基于网络地理信息系统的高校学生管理系统设计与开发

吕学明

（山西旅游职业学院 山西 太原 030031）

0 引言

依据高等职业院校学生管理工作的需要，学校对学生的日常在校情况需要进行监管与考核，并且高等职业院校的学生管理工作具有一定的特殊性，主要体现在以下三个方面：（1）高等职业院校面向全社会招生，涉及的人员类别复杂，对学院学生管理制度的需求逐渐呈多元化发展；（2）高等职业院校是面向就业的职业教育，学生的课堂不仅在教室，还涉及企业中真正的就业岗位，学生实习就业的安全管理难以得到可靠保障；（3）学校活动多，社会活动、专业活动、文化活动、竞技比赛等形式多样，学生管理涉及部门、人员交互频繁，学生管理信息难以及时同步更新，管理漏洞多。为解决以上问题，高校学生管理系统在提供学生日常教学考勤管理功能基础上，增加了通过网络地理信息系统（World Wide Web Geographic Information System，WEBGIS）定位功能，能够高效准确地收集和记录学生的考勤信息，使得学生的日常教学考勤管理工作不再受到时间与空间的限制，大大提高了高职院校学生管理工作的有效性，同时为高职院校的学生管理工作的后续改进提供了有效的数据依据。

1 WEBGIS核心技术概述

1.1 WEBGIS技术

WEBGIS技术是一种基于全球广域网（World Wide Web，Web）服务实现地理信息系统（Geographic Information System，GIS）定位功能的技术，其依托Web平台，采用网络双向通信协议（World Wide Web Socket，WebSocket）通信[1]，具有良好的跨平台性，并能够进行实时的数据传输[2]。WEBGIS所具备的应用功能主要包括：地理空间分析、地理信息采集和发布、地图查询、地理数据传输与共享等。高校学生管理系统主要应用的是WEBGIS技术中的地图查询功能，通过调用移动客户端的地图接口，获取用户的定位信息，以确定用户当前所处区域，并将相关的地理信息采集到系统当中。

WEBGIS采用分层式架构部署，包括前端表示层、后端服务层与数据处理层[3]。其中，前端表示层基于移动端Web浏览器进行访问，通过JavaScript的OpenLayers类库实现地图数据的标准化显示[4]，是专用于WEBGIS客户端的数据解释器，支持谷歌、百度、高德等主流地理软件的接口调用；后端服务层包括Web与GIS两种服务，Web服务用于实现前端页面与数据库之间一般信息的数据传输与交互以及逻辑事件的实时处理。GIS服务用于实现地理数据的发布，要求其兼容主流的网络地图服务，并对常见的数据格式进行标准化处理。基于地理服务器（Geography Server，GeoServer）开源架构能够较好地解决这些问题，并且提供了一套桌面程序框架用于对底层数据进行编辑，经过编辑的数据会生成配套的风格化图层描述器（Styled Layer Descriptor，SLD）样式文件，这些样式文件可以支持GeoServer以图形图像的形式发布标准化的数据信息。

1.2 移动端WEB开发技术

移动端WEB开发技术主要包括移动端WEB前端开发与移动端WEB后端开发。前端开发最为主流的开发技术包括HTML5、CSS、PHP、Javascript等，目前较为流行的设计框架为 MVC分离式设计架构，该架构能够将页面样式、交互、数据通信等功能进行松耦合搭建，实现了页面控制与页面样式的分离，大大提高了页面代码的复用率及开发效率，且极易进行前端页面的样式更新与功能迭代。页面后端开发最为主流的开发技术大都以Java为核心。开发框架有面向企业级的Java EE（Java Platform Enterprise Edition）框架，以及轻量级的SpringBoot开源框架等。SpringBoot针对Spring框架、XML语言等进行了简化，依赖于Java平台运行。SpringBoot还提供了两个核心策略，即“开箱即用”策略和“约定优于配置”策略，通过通用的事务处理框架，采用注解方式替代XML配置，大大简化了软件开发环境的配置工作，具有极强的软件兼容性与运行稳定性。

2 高校学生管理系统的设计

2.1 系统需求分析

高校学生管理系统主要通过移动端进行学生相关信息的采集，包括学生的班级、学号、姓名、性别、年级、在校状态、课程信息、实习状态、参加活动登记信息、定位打卡信息等；再通过数据传输模块实现两种模式下的数据传输，一种为非实时数据，一种为实时数据；由服务器端数据管理模块实现数据的存储与维护；并最终通过数据统计与分析模块实现数据的综合管理。

高校学生管理系统面向的用户主要有三类：负责学生管理的相关工作人员、辅导员、学生。三类用户对系统的功能需求也不尽相同。学生端主要是完成个人定位信息的采集，并可以通过其个人账号查看本人的录入数据；辅导员端主要负责班级学生信息的录入、核对、编辑、修改、删除，并可以班级为单位进行学生数据的统计与分析；管理人员端主要负责系部学生信息的录入、核对、编辑、修改、删除，并可以系部为单位进行学生数据的备份、管理，汇总分析。

结合WEBGIS技术，本系统实现了实时的学生定位信息采集与传输，利用地理空间数据与学生的其他登记信息进行匹配，匹配一致则提示学生状态为正常，匹配不一致，将通过服务端向辅导员端推送异常提醒信息，如连续打卡状态均为异常则会向管理人员推送异常提醒消息。

2.2 系统架构设计

高校学生管理系统采用B/S架构，基于移动Web端实现学生考勤信息采集功能，其中人员位置信息的采集通过WEBGIS的定位功能来实现。系统整体架构设计见图1。

应用表示层采用PHP+HTML+CSS框架搭建前端的Web页面，GIS功能的应用通过调用JavaScript的OpenLayers类库来实现，主要用于用户地理信息的定位显示与信息采集。为了将GIS功能与Web系统更好地融合，前端页面还采用了Vue技术，它将GIS服务与WEB应用中JavaScript类库操作进行了有效结合，通过Vue框架能够轻松实现前端页面显示全局的一个状态管理[5]，Vue框架中以组件方式提供可调用的接口，通过这些接口即可快速进行地理信息可视化数据的分层管理、Map查询、实时图像渲染等功能的调用，大大简化了系统开发人员的编程工作量。数据传输则采用WebSocket协议标准与HTTP传输相结合的方式与服务端进行数据交互，一方面弥补了HTTP传输模式下实时数据延时、并发响应处理能力差等问题；另一方面非实时性数据处理仍然采用HTTP传输模式，也可有效降低系统的网络负载，提高系统整体的数据传输性能。

逻辑处理层主要包括事件处理与数据处理两类业务，事件处理又区分为面向前端的请求事件与响应事件处理，以及面向后端的逻辑控制事件处理，例如消息通知推送、异常报错等事件的处理。数据处理业务主要包括数据的采集、分析、传输、格式化转换等功能操作。在这一业务模块中，系统配置了相应的数据缓冲区，用于解决实时信息传输延时的问题。针对的是用户定位信息的实时判定，如用户从前端页面提交信息后，页面刷新延时导致用户无法判定是否提交数据成功时，可能会进行重复提交，这时逻辑层如果成功接收到了数据，会在数据缓冲区中以对其“已提交”标记，用户再次提交的数据通过与数据缓冲区内的标记进行比对，会做出相应的驳回处理。逻辑处理层部署有Web服务器、GIS服务器和数据库服务器，其中GIS服务器主要用于进行地理信息的格式转换与发布，通过GeoServer的功能调用可以进行图像化的地理信息发布。

数据层用于存储和管理系统所需的所有数据，这些数据主要包括专用的地理信息数据和一般的业务数据，因此系统采用结构化查询语句数据库（My Structured Query Language，MySQL）与Geodatabase数据库相结合的模式来实现两类数据的存储与管理。其中，Geodatabase主要用于构建地理信息数据库。Geodatabase提供有地图数据库、空间数据库等基础地理信息的存储功能，以及相关的属性数据管理，包括区域矢量图、三维遥感影像、地理勘测、交通道路等。它支持多种格式类型的数据集，例如测量格式、要素格式、表格格式、逻辑示意图、栅格类格式数据集等。

2.3 系统功能设计

高校学生管理系统的功能设计主要分为三大模块：（1）打卡签到功能；（2）学生管理工作的政策宣传、学生管理相关消息的发布以及学生守则学习功能；（3）用户管理功能。功能设计图见图2。

签到打卡功能：主要包括用户基本日常考勤信息的采集与地理定位信息的采集以及考勤信息统计查看等功能，除了采集用户的出勤时间等信息，地理定位信息通过WEBGIS自动获取，并依据用户移动设备的位置变动进行实时渲染。最后用户还可以查看自己的打卡统计信息，同时为辅导员用户提供班级学生打卡信息统计功能。

政策宣传、学生守则学习功能：用于宣传和更新一些最新的学生管理相关信息，并设置了问答模块，增加用户学习学生守则的趣味性、互动性。

用户管理功能模块：包括用户登录模块、用户信息管理模块、系统消息通知模块。其中，用户登录模块采用用户名、密码验证方式登录，登录后在用户信息管理模块中可以查看和修改用户信息，包括用户学号、真实姓名、身份证号、所属系部与班级等。同时系统还为辅导员提供了用户信息统计功能。

3 学生管理系统的实现

3.1 系统开发平台

服务器硬件配置：CPU频率需在2.5 GHz以上，内存4G以上，硬盘存储500 GB。由于WEBGIS带有三维地理图像的实时渲染功能，为了便于系统功能的后续扩展，需要配置独立显卡，显存4G以上。

服务器软件环境：WindowsServer 2008操作系统，数据库MySQL 8.0.12和Geodatabase9.1，PHP 7.3.4nts。

移动客户端软件环境：Android 4.0以上版本操作系统。

3.2 功能模块的实现

3.2.1 用户登录界面

采用用户名+密码的验证方式进行登录，分为学生账号、辅导员账号、管理人员账号，学生端用户名为其学号，辅导员端及管理人员端用户名为其教工号，初始密码由系统默认设置，不提供用户注册功能，用户初次登陆后自行修改密码。

3.2.2 信息采集界面

用于采集在校生的日常信息与定位信息。日常信息采集主要包括学生的日常考勤相关信息，需由用户手动录入。定位信息通过GIS自动定位功能获取，并在界面中提供了地图显示功能，实时显示用户的定位信息，经用户确认后可将信息提交上传至服务器。

3.2.3 信息查看界面

用于查看系统中发布的政策宣传信息，以列表形式显示。

3.2.4 学习问答界面

提供题库，题库中共有58道学生守则相关的知识问答题，每次刷新界面随机从题库中抽取5道题进行问答。该功能仅为增加用户的学习兴趣，不做分数的累计统计。

3.2.5 考勤信息统计界面

主要提供了针对学生用户的个人考勤天数的信息统计，针对班级范围、系部范围、学院范围内的打卡人数和未打卡人数统计，以及考勤报警、异常数据等信息的统计。并依据用户权限不同，可分别用于查看个人、班级范围、系部范围、学院范围的统计信息情况。

3.2.6 用户信息管理界面

提供了用户信息查看、修改等功能，但用户的部门、姓名、身份证等用于核准用户真实身份的信息需具有特殊权限用户批准才可完成修改，用户密码可由用户本人完成修改。

3.2.7 系统消息通知界面

系统消息通知界面用于提供一些系统的辅助功能，可以由系统管理员面向全体用户定期发布、更新系统消息，例如系统的更新消息，数据维护消息等。也可以由辅导员端、管理人员端向指定学生用户发布通知内容。

4 结语

为了有效提高高等职业院校学生管理工作的工作效率，确保学生考勤数据采集的有效性、可靠性，本研究围绕WEBGIS定位技术站靠深入研究，并尝试设计与开发了一个基于WEBGIS定位技术的高校学生管理系统，通过移动端WEB端进行每日的学生考勤信息采集，并借助WEBGIS定位技术实时获取学生的地理位置信息，采用专用的数据库管理工具Geodatabase进行数据的存储与管理，为扎实有效地开展高校学生管理工作提供了可靠的数据依据。