基于电子围栏技术的校园监护App的应用研究.pdf

2 0 2 3年8期1 8 7 2 0 2 3年第4 5卷第8期基于电子围栏技术的校园监护A p p的应用研究胡湛晗 宋永涛收稿时间:2 0 2 3-0 6-1 5基金项目:北华航天工业学院科研项目(Z D-2 0 2 3-0 7)作者简介:胡湛晗(1 9 9 1-),硕士,研究方向为电子科学与技术。(北华航天工业学院计算机学院 河北 廊坊0 6 5 0 0 0)摘 要 随着移动互联网的快速发展,基于地理位置的信息服务A p p也得到了广泛应用。针对高校校园学生安全需求日益强烈的现状,为进一步加强学生安全,确保正常的教学和生活秩序,文中基于安卓平台开发了校园监护A p p,利用第三方开源地图来实现电子围栏的功能,以此实现学生行程的精细化管理。电子地图围栏结合G P S、北斗、基站等3种定位方式实现了对学生位置信息的实时定位,使整个系统运行得更为可靠和高效。电子围栏A p p可以实现位置监控、健康打卡、电子围栏报警、外出审批与监控等具体功能。关键词:手机定位,电子围栏A p p,位置监控中图法分类号 T P 3 1R e s e a r c ho nt h eA p p l i c a t i o no fC a m p u sM o n i t o r i n gA p pB a s e do nS a t e l l i t eP o s i t i o n i n gHUZ h a n h a na n dS ON GY o n g t a o(S c h o o l o fC o m p u t i n g,N o r t hC h i n aI n s t i t u t eo fA e r o s p a c eE n g i n e e r i n g,L a n g f a n g,H e b e i 0 6 5 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t W i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h em o b i l eI n t e r n e t,l o c a t i o n-b a s e di n f o r m a t i o ns e r v i c ea p p sh a v ea l s ob e e nw i d e l yu s e d.I nr e s p o n s e t o t h e c u r r e n t s i t u a t i o no f i n c r e a s i n g l ys t r o n gs e c u r i t yn e e d so f c o l l e g e c a m p u s s t u d e n t s,i no r d e rt of u r t h e rs t r e n g t h e ns t u d e n t s a f e t ya n de n s u r en o r m a l t e a c h i n ga n d l i v i n go r d e r,t h i sp a p e r d e v e l o p s a c a m p u sm o n i t o r i n ga p pb a s e do nt h eA n d r o i dp l a t f o r m,a n du s e s t h i r d-p a r t yo p e ns o u r c em a p s t or e a l i z e t h e f u n c t i o no f e l e c t r o n i c f e n c e s,s oa s t o r e a l i z e r e f i n e dm a n a g e m e n t o f s t u d e n t s i t i n e r a r i e s.T h e e l e c t r o n i cm a p f e n c e c o m b i n e s t h r e ep o s i t i o n i n gm e t h o d s s u c ha sG P S,B e i d o u,a n db a s es t a t i o nt or e a l i z e r e a l-t i m ep o s i t i o n i n go f s t u d e n t s l o c a t i o n i n f o r m a t i o n,m a k i n g t h ee n t i r es y s-t e mr u nm o r er e l i a b l ya n de f f i c i e n t l y.E l e c t r o n i cf e n c eA p pc a nr e a l i z es p e c i f i cf u n c t i o n ss u c ha sl o c a t i o n m o n i t o r i n g,h e a l t hc l o c k i n,e l e c t r o n i c f e n c ea l a r m,o u t g o i n ga p p r o v a l a n dm o n i t o r i n g.K e y w o r d s M o b i l e l o c a t i o n,E l e c t r o n i c f e n c ea p p,L o c a t i o nm o n i t o r i n g0 引言当前,网络在安防领域得到了广泛的应用。为进一步加强学生安全管理,确保教学和生活秩序,本文基于安卓平台,拟采用手机定位结合电子地图围栏技术建立一个校园监护A P P,实现对学生行程的精细化管理。目前,关于地理位置的信息获取已经逐步变为互联网快速发展的基本服务,其在各行各业的应用也越来越广。其中,电子围栏系统是安全需求与L B S相结合的一种较为成熟的应用技术。电子围栏系统是当下最为先进的报警防盗系统1,其具有安全性高、误报率较低的优势,具有较强的威慑性和可靠性。该系统的适应范围较广,在建筑、工厂、政府机构、金融、学校等领域都已完成了安装。1 系统核心功能设计1.1 位置信息的获取目前,获取地理位置信息包括卫星定位、移动基站定位等方式2。其中,卫星定位较为常见,如G P S定位,其原理是手机通过接收到的卫星信号传来的信息,对用户的三维位置和时间进行处理和计算3。但这种定位的不足之处在于其对卫星信号数量的要求较高,当出现建筑物、墙壁、树木、高楼等障碍物阻挡信号时,就会存在较大的误差。传统的G P S使用二频段定位,北斗卫星则采用三频段进行定位。因此,在局部地区,北斗卫星的定位精度更高。但G P S系统位于地面的监控站较多,因此在大部分地区,G P S定位会更加精准。移动基站定位以基站定位为基础,统计出在同一时段内存在交集的人员。由于基站定位的误差较大,容易受到环境因素的干扰,因此也会使监控人员增加4。本课题采用G P S、北 斗、基 站 等3种 定 位 方 式 相 结 合 的 方式,大幅提高了定 位 的 精 准 度。电 子 围 栏A p p将G P S、北斗、基站定位等多种定位技术应用于校园安全防控业务中,相比行 程 卡 等 技 术,其 可 以 大 幅 提 高 定 位 的 精 准度。系统采用大离线缓存技术、计算任务终端化等方法,1 8 8 2 0 2 3年8期减少了服务器的负载,使其能在有限的资源环境下满足一万人的实时在线。1.2 电子地图围栏的设计及应用电子围栏系统主要包含前端围栏、围栏主机及控制中心等3个部分5。电子围栏主要由电子脉冲式电子围栏、静电感应式电子围栏、微波对射电子围栏及振动式电子感应电缆组成。其中,脉冲电子围栏的基准以阻挡威慑为主,以警报为辅,是当下最先进、适用性最强的周界安保预防警报系统。根据电子围栏在工作中的状态及产生的结果,可以将电子围栏抽象为一个基于单片机信号的发生器。电子围栏应用的主要算法由一堆点集组合而成(目标所在的区域),如多边形是由一堆点组合而成,圆是一个点外加半径组成。终端会实时监测当下的位置及其与上述区域之前存在的位置关系,当产生位置关系变化时,就会发生对应的事件。本文采用的是电子地图围栏,选用开源的第三方地图,需要进行不规则围栏的数据生成及围栏范围的计算。电子围栏数据生成组件由W e b管理端实现,能使用鼠标点选操作建立不规则形状的围栏,如道路、桥梁、建筑物等。围栏位置计算组件在手机端实现,电子围栏判断算法可以在手机端极小的算力下计算出用户是否在围栏范围以内。本文对校园范围设置了电子围栏(多边形不规则闭合形状),可以设置自定义的多种电子围栏,如校园范围、市区范围等。当电子地图围栏处于正常的地图位置区域时,负责监听的单片机的矩阵键盘的按键不会被按下,单片机无法发出信号;当电子围栏的工作状态超过了规定的地图位置区域,单片机的矩阵键盘上的按键就会被按下,通过串口发送一个脉冲预警信号给辅导员,并开始实时记录轨迹信息。通过对学生位置信息大数据的分析比对,可以依据用户的使用密度实现对电子围栏位置及大小的动态实时调整,使电子地图围栏参数设置得更合理。1.3 守护进程的实现在系统运行过程中,需要每隔一定时间获取用户的地理位置,从而有效监听地图位置信息的变化。当用户手机内存不足或手机屏幕关闭时,为保证手机的正常续航和程序运行,会出现手机进程程序终止的现象,导致无法正常获取用户的位置信息。为防止学生端手机进程服务被中途退出,保证A p p能自动启动、运行过程中不被人为退出,A p p能不间断地运行,需采用双进程守护技术。双进程守护指两个进程可以同时运行,并实现相互监听。当其中一个进程无法运行而需要被终止时,另外一个进程会马上将其恢复,以此来实现进程的不断运行。在手机端计算节省了服务器的计算资源,因此系统大量采用了离线存储技术,将一些常用数据缓存到手机端,大幅减少了向服务器发出请求的频次,节省了服务器资源。2 主要功能设计本课题基于安卓平台,拟采用手机定位结合电子地图围栏技术建立一个校园监护A p p,实现对学生行程的精细化管理。整个校园监护A p p系统以手机为载体,集合第三方开源地图来构建虚拟的电子围栏系统。通过该系统,可以将学生在电子围栏中所处的状态实时发送给A p p,当下的地理位置定位结果可以直接显示在手机终端的应用程序中。当手机位置范围超出电子围栏时,会自动触发报警,提醒辅导员,并开始实时记录轨迹信息。基于电子围栏技术的校园监护A p p的基本框架包括数据库服务器、W e b服务器、学生端A p p、辅导员A p p。数据库服务器负责存储系统运行所需的数据信息,W e b服务器负责对外提供接口,供手机端调用。当手机端调用接口时,W e b服务器可以根据需要从数据库服务器中取出数据返回给手机端。手机端提供用户界面,使用H t t p协议向W e b服务器发送请求。学生端具备登录、绑定手机、学生端手机A p p守护进程、位置定位(G P S、北斗、基站等多种定位)、位置信息实时上报、外出请假流程、外出销假、健康打卡等功能。辅导员端具备学生管理、电子围栏报警记录、学生实时跟踪、请假审批、健康打卡记录统计等功能。管理端则具备电子围栏设置、学生导入、辅导员导入、电子围栏实时报警、电子地图实时展示等功能。电子围栏A p p的系统结构如图1所示。图1 电子围栏A p p的系统结构图2.1 登录平台基础信息包括院系设置、班级、学生、辅导员、主管领导等。院系、班级、学生信息可以从教务系统导入。学生可以通过学号、密码登录A p p。用户第一次登陆后,会自动绑定手机唯一标识,其他手机不能重复登录(防止作弊),当需要更换手机时,还需提交申请,并由辅导员审批。学生状态包括在校、请假外出、实习等。在实习状态时,学生手机A p p不会对其进行电子围栏监控,其位置信息会在健康打卡中上报,辅导员可以查看外出实习学生的实际位置。2.2 位置监控对校园范围设置电子围栏(多边形不规则闭合形状),可以自定义多种电子围栏,如校园范围、市区范围等。A p p可定时获取手机位置信息,当位置范围超出电子围栏时,就会自动触发报警,提醒辅导员,并开始实时记录轨迹信息。位置监控界面如图2所示。移动信息2 0 2 3年8期1 8 9 图2 位置监控界面图2.3 健康打卡学生每日提交健康信息(如体温),同时上报数据(包括实时位置信息),防止A p p服务没有运行导致定位失败。每天上午71 2点、下午1 21 8点、晚上1 82 3点,需要进行健康打卡操作,学生必须如实填写。辅导员可以通过A p p查看统计结果,也可以设定每日打卡次数和时间段,其操作界面如图3所示。图3 健康打卡界面图2.4 外出审批学生外出需要在A p p中提交申请,辅导员通过A p p审批,审批通过后学生手机端自动开始记录位置轨迹,当超过电子围栏时,会自动触发报警。外出请假审批界面如图4所示。当学生返校时,需提交销假请求,如果位置不在学校范围内则不能销假。辅导员收到请假申请后进行审批,审批完成后,A p p会发出审批成功的通知。外出销假必须满足两个 条 件,否 则“销 假”按 钮 为 灰 色,处 于 不 可 用 状 态。(1)外出请假申请辅导员已经审批同意。(2)销假时学生必须返回校园内。图4 外出请假审批界面图2.5 大屏幕实时展示将各种业务数据以图表形式展示,并结合电子地图,在电子地图中实时标注越界学生的位置和请假外出人员的实时位置。2.6 检查更新A p p启动时会自动检查版本是否有更新,可以根据提示进行更新操作,也可以点击主界面中的“检查更新”按钮进行手动更新。3 结语本文研究开发了基于电子围栏技术的校园学生A p p系统,其可以实现对高校学生日常轨迹的实时监护,对进一步加强学生安全、确保正常的教学和生活秩序有着重要的意义。本项目采用手机定位结合电子地图围栏技术,实现了对学生行程的精细化管理。该A p p能实时对学生位置进行精准定位(误差为13 m),能同时满足我校学生的实时监控场景。同时可以保存外出人员轨迹,融合学生请假外出、健康信息填报等日常校园管理工作,保障学生在校期间的安全。参考文献1冉自烜,欧阳嘉颖,陈章千.基于北斗高精度电子围栏的共享单车管理研究J.科技与创新,2 0 1 8(1 7):1 0 0-1 0 42刘晓波.浅析电子围栏大数据应用场景:湖北联通出境游客国际漫游实时营销J.信息通信,2 0 1 9(6):2 4 0-2 4 1.3范兵兵,艾信友,曾研.S TM 3 2的位置定位系统设计J.科技创新与应用,2 0 1 8(1 2):9 0-9 1.4段明慧.现代分层技术在计算机软件设计中的应用J.智库时代,2 0 1 8,1 4 4(2 8):1 0 4,1 1 2.5谭希.略论分层技术在计算机软件设计中的应用实践J.计算机产品与流通,2 0 1 8(1 2):1 8.移动信息