智慧校园出入管控系统的设计与实现

郝慧娟 戎静怡 田志民

（河北水利电力学院，河北 沧州 061001）

0 引言

维护高校教学秩序、确保师生生命安全是高校管理工作的重中之重，做好校园出入管控是安全管理的关键环节。由于传统的校园出入管控方式存在工作效率低、管理难度大及出入过程烦琐等问题，已无法满足智慧校园管理的要求。运用信息化技术来构建精准高效、便捷通行、留痕溯源、最大限度控制进入校园人数的管控系统成为推动高校安全管理工作的重要举措。

1 智慧校园出入管控系统总体需求分析

由于高校人员密集、流动量大，基于智慧校园来构建校园出入管控系统，对提高校园安全管理水平具有重要意义。

1.1 业务需求分析

1.1.1 构建高校师生数据信息库，解决安全管理问题。近年来，随着高校在校生的规模越来越大，传统校园出入管理模式存在工作效率低、管理难度大等问题，难以满足精准化高校安全管理工作要求。基于智慧校园构建的出入管控系统采用RFID、大数据等技术对基础数据进行全面采集，将高校师生的个人信息录入到管控数据库中，能有效解决高校外来人员随意进出、不好追溯等问题，可避免受访人员频繁被电话打扰等情况发生。

1.1.2 提升智慧校园管理的便捷性。高校师生因忘记带卡，在进出校园时常被保安询问，且校园卡冒用现象频发。通过构建智慧校园出入管控系统，采用人脸识别、指纹录用检验等技术，为师生进出校园提供便捷的服务，切实解决“一卡通”冒用问题，实现“一人一卡”。

1.2 技术需求分析

1.2.1 统一智慧校园数据接入，实现数据资源互通共享。由于高校部门较多，数据相对分散，会影响高校学生管理的工作效率。统一建设标准和数据标准，将高校出入信息统一汇集、共享，实现对进出高校人员、车辆信息的全采集，利用互联网、大数据、智能分析等技术，将出入高校的人员信息上传到智慧校园管理系统中，从而实现高校数据信息的共享。

1.2.2 物信深度融合治理，数据赋能高校教学管理。在实现智慧校园物联数据共享的基础上，融合关联业务数据、互联网数据等，对校园出入口的信息数据进行清洗、转化、挖掘与分析，从海量分散的碎片化数据中提取到新的有价值数据，构建人、地、物等要素数据库，通过提炼规律分析、频度分析、积分预警等算法模型来掌握高校学生的出行规律及学习喜好，为高校安全管理提供预警信息［1］。

1.3 系统功能需求

基于校园安全管理需求来构建系统，主要包括3 个模块。一是监控模块。监控是实现校园出入管理系统的基础，可实时对校园门口进行监控。为提高监控质量，监控模块要具备信息自动化处理等功能，并确保前端摄像系统的稳定性。二是报警模块。该模块主要对各种报警系统上传的信息进行处理，在监控系统中可实时对报警信息进行直观展示，从而准确定位报警位置，并将报警信息存储到数据库中。三是控制与数据处理模块。以系统模块为支撑，视频监控中心所获取的远程功能，经监控系统可实现联动报警。

基于校园出入管控系统的各个子模块，该系统具有以下3 方面性能。①低功耗。随着“双碳”战略的实施，高校出入管控系统要满足低功耗要求，需要对系统各部门的配置进行优化。②微型化。低成本是建设校园出入管控系统所要考虑的问题，高校出入口具备远程监控功能，因此在设计出入管控系统时，可综合考虑利用现有监控系统进行升级改造。③安全性与稳定性。安全性与稳定性是高校出入管控系统的核心，不仅要保障管控系统各硬件设施的安全，还要保证出入管控系统的数据信息安全，以此来实现管控系统的稳定运行。

2 智慧校园出入管控系统设计

2.1 总体架构设计

基于智慧校园出入管控系统的总体设计架构如图1 所示。设计架构采取“四横三纵”模式，即构建应用终端、应用平台、支撑平台及基础设施，同时推进高校智慧管理运维管理、安全保障及标准规范三大保障体系的建设。

图1 智慧校园出入管控系统的总体设计架构

2.1.1 应用终端。通过Web 浏览器来对教职工、学生信息进行自动化管理，实现对师生出入校园数据的实时统计与分析。利用安卓、IOS 系统来实现对外来人员的自动登记，从而确保信息追溯的有效性。

2.1.2 应用平台。该平台可提供高校师生档案、车辆档案及时间档案，为高校出入管控系统的统计分析、综合查询及人员登记等提供数据。通过将高校学生、教师及管理人员的工作计划及临时变动等信息输入到管控系统中，可实现对师生的智能化识别，从而达到精准化控制的目的。

2.1.3 支撑平台。该平台主要为智慧校园出入管控系统提供关键性支撑服务，为云服务、数据中心、一卡通系统等提供相应的技术服务，从而满足智慧校园系统的安全稳定运行，并通过标准接口来为上层应用提供灵活的调用［2］。

2.1.4 基础设施。基础设施主要有计算机设备、存储设备、网络及物联网等，能提供物联设备接入、算力和存储资源的动态调配等服务。

2.2 校园出入管控系统的运行环境

基于智慧校园出入管控系统采取JAVA 语言进行开发，该语言具有开源、跨平台及面对对象虚拟化等特点，可兼容绝大部分数据处理软件，能满足智慧校园出入管控系统对稳定性与安全性的要求。在出入管理系统前端，可使用Windows 10 Professional 作为用户操作系统，从而实现对系统数据的修改等功能［3］。

为兼顾管控系统的便捷性，校园出入管控系统使用的是Microsoft Sercer 2019 数据库，通过Poly Base 技术来实现数据的虚拟化，能有效解决数据时效性问题，从而提高异构数据源间的集成度，简化用户在数据导出导入的流程，便于数据的分布式存储、处理和计算，实现系统数据的高效存储［4］。

2.3 系统管理模块

2.3.1 用户管理模块。该模块用于管理高校出入口管控系统中的所有用户，包括出入管控系统成员的添加、删除。由于高校师生的构成较为复杂，且每年师生信息都会发生变动，如每年都会有新的学生和新入职的教职工。用户管理模块要根据高校人事变动情况来及时调整与新增用户信息，可实现对教职工、学生的自动管理。高校出入管控系统不仅能对进出校园的相关人员进行管理，还具有追溯查询功能，通过该系统可查询入校时间、轨迹等信息［5］。通过输入关键词来模糊查询用户信息，查询结果包括用户名或学生号、进出校园时间及是否为管理员等信息。按照校园出入管控系统的运行要求，可自动设定用户管理权限，高校二级院校的辅导员、任课教师可根据相应权限登录系统，从而完成对个人信息、学生信息的修改与输入。高校安全管理部门可对校园出入管控系统的信息进行查验与修正，确保高校师生、车辆、外来人员等的安全。

2.3.2 权限审批管理模块。由于高校人员的构成类型较为复杂，因此，对各类人员的权限管理就显得至关重要。按照高校人员的工作范畴，将进出校园的人群划分为校内人员和校外人员。校内人员包括教职工及学生，校外人员包括来校办事人员、人力资源外包人员、教职工家属等。权限审批管理模式主要是基于大数据技术，面向进出高校人员来完成对《进出校报备及审批表》的设计。通过智慧校园出入审批二维码来提供便捷的服务，进入校园的人员登录高校微信公众号，注册登记，进入到高校智能出入系统界面，按照要求填写姓名、证件号、手机号等信息，智慧校园出入管控系统后台在收到相关人员申请后，会自动核实申请人的身份信息，自动核对准确无误后，申请人的手机上就会自动生成智能出入二维码，申请人在进出校园时，只需将手机屏幕对准二维码摄像头，即可完成进出程序。没有通过系统核验的申请人不能进出校园，要通过人工检验登记等方式才能进出校园［6］。

2.3.3 车辆管理模块。该模块包括出入口控制系统和车辆信息采集系统。高校出入管控系统通过这2 个系统来实现对进出校园车辆的自动控制与识别。车辆出入口控制系统包括电动挡车设备和车辆识别模块，可实现对进出校园车辆的控制与管理。高校教职工要将个人车辆信息上传到管控系统，系统会对教职工车辆信息进行自动保存。当教职工车辆到高校入口时，系统会自动检验入口车辆的车牌号，将车辆的外观图像上传到车辆管控系统中，系统会自动检验入口车辆的车牌信息、外观颜色等，当车辆信息与系统信息核对成功后，高校进出口自动闸门就会打开，车辆完成进出程序。同时，车辆管理模块还能对车辆运行轨迹、进出校园时长等进行监控。外来车辆需要通过系统申请或人工登记才能进出校园，自动申请程序与上述人员进出校园程序基本一致。在人工登记模式下，当高校校园管理人员完成对外来车辆登记后，系统会将登记的车辆保存在临时数据中，并利用校园监控系统对外来车辆运行轨迹进行监控，当外来车辆在校园内的停留时间过长时，系统会发出警报，外来车辆驾驶员会自动收到警告信息。当外来车辆驶出校园时，系统可通过临时数据库保存的信息进行校正，当驶出车辆信息与临时数据库信息一致时，校园闸门就会自动开启。

2.3.4 学生管理功能模块。由于高校学生的数量较多，实现对学生的管理是出入管控系统设计的关键。学生管理模块主要有2 个功能。一是请假功能。为掌握学生的实时动态，学生在确实有事要离开校园时，要履行请假审批手续。学生向辅导员提交请假申请，要标明请假原因、出入时间等信息，辅导员将学生请假信息提交到高校出入管控系统中，系统会自动保存辅导员提交的信息。当教务系统自动核验学生个人信息后，会将出入校园的二维码发送到学生手机上，学生在收到系统发送的进出校园二维码后，就可进出校园。学生要严格按照规定及时返校，如果没有及时返校，学校发送的进入校园二维码就会失效，需要学生重新通过辅导员进行申请。二是留校功能。部分学生在寒暑假会选择留校勤工俭学或学习深造，为满足留校学生需求，设计了留校功能模块，在放假前统计留校学生的信息，将留校学生的个人信息上传到管控系统中，从而形成数据库，将进出校园的时间设定为06：00—23：00，以此来保证留校学生的人身安全。留校数据库会自动统计学生的出校时间和入校时间，并形成数据模型。当学生未返校时间超过5 次/月后，系统就会自动发出预警，并将结果自动反馈给辅导员、学生家长，以此来及时追溯学生的相关活动轨迹，从而确保留校学生的人身安全。

3 系统性能测试

为验证智慧校园出入管控系统的运行性能与安全性，本研究对该系统进行了性能测试。在Windows 10操作系统的Chrome浏览器中单独运行该系统，检验该系统的运行稳定性。通过任务管理器来查看Chrome浏览器占用的资源，其中，CPU 占比为0.5%，内存使用量为183.6 MB。由此可知，该系统运行较为稳定［7］。

同时，经过一段时间运行后，高校严格实施入校权限提前审批、出入校门现场精准验证、人员轨迹及时间统计分析等全流程信息化管控，实现对各类人员分区域、分时段、分权限出入校园的在线审批和验证通行的精准管理。该系统较好地完成各类人员高效、有序地出入校园的管理工作，从而满足安全管理的要求。

4 结语

本研究基于5G、人工智能、物联网、大数据等智能技术，秉承“让校园没有难管的门”的理念，构建了智慧校园出入管控系统，从而减轻安保人员的工作量，为高校安全管理提供强有力支撑，满足高校智能化管理要求，为未来教育发展与改革创新赋能。