基於藍牙技術的智慧校園走班制管理系統
項目背景
「兩依據，一參考」將高考統考成績和學業水平考試成績作為高校錄取的依據，考生在高中階段的綜合素質評價情況作為高校錄取的重要參考。北京2018年將進行中考改革，必考科目：語文、數學、外語、體育；「5選3」選考：歷史、地理、思想品德、物理、生物(化學) ，選擇其中3個科目參加考試，物理、生物(化學)須至少選擇一門，共用9種課程組合；學生選考3科成績，由高到低分別按照100%、80%、60%的係數折算為實際分數；歷史、地理、思想品德、物理、生物(化學) ，每科含開放性科學實踐活動10分。隨著高考改革，不少高中學校開始醞釀走班制。如何提高學生的綜合素質，成為學校領導者面臨的重要挑戰。目前準備實行走班制計劃的省份有：
2017年，北京、天津、山東、江西、海南
2018年，江蘇、四川等18個省級行政區
2019年，陝西、甘肅、寧夏、廣西。
其中最難解決的問題就是如何實現走班制遠距離無感知考勤與學生定位，行為分析。
學生走班網上選課系統，可以提高教師，學生和學校的管理效率。我們的目標是用學生走班網上選課系統實現最快對全校選修課程發布以及新聞發布，使教師和學生最快知道，創造現代化的學習環境。學生走班選課涉及到校、系、師、生的諸多方面，隨著教學體制的不斷改革，學生走班選課時的制約因素比較複雜，工作量也很大，而且往往需要在較短的時間內完成。在這裡，運用計算機輔助選課，即能實時地對大量選課數據進行檢驗和統計，十分方便地輸出選課結果，避免了人工處理時容易產生的錯誤，同時採用最新藍牙物聯網技術，實現學生實際上課出勤情況管理，實現學生實時體徵監測預警管理，併集成現有校園消費一卡通系統。
基於藍牙技術的智慧走班管理系統
通過桂花網藍牙路由器組建校園藍牙網絡，實現藍牙網絡無縫覆蓋，配合智能藍牙終端及校園上層應用可解決走班制帶來的管理問題。
藍牙技術的優勢：
部署數量：每個教室或特定位置部署一個藍牙路由器即可實現以上功能
實現原理：由走班制管理系統向多個藍牙路由器（AP）發起獲取設備位置的請求，AP返回RSSI，再由AC進行位置信息判斷，優選出與設備最近的AP，此時，業務發起方走班制管理系統再向AC指定連接請求，即指定某個AP連接某個設備，當連接成功後，設備返回設備信息並發現設備服務（設備服務可以進行緩存第二次連接將減少此時間消耗），走班制管理系統根據設備服務向設備某個特定的服務進行寫值操作，值內容即消息提醒內容。當寫值成功以後即設備端顯示通知。由於AP可以同時與設備建立多達22個連結，即在瞬時可以同時通知22個學生。廣播方式下，一個AP可以同時監控200個以上的藍牙終端。再結合到到輪詢的方案，60個學生可以在20s內完成通知。
藍牙技術的優勢：北京桂花網科技藍牙技術低功耗，定位精度高，通用性強，藍牙手環輕度使用工作時間可長達30天，開啟全部功能也可使用15天。更可實現運動監控、心率監控，消息通知等附加功能。是實現走班制考勤與實現智慧校園最理想的技術。
表1- 技術對比
|
| 藍牙 | Wifi | IC卡 |
| 功耗（手環或IC卡） | 極低，工作時間可達30天，低輻射可用隨身穿戴 | 高功耗，工作時間少於1天、高輻射 | 無
|
| 採購成本（手環或IC卡） | 低 | 高 | 低 |
| 兼容性 | 極好 | 極好 | 差 |
| 傳輸距離 | 300米 | 200米 | 0.01米 |
| 單讀寫器同時讀取數量 | 22個；廣播200個 | 30個 | 1個 |
| 附加功能 | 體育測評，心率，校園定位、兼容擴展性、反向消息通知 | 校園定位 | 無 |
基於藍牙的考勤與定位：Cassia AC與多個藍牙路由器一起，可以跟蹤和報告其覆蓋範圍內的藍牙設備的位置，實時提供對人員和資產的精確跟蹤。
採用手環藍牙籤到功能，學生進入課堂範圍便自動記錄上課時間，無須手工打卡；同樣技術亦助老師、家長即時監察學生上課情況，了解子女是否安全抵校、並準時上課，以及在學校特定教室位置的停留時間和心率波動。
定位精度可小於5米，能夠精準定位到教室。
Cassia 物聯網接入控制器地圖管理
基本原理
無線信號強度(RSSI)方式。設備附近AP把無線信號被記錄下來，定位引擎裡有無線信號的設置原型，定位引擎識別RSSI的值，並優選出最大的設備RSSI作為匹配的AP，定位引擎獲得結果以後並發送定位信息給應用程式。
預期權重策略
當定位準備開始可以設定設備與AP的預期關係（Expectation），一個預期可以是設定某個時間段該設備與AP關聯。
例如：當8:00-9:00，設定一個預期使設備a與AP-a之間有關聯行為，此時每次AP-a收到設備的RSSI時，會增加其RSSI的權重值，以便於算法優選出來。
若在一個預期中，設備a無法被AP-a檢測到RSSI，則表示脫離預期並對業務端進行預警。當預期結束時，則加權結束。
藍牙路由器
Cassia X1000是世界上第一個遠距離企業級藍牙路由器，可用於室外和室內環境。它將藍牙範圍擴展到開放空間，將可傳輸的距離擴展到至多300米，而且能夠穿透三堵牆，實現了在不改變任何藍牙終端設備的情況下，同時長距離連接和遠程控制22個藍牙低功耗設備的功能。X1000具有專為藍牙設計的內置智能天線，可以用作網際網路網關，支持乙太網、2.4GHz WiFi和3G/4G無線上網。這使您可以通過Internet遠程訪問和控制您的藍牙終端設備。與桂花網Cassia物聯網控制器一起工作，實現輕鬆部署和管理。
北京桂花網科技有限公司根據使用場景和功能，提供多款藍牙路由器型號可選：
Cassia SDK允許我們的合作夥伴將其專有的藍牙低功耗設備連接到X1000，而無需更改其終端設備。此外，Cassia還提供了稱之為物聯網訪問控制器的解決方案(AC)。系統集成商可以通過AC 友好的用戶界面來部署和管理數百臺Cassia X1000路由器和數千臺與其連接的設備。
藍牙手環
學生手環為特別定製的藍牙運動手環，配備三軸加速度計和心率傳感器，能夠精確記錄學生走、跑步數，實時心率狀態，卡路裡消耗，睡眠質量等數據。內置的高亮OLED顯示屏能夠保證在戶外也能夠辨別。高達IP68的全防水設計可以適應絕大多數學生日常使用場景，特別處理的側挄鍵保證即使在遊泳池戒浴室仌可正常操作。採用最新的低功耗晶片保證單次充電續航時間超過1周。
支持市面上多種藍牙手環，用戶可選擇我們預訂手環品牌，也可選擇用戶現有合作手環品牌。
優勢
無縫藍牙覆蓋：憑藉智能天線和射頻管理技術，X1000可以提供穩定的遠距離藍牙覆蓋，達到300米無遮擋覆蓋或平均穿透3堵牆的效果。此功能，讓系統集成商對其部署在室內和室外的藍牙設備，實現了無縫覆蓋。
遠程訪問和控制：X1000可以將其覆蓋範圍內的藍牙低功耗設備通過WiFi，3G/4G或乙太網連接到LAN或Internet，從而實現遠程控制，並允許分組管理。
輕鬆集成（SDK）：只要簡單地將Cassia SDK集成到本地移動應用或雲伺服器中，合作夥伴就能享用X1000的遠距離藍牙覆蓋和路由功能，而無需對藍牙終端設備進行任何修改。
輕鬆部署和管理：X1000由Cassia 物聯網訪問控制器（AC）設置和管理。管理員可以快速部署和檢查其網絡中所有藍牙設備的狀態，包括路由器，傳感器，帶寬，電池壽命，設備位置等。
位置跟蹤：X1000與Cassia AC配合，可以跟蹤和報告其覆蓋範圍內的藍牙低功耗設備的位置，實時提供地理位置數據。
特點
無線電頻率：
Cassia X1000支持並遵循Bluetooth 4.0 / 4.1 / 4.2標準。
工作頻率：ISM頻段2.402〜2.480GHz
雙工模式：全雙工，時分雙工（TDD）
多個角色：X1000支持廣播，監聽，發送和接收等角色，也可同時扮演多個角色。
安全服務：支持藍牙4.2安全標準；支持FIPS無線標準；軍用級128位AES加密。
網絡連接：集成Wi-Fi 802.11b/g/n (2.4GHz) ;支持10/100 BASE-T乙太網;支持USB 4G dongle的上行模式。
供電方式：802.3 af/at標準PoE網線供電。
相關認證：FCC（美國），IC（加拿大），CE（歐洲），BQB，SRRC（中國）
基於藍牙技術的走班制管理系統功能
（選排課上層應用由合作夥伴提供）
系統概述
高中新課改「最要害」的變化是學生自主走班選課。也就是說，學生在完成必修課程的基礎上，有很大的「課程選擇權」，可以在一定的範圍內「想學什麼就學什麼」。
為了有利於學生選課，教育部把高中課程分為8大學習領域：語言與文學(包括語文、外語)；數學；人文與社會(包括思想政治、歷史和地理的一部分)；科學(包括物理、化學、生物和地理的一部分)；技術(包括通用技術、信息技術)；藝術(包括音樂、美術)；體育與健康；綜合實踐活動(包括研究性學習、社區服務、社會實踐)。學生只要「每學年在每個學習領域都獲得一定學分」，至於在一個領域內學哪門課，學生可以選擇，比如可以選生物而不選歷史。
系統特點
支持一校多址的選課機制
支持靈活設置與選課相關的各類條件
支持多維度查詢歷屆統計數據匯總統計
支持管理員靈活調整選課結果
支持教師評價學生，學生評價教師
支持在線實時查看選課情況
支持自由設置菜單模塊名稱、功能菜單的權限
| 技術選型 | |
| 應用平臺 | Windows 平臺, 瀏覽器應保證支持 IE 、 Firefox等 |
| 網絡結構 | 廣域網 |
| 系統結構 | 分布式三層結構 |
| 系統特點 | 開發速度快、投入低、運行速度快、穩定性高、易維護 |
| 開發語言 | JAVA |
| 前端開發技術 | HTML5+css3 |
| Web容器 | Tomcat |
| 技術參數 | http |
| 性能要求 | 在保證網絡良好的情況下，除個別大運算功能外，客戶端的操作的響應時間最多不超過 5 秒 |
| 數據表現層 | 數據表現層包括管理控制、數據處理部分、數據採集與信息發布部分 |
| 業務邏輯層 | 基於Windows Server 2008（2003） + springmvc，採用C#+LINQ技術實現。 |
| 數據存儲層 | 採用大型網絡資料庫管理系統sql server2008r2最新版本作為資料庫服務端，利用國際通用的SOAP、HTTP等標準通信協議，結合全新XML 、Web Services等數據服務技術、使數據服務具備跨平臺。 |
| 功能列表 | ||
|
系統管理 | 組織管理 | 組織管理由系統自動生成，系統管理員根據需要可酌情進行用戶權限的分配 |
| 系統用戶 | 添加用戶、修改用戶、刪除用戶、凍結用戶、批量凍結用戶、清空用戶、將所有的用戶導出到EXCEL、下載導入模板、進行模板導入。 | |
| 在線管理 | 可以查看系統在線人數，可執行強制下線操作 | |
| 機構管理 | 添加校區、教師、年級、班級、班主任、學生。還可以將教師、學生、班主任添加管理人員，也可通過系統用戶的模板導入添加人員。當學生畢業還需進行換屆升級操作。 | |
| 年級管理 | 對各校區各年級進行添加和刪除操作 | |
| 操作日誌 | 顯示異常 | |
|
課程選修管理 | 註冊課程 | 在開課時間範圍內，老師可自主設定開設的課程、年級、時間、報名人數、每班限選人數。 |
| 教師課程列表 | 系統呈現各教師自己開設的課程，可對自己開設的課程進行修改以及刪除。 | |
| 課程選課列表 | 系統呈現各教師開設課程的選課情況 | |
| 本班級報名情況 | 班主任可以查看本班級學生的選課報名詳情 | |
| 本班級學生學分 | 班主任可以查看本班級學生的選課學分情況 | |
| 啟用歷史課程 | 進入新的學期，可以復用以前開設的課程 | |
| 學生學習情況 | 學習結束後，任課老師可根據學生的表現進行學分評定 | |
| 教師教學情況 | 課程結束後，學生會根據實際情況對教師進行評分，教師可以在此查看評分情況。 | |
| 註冊走班課程 | 在開課時間範圍內，課程管理員可輔助老師設定開設的走班課程、年級、時間、報名人數、每班限選人數限選人數。 | |
| 走班課程列表 | 對全校的課程進行管理，包括課程的修改、刪除以及審核操作 | |
| 走班課程編號分配 | 對全校通過審核的走班課程進行編號 | |
| 上課地點分配 | 對全校通過審核的走班課程進行上課地點的分配，避免重複 | |
| 啟用歷史課程 | 進入新的學期，可以復用以前開設的課程 | |
| 學生學習情況 | 當課程結束後教師未對學生作出評價時，管理員可以輔助教師對學生進行評價。 | |
|
選課調課 | 待選修課程 | 學生登錄後，首頁列出了和自己相關的課程以及選課說明。會對未選修的課程類型進行提示，學生根據提示需要進行課程的選擇。 |
| 已選修課程 | 學生可通「已選修課程」查看當前學期的課程。如果選課設置運行學生退選課程，學生對不滿意的課程可以進行退選。但是由教師或者課程管理員強制選的課學生不能退選。 | |
| 評價教師 | 課程結束後對老師的教學進行評價 | |
| 我的學習情況 | 查看自己各學科的得分情況 | |
| 強制選課 | 管理員可以選擇某個學生學習某門課程，學生不能退選。 | |
| 學生調課 | 幫助學生退選課程，在幫助學生選擇一門新的課程 | |
| 學生選課列表 | 系統呈現全校學生的選課詳情 | |
| 退選一覽表 | 系統呈現全校學生被退選的課程列表，被管理員退選的課程學生不可以進行再選，可以在此刪除退選記錄並重新選課 | |
|
報表查詢 | 選課匯總 | 系統呈現了所有課程的選課情況以及某課程的選課人員名單。 |
| 選課明細 | 系統呈現了所有學生的選課明細。 | |
| 班級報名情況 | 本班已選課學生選課情況的統計，系統會提示課程類型選擇情況。 | |
| 報名情況統計 | 全校已選課學生選課情況的統計，系統會提示課程類型選擇情況 | |
| 未選課學生 匯總 | 全校還沒有選擇課程的學生名單，按照班級排列，供學校參考。 | |
| 教師得分表 | 課程結束，學生對教師進行評價之後，每個教師在每個指標上獲得分值，所有分值相加得到總分值。各項分值取得都是平均值 |
選課流程圖
成功案例
2016年至今，公司成功在北京、天津、合肥、上海、深圳、成都、武漢、溫州、青島等重點省市實現了智慧校園的建設，其獨具特色的藍牙智慧校園提升了學校的教育工作環境，低輻射的設備特點也為守護學生的健康做出更大貢獻，在業內獲得極高評價。