高校教學(xué)秩序智能管理系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

高校教學(xué)秩序智能管理系統(tǒng)

項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

高校教學(xué)秩序智能管理系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1

一、引言2

1-1編寫(xiě)目的2

1.2項(xiàng)目背景2

1.3縮寫(xiě)詞2

1.4定義2

1.5參考資料2

二、任務(wù)概述3

2.1目標(biāo)3

2.2用戶(hù)范圍3

三、需求分析3

3.1執(zhí)行者3

3.2系統(tǒng)架構(gòu)4

3.2.1系統(tǒng)功能包圖4

3.2.2軟件架構(gòu)5

3.2.3系統(tǒng)部署圖6

3.2.4硬件系統(tǒng)架構(gòu)7

3.3課堂點(diǎn)名與手機(jī)管理9

3.3.1功能9

3.3.2實(shí)時(shí)點(diǎn)名工作流程9

3.3.3限制條件10

3.3.4Wi-Fi精確定位算法10

3.4定位管理11

3.4.1功能11

3.4.2實(shí)時(shí)定位模塊的工作流程12

3.4.3實(shí)現(xiàn)方法12

3.4.4Wi-Fi粗定位原理13

3.4.5限制條件錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

3.5宿舍查寢錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

3.5.1功能13

3.5.2實(shí)時(shí)查寢工作流程14

3.6信息查詢(xún)查塊錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。

3.6.1功能14

3.7系統(tǒng)維護(hù)14

3.8數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)15

一、引言

1.1編寫(xiě)目的

此系統(tǒng)需求規(guī)格說(shuō)明書(shū)用于對(duì)項(xiàng)目背景、用戶(hù)范圍和需求等信息進(jìn)行說(shuō)明，包括功能性需

求和非功能性需求，確保對(duì)用戶(hù)需求的一致性。

1.2項(xiàng)目背景

高校學(xué)生曠課、遲到、早退、晚歸、不歸現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，傳統(tǒng)上的點(diǎn)名、查寢方式花費(fèi)

了大量的時(shí)間、效率低，最重要的是占用了上課時(shí)間；其次，3G手機(jī)已經(jīng)遍布中小城市，

上課手機(jī)化趨勢(shì)越來(lái)越明顯，學(xué)生在上課期間頻繁使用手機(jī)打電話(huà)、發(fā)短信、上網(wǎng)聊天、看

小說(shuō)、玩游戲等，各種不和諧的節(jié)奏充斥整個(gè)課堂。俗話(huà)說(shuō)：我們改變生活，生活也改變了

我們。

針對(duì)這些問(wèn)題，利用現(xiàn)代先進(jìn)的技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的課堂點(diǎn)名、課堂手機(jī)

管理、查寢、學(xué)生定位等系統(tǒng)，用于管理教學(xué)秩序，提高教師管理效率、減少管理時(shí)間的同

時(shí).，也讓學(xué)生課堂能專(zhuān)心聽(tīng)講、減少晚歸不歸現(xiàn)象，更好地保障學(xué)生安全有著得要的意義。

1.3縮寫(xiě)詞

B/S模式

即Brower/Server（瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)），指在TCP/IP的支持下，以HTTP為傳輸協(xié)議，

客戶(hù)端通過(guò)Browser訪(fǎng)問(wèn)Web服務(wù)器以及與之相連的

通過(guò)Web瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，由Web服務(wù)器進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果逐級(jí)

傳回客戶(hù)端

ASP.NET

即ActiveServerPages（動(dòng)態(tài)服務(wù)器頁(yè)面），運(yùn)行于IIS（互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)）之中

的程序。

1.4定義

系統(tǒng)的客戶(hù)端安裝的軟件（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“客戶(hù)端軟件”）功能：

1、接收AP基站發(fā)送的激活指令，同時(shí)客戶(hù)端軟件作出響應(yīng)，激活手機(jī)WLAN功能。

2、接收AP基站發(fā)送的控制指令，客戶(hù)端軟件發(fā)出命令，自動(dòng)開(kāi)啟屏幕鎖并控制屏幕

解鎖。

3、學(xué)生關(guān)機(jī)重啟后，客戶(hù)端軟件仍然保持上一次的活動(dòng)狀態(tài)。

4、此客戶(hù)端軟件只能接收AP基站發(fā)送特殊指令的控制。

1.5參考資料

軟件工程

單向廣播網(wǎng)絡(luò)可靠文件傳輸協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

Wi-Fi的定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

二、任務(wù)概述

高校教學(xué)秩序智能管理系統(tǒng)的任務(wù)是通過(guò)軟件來(lái)智能化地進(jìn)行課堂點(diǎn)名、課堂手機(jī)管

理、查寢、學(xué)生定位等，以提高課堂效率，減少教師花在教學(xué)秩序管理方面的時(shí)間，同時(shí)提

高學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果，讓學(xué)生按時(shí)就寢，更好地保障其安全。

本文檔提出需求，并對(duì)需求進(jìn)行分析，確定系統(tǒng)架構(gòu)，給出系統(tǒng)的軟件硬件實(shí)現(xiàn)方案。

2.1目標(biāo)

本高校教學(xué)秩序智能管理系統(tǒng)是基于Wi-Fi技術(shù)的軟硬件系統(tǒng)，通過(guò)此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)課

堂的自動(dòng)點(diǎn)名、課堂學(xué)生手機(jī)鎖屏、學(xué)生定位、查寢等功能，實(shí)現(xiàn)高校秩序的優(yōu)化管理，一

方面，建成一個(gè)精簡(jiǎn)、高效的課堂運(yùn)作模式，另一方面，通過(guò)定位、查寢等功能，更好地掌

握學(xué)生行蹤，保障其安全。

2.2用戶(hù)范圍

本系統(tǒng)的用戶(hù)范圍為高校學(xué)生、教師及高校管理員，管理員擁有最高的權(quán)限及較高的

技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)。對(duì)于現(xiàn)在的信息時(shí)代，如果此系統(tǒng)發(fā)展成熟后，我們可以推廣到初中、高中等學(xué)

校

三、需求分析

3.1執(zhí)行者

本系統(tǒng)執(zhí)行者主要有三大類(lèi)：手機(jī)客戶(hù)端用戶(hù)、瀏覽器用戶(hù)和系統(tǒng)管理員。手機(jī)客戶(hù)端

用戶(hù)和瀏覽器用戶(hù)都繼承自User。

手機(jī)客戶(hù)端用戶(hù)

瀏覽器用戶(hù)

系統(tǒng)管理員

宿舍管理員:手機(jī)

宿舍管理員：瀏覽器

任課教師

班主任：手機(jī)班主任：瀏覽器

1）手機(jī)客戶(hù)端用戶(hù)：是指安裝有本系統(tǒng)客戶(hù)端軟件的用戶(hù)，該用戶(hù)可以是經(jīng)授權(quán)的班主任、

宿舍管理員、任課教師等。

2）瀏覽器用戶(hù)：是指通過(guò)PC或手機(jī)中的瀏覽器使用本系統(tǒng)功能的用戶(hù)，實(shí)際用戶(hù)可以是

經(jīng)授權(quán)的班主任、宿舍管理員等。

3）系統(tǒng)管理員：指維護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶(hù)的人員。系統(tǒng)管理員通過(guò)瀏覽器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。

手機(jī)客戶(hù)端用戶(hù)通過(guò)本系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)使用系統(tǒng)，而瀏覽器用戶(hù)利用瀏覽器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)

或移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)使用本系統(tǒng)。只要在校內(nèi)，用戶(hù)不管是使用PC還是手機(jī)，都不會(huì)產(chǎn)生額外的

通信流量費(fèi)，從而降低系統(tǒng)的使用成本。

3.2系統(tǒng)架構(gòu)

3.2.1系統(tǒng)功能包圖

高校教學(xué)秩序智能管理系統(tǒng)主要用于實(shí)現(xiàn)課堂點(diǎn)名與手機(jī)管理、查寢和學(xué)生實(shí)時(shí)定位,

系統(tǒng)由五個(gè)功能模塊構(gòu)成，分別為課堂點(diǎn)名與手機(jī)管理、查寢、學(xué)生實(shí)時(shí)定位、信息查詢(xún)和

系統(tǒng)維護(hù)。

高校教學(xué)秩序智能管理系統(tǒng)

系統(tǒng)維護(hù)

W~AV-v

學(xué)生定位信息查詢(xún)

課堂點(diǎn)名與查寢

手機(jī)管理

（1）課堂點(diǎn)名與手機(jī)管理：可以由系統(tǒng)根據(jù)課表自動(dòng)點(diǎn)名，或由任課教師利用手機(jī)終端軟

件手動(dòng)點(diǎn)名。點(diǎn)名結(jié)果將保存在出勤數(shù)據(jù)庫(kù)中，并通過(guò)本系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到任課教師手

機(jī)。點(diǎn)名后，會(huì)向?qū)W生手機(jī)終端發(fā)送鎖屏命令鎖住學(xué)生手機(jī)，防止學(xué)生上課看手機(jī)。

（2）查寢：可以由系統(tǒng)根據(jù)作息時(shí)間自動(dòng)查寢，或是由宿舍管理員通過(guò)手機(jī)終端軟件或是

PC或手機(jī)瀏覽器手動(dòng)查寢。查寢結(jié)果將保存在就寢數(shù)據(jù)庫(kù)中，并根據(jù)是否是手機(jī)終端啟動(dòng)

的點(diǎn)名，將信息發(fā)送到手機(jī)中或是生成Web由用戶(hù)使用瀏覽器查看。

（3）學(xué)生實(shí)時(shí)定位：學(xué)生實(shí)時(shí)定位由班主任或其它授權(quán)用戶(hù)使用，可用于確定學(xué)生是否在

校園內(nèi)，如果是在校園內(nèi)，可進(jìn)下確認(rèn)是在寢室、教學(xué)樓、圖書(shū)館還是其它地方。

（4）信息查詢(xún)：班主任、宿舍管理員或其他授權(quán)用戶(hù)可以查詢(xún)學(xué)生的考勤、就寢等信息及

其統(tǒng)計(jì)結(jié)果，掌握每個(gè)學(xué)生的情況。

（5）系統(tǒng)維護(hù)：系統(tǒng)管理員利用此功能維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)和用戶(hù)。

3.2.2軟件架構(gòu)

本系統(tǒng)軟件采用胖客戶(hù)端的C/S架構(gòu)和B/S架構(gòu)的混合軟件架構(gòu)模式。

胖客戶(hù)端的C/S架構(gòu)：

本架構(gòu)用于校內(nèi)使用本系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)Wi-Fi網(wǎng)通信的手機(jī)用戶(hù)。使用無(wú)線(xiàn)Wi-Fi通信不會(huì)

產(chǎn)生流量費(fèi)用。

在本架構(gòu)中，需要針對(duì)教師和學(xué)生分別開(kāi)發(fā)客戶(hù)端軟件，并安裝在教師和學(xué)生的手機(jī)

中。

教師手機(jī)中安裝的客戶(hù)端軟件功能：

>向服務(wù)器發(fā)出點(diǎn)名、查寢、學(xué)生實(shí)時(shí)定位請(qǐng)求；

>向服務(wù)器發(fā)出考勤、就寢信息查詢(xún)請(qǐng)求；

>接收、顯示來(lái)自服務(wù)器的點(diǎn)名、查寢、定位結(jié)果信息。

學(xué)生手機(jī)客戶(hù)端軟件功能：

>顯示點(diǎn)名、查寢成功信息；

>接收來(lái)自服務(wù)器的鎖屏命令；

>上課時(shí)將手機(jī)鎖屏，下課后自動(dòng)解鎖。

教師手機(jī)終端

Client用戶(hù)界面

命令發(fā)送/信

息接收

WiFi多跳自組織網(wǎng)絡(luò)

B/S架構(gòu)用于瀏覽器用戶(hù)，用戶(hù)可以使用PC或手機(jī)，可以是在校內(nèi)或是在校外，通過(guò)互聯(lián)

網(wǎng)或移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)本系統(tǒng)。

除了具備胖客戶(hù)端的所有功能外，本架構(gòu)還提供系統(tǒng)維護(hù)功能。

Client

3.2.3系統(tǒng)部署圖

1）系統(tǒng)服務(wù)器

用于實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯，包括學(xué)生實(shí)時(shí)定位進(jìn)程、課堂點(diǎn)名與手機(jī)管理進(jìn)程、查寢

進(jìn)程、信息服務(wù)（利用ns）進(jìn)程及系統(tǒng)維護(hù)進(jìn)程等。

2）AP主站：這是購(gòu)置的設(shè)備，用作校園有線(xiàn)網(wǎng)與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)之間的路由器，實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)發(fā)。

3）通信/定位AP：購(gòu)置的設(shè)備，所有站點(diǎn)構(gòu)成多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，用于信息轉(zhuǎn)發(fā)和與手機(jī)Wi-Fi

通信。

4）教師手機(jī)：運(yùn)行本系統(tǒng)的教師客戶(hù)端進(jìn)程。

5）學(xué)生手機(jī)：運(yùn)行本系統(tǒng)的學(xué)生客戶(hù)端進(jìn)程。

6）PC工作站：運(yùn)行瀏覽器。

324硬件系統(tǒng)架構(gòu)

門(mén)禁系統(tǒng)數(shù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)服務(wù)器

據(jù)庫(kù)服務(wù)器服務(wù)器

高校教學(xué)秩序智能管理系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)由校園有線(xiàn)網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)通信與定位網(wǎng)組成，并通過(guò)

路由器接入互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)PC用戶(hù)和手機(jī)用戶(hù)都能方便的獲取需要的信息。

1、校園有線(xiàn)網(wǎng)

本系統(tǒng)的校園有線(xiàn)網(wǎng)部分由數(shù)據(jù)庫(kù)服器、系統(tǒng)服務(wù)器、宿舍門(mén)禁系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)AP主站、

工作站、交換機(jī)組成。宿舍門(mén)禁系統(tǒng)為學(xué)校原有系統(tǒng)，為本系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)接口。原

有網(wǎng)絡(luò)的通信線(xiàn)路可以借助原校園有線(xiàn)網(wǎng)，不需要另外投資建設(shè)。

1）數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：提供數(shù)據(jù)庫(kù)存取與管理服務(wù)。

2）系統(tǒng)服務(wù)器：實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯，主要包括：

學(xué)生定位：與無(wú)線(xiàn)定位AP通信，獲取指定學(xué)生的手機(jī)WiFi信號(hào)，并計(jì)算出學(xué)生的

位置。學(xué)生位置信息根據(jù)需要，可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給授權(quán)用戶(hù)，或是用戶(hù)通過(guò)

瀏覽器查詢(xún)獲取。

課堂點(diǎn)名與手機(jī)管理：基于學(xué)生位置信息，根據(jù)課表實(shí)現(xiàn)課堂自動(dòng)點(diǎn)名，并將點(diǎn)名

結(jié)果（包括到課人數(shù)、未到課人數(shù)及未到學(xué)生名單）通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到任課教師

的手機(jī)。

查寢：從宿舍門(mén)禁系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取學(xué)生的入住信息，對(duì)于未歸學(xué)生可以通過(guò)學(xué)生

定位功能，確定是在校內(nèi)還是校外。查寢結(jié)果通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給宿舍管理員。

WEB服務(wù)：授權(quán)用戶(hù)、可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)查詢(xún)、打印學(xué)生的出勤、就

寢信息，包括其統(tǒng)計(jì)信息。

數(shù)據(jù)維護(hù)：用戶(hù)通過(guò)瀏覽器，可以維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的學(xué)生信息庫(kù)、教師信息庫(kù)、考勤

信息庫(kù)、查寢信息庫(kù)等

無(wú)線(xiàn)AP主站：用作校園網(wǎng)與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)的路由器，轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)服務(wù)器號(hào)無(wú)線(xiàn)通信/定位

AP站點(diǎn)、學(xué)生與教師手機(jī)之間的命令與信息。

無(wú)線(xiàn)通信AP主站應(yīng)至少為2臺(tái)，以便提供容錯(cuò)功能。根據(jù)用戶(hù)規(guī)模，可適當(dāng)

增加。

宿舍門(mén)禁系統(tǒng)：宿舍門(mén)禁系統(tǒng)為學(xué)校原有系統(tǒng)，但提供給本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)接口，

以獲取學(xué)生入寢信息。

2、無(wú)線(xiàn)通信與定位網(wǎng)

無(wú)線(xiàn)通信與定位網(wǎng)用于實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信和獲取學(xué)生手機(jī)Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度功能，由無(wú)線(xiàn)AP

主站、無(wú)線(xiàn)通信/定位AP站點(diǎn)、學(xué)生/老師手機(jī)組成。

無(wú)線(xiàn)通信與定位網(wǎng)采用Wi-Fi通信，是一個(gè)多跳自組織網(wǎng)。

考慮到不同場(chǎng)所、不同應(yīng)用目的定位精度的不同要求，具體部署無(wú)線(xiàn)通信/定位AP時(shí)

可以采用不同密度，以降低系統(tǒng)成本。如在教學(xué)樓主要是用于課常點(diǎn)名，應(yīng)部署多一些站點(diǎn)，

而在校園和寢室里，定位精度不需要很高，可以少一些站點(diǎn)，具體數(shù)量應(yīng)在取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，

結(jié)合定位算法性能的基礎(chǔ)上優(yōu)化確定。

1）無(wú)線(xiàn)AP主站

用作校園網(wǎng)與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)的路由器，轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)服務(wù)器號(hào)無(wú)線(xiàn)通信/定位AP站點(diǎn)、學(xué)生與教

師手機(jī)之間的命令與信息。

2）無(wú)線(xiàn)通信/定位AP：既用于通信，又用于獲取目標(biāo)手機(jī)Wi-Fi信號(hào)強(qiáng)度用于定位。

3）學(xué)生手機(jī)：學(xué)生手機(jī)通過(guò)Wi-Fi與無(wú)線(xiàn)通信/定位AP通信，在學(xué)生手機(jī)中需要安裝

本系統(tǒng)的終端軟件。終端軟件接收來(lái)自系統(tǒng)服務(wù)器的指令，并對(duì)學(xué)生手機(jī)進(jìn)行鎖屏/開(kāi)屏。

4）教師手機(jī)：教師手機(jī)通過(guò)WiFi與無(wú)線(xiàn)通信/定位AP通信，在教師手機(jī)中需要安裝

本系統(tǒng)的終端軟件。終端軟件用于接收、顯示系統(tǒng)服務(wù)器發(fā)來(lái)的點(diǎn)名、就寢情況信息。授權(quán)

教師（如班主任、宿舍管理中）還可以通過(guò)終端軟件向系統(tǒng)服務(wù)器提出學(xué)生定位請(qǐng)求及獲取

定位信息。

3.3課堂點(diǎn)名與手機(jī)管理

3.3.1功能

本模塊用于實(shí)現(xiàn)課堂的智能點(diǎn)名與手機(jī)管理。系統(tǒng)可以根據(jù)課表自動(dòng)啟動(dòng)點(diǎn)名任務(wù)，也

可以由任課教師或班主任根據(jù)需要手動(dòng)觸發(fā)。如果系統(tǒng)已經(jīng)完成點(diǎn)名，任課教師或班主任也

可以根據(jù)需要查詢(xún)本課的出勤情況。

手動(dòng)觸發(fā)

實(shí)時(shí)點(diǎn)名

任課教師

(fromUseCaseView)

手動(dòng)觸發(fā)

班主任：手機(jī)本堂課出勤查詢(xún)

(fromUseCaseView)

3.3.2實(shí)時(shí)點(diǎn)名工作流程

下面用系統(tǒng)自動(dòng)點(diǎn)名的活動(dòng)圖來(lái)說(shuō)明實(shí)時(shí)點(diǎn)名模塊的工作流程。

系統(tǒng)服務(wù)器通過(guò)課表數(shù)據(jù)庫(kù)得到要點(diǎn)名的班級(jí)，后根據(jù)學(xué)生身份數(shù)據(jù)庫(kù)得到待點(diǎn)名班級(jí)

的學(xué)生Wi-FiID號(hào)。系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)向特定教室相關(guān)的AP發(fā)出搜索學(xué)生Wi-Fi信號(hào)，并返

回其強(qiáng)度信息。

根據(jù)返回的強(qiáng)度信息計(jì)算出學(xué)生的位置，從而確定其是否在指定教室內(nèi)。如果學(xué)生到課,

則發(fā)送鎖屏指令給學(xué)生手機(jī)中的客戶(hù)端軟件，實(shí)現(xiàn)手機(jī)鎖屏，防止學(xué)生上課時(shí)玩手機(jī)。

一個(gè)班級(jí)點(diǎn)完后通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)向任務(wù)教師手機(jī)客戶(hù)端軟件發(fā)送點(diǎn)名結(jié)果。任課教師獲得點(diǎn)

名結(jié)果后，對(duì)于未到的學(xué)生可再次點(diǎn)名確認(rèn)，從而大大增加點(diǎn)名的實(shí)效性，減少點(diǎn)名的時(shí)間。

3.3.3限制條件

1、上課期間學(xué)生不能將手機(jī)故意關(guān)機(jī)，手機(jī)處于開(kāi)機(jī)狀態(tài);

2、學(xué)生手機(jī)都攜帶含有WLAN功能；

3、手機(jī)內(nèi)需安裝本系統(tǒng)的學(xué)生客戶(hù)端軟件。

3.3.4Wi-Fi精確定位算法

為提高定位精度，在教學(xué)樓內(nèi)應(yīng)合理安裝多個(gè)通信/定位AP站點(diǎn)。

Wi-Fi信號(hào)容易受到其他信號(hào)如手機(jī)信號(hào)、藍(lán)牙信號(hào)等的干擾，又存在反射、折射、衍

射、多路等現(xiàn)象，定位精度常常不穩(wěn)定。不同樓層或者不同房間在空間上鄰近的位置往往具

有相似的信號(hào)指紋，定位系統(tǒng)不能正確地區(qū)別，從而導(dǎo)致將用戶(hù)定位在錯(cuò)誤的房間或者樓

層。而實(shí)際上，用戶(hù)在室內(nèi)走動(dòng)時(shí)，其位置是連續(xù)的，不可能從一個(gè)房間跳躍到另一個(gè)房間，

也不可能從一個(gè)樓層跳躍到另一個(gè)樓層，用戶(hù)走動(dòng)的軌跡必須符合室內(nèi)結(jié)構(gòu)和布局。

為提高定位精度，需要結(jié)合教學(xué)樓布局情況，綜合采用多種定位算法。

Wi-Fi信號(hào)指紋是在某個(gè)位置從多個(gè)802.11無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)接收到的信號(hào)強(qiáng)度，如果用SS

表示信號(hào)強(qiáng)度，AP表示無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)的標(biāo)識(shí)(通常用MAC地址表示)，〃表示無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)的個(gè)

數(shù)，信號(hào)指紋SF表示為：

SF=((AP,,SSi),(AP2,SS2),???.(APn,SSn))

1）最近鄰居算法

實(shí)際進(jìn)行定位時(shí)，用戶(hù)移動(dòng)設(shè)備上的802.11無(wú)線(xiàn)適配器實(shí)時(shí)采集當(dāng)前未知位置的信號(hào)

指紋，定位算法將該信號(hào)指紋與采樣數(shù)據(jù)庫(kù)中的信號(hào)指紋進(jìn)行比較，最接近的信號(hào)指紋所在

的采樣點(diǎn)被認(rèn)為是用戶(hù)的當(dāng)前位置，該算法稱(chēng)作最近鄰居算法

2）基于歷史的算法

采用信號(hào)指紋確定用戶(hù)位置很容易受到干擾因素的影響，因此我們使用多個(gè)時(shí)間上連續(xù)

的信號(hào)指紋進(jìn)行定位，以削弱信號(hào)波動(dòng)的影響。對(duì)于每一個(gè)信號(hào)指紋，系統(tǒng)根據(jù)歐幾里德最

近鄰居算法找到在該信號(hào)指紋的情況下用戶(hù)最有可能所在的K個(gè)位置（稱(chēng)為K個(gè)最近鄰居）

和最近鄰居算法相比，基于歷史的算法增加了計(jì)算歷史序列最短路徑的時(shí)間。由于歷史

深度”和最近鄰居個(gè)數(shù)K都是很小的整數(shù)，這個(gè)時(shí)間可以忽略不計(jì)，因此基于歷史的算法

幾乎沒(méi)有增加計(jì)算復(fù)雜度。該算法使用若干個(gè)時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)指紋進(jìn)行定位，有效地增強(qiáng)

了定位的穩(wěn)定性，并在一定程度上提高了定位精度。

3）多樓層處理算法

在多樓層的情況下，基于歷史的Wi-Fi指紋定位算法返回的路徑為：

PATH=（（xi，yi，floori）,（（X2，y2>floor：）,....（x”yn.floorn））

式中，/i為路徑長(zhǎng)度。

分析實(shí)驗(yàn)中獲得的該路徑，常會(huì)發(fā)現(xiàn)存在，和使iloon不等于floorj,由于用戶(hù)不

可能在樓層中跳躍，只能通過(guò)電梯或者樓梯到達(dá)另一樓層，因此，該情況應(yīng)該予以排除。多

樓層處理算法首先找到該路徑中發(fā)生次數(shù)最多的樓層，然后將該路徑中樓層號(hào)不同的位置刪

除，剩下的位置組成新的路徑，該路徑的終點(diǎn)被認(rèn)為是用戶(hù)的最終位置。

3.4定位管理

3.4.1功能

本模塊實(shí)現(xiàn)學(xué)生的定位，用于確定學(xué)生是在校園內(nèi)還是在校園外。如果在校園內(nèi)，則進(jìn)

一步可確定是在教學(xué)樓、宿舍還是其它地方。

本模塊由兩個(gè)用例構(gòu)成，登錄用例用于身份驗(yàn)證，只有經(jīng)授權(quán)的用戶(hù)（如班主任、宿舍

管理員）才能使用本功能；實(shí)時(shí)定位用例用于學(xué)生位置的粗定位。

訪(fǎng)問(wèn)本模塊既可以通過(guò)手機(jī)客戶(hù)端軟件，也可以通過(guò)瀏覽器。如果通過(guò)客戶(hù)端軟件，則

定位結(jié)果將通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)返回給手機(jī)客戶(hù)端。否則，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)返回。

手機(jī)客戶(hù)端用

戶(hù)

（from執(zhí)行者）

>

實(shí)時(shí)定位

瀏覽器用戶(hù)

（from執(zhí)行者）

3.4.2實(shí)時(shí)定位模塊的工作流程

由手機(jī)客戶(hù)端用戶(hù)或?yàn)g覽器用戶(hù)輸入要定位的學(xué)生號(hào)，并向系統(tǒng)發(fā)出定位請(qǐng)求。服務(wù)器

接到定位請(qǐng)求后，通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)學(xué)生身份數(shù)據(jù)庫(kù)獲取學(xué)生的Wi-FiID號(hào)，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)向AP

廣播定位請(qǐng)求。AP獲得學(xué)生Wi-Fi信號(hào)后將其強(qiáng)度值返回系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)返回的結(jié)果計(jì)算

出學(xué)生位置，并將位置信息返回給用戶(hù)。如果是手機(jī)客戶(hù)端用戶(hù)，位置信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)返回，

如果是瀏覽器用戶(hù)，則系統(tǒng)將生成Web將信息返回。

3.4.3實(shí)現(xiàn)方法

無(wú)線(xiàn)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)：局域無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍小，且不需要與因特網(wǎng)聯(lián)通，所以其建設(shè)

比較簡(jiǎn)單。由多個(gè)個(gè)無(wú)線(xiàn)AP就可以構(gòu)建。搭建局域網(wǎng)即可實(shí)現(xiàn)。

在智能點(diǎn)名完成情況下，后臺(tái)服務(wù)器將未到的學(xué)生信息表及激活指令給室外的AP基站,

AP基站發(fā)送指令將室外的學(xué)生的WLAN功能激活，如果學(xué)生在室外的話(huà)，學(xué)生就能夠發(fā)現(xiàn)

室外的Wi-Fi信號(hào)，反饋信號(hào)強(qiáng)度，再根據(jù)差分算法及三點(diǎn)定位的方式即可定位學(xué)生，同時(shí)

服務(wù)器端發(fā)送一條提醒信息到學(xué)生移動(dòng)終端。

3.4.4Wi-Fi粗定位原理

采用三點(diǎn)定位的方式，即通過(guò)移動(dòng)設(shè)備和三個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)信號(hào)交流來(lái)鑒別移

動(dòng)設(shè)備所處的位置，由于移動(dòng)設(shè)備距離三個(gè)無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)的距離不同，因此反映在無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)

上的該移動(dòng)設(shè)備的無(wú)線(xiàn)信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)會(huì)有差異，通過(guò)差分算法，可以比較精準(zhǔn)地確定位置。

對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的要求：通常Wi-Fi定位會(huì)對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)提出較高的要求，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)布置

越密集，定位的精確度就越高。

3.4.4限制條件

1、局域網(wǎng)的覆蓋范圍在校園內(nèi)，所以學(xué)生若不在校園內(nèi)就無(wú)法定位該學(xué)生的位置

2、學(xué)生手機(jī)都攜帶含有WLAN功能；

3、學(xué)生手機(jī)關(guān)機(jī)后就無(wú)法定位到該學(xué)生

3.5宿舍查寢

3.5.1功能

查詢(xún)學(xué)生是否按時(shí)返回。

本模塊由兩個(gè)用例構(gòu)成，登錄用例用于身份驗(yàn)證，只有經(jīng)授權(quán)的用戶(hù)（宿舍管理員）才

能使用本功能；實(shí)時(shí)查寢用例用于確定學(xué)生是否回到寢室。

本模塊既可以系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行，也可通過(guò)手機(jī)客戶(hù)端軟件或是瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)。如果通過(guò)客戶(hù)

端軟件，則查寢結(jié)果將通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)返回給手機(jī)客戶(hù)端。否則，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)返回。

宿舍管理員：瀏

覽器

(from執(zhí)…

宿舍管理員：手

機(jī)

(from執(zhí)...

3.5.2實(shí)時(shí)查寢工作流程

本模塊借助學(xué)校的宿舍門(mén)禁系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)生查寢，服務(wù)器從該門(mén)禁系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取學(xué)生

3.6信息查詢(xún)模塊

3.6.1功能

本模塊用于學(xué)生的出勤、就寢信息查詢(xún)?？梢圆樵?xún)某天某位學(xué)生相關(guān)信息，也可以查詢(xún)

統(tǒng)計(jì)信息，如一段時(shí)期的某生的出勤、就寢