智慧校园系统解决方案

智慧校园系统解决方案
2020年7月
目录
1现状及目标 (4)
现状分析 (4)
建设目标 (4)
2设计方案 (5)
系统总体设计 (5)
技术优势 (5)
系统示意图 (6)
系统架构 (7)
系统优势 (7)
系统主要设备 (9)
定位微基站 (9)
定位微标签 (11)
POE交换机 (13)
解算主机设备 (14)
3系统功能 (15)
基础服务功能 (15)
实时监控 (15)
危险区域管理 (15)
视频联动 (16)
人员定位 (16)
人员统计 (16)
人员查询 (17)
人员追踪 (17)
轨迹查询 (17)
自检提示 (17)
API接口 (17)
业务应用功能 (18)
sos一键报警 (18)
校园暴力预防 (18)
师生无障碍考勤 (18)
学生聚集报警 (18)
学生课时统计 (19)
报表统计 (19)
系统管理配置 (20)
地图管理 (20)
设备管理 (20)
人员管理 (20)
课程管理 (21)
视频管理 (21)
权限管理 (21)
对接拓展功能 (22)
视频联动 (22)
人员数据 (22)
4服务保证 (23)
质量保证 (23)
质量担保 (23)
售后服务 (23)
5培训 (24)
1现状及目标
现状分析
校园是孩子们健康成长的乐土，如今却面临着诸多社会不安全因素的威胁与破坏。

学生的校园安全国家高度重视，公安部教育部联合召开加强学校、幼儿园安全保卫工作紧急视频会议，重点进一步加强学校、幼儿园安全保卫工作进行再动员，把学校和幼儿园安全隐患排查整改措施进一步落实到位，把学校和幼儿园周边治安防控措施进一步落实到位，把学校和幼儿园安全责任进一步落实到位，切实维护学校、幼儿园安全稳定。

建设目标
真正意义上建立一套完整的智慧校园系统平台，实现对人、物的精确管控，对于学校集中式考勤管理，方便从学校到班级了解学生到校情况，及时发现学生缺课情况，避免学校与家长由此引起的责任纠纷，同时也为学校解决学生校外意外事故提供法律上的依据；教育工作可以得到家长更好的配合，有利于提高教育质量；学校可以利用该系统作为学校师生的考勤系统，每月自动生成考勤报表，而无需另外安装考勤机。

此设计系统基本完成学校教学安排，教学考勤，宿舍考勤及课余学习地点安排的任务，并支持后期开发新功能。

2设计方案
系统总体设计
校园安全事故防治不仅需要社会、学校、家长的参与，更需要有效的技术手段，智慧校园系统通过UWB技术、无线通信技术等先进手段，打破传统校园管理模式，使得管理教师不用到现场即可获得所有学生信息。

智慧校园系统保障了学生进出校安全，校内教学楼、图书馆、宿舍、运动场等地均安装有定位设备，学生在校内的位置和逗留时间、校内某区域内学生的数量都会被系统采集记录，可以进行校园实时位置定位、考勤统计、课时统计、校内轨迹查询、危险区域告警等功能，受到了学校及家长的欢迎，实现了智能电子围栏校园安全管理。

技术优势
针对校园管理需求，需要建设一套可提供位置服务的定位系统。

这套定位系统的整体精度决定了管控的准确性与时效性，同时也决定了基于位置数据分析的可靠性与实用性。

因此选择一种精度高又易于实现的定位系统尤为重要。

UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级别的窄脉冲传输数据。

UWB 调制采用脉冲宽度在 ns 级的快速上升和下降脉冲，脉冲覆盖的频谱从直流至 GHz，不需常规窄带调制所需的RF频率变换，脉冲成型后可直接送至天线发射。

UWB 信号的辐射非常低，通常只有手机辐射的千分之一，因此在工业上应用时，其不存在对其他仪器仪表的干扰问题。

UWB与其他一些定位技术的整体比较：
定位技术定位精度安全性穿透性抗干扰功耗辐射传输距离
Wi-Fi 3~10m 较高强较强高较高30~50m
蓝牙3~5m 较高弱弱较低较低10m
地磁2~5m 较高NA 极弱较低NA NA
RFID 1-8m 低弱弱低或无低5m
ZigBee 3~10m 较低弱弱低较高70m
UWB 0.3m 非常高强强低低>100m
红外5~10m 高NA 弱高低5m
超声波0.01~0.1m 高NA 强高低5m
机器视觉1~2m 较高NA 弱高NA 10m 系统示意图
UWB定位系统采用先进的UWB无线技术而设计。

系统硬件由监控主机、交换机、定位基站、定位标签组成。

首先在教室、图书馆、操场、等需要定位区域安装一定数量的定位基站，通过定位基站使得校园监控区域无线信号覆盖，然后为师生发放定位标签，各方向的定位基站不断接收定位标签发送的信息，定位基站将
定位标签的信息通过交换机上传至监控主机进行分析处理，得到定位标签的实时位置，进而实现人员定位、历史轨迹回放等功能。

系统架构
UWB定位系统架构包括硬件感知层，物理网络传输层，定位管理服务层和应用层几个部分，如下示意图所示。

硬件感知层由智能定位基站和定位标签及摄像头组成，是真实世界进入“数字世界”的入口，将真实世界的一切感知数据信息化，为智能数字化处理提供数据来源。

网络传输层由WIFI网络、有线以太网、光纤网络及交换机组成数据“高速公路”，为数据信息的传递提供必备传输链路。

定位服务层是对定位数据信息处理分析的主控单元，负责分析定位基站和定位标签的基础数据，经过复杂的算法处理，最终产生可靠的、精准的位置信息，为上层应用提供基础数据支撑。

应用层以实现企业管理和经营为目的，为管理者提供便捷的数据报表和决策支持。

系统优势
定位微基站，布设于被定位空间内，相当于GPS中的“定位卫星”，是定位系统的重要组成。

定位系统的微基站有多种品类，适合于室内外多种环境。

实
际布设方案可根据现场实际情况进行布设。

针对校园的特殊环境，可以灵活地对基站的部署位置进行调整，以最大限度地提高基站的覆盖面积，同时减少对基站的遮挡作用。

每个区域布置不少于3个，以形成坐标。

UWB定位技术方案具有以下特点：
更具有先进性的技术：UWB 原本为军方技术，直到 2002 年才被解禁进入民用。

该技术早年一直被欧美企业所垄断，直到近两年才被国内所关注。

因为它独特的技术特性，让它可以替代绝大多数 RFID、蓝牙、ZigBee等技术的应用场景。

被行业认为最具先进性的射频识别及定位技术。

更灵活的组网方式：超宽带定位系统与常用的 RFID、蓝牙、WiFi、ZigBee、GPS、3G、4G 等均不存在频谱干扰，这使它与各种通信技术的混合使用成为可能。

更高的精度：超宽带定位系统采用了对脉冲信号到达时间的精确测量这一方式，使得接收器对发射源的时间感知更为准确。

因此在此基础上通过电磁传播速率与时间就可以精确的算出发射源与接收器的距离，精度可达+/-10cm。

后期进行精确定位的精度可达10~30cm。

更高的时效性：超宽带定位系统的脉冲发射频率是可调的，单个发射源最高可达2000Hz。

通常的超宽带定位系统中，对资产类物品定位刷新率一般选择在 0.1Hz~1Hz；对车辆定位刷新率一般选择在 1Hz~5Hz，特殊场景可以更高；对车辆定位刷新率一般选择在5Hz~10Hz。

更高的定位容量：以每张标签刷新率 1Hz 计算，单个区域最多可支持 240 张标签，全区域则不受此限制。

更好的抗干扰能力：超宽带定位系统的工作频段为 3.1~10.6GHz，且为直接脉冲调制技术，无需载波，这与现有的一些通信技术的调制方式不同，它不会受到载波干扰的问题。

同时UWB的辐射功率极低，一般为手机的千分之一，所以对常用的电子仪器仪表和通信设备不会造成干扰。

更多的定位模式：超宽带定位系统定位技术兼具射频识别和精确定位两种技术的特点，所以它可以支持多种定位模式。

➢0 维定位（0D），即我们所认知的进入检测。

该定位模式一般为
RFID、WiFi、ZigBee 的主要定位方式。

上述3种技术均是通过感知信号强度的方式来判断被定位的标签是否进入感知区域。

而超宽带定位系统即可以通过信号强度，又可以通过精确距离来判断目标是否进入感知区域。

➢ 1 维定位（1D），该种定位模式一般在狭长的走廊、通道或隧道中使用。

由于地形的特殊性，监管平台更多关注的是被定位目标在线型道路上的移动轨迹。

➢维定位（2D），该种定位模式一般适用于大面积、开阔的室内外区域定位。

它能精准的提供被定位目标在一张平面图上所处位置的坐标
（x,y），与 GIS 地图管理数据对接。

➢维定位（3D），该种定位模式除了提供x、y坐标，还提供 z 轴坐
标，一般适用于对高度有特殊要求的场景。

系统主要设备
定位微基站
定位无线制式
定位支持频段
通信无线制式
定位视距工程覆盖距离定位一般遮挡工程覆盖距离
定位微标签
室外基站TG001-A 尺寸（mm）
210mm*165mm*100mm
重量800g 相关规范802.15.4a 电源接口
POE/DC12V ~ 48V 外部接口DC供电口、RJ45、SMA
天线形式全向外置天线工作温度-30℃~75℃贮存温度-30℃~85℃工作湿度0~95%RH 平均功耗≤3W 防爆等级无防水等级IP67UWB工作模式TOF/TDOA 信道频宽500MHZ 5dBi 定位无线制式802.15.4_201UWB 定位支持频段 3.25~6.8GHz 通信无线制式802.15.4_ 2.4GHz
定位视距工程覆盖距离100m 定位一般遮挡工程覆盖距离
50m 测距可视大于100米安装方式
支架安装
名称型号基础参数
特殊参数
外形
POE 交换机
产品类型：千兆以太网POE 交换机 ✧ 应用层级：二层/3层 ✧ 传输速率：10/100/1000Mbps ✧ 端口数量：8/16/24个可选 ✧ 背板带宽：48Gbps
✧
网络标准：IEEE 802.3，IEEE 802.3u ，IEEE 802.3ab ，IEEE 802.3x ，
IEEE 802.1p
腕带型标签TD001-B 尺寸（mm）
57.6mm×40mm×14mm
重量30g 工作时间3周(1Hz)充/供电接口磁吸充电时间≤2h 低电量提醒
有按键交互有声音提醒有振动提醒有LED提醒有工作温度-20℃~70℃贮存温度-40℃~85℃工作湿度0~95%RH 防爆等级无防水等级IP67防拆提醒无电池类型锂聚合物电池
电池容量
400mA 充/供电电压5V 充/供电电流500mA 定位无线制式802.15.4_201UWB 定位支持频段 3.25~6.8GHz 通信无线制式802.15.4_ 2.4GHz
定位视距工程覆盖距离100m 定位一般遮挡工程覆盖距离
50m 陀螺仪有心率检测有重力传感器
无地磁传感器无距离传感器
无GPS 无振动传感器
有
其它
外形
名称型号
基础参数及功能
特殊参数
✧端口结构：非模块化
✧交换方式：存储-转发
✧传输模式：支持全双工
解算主机设备
本案例使用独立计算机，运行定位引擎和平台管理平台，用于计算和显示定位信息，并通过网络与定位基站连接到同一网段。

客户提供的独立计算机应满足以下基本要求：
✧CPU方面： 2.7G Hz/24核以上
✧操作系统： Ubuntu16/WIN7/WIN8/WIN10
✧内存需求： 64G DDR3及以上
✧磁盘空间： 4T以上可用硬盘
✧显卡需求： NVIDIA 系列显卡
网络需求： 1000M以太网卡(有线)及以上
3系统功能
基础服务功能
实时监控
WEB管理平台实时接入UWB网络覆盖区内的人员及物资标签卡的最新位置信息，并在地图上进行标注，地图可以使用2D或者3D建模，直观展示各类监测数据，如下图所示：
当鼠标在地图上标注点上停留时，会显示该标签卡的标注信息，如姓名，标签配卡号，标签卡电量及部门等相关信息。

通过地图场景切换功能，可以切换到其他地图；可以对地图进行旋转变换，调整地图的姿态；通过显示基站列表可以在地图上显示UWB网络的覆盖情况及对节点活动状态的反馈。

危险区域管理
系统提供电子围栏功能，针对天台等比较危险区域，设置电子围栏，实时监测人员位置信息，当学生靠近或者进入电子围栏区域时，系统可通过声光电等形式做出报警，预防危险事件发生，并在平台端生成电子报警记录。

视频联动
系统可接入UWB覆盖区的视频探头，联合电子围栏进行视频联动。

当监测到有非法闯入围栏区域时，系统调出周围视频探头，进行更直接的活动监视。

人员定位
实时定位佩带标签人员所处的位置信息。

通过人员定位提供的准确位置信息，实现各种相关业务的应用，是整个系统功能的核心基础和纽带。

人员统计
对佩戴标签的人员在各个区域内的分布情况进行实时分类数量统计，并显
示相关人员详细信息。

管理人员可以轻松掌握校园的人员分布情况。

人员查询
可以根据人员姓名、标签ID、人员编号等进行相关人员信息的查询。

方便管理人员实时快速查找所需人员身份、位置、轨迹等信息。

人员追踪
对单个人员进行实时位置的定位，根据其活动情况自动切换显示相关位置，并调用所在区域实时视频，从而了解所追踪人员现在在什么地方做什么。

方便管理人员查看所追踪人员是否有违规行为。

轨迹查询
查询人员在所选时间段内的行动轨迹和进出区域的时间节点，根据时间节点可调取相关时间段内的轨迹视频，并进行自动播放。

在学校图书馆、食堂等位置安装设备，可以实时查询学生的轨迹以及在某一处的停留时间，对学生日常进行大数据学情分析。

自检提示
主要针对佩带标签，提供低电量提醒、人员卡片求助呼叫报警、标签智能休眠、人员静止检测等功能。

API接口
该系统平台可以作为一个独立的系统存在并使用，但在与行业进行结合时，要真正实现其应用价值，就必须与行业现有平台进行融合，和行业平台的业务流程进行关联来发挥其应有的作用。

该系统本着开放、易用原则，对外输出一系列API接口进行集成。

如下表所示。

接口类别说明
认证类验证API接口调用的合法性
人员管理类实现人员的增、删、改查操作，可页面集成。

地图管理类实现地图的增、删、改查操作，可页面集成。

围栏管理类实现围栏功能的增、删、改查操作，可页面集成。

轨迹回放类实现轨迹功能的查询操作。

视频联动类实现视频功能的增、删、改查操作，可页面集成。

统计分析类实现统计功能的增、删、改查操作，可页面集成。

硬件维护类实现硬件维护的增、删、改查操作，可页面集成。

更详细接口见定位接口说明文档。

业务应用功能
sos一键报警
学生定位卡片上自带sos一键报警按钮，如发生危险，可以直接触发报警，后台监控系统实时捕捉到报警信息及人员位置，及时采取救援措施，有效预防校园霸凌、校园危险事故发生，保证学生人身安全。

校园暴力预防
可以对在笑经常打架斗殴的学生进行划分，当这类学生在某一位置达到一定数量，可以提示后台，预防校园暴力发生。

师生无障碍考勤
师生进出校考勤，无需主动刷卡，无需排队等待，只要随身携带定位标签卡，即可完成实时考勤上报。

学生聚集报警
针对某些学生经常发生打架斗殴的重点区域进行布防，如果相关布防区域在布防时间段内人员数量超过规定人数并超出预设延时时间，系统立即报警并联动实时视频。

学生课时统计
在系统平台设置课程表，在教室入口等任意位置加设定位设备，记录学生出入时间及时长，作为课时统计的基础数据，改善老师点名的被动情况，实现课时统计的自动化。

报表统计
3.2.6.1考勤统计报表
系统记录师生进出校园考勤位置情况，并且能够自动统计师生每天第一次进入考勤位置时间超过上班时间一定时长和最后一次出考勤位置时间比下班时间提前一定时长的情况，及时了解学生请假缺勤情况。

3.2.6.2课时统计报表
依据学生课时记录数据，生成学生课时统计报表，可以准确而全面地掌握学生上课情况，避免学生缺课及逃课现象的发生。

3.2.6.3区域人员统计报表
将食堂、图书馆等特定区域不同类型人员进行数量汇总统计，形成区域各类人员柱形图统计报表，并提供图片格式报表文档下载，为
3.2.6.4区域报警统计报表
将各个区域不同类型报警进行数量汇总统计，形成区域各类报警柱形图统计报表，便于针对区域和报警信息进行管理。

3.2.6.5轨迹长度统计报表
针对特定时段内某学生行动轨迹的长度进行汇总统计，便于了解学生是否
发生异常行为。

3.2.6.6停留时间统计报表
将某个学生在一定时间段内每日的报警个数、到访区域个数、切换区域次数进行汇总统计，形成该时间段内行为数据分析柱状和折线图。

通过对该数据的分析，便于掌握学生在相关时间段内的校园内行为动态。

系统管理配置
地图管理
该模块用于现场电子地图管理以及相关区域的划分，层次化的管理所有地图与地图、地图与区域、区域与区域间的关系，同时在地图各区域内做视频可视化标识，便于管理所有的地图区域。

设备管理
3.3.2.1标签管理
该模块可对腕带、卡片等标签进行增删改查的管理，将标签与人员信息进行绑定，保证人员定位信息的唯一性。

同时可对标签破坏、丢失、呼叫和低电这几种状态进行管控。

管控内容包括标签状态的开关、显示、报警级别三部分，有效管理各类标签信息的展现。

3.3.2.2基站管理
该模块可对基站设备进行增删改查的管理，将定位设备与地图区域进行绑定，从而使定位信息与地图区域相关联，为系统提供准确的人员位置信息。

人员管理
3.3.3.1人员信息管理
该模块可对人员信息进行增删改查的管理，将人员信息与标签、区域进行绑定，保证人员定位信息和所属区域信息的唯一性。

同时可对人员状态进行管理，将人员状态与报警信息相关联，有效管理报警提示的展现。

3.3.3.2人员分组管理
系统支持人员分组管理，不同组别的人员拥有不同的权限。

课程管理
系统支持针对不同年级制定不同课程表，包括年级、时间、课程名称、上课时间、上课教室等信息的维护，是课时统计的基础信息。

视频管理
3.3.5.1视频平台
视频平台模块用于管理现场视频平台所有对接信息，通过视频平台同步摄像头设备信息，无需手动输入。

平台接入后最大的功能点为可通过人员的报警、历史轨迹等具有时间节点的记录查询视频，方便查看有效视频回放，提高工作效率。

3.3.5.2摄像头
摄像头模块用于管理单个摄像头的设备信息，可手动添加摄像头，也可从视频平台中获取摄像头信息，并可直接查看实时视频。

权限管理
3.3.6.1用户管理
可管理所有定位系统平台管理者的账号，可通过该模块进行修改管理者账号的用户名、密码或重置密码、角色分配等功能，让上层管理人员轻松管理所有用户。

3.3.6.2角色管理
设置不同角色，为角色分配不同权限，使系统对用户权限分配更灵活、有效。

对接拓展功能
视频联动
目前系统支持海康、大华、宇视等视频设备的接入，在实时追踪、触发报警等情况下提供实时视频画面，同时支持针对视频的抓拍、手动录像等基本操作。

系统还支持视频平台的接入，根据历史轨迹提供相关时间段内的视频回放，对事件的视频提供高效的管理。

人员数据
系统支持和人员信息数据库的对接，将学生和老师的相关数据信息同步到系统数据库，支持人员信息自动同步更新。

为管理人员提供多通道人员信息查询方式，便于系统自动完成对人员属性的划分、调用、展示等应用。

人员数据的自动同步更新免去人工录入的工作，消除错误发生概率，为系统的业务开展提供基础保障。

4服务保证
质量保证
为了保证本项目施工质量达到国家现行质量评定标准和合同规定的达到优良标准的质量要求，工程施工过程实行全面质量管理，明确工程各分项工程质量管理责任，并落实到人。

做到质量管理专人负责，全员参与，层层把关。

质量担保
由我方安装的主要设备器材及其附件，其质保期为壹年，从系统验收合格后1年内，有设备本身的质量或功能问题，我方免费调整、维护或更换。

售后服务
我方应提供负责售后服务人员有效的联系方式，做到1小时远程答疑。

5培训
为使定位设备能正常运行，我方有责任提供相应的技术培训。

培训内容应与工程进度相一致。

培训的时间、人数、地点等具体内容由双方商定。

培训计划和内容列出如下：。