王 軍，周亞東

(海南職業(yè)技術學院，海南 ?？?570216）

引 言

隨著物聯網技術在各行各業(yè)中應用的不斷深入，構建基于物聯網技術的智慧校園逐漸成為教育行業(yè)信息化發(fā)展的方向。然而，在初期的應用案例中，基本上都是利用傳感器、RFID、視頻監(jiān)控等感知技術，按照約定的協議，通過網絡把各種設備以及人員等要素連接起來，建設一個統(tǒng)一的校園綜合信息服務門戶，夠在某些方面進行深度應用的很少。

本文針對物聯網技術在智慧校園中應用不夠深入的現狀， 提出一種基于RFID 技術的學生行為分析的思路，為提升智慧校園應用水平作參考。

基于RFID 技術的學生管理系統(tǒng)，不管是智慧校園的組成部分，還是單獨建立的應用，對提高學生的管理水平和管理效率，都起到了很大的作用。

1 RFID技術簡介

RFID（Radio Frequency Identification）技術，是一種非接觸式自動識別技術，它技術成熟、應用廣泛 ；它的防沖撞性好、封裝任意性強、使用壽命長、可重復利用等特點，使其成為信息采集及管理系統(tǒng)設計的首選。

最基本的 RFID 系統(tǒng)由電子標簽、讀寫器（識讀器）、天線三部分組成。RFID 系統(tǒng)通過讀寫器的 RS 232（或 RS 485）、GPRS、WiFi、藍牙、ZigBee 等接口形式與外部計算機（上位機系統(tǒng)）連接，進行數據交換。

電子標簽是由IC 芯片和無線通信天線組成的超微型模塊電路，常嵌入到標簽中，稱為電子標簽。其內置的IC 芯片用于存儲數據，射頻天線用于和讀寫器進行通信。系統(tǒng)工作時， 讀寫器發(fā)出查詢（能量）信號，電子標簽（無源）收到查詢（能量）信號后將其一部分整流為直流電源供電子標簽內的電路工作，另一部分能量信號被電子標簽內保存的數據信息調制后反射回讀寫器。電子標簽是RFID 系統(tǒng)真正的數據載體。

讀寫器用于讀取或寫入電子標簽上的信息，同時接受來自于主機系統(tǒng)的控制指令，是 RFID 系統(tǒng)信息控制和處理中心。讀寫器通常由射頻接口和邏輯控制單元兩部分組成。

天線的作用是在電子標簽和讀寫器間傳遞射頻信號（能量和數據）。

RFID 系統(tǒng)的基本工作原理是 ：由讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號 ；當電子標簽進入發(fā)射天線有效工作區(qū)域時產生感應電流，從而獲得能量而被激活，使電子標簽將自身編碼信息通過內置射頻天線發(fā)送出去 ；讀寫器的接收天線接收到從電子標簽發(fā)送來的調制信號，經天線傳送到讀寫器信號處理模塊，經解調和解碼后將有效信息送至主機系統(tǒng)進行相關處理。

圖1 RFID 系統(tǒng)工作原理

2 數據采集

2.1 數據采集內容

根據應用場景的不同，RFID 技術支持多種射頻頻段， 主要有低頻 125 kHz 和 134 kHz、高頻 13.56 MHz、超高頻433 MHz 和 900 MHz、微波 2.4 GHz 等。綜合考慮各種因素，UHF 頻段（900 MHz）比較適合在校園應用：在無源情況下， 其識別距離可以達到 10 米以上。

將電子標簽做成校徽（或胸卡）讓每個學生佩戴，在需要采集學生行蹤信息的地方安裝電子標簽識讀器 ；學生經過每個數據采集點時，識讀器自動全部進行記錄 ；記錄的信息內容很簡單，只需要“采集點 ID”、“學生 ID”和“采集時間”即可；要求將采集到的數據實時傳送到數據庫中以便處理和留檔。我們把數據采集點采集到的原始數據記為raw_data（采集點ID，學生ID，采集時間）。我們在這里假設每個學生都會佩戴?；眨劣谠鯓颖苊鈱W生不戴?；栈蛘咭蝗藬y帶多個?；盏那闆r出現，有更進一步的研究，不在本文討論范圍之內。

雖然信息內容簡單，但是隨著數據采集點的增多，乘以龐大的學生數量，數據量是非常大的。因此，數據采集點的布設和對數據的分析處理至關重要。

2.2 數據采集點布設

首先，在校園各出入口采用遠距離識讀器獲取學生進出校園的信息。通過這些信息可以分析出哪些學生經常不在校， 及早發(fā)現長期不在?；蛘呤摰膶W生。

其次，在需要了解學生情況的各個重要地點如圖書館、行政樓、教學樓、宿舍樓、實訓樓、體育館、食堂等的入口處布設中遠距離識讀器，以獲取學生經過該點的信息。通過這些信息可以分析出學生的行蹤、喜歡經常去的地方等情況。

再次，在需要局部了解學生情況的地點如會議禮堂、教室門口等布設近距離識讀器，或者通過使用手持式識讀器來采集學生詳情。這類信息主要作為考勤使用，可以跟前兩類采集點的全局信息分開存放。

2.3 數據處理

raw_data 只是記錄采集點采集時刻剛好在其范圍內的學生的數據，一個采集點對同一個學生就會存在多條數據記錄， 必須對 raw_data 進行處理，變成記錄學生行蹤的 trace_dat（a 學生ID，動作時間，動作行為，動作地點）。其中，動作行為可以是“到達”、“離開”或“經過”。處理過的數據移到用于存檔的base_data 中，數據格式與raw_data 相同。具體處理過程如下：

(1)初始化工作。比如，判定卡是否離開的有效時間間隔設為 d。

(2)采用定時器按固定周期對 raw_data 進行循環(huán)處理。

(3)在每個循環(huán)里，對每個采集點循環(huán)，查詢所有記錄，

進行如下處理：

①如果到達記錄尾部，則退出循環(huán)。

②如果有相同卡號的記錄存在，則將該卡號除了最后一條采集記錄之外的其他記錄移到base_data 中去。

③如果當前記錄的采集時間與當前時間相差大于 d，則認為該學生已經離開該采集點。產生一條行蹤記錄，根據該學生最后一次記錄的狀態(tài) s，設定動作行為為“到達”（s 位于采集點所代表的場所以外）、“離開”（s 位于采集點所代表的場所之

內）或“經過”（采集點所代表的場所為孤立點）。將該條采集記錄移到base_data 中去。

④移到下一條記錄，轉到①繼續(xù)。

（4）0 處理完所有采集點的記錄之后，等待下一個時鐘周期的到來。

處理后生成的數據結果如圖 2 所示。

圖 2 trace_data 數據記錄示例

如果要記錄學生考勤，則必須將學生的課程表、請假等信息錄入到系統(tǒng)中，通過相互參照才能生成學生的考勤記錄， 此處不再詳述。

3 建立行為分析模型

基于校園一卡通全數據的學生行為分析，功能更全面， 已有文獻進行了論述 [1]，此處不再重復這方面的研究。本處只對學生行蹤數據能夠實現的學生行為分析進行研究，當然也可以將該研究的內容合并到將來的一卡通系統(tǒng)之中。我們主要用到時間序列分析和關聯分析，具體的幾個主要行為分析模型如下：

第一，通過對學生進出校門的信息進行統(tǒng)計和分析，可以知道哪些學生經常不在校，及早發(fā)現長期不在校或者失聯的學生。模型可分為最后一次離開校門的時間超出范圍和一段時間內不在校時間超出范圍兩種情況。

第二，通過統(tǒng)計每個學生在各關注地點如圖書館、行政樓、教學樓、宿舍樓、實訓樓、體育館、食堂等處逗留的總時間， 了解學生在校學習、活動、生活等方面的概況。同樣，可以按地點統(tǒng)計出學生對該場所或設施的使用頻度情況。

第三，通過關聯分析，比如哪些學生總是一同進出大部分場合，可以判定這些學生屬于一個小團體，掌握這些情況更有利于學生的管理 ；哪些學生總是獨來獨往，可以判定這些學生可能比較孤僻，需要多加關注，增加更多的人文關懷。

第四，對于局部或臨時活動，比如公共課堂、考試或會議等，除了可作為考勤數據使用之外，還可以通過時間序列人員變化情況分析，判斷課堂的受歡迎程度、考試題目的合理性以及會議的綜合評價等。

當然，根據學生管理的具體需要，通過抽取其他關于群體或者個體的特征信息，可以構建更多的行為分析模型。

結 語

本文通過對學生行蹤數據的采集、處理和分析，從中構建了幾種對學生管理非常有用的行為分析模型，可以單獨使用， 也可以集成到智慧校園系統(tǒng)中使用。