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 NARFID 1-8m 低弱弱低或无低5mZigBee 3~10m 较低弱弱低较高70mUWB 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。