+Wi-Fi+LBS三者结合可同时实现室内外定位，设备通过定时定位上报服务器来生成历史轨迹，也可以通过通信命令实现实时位置定位功能。

2  软件设计

本文仅讨论其中的电子学生证设备部分软件设计实现，设备采用Linux系统基于龙尚SDK的方案开发，电子学生证设备的软件功能组成如图2所示。

软件功能模块说明如下：

（1）TCP通信模塊：设备通过手机移动网络与通信服务器保持TCP长连接，设备与Web业务平台、手机APP间的业务通信都通过此模块来完成通信。此部分主要完成的功能包括：建立TCP的socket长连接，并且每过5分钟发送一次心跳包给平台进行socket连接保活，socket发送数据包协议封装，socket接收数据包后进行协议解析等。

（2）通话功能：这部分主要是进行接电话/打电话的业务功能，通过平台对设备设置按键绑定号码（SOS、1、2、3）及白名单号码，设备可以接听呼入的白名单及按键号码，也可以通过长按1、2、3按键打亲情号码，或者通过长按SOS启动SOS警报打电话，设备每次接/打电话都会生成通话记录，并上报给平台。

（3）SOS告警功能：设备通过长按SOS键，可以发起SOS告警，当发起SOS告警时，设备拨打绑定的SOS电话并发送短信给绑定按键的亲情号码，上报定位信息（先上报Wi-Fi+LBS定位，然后启动GPS定位，如果能获取到GPS信息则补报GPS定位）。

（4）短信功能：设备可以发送及接收短信，SOS告警时发送短信给各按键亲情号码，如设备在休眠模式时接收到短信会被唤醒并连接平台。

（5）时间同步：当设备成功登录到服务器并认证成功时，将设备的时间校验成平台的时间。

（6）按键操作功能：设备带有SOS、1、2、3这四个按键，按键用于一些基本的交互操作，如：长按SOS键启动SOS告警，长按1、2、3键拨打绑定的亲情号码;通话过程中短按2、3键用于调节声音大小;短按1、2、3键接听来电，短按SOS键用于挂电话;双击3键播报当前电量百分比;开机状态长按SOS+1用于关机;关机状态长按SOS用于开机等功能。

（7）指示灯功能：设备带有红+绿的两个LED指示灯，用于一些状态显示，如：充电时红灯亮表示未充满，绿灯亮表示电充满了;通话过程中绿灯长亮;连接不上平台时红灯慢闪等。

（8）终端定位：设备支持Wi-Fi+LBS+GPS定位，设备上报位置信息后在业务平台/家长手机APP能看到学生位置;设备每20分钟定时上报一次（用于记录学生定位历史轨迹功能），平台或手机APP发起实时定位或设备发起SOS时也会进行定位上报;Wi-Fi+LBS能在室内外各场合使用，GPS只适合室外定位且定位时间长，但是它的精度比较高;通过这三种定位方式的结合能解决室内外定位及定位精度的问题。

（9）电子围栏：设备的GPS定位坐标具有电子围栏功能（Wi-Fi+LBS因为要使用第三方定位接口，没有在设备端做电子围栏），能对设备在平台设置的圆/多边形电子围栏区域内进行判断是否越界（如图3所示，圆：距离判断法，多边形：射线法），如果有越界时则上报平台告知设备位置越界。

（10）参数设置：平台可以设置设备的各项参数，如：设备的按键绑定亲情号码、白名单号码、设备的心跳时间间隔等。

（11）电量上报：设备一般每5分钟（可更改）会向平台上报一个心跳数据，在心跳包数据中加入设备当前电量，这样在平台和APP中就能查看到设备的电量使用情况。

（12）内核升级模块/应用升级模块：设备应用中加入了内核/应用程序的网络远程升级功能，设备在接收到平台发送的升级命令后，解析出版本号、MD5、升级文件路径等，判断升级命令中的版本号与当前设备本身的版本号，若版本号有更新则需要进行远程升级，此时设备先下载远程FTP上的内核/应用程序，下载完成后进行MD5校验，如果校验成功则进行内核/应用升级。

3  应用案例及效果

基于龙尚SDK下Linux方案的电子学生证设备项目全套研发完成，正常生产并推向市场。应用市场主要为浙江和教育平台、浙江和教育APP配套的学生证设备使用。该设备联合平台及APP，实际用于学校学生。为实现学生安全防护、家庭监护、学生管理等高度信息化提供了一种可行的解决方案。

参考文献：

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[4] 吴巧.基于WIFI定位的电子学生证的研制 [J].安徽冶金科技职业学院学报，2015，25（1）：34-37.

作者简介：曹礼玉（1985.07-），男，汉族，福建龙岩人，中级职称，终端研发工程师，学士学位，研究方向：电子。