基于RFID校園監(jiān)控系統(tǒng)是如何來(lái)設(shè)計(jì)的

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?cè)谧詣?dòng)識(shí)別、自動(dòng)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)采集、云存儲(chǔ)、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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)也就順勢(shì)而起，得到了前所未有的發(fā)展機(jī)遇、機(jī)會(huì)和動(dòng)力。

學(xué)校是培養(yǎng)人才的場(chǎng)所，寄托著國(guó)家、社會(huì)和家庭的希望，特別是幼兒園學(xué)校的啟蒙教育，國(guó)家對(duì)教育的重視也逐年增加，家長(zhǎng)想讓自己的孩子盡早接受教育，而且因?yàn)槠綍r(shí)工作的繁忙，唯恐小孩無(wú)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(zhǎng)的首選。如何在無(wú)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(shí)的親情溝通，家長(zhǎng)也方便時(shí)刻關(guān)注小孩動(dòng)向、學(xué)校表現(xiàn)，輔助學(xué)校給予健康的教育和快樂(lè)的成長(zhǎng)。

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(shí)現(xiàn)具有特色和創(chuàng)新價(jià)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(qiáng)學(xué)校與家長(zhǎng)的溝通。

1 核心技術(shù)概述

隨著計(jì)算機(jī)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(huì)的發(fā)展，帶來(lái)了極大的社會(huì)效應(yīng)。

1.1 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，就是將移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)二者結(jié)合起來(lái)，是互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)、平臺(tái)、商業(yè)模式和應(yīng)用與移動(dòng)通信技術(shù)結(jié)合并實(shí)踐的活動(dòng)的總稱(chēng)，它將移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)這兩個(gè)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(hù)規(guī)模，正在開(kāi)辟信息通信業(yè)發(fā)展的新時(shí)代。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)正逐漸滲透到人們生活、工作的各個(gè)領(lǐng)域，短信、移動(dòng)音樂(lè)、手機(jī)游戲、視頻應(yīng)用、手機(jī)支付、位置服務(wù)、各類(lèi)應(yīng)用軟件等豐富多彩的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用迅猛發(fā)展，正在深刻改變信息時(shí)代的社會(huì)生活。

本系統(tǒng)中就借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，讓家長(zhǎng)在智能手機(jī)終端的視頻服務(wù)實(shí)時(shí)查看孩子在校園內(nèi)的一舉一動(dòng)，同時(shí)移動(dòng)手機(jī)終端還可以接收學(xué)校、教師發(fā)過(guò)來(lái)的服務(wù)信息，與老師們進(jìn)行互動(dòng)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(jī)通過(guò)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(jī)，控制主機(jī)再將視頻信號(hào)分配到各監(jiān)視器及錄像設(shè)備，同時(shí)可將需要傳輸?shù)恼Z(yǔ)音信號(hào)同步錄入到錄像機(jī)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(guò)有線、無(wú)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(lái)進(jìn)行傳輸，并接入到統(tǒng)一的視頻服務(wù)平臺(tái)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(xiàng)集計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信以及視頻編解碼等多項(xiàng)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(shí)別技術(shù)，是一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。最基本的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、閱讀器和用來(lái)傳遞射頻信號(hào)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(wú)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(guò)發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入有效的工作區(qū)域時(shí)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(tái)主機(jī)進(jìn)行相關(guān)的信息處理，針對(duì)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(hào)控制閱讀器完成相應(yīng)的讀寫(xiě)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(guò)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(hù)群體需要的信息來(lái)減少信息過(guò)載的一項(xiàng)新技術(shù)。它根據(jù)用戶(hù)的興趣來(lái)搜索、過(guò)濾信息，幫助用戶(hù)高效率地發(fā)掘有價(jià)值的信息。數(shù)據(jù)來(lái)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(hù)端使用Pull（拉）的方式，就是隔一段時(shí)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(hù)終端上。

2 系統(tǒng)架構(gòu)體系設(shè)計(jì)

基于RFID校園監(jiān)控系統(tǒng)是為幼兒園每個(gè)學(xué)生配戴一個(gè)RFID的電子標(biāo)簽，當(dāng)學(xué)生經(jīng)過(guò)RFID閱讀器掃描區(qū)域時(shí)，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(tái)服務(wù)器，通過(guò)計(jì)算匹配到周邊的攝像頭，調(diào)用監(jiān)控視頻平臺(tái)獲取實(shí)時(shí)的視頻信號(hào)。系統(tǒng)利用RFID技術(shù)，在整體上架構(gòu)上將家長(zhǎng)、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(jì)

1）RFID模塊設(shè)計(jì)與選型

為滿(mǎn)足需求需在校園內(nèi)的操場(chǎng)、教室、走廊、樓梯、校園門(mén)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(diǎn)，對(duì)RFID設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型由為重要。

本文選用的是2.4G有源閱讀器，因?yàn)?.4G是全球開(kāi)放的ISM微波頻段，無(wú)須申請(qǐng)和付費(fèi)，且功能極小，讀寫(xiě)時(shí)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(chǎng)景靈活調(diào)整，在防沖突方案上，采用可靠的頻分多址和時(shí)分多址設(shè)計(jì)，可同時(shí)識(shí)別200個(gè)以上不同的射頻識(shí)別卡。另外電子標(biāo)簽可根據(jù)實(shí)際穿戴需要，定制成微小的、漂亮的紐扣式，時(shí)刻穿戴在學(xué)生身上，同時(shí)還具備高抗干擾性、高度集成性和高安全性，為整個(gè)校園監(jiān)控系統(tǒng)的良好實(shí)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(tái)組成，攝像頭目前市場(chǎng)上已經(jīng)相當(dāng)成熟，滿(mǎn)足需求的廠家、選型種類(lèi)很多，這里不詳做討論。在轉(zhuǎn)碼平臺(tái)上要求視頻的模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)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(dòng)終端相對(duì)低的信號(hào)輸出;支持?jǐn)z像頭的遠(yuǎn)程滾動(dòng)、拉進(jìn)、縮遠(yuǎn)、抓拍等操作;支持大數(shù)據(jù)量的存儲(chǔ)、高并發(fā)的訪問(wèn)、歷史視頻的回放等技術(shù)問(wèn)題。

2.2 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

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(hù)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(jī)的服務(wù)。

整個(gè)系統(tǒng)的是每個(gè)幼兒園內(nèi)部部署，先將采集數(shù)據(jù)在幼兒園存儲(chǔ)，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)同步至電信機(jī)房，由機(jī)房部署存儲(chǔ)所有幼兒園的采集數(shù)據(jù)，并作為云服務(wù)平臺(tái)向各應(yīng)用業(yè)務(wù)軟件提供服務(wù)，為支持整個(gè)城市的幼兒園家長(zhǎng)使用，系統(tǒng)采用SOA體系架構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示：

3 功能實(shí)現(xiàn)

基于RFID校園監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)家長(zhǎng)在PC端或智能手機(jī)端登錄后，根據(jù)后臺(tái)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(hào)，將實(shí)時(shí)畫(huà)面?zhèn)鬏數(shù)接脩?hù)界面上。家長(zhǎng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面了解孩子在校園的表現(xiàn)及受教育情況，并通過(guò)在線互動(dòng)功能與其它家長(zhǎng)、教師分享知識(shí);學(xué)校也可以通過(guò)平臺(tái)向家長(zhǎng)發(fā)送注意事項(xiàng)、育兒知識(shí)、校園活動(dòng)等。該系統(tǒng)核心架構(gòu)模塊設(shè)計(jì)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(dòng)切換、信息互動(dòng)等模塊組成。

1）資源管理模塊

實(shí)現(xiàn)基于RFID設(shè)備對(duì)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(guò)后臺(tái)的設(shè)備實(shí)體間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)業(yè)務(wù)關(guān)系的計(jì)算處理，得到需要的數(shù)據(jù)。突顯出業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的資源關(guān)系管理尤為重要，設(shè)備資源實(shí)體有：RFID電子標(biāo)簽、RFID閱讀器、攝像頭等;業(yè)務(wù)實(shí)體有：家長(zhǎng)、幼兒園、班級(jí)、學(xué)生等。

在幼兒園場(chǎng)景下，每個(gè)門(mén)安裝一個(gè)RFID閱讀器，教室內(nèi)安裝一個(gè)攝像頭;操場(chǎng)安裝一個(gè)RFID閱讀器，大于等于一個(gè)攝像頭;校園門(mén)口安裝兩個(gè)RFID閱讀器（可判斷學(xué)生出入校園狀態(tài)），一個(gè)攝像頭等場(chǎng)景關(guān)系，將資源管理建立起一個(gè)學(xué)生對(duì)應(yīng)一個(gè)RFID電子標(biāo)簽;一個(gè)學(xué)生可對(duì)應(yīng)多個(gè)家長(zhǎng);一個(gè)RFID閱讀器對(duì)應(yīng)多個(gè)攝像頭，一個(gè)攝像頭可關(guān)聯(lián)多個(gè)RFID閱讀器。資源管理的關(guān)聯(lián)建立與數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)為整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)的實(shí)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(shí)時(shí)畫(huà)面的采集，并將采集數(shù)據(jù)先臨時(shí)存儲(chǔ)在各幼兒園本地，再實(shí)時(shí)同步至電信中心機(jī)房。在設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在平臺(tái)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)和各信息系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，以統(tǒng)一的接口規(guī)范實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)提取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)審核等，同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)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(shí)時(shí)同步至電信機(jī)房的云服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)中心，各PC終端、移動(dòng)終端均從云服務(wù)平臺(tái)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3）多路視頻展現(xiàn)與自動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)

實(shí)際場(chǎng)景中孩子是在不斷移動(dòng)的，會(huì)從這個(gè)區(qū)域到達(dá)另一個(gè)區(qū)域，從這個(gè)教室轉(zhuǎn)到另一個(gè)教室，家長(zhǎng)看到的實(shí)時(shí)視頻也需要根據(jù)孩子的移動(dòng)自動(dòng)識(shí)別監(jiān)控視頻、自動(dòng)切換，確保孩子在監(jiān)控畫(huà)面中不消失。主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式：定時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)推送，定時(shí)檢測(cè)是PC端或者移動(dòng)端定時(shí)從服務(wù)器上檢測(cè)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(huà)面，更新PC端、移動(dòng)端界面;自動(dòng)推送是當(dāng)有家長(zhǎng)訪問(wèn)孩子的監(jiān)控視頻時(shí)，服務(wù)器端運(yùn)行監(jiān)聽(tīng)器，計(jì)算RFID采集數(shù)據(jù)是否變化，如變化，服務(wù)器端主動(dòng)將最近監(jiān)控畫(huà)出推送到客戶(hù)端。

4）信息推送服務(wù)功能實(shí)現(xiàn)

互聯(lián)網(wǎng)的時(shí)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(shí)現(xiàn)信息的傳遞、分享也變的異常容易。家長(zhǎng)可利用智能手機(jī)接收校園信息的推送服務(wù)，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上利用百度云推送服務(wù)，服務(wù)器端主動(dòng)利用百度云服務(wù)接口將信息推送到智能手機(jī)的移動(dòng)設(shè)備上。

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