隨著高科技的蓬勃發(fā)展和智能化產(chǎn)品在人們生活應(yīng)用上的推廣與普及，使得人們在自動識別、自動控制、智能行為分析等方面不斷提出新的需求和新的應(yīng)用高度，正是在這計算機網(wǎng)絡(luò)、傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、云存儲、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)相互結(jié)合、協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)上，移動互聯(lián)網(wǎng)也就順勢而起，得到了前所未有的發(fā)展機遇、機會和動力。

學(xué)校是培養(yǎng)人才的場所，寄托著國家、社會和家庭的希望，特別是幼兒園學(xué)校的啟蒙教育，國家對教育的重視也逐年增加，家長想讓自己的孩子盡早接受教育，而且因為平時工作的繁忙，唯恐小孩無人看管，難以接受到良好的教育。因此，幼兒園、托兒所成為了家長的首選。如何在無數(shù)的幼兒園中脫穎而出，不僅要靠完善的管理和師資力量，還要靠與小孩父母進(jìn)行及時的親情溝通，家長也方便時刻關(guān)注小孩動向、學(xué)校表現(xiàn)，輔助學(xué)校給予健康的教育和快樂的成長。

本文即以幼兒園校園監(jiān)控系統(tǒng)為背景，借助先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)具有特色和創(chuàng)新價值意義的智能系統(tǒng)，進(jìn)而保障學(xué)生在校安全，提高幼兒園管理水平，增強學(xué)校與家長的溝通。

1 核心技術(shù)概述

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了空前的發(fā)展，各種新技術(shù)更是雨后春筍層出不窮，由不穩(wěn)定漸漸走向成熟，由少為人知推向廣泛使用，這些新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用極大的推進(jìn)了社會的發(fā)展，帶來了極大的社會效應(yīng)。

1.1 移動互聯(lián)網(wǎng)

移動互聯(lián)網(wǎng)，就是將移動通信和互聯(lián)網(wǎng)二者結(jié)合起來，是互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、平臺、商業(yè)模式和應(yīng)用與移動通信技術(shù)結(jié)合并實踐的活動的總稱，它將移動通信和互聯(lián)網(wǎng)這兩個發(fā)展最快、創(chuàng)新最活躍的領(lǐng)域連接在一起，并憑借數(shù)十億的用戶規(guī)模，正在開辟信息通信業(yè)發(fā)展的新時代。移動互聯(lián)網(wǎng)正逐漸滲透到人們生活、工作的各個領(lǐng)域，短信、移動音樂、手機游戲、視頻應(yīng)用、手機支付、位置服務(wù)、各類應(yīng)用軟件等豐富多彩的移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用迅猛發(fā)展，正在深刻改變信息時代的社會生活。

本系統(tǒng)中就借助移動互聯(lián)網(wǎng)，讓家長在智能手機終端的視頻服務(wù)實時查看孩子在校園內(nèi)的一舉一動，同時移動手機終端還可以接收學(xué)校、教師發(fā)過來的服務(wù)信息，與老師們進(jìn)行互動和溝通。

1.2 網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是由攝像、傳輸、控制、顯示、記錄登記五大部分組成。攝像機通過網(wǎng)絡(luò)線纜或者同軸視頻電纜將視頻圖像傳輸?shù)娇刂浦鳈C，控制主機再將視頻信號分配到各監(jiān)視器及錄像設(shè)備，同時可將需要傳輸?shù)恼Z音信號同步錄入到錄像機內(nèi)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳輸技術(shù)的快速發(fā)展，視頻監(jiān)控可以通過有線、無線網(wǎng)絡(luò)、電力網(wǎng)絡(luò)把視頻信息以數(shù)字化的形式來進(jìn)行傳輸，并接入到統(tǒng)一的視頻服務(wù)平臺上進(jìn)行管理，可將視頻信息進(jìn)行轉(zhuǎn)碼，以不同的方式、速率傳輸?shù)浇K端設(shè)備上進(jìn)行展示，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控總體概述為一項集計算機、網(wǎng)絡(luò)、通信以及視頻編解碼等多項高新技術(shù)的整合產(chǎn)品。

1.3 RFID基本原理

RFID（Radio Frequency Identification）即射頻識別技術(shù)，是一種非接觸式自動識別技術(shù)。最基本的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、閱讀器和用來傳遞射頻信號的天線組成。電子標(biāo)簽根據(jù)是否具有電源分為有源標(biāo)簽、無源標(biāo)簽和半有源標(biāo)簽，其工作的基本原理是由閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入有效的工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得能量，電子標(biāo)簽被激活，向閱讀器發(fā)送信息，閱讀器收到信息后編碼，然后傳送給后臺主機進(jìn)行相關(guān)的信息處理，針對不同的設(shè)定作出相應(yīng)的處理和控制，最終發(fā)出指令信號控制閱讀器完成相應(yīng)的讀寫操作，工作原理圖如下圖1所示：

1.4消息推送服務(wù)

消息推送服務(wù)是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展下，衍生的新技術(shù)，是基于“Web廣播”通過一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，在互聯(lián)網(wǎng)上定期傳送特定用戶群體需要的信息來減少信息過載的一項新技術(shù)。它根據(jù)用戶的興趣來搜索、過濾信息，幫助用戶高效率地發(fā)掘有價值的信息。數(shù)據(jù)來源于與與服務(wù)器的交互，常用的消息推送有兩種方式：第一種是客戶端使用Pull（拉）的方式，就是隔一段時間就去服務(wù)器上獲取一下信息，看是否有新的數(shù)據(jù)更新;第二種就是服務(wù)器使用Push（推送）的方式，當(dāng)服務(wù)器端有新信息了，則把最新的信息Push到所需要的用戶終端上。

2 系統(tǒng)架構(gòu)體系設(shè)計

基于RFID校園監(jiān)控系統(tǒng)是為幼兒園每個學(xué)生配戴一個RFID的電子標(biāo)簽，當(dāng)學(xué)生經(jīng)過RFID閱讀器掃描區(qū)域時，采集到學(xué)生電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)，并網(wǎng)絡(luò)傳輸至后臺服務(wù)器，通過計算匹配到周邊的攝像頭，調(diào)用監(jiān)控視頻平臺獲取實時的視頻信號。系統(tǒng)利用RFID技術(shù)，在整體上架構(gòu)上將家長、學(xué)生、監(jiān)控、智能終端融為一體，促使校園管理邁向智能化、信息化。

2.1 硬件設(shè)計

1）RFID模塊設(shè)計與選型

為滿足需求需在校園內(nèi)的操場、教室、走廊、樓梯、校園門口等等位置安裝RFID閱讀器，并且RFID設(shè)備間不相互干擾、掃描范圍可控且距離短、輻射低、易穿戴等特點，對RFID設(shè)備的設(shè)計與選型由為重要。

本文選用的是2.4G有源閱讀器，因為2.4G是全球開放的ISM微波頻段，無須申請和付費，且功能極小，讀寫時間極短，閱讀器掃描距離在2―10米之間，可根據(jù)不同的應(yīng)用場景靈活調(diào)整，在防沖突方案上，采用可靠的頻分多址和時分多址設(shè)計，可同時識別200個以上不同的射頻識別卡。另外電子標(biāo)簽可根據(jù)實際穿戴需要，定制成微小的、漂亮的紐扣式，時刻穿戴在學(xué)生身上，同時還具備高抗干擾性、高度集成性和高安全性，為整個校園監(jiān)控系統(tǒng)的良好實施奠定一定的基礎(chǔ)。

2）網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控

網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控由攝像頭、傳輸網(wǎng)絡(luò)、轉(zhuǎn)碼平臺組成，攝像頭目前市場上已經(jīng)相當(dāng)成熟，滿足需求的廠家、選型種類很多，這里不詳做討論。在轉(zhuǎn)碼平臺上要求視頻的模擬信號與數(shù)字信號互轉(zhuǎn)，并且支持PC電腦上傳輸分辨率大、碼率大、清晰度高視頻，移動終端相對低的信號輸出;支持?jǐn)z像頭的遠(yuǎn)程滾動、拉進(jìn)、縮遠(yuǎn)、抓拍等操作;支持大數(shù)據(jù)量的存儲、高并發(fā)的訪問、歷史視頻的回放等技術(shù)問題。

2.2 軟件架構(gòu)設(shè)計

本軟件系統(tǒng)架構(gòu)是將C/S和B/S模式相結(jié)合的方式使用，其中C/S（Client/Server）模式，即客戶端/服務(wù)端模式，應(yīng)用于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與交換處理;B/S（Brower/Server）模式，即瀏覽器/服務(wù)器模式，應(yīng)用于PC電腦的Web瀏覽和智能手機的服務(wù)。

整個系統(tǒng)的是每個幼兒園內(nèi)部部署，先將采集數(shù)據(jù)在幼兒園存儲，并通過互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實時同步至電信機房，由機房部署存儲所有幼兒園的采集數(shù)據(jù)，并作為云服務(wù)平臺向各應(yīng)用業(yè)務(wù)軟件提供服務(wù)，為支持整個城市的幼兒園家長使用，系統(tǒng)采用SOA體系架構(gòu)的設(shè)計思路，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如圖2所示：

3 功能實現(xiàn)

基于RFID校園監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)家長在PC端或智能手機端登錄后，根據(jù)后臺的業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系及算法處理，得到自己孩子目前所處在RFID閱讀器掃描區(qū)域內(nèi)的設(shè)備資源，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控調(diào)出設(shè)備資源的視頻監(jiān)控信號，將實時畫面?zhèn)鬏數(shù)接脩艚缑嫔稀＜议L通過實時監(jiān)控畫面了解孩子在校園的表現(xiàn)及受教育情況，并通過在線互動功能與其它家長、教師分享知識;學(xué)校也可以通過平臺向家長發(fā)送注意事項、育兒知識、校園活動等。該系統(tǒng)核心架構(gòu)模塊設(shè)計主要包括資源管理、數(shù)據(jù)采集與交換處理、多路視頻展現(xiàn)與自動切換、信息互動等模塊組成。

1）資源管理模塊

實現(xiàn)基于RFID設(shè)備對孩子監(jiān)控，要具有精確的設(shè)備提供詳細(xì)數(shù)據(jù)，通過后臺的設(shè)備實體間的對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)業(yè)務(wù)關(guān)系的計算處理，得到需要的數(shù)據(jù)。突顯出業(yè)務(wù)實現(xiàn)的資源關(guān)系管理尤為重要，設(shè)備資源實體有：RFID電子標(biāo)簽、RFID閱讀器、攝像頭等;業(yè)務(wù)實體有：家長、幼兒園、班級、學(xué)生等。

在幼兒園場景下，每個門安裝一個RFID閱讀器，教室內(nèi)安裝一個攝像頭;操場安裝一個RFID閱讀器，大于等于一個攝像頭;校園門口安裝兩個RFID閱讀器（可判斷學(xué)生出入校園狀態(tài)），一個攝像頭等場景關(guān)系，將資源管理建立起一個學(xué)生對應(yīng)一個RFID電子標(biāo)簽;一個學(xué)生可對應(yīng)多個家長;一個RFID閱讀器對應(yīng)多個攝像頭，一個攝像頭可關(guān)聯(lián)多個RFID閱讀器。資源管理的關(guān)聯(lián)建立與數(shù)據(jù)的存儲為整個系統(tǒng)架構(gòu)的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，提供了業(yè)務(wù)架構(gòu)的服務(wù)。

2）數(shù)據(jù)采集與交換處理模塊

數(shù)據(jù)采集主要是RFID閱讀器掃描電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)采集和視頻監(jiān)控的實時畫面的采集，并將采集數(shù)據(jù)先臨時存儲在各幼兒園本地，再實時同步至電信中心機房。在設(shè)計上數(shù)據(jù)采集是利用設(shè)備廠家提供的服務(wù)接口，與SOA框架的服務(wù)接口同步，實時將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲在平臺服務(wù)器。

數(shù)據(jù)交換處理提供各子系統(tǒng)接入的接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換平臺和各信息系統(tǒng)的有機結(jié)合，以統(tǒng)一的接口規(guī)范實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動提取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)校驗、數(shù)據(jù)審核等，同時支持?jǐn)?shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)查詢等。各幼兒園的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范處理后，實時同步至電信機房的云服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)中心，各PC終端、移動終端均從云服務(wù)平臺獲取實時數(shù)據(jù)。

3）多路視頻展現(xiàn)與自動切換實現(xiàn)

實際場景中孩子是在不斷移動的，會從這個區(qū)域到達(dá)另一個區(qū)域，從這個教室轉(zhuǎn)到另一個教室，家長看到的實時視頻也需要根據(jù)孩子的移動自動識別監(jiān)控視頻、自動切換，確保孩子在監(jiān)控畫面中不消失。主要有兩種實現(xiàn)方式：定時檢測和自動推送，定時檢測是PC端或者移動端定時從服務(wù)器上檢測RFID采集的數(shù)據(jù)是否存在變化，如變化就從服務(wù)器上獲取最新的監(jiān)控視頻畫面，更新PC端、移動端界面;自動推送是當(dāng)有家長訪問孩子的監(jiān)控視頻時，服務(wù)器端運行監(jiān)聽器，計算RFID采集數(shù)據(jù)是否變化，如變化，服務(wù)器端主動將最近監(jiān)控畫出推送到客戶端。

4）信息推送服務(wù)功能實現(xiàn)

互聯(lián)網(wǎng)的時代也促進(jìn)了信息的傳遞，利用成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能終端設(shè)備實現(xiàn)信息的傳遞、分享也變的異常容易。家長可利用智能手機接收校園信息的推送服務(wù)，在本系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)上利用百度云推送服務(wù)，服務(wù)器端主動利用百度云服務(wù)接口將信息推送到智能手機的移動設(shè)備上。

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