数字化校园解决方案完整版.docx
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数字化校园解决方案完整版
杨村一中数字化校园
解
决
方
案
北京竞业达数码科技有限公司
二零一二年十一月
1设计概述
杨村一中是一所具有60多年历史的公立全日制高级中学，是天津市重点中学。
杨村一中新校区已经开始施工，预计2013年投入使用，总占地60000平方米，为现有校区3倍。
届时学生将感受到半大学式管理，采取全员住校，更加人性化，符合杨村一中多年来的主流教育思想。
国家对现代教育的信息化建设十分关注，国家教育信息化十年发展规划（2011-2020年）提出信息化校园建设要求：
面向未来，育人为本为每一名学生和学习者提供个性化学习、终身学习的信息化环境和服务、应用驱动；共建共享开发应用优质数字教育资源，构建信息化学习和教学环境，促进教育公平；统筹规划，分类推进统筹做好整体规划和顶层设计，明确发展重点，坚持分类指导，鼓励形成特色；深度融合，引领创新以信息化引领教育理念和教育模式的创新。
杨村一中新校区的建设根据国家政策，将建成全面数字化、信息化的校园，创造更加科学、舒适的教学、生活环境。
杨村一中数字化校园的整体设计将依据以下原则：
实用性：
充分满足学校信息化应用与管理在现在及未来的各种需求，真正使信息化应用系统在教学管理方面为师生提供强有力的支持
标准性：
本系统的所有设计均遵循国家、行业、企业的标准进行，以符合系统的开放性要求。
高可靠性：
一个实用的系统同时必须是可靠的。
本设计通过合理而先进的设计及优化选型，以保证系统的可靠性和容错性，避免灾难性事故发生。
高性能、先进性：
各大系统充分应用现有成熟的先进技术，可满足网络信息传输、计算机管理、办公自动化等需求。
语音、数据、多媒体信充分满足现有和未来需求发展的要求。
可维护性：
系统开通后，维护工作将是一个长期的工作，各系统设计充分考虑维护工作的需求，通过相应的技术降低工作量及难度，从而达到保证运行可靠及节省费用的目的。
可扩展性及灵活性：
计算机与通讯技术是不停地发展的，学校的应用需求也是发展和变化的。
在设计中，我们充分考虑系统扩展升级的要求，以及对各种不同结构、不同协议的网络及设备的支持，保证系统能适应各系统扩展和升级。
经济性：
在满足功能要求的前提下，使学校以尽可能小的投资，获得尽可能优越的应用。
2系统建设内容
根据校方提出的要求、我公司实地考察和与校方的沟通，杨村一中数字化校园建设内容总体规划如下：
1.1基础网络建设
1.1.1综合布线
本项目综合布线设计遵循GB/T50311－2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》的要求，根据已设计的桥架通道，采用符合国内国际标准的线缆线材，保证整个线路科学合理，稳定畅通。
本项目中涉及到的线缆主要有：
光缆——楼宇之间的数据网络与监控网络连接线。
全部采用单模铠装光纤，室外光缆采用重铠，加强保护。
单模光纤采取2:
1的原则，即每两根芯不少于1根备用芯。
六类非屏蔽双绞线——工作区、水平布线系统，从交换机到信息面板。
大对数电缆——用于语音的传输。
在楼宇之间干线、楼宇内部垂直干线采用。
4芯电话线——配线间到工作区信息面板的连接。
1.1.1.1桌面走线
桌面配置网络、语音连接线。
1.1.1.2楼层走线
从楼层设备间到桌面的水平布线采取预估方式计算，用信息点数×平均线长计算得到总线长。
1.1.1.3楼宇干线
从中心机房通过楼宇干线进入楼层设备间的机柜，本段距离根据地丼的走线方位进行计算。
1.1.2网络设计
1.1.2.1概述
本方案旨在设计一套完整、灵活、强大的园区基础网络平台。
本设计方案把园区网络按照功能性划分为行政办公、课堂教学、一卡通、校园生活、运动娱乐与安防监控六大类。
其中一卡通、校园生活、安防监控通过物理隔离，设计为单独的网络区域，以确保校园的信息安全。
核心主干采用万兆光缆连接，通过六类双绞线提供千兆速率到桌面，满足日常千兆的高速上网要求。
设计时我们充分考虑贵校实际情况，设计配置的网络主要核心设备支持光模块、业务功能模块及其他功能模块，同时配置为可插拔可更换的电源模块，网络设备选用机箱加模块的组合方式，考虑到了40%以上的端口预留，方便后期的升级维护。
系统设备基础网络支持IPv6，在保障IPV4现有的通信协议下，满足对IPV6的应用及核心带宽的升级，保护现有的网络投资。
建成的园区网络满足多样化的多媒体教学要求，支持多路并发多媒体信息，支持网络教学、多点视频会议功能、多级互联功能等。
提供办公区域的无线覆盖，在有线的基础上，实现对楼宇内部的无线覆盖；采用先进的用户登录认证管理技术，达到随时随地的无线办公。
本方案按照六大功能模块，将网络区分为内网环境与外网环境，网络主干如下图所示：
网络中有校园一卡通系统、校园信息发布系统和体育馆娱乐这三个子网络，建议用防火墙进行网络隔离，隔离拓扑图如下所示：
详细介绍如下。
1.1.2.2行政办公
行政办公功能主要集中在办公楼，涵盖综合楼、教学楼的教师休息室，是学校的管理中心。
本设计方案将行政办公网络从VLAN上隔离开，配置网络优先的策略，以提高办公效率。
同时，办公楼每楼层提供无线AP接入，连接到楼层接入交换机。
具体部署是在办公楼布置一台万兆汇聚交换机，将办公楼的接入交换机汇聚后，通过万兆链路连接到核心层。
网络拓扑如下：
1.1.2.3课堂教学
课堂教学涉及到普通教室、多媒体教室、录播教室、微机教室等，集中教育教学资源，方便教师授课，提高学生接受能力。
本方案在中心机房部署教学专用汇聚交换机，提供千兆到桌面，万兆到核心的高速通道，同时提供丰富的扩展接口，以应对日新月异的教育资源。
1.1.2.4校园一卡通
一卡通技术是科学技术在日常生活各领域广泛作用的典型代表，其作为无线射频技术（RFID）的一种应用，具有技术成熟、应用场合广泛的特点，给人们的生活带来极大的便利。
本次项目为学校提供的一卡通技术支持门禁控制、消费管理，停车场管理，电梯控制，考勤管理等方面的集中应用。
通过管理中心统一发卡，集中授权，用户持此卡片，可实现门禁，考勤，消费，停车，电梯使用等等多种功能，所有的系统产生的数据可以在一个数据库中进行处理，管理人员在一个平台对所有子系统进行操作，这就是一卡通系统的基本设计出发点。
学校具有人员众多，时间安排集中等特点，所以为了获得更加科学有效的管理方式，降低人员工作量，更有效地保障管制区域的安全，建设一套稳定可靠的一卡通运行网络是非常必要的。
本项目将一卡通系统从物理上独立出来，提供高度的安全保障，也提升了系统的运行效率。
1.1.2.5校园生活
校园生活是为丰富学生的课下活动，增加学生知识面而开展的多彩多艺的各种多媒体活动，其传播方式采取校园信息发布、校园广播等。
为引导学生合理、规范、正确地开展校园生活，信息审核与信息的安全性尤为重要。
项目中信息发布的终端设备覆盖面较广，教学楼、办公楼、综合楼、实验楼、宿舍、食堂、图书馆等，均有信息发布终端。
故采取VLAN划分方式，将整个校园网的信息发布终端划分到同一个VLAN，而对信息发布主机则采取防火墙隔离的安全解决方案，从而将校园信息发布系统进行逻辑隔离，增强信息审核力度，保障公共信息安全。
1.1.2.6运动娱乐
校园有体育馆，体育馆对社会提供服务，提供良好的网络接入服务能提升客户满意度。
但为了保障校园网络安全，应对体育馆网络接入进行管理，防止网络入侵行为的发生。
1.1.2.7安防网络设计
本方案将安防网络独立设计，采取核心-接入的二层直连模式，在网络机房建立监控网络的核心层，各监控区域的接入交换机通过单模光纤传输到核心层。
根据每接入交换机最多接入48台IPC，每IPC码流按照720P、4Mbps计算，带宽量在48*4Mbps=192M，远低于千兆网络的传输能力。
1.1.3集中存储
随着校园的数字化运转，需要存储大量的数据，校园存储的需求有以下几点：
1.教务管理：
教职工档案、学生档案、学费缴纳、学生成绩管理、宿舍管理等
2.一卡通：
一卡通数据库
3.图书管理：
图书借阅信息、图书进出库信息、图书存量信息
4.教学资源：
远程教学资源、录播课程
5.视频存储：
校园安防监控视频存储、电子巡查视频存储、重要会议、重要活动视频存储等
6.车牌拍照系统采取独立的本地存储方式，无需备份。
为了满足学校的存储需求和保证数据的安全，本设计采取了“分布存储、集中备份”的方式，重要资料本地存储，然后备份到集中存储。
视频存储的时延性相对较低，采取直接到集中存储的方式。
分布存储：
对于教务管理、一卡通管理、图书管理这些重要资料，包含数据库信息的，采取本地存储，同时压缩备份到集中存储。
教学资源和监控视频直接存到IPSAN下；监控视频定期删除，以节省空间。
下图显示数据流走向：
1.1.4网络机房
网络机房：
网络机房位于办公楼3楼，面积约80平方米，主要存放路由、交换、服务器等设备。
机房根据国家标准GB50174-93设计。
机房铺设防静电地板，铺设铜箔接地处理，做二级防雷保护。
UPS：
UPS机房存放UPS设备及电池架，电池架为定制钢架，承重2吨。
考虑到楼层的承重压强每平方米按照不大于1000公斤的方式设计。
本项目配置的20KW高频机配置了60块松下100AH蓄电池，提供20KVA、4小时的备用能力。
1.2多媒体教学平台
教育的核心是学与教，而数字化教学环境与资源建设是信息化学与教环境建设的关键，因此可以说数字化教学环境与资源建设是数字校园的重要组成系统，其目标是为师生打造高效、互动、妙趣地学与教的空间。
智能化的教学环境可生成课堂实录资源，并通过网络同步到资源平台形成教学资源，优质的教学资源又可以同步到网络学习平台，结合网络学习平台的同步课堂、作业、测评、答疑等应用功能实现课后的网络学习，在教学过程中教师也可以在教室登陆网络学习平台进行点评、作品展示等活动。
一体化设计实现了从环境、资源到应用的良性循环，真正实现了有效益、有效果、有效率的教学。
本次项目将72间普通教室、30间实验室、15间功能教室、4间阶梯教室建成现代化的多媒体教室，并且在多媒体教室基础上建设了1间多功能阶梯教室、1个心理测评室、3个微机教室、1个电子阅览室、2个专业录播教室。
1.2.1多媒体教室
多媒体教室一共建设72间普通教室、30间实验室、15功能教室、4阶梯教室。
教室端配置如下：
网络集控部分：
网络中控主机是多媒体教室的核心，可实现音箱、投影机、电动幕布、电子讲台等教室端设备本地/远程控制。
电源控制箱具有12路220V电源输出，可控制各种设备的供/断电。
桌面控制器提供了本地控制功能，具有一键上下课功能。
定制的电子讲台美观大方，IC卡读卡器刷卡打开或远程打开，安装有门磁等安防报警设备，保证讲台内设备的安全。
IP电话能够呼叫主控中心，以得到远程协助。
教学部分：
配置了教学计算机。
互动教学及多媒体显示部分：
在普通教室、功能教室配置了80寸液晶触摸屏。
在化学实验室另加了4000流明投影机和100寸电动投影幕，合班教室则配置了4000流明投影机和250寸电动投影幕。
信息技术教室配置短焦投影机和电子白板。
实物展台能够将实物或者纸上的文字、图片放大显示到触摸屏或投影机上。
视音频采集部分：
配置了摄像机，水平清晰度达600TVL，可远程控制云台转动。
每个教室安装3个界面话筒，采集教师讲课的声音，免去教师手拿话筒的烦恼。
扩声部分：
功放、音箱能够放大老师讲课的声音，输出计算机内多媒体课件的声音。
1.2.2多功能阶梯教室
多功能阶梯教室既可平时做多媒体教室使用，也可举办公开课并进行现场直播，公开课通过学校的精心组织，老师的细心投入，学生的积极参与，家长的全心投入，为学校\老师\学生和家长之间的交流和沟通提供了一个很好的平台，能够增加彼此间的理解和信任。
首先按多媒体教室进行建设，包含：
投影机、幕布、扩声、视频展台、计算机等；
针对多功能公开课现场直播的需求进行移动导播系统的建设，配备高清专业级摄像机、配备高清特技台、硬盘录像机、视频转换器等；
公开课授课现场通过移动导播系统进行现场直播。
1.2.3微机教室、电子阅览室
1.2.3.1微机教室
本系统共建设了4建微机教室，包括1间心理测评教室和3间信息技术教室。
每个微机教室都建成了多媒体教室，配置了多媒体教室的一整套设备。
另外，每个教室增加了64套计算机供学生使用。
相应地，每个教室配置了3台24端口10/100/1000M以太网交换机，以及足够数量的网线、电线、水晶头等辅料附件。
每个教室还安装了教学软件，方便老师的教学管理，丰富了教学功能。
通过教学软件可以实现以下功能：
教学功能
教师演示、教师讲评、个别指导、视频广播、屏幕查看、多屏查看、学生示范、电子抢答、警告、锁定学生、语音广播、远程命令、下发文件、收取作业、师生通话、集体讨论、分组讨论、视频点播。
在线考试
制作试卷、打开试卷、网络考试、增减时间、考试监控、收取试卷、终止考试、发送答案、讲评试卷、统计分析、口语考试、主观题考试。
管理功能
掉网刷新功能、群组管理、座位安排、修改编号、发送通知、电子点名、邀请学生、共享上网、虚拟发布、控制学生举手、远程关机、远程重起、远程开机。
设置功能
网页限制、程序限制、系统限制、因特网设置、权限设置、性能设置。
配套工具
试题库管理系统、电子课程录制系统、语音教室功能、投票系统。
学生端功能
学生举手、演示录制、提交作业、协同操作。
1.2.3.2电子阅览室
电子阅览室，能够实现电子图书及多媒体资源的阅读与管理，是信息发布和资源共享的互动平台及信息门户，帮助搭建数字化学习和教育的资源中心，方便学生自主学习。
系统采用B/S模式及先进的.NET技术研发，技术平台领先，本质上就是一个网上图书馆平台。
所有读者、管理员均可通过浏览器浏览、阅读和管理电子图书，操作就像网站一样简单，没有C/S模式的管理软件那么复杂。
系统软件具有开放性，后台管理功能强大。
系统免费送15万册电子图书，还可以自己添加对口的专业书、新书以及多媒体文件、录像、电影、动画等，平时收集的电子图书，可以通过系统管理后台自行按类别增加，就像网站发布信息一样。
电子阅览室的建设如同计算机教室，管理员可以统一管理所有计算机。
1.2.4专业录播教室
专业录播教室系统提供同步多流录制和直播功能，可以实现两路高清视频信号和一路VGA信号的同步录制和直播。
结合竞业达最新定位系统，自动跟踪教师移动位置完成高清教师画面的准确切换，自动定位起立发言学生的特写位置完成高清学生画面的准确切换。
专业录播系统将录播教室授课老师的电子讲稿、多媒体课件与授课现场场景同步采集、录制下来，自动合成为实时多媒体课件，既保证本地正常教学以及精品课程录制、制作过程，同时也实现了远程直播、点播、互动教学过程；系统具有多种特技效果，切换预览等操作简单方便，强大的非线性编辑功能，可实现精品课件后期编辑制作；从而提升多媒体教室的教学功能，帮助学校突破传统教学模式，提高教学效率。
首先按照多媒体教室进行建设，包含：
显示、扩声、视频展台、计算机等；
配置高清视音频采集设备，采用两个机位：
老师、学生场景拍摄，老师讲课、学生听课采用雷达定位，实现全自动录播；
配备高清特技台，通过直观用户界面实现多种切换功能和高质量图像
广播级高清非线性编辑系统，高标清任意格式素材实时混合编辑，拥有顶级的信号处理能力。
系统应用于以下各领域：
第一：
精品课程的建设
适用各类学校的精品课程建设，实现了学校优质精品课件资源的网络共享。
第二：
微格教室的建设
在许多师范类院校和专业技术培训的学校，通过本系统实现学生教学技能有效的快速提高和训练阶段的实时矫正。
第三：
教学观摩和班级听课，并进行教学资源建设
可实现教学交流，领导直接在网络上进行教学观摩和听课，并录成教学资源提供给学生进行课后复习，家长通过网络了解学生在校学习情况。
1.2.5主控中心
主控中心是多媒体教学平台的整合、集中管理平台，中控中心配置如下：
网管管理部分：
配置网管工作站计算机通过网管软件可对所有多媒体教室进行统一管理和远程控制，IP电话能够实现可视对讲，为各个教室提供远程协助。
集中录像和资源管理：
硬盘录像软件能将教学资源录制存储到服务器（存储系统）中，可对每个教室进行多画面预览，云台远程控制，手动、自动录像，也可按照课表自动录制。
通过资源服务器和资源管理平台对教学资源进行管理，并能提供资源点播功能。
数字监控：
教室端采集的画面通过网络传输到主控中心，经过数字多画面解码器解码，能够在2*6的电视墙上的液晶显示屏上实时显示，既可显示课件画面也可显示老师授课画面。
数字监控软件具有九画面数字监控，完成监控点的切换、控制、硬盘录像等功能。
双视频流软件则是课件实时制作系统，实现教室老师场景图像和老师电子课件的教学观摩。
安防报警：
安装安防报警软件，出现警情时自动报警，可实现联动录像。
其他：
定制五联控制台。
标准机柜。
主控中心铺设防静电地板，铺设铜箔接地处理，做二级防雷保护。
主控中心效果示意图
1.2.6多媒体教学平台功能
综合教室端和中控中心的建设，多媒体教学系统可以实现以下功能：
网络中控：
网管中心可远程控制教室投影机延时开关机，幕布的升降停；教学电脑、中控主机等设备的开关；可远程控制电子讲台电子锁的打开、关闭；可远程对教室端输入信号进行切换，控制投影机等设备的显示。
本地中控：
老师可通过桌面控制器控制幕布的升降，投影机的开关；可实现对投影机、计算机、功放、DVD、录像机、卡座、展台等的控制切换；可灵活调节音量的大小；具有一键上下课功能。
多媒体教室预览：
MNC9600-V支持VGA硬件编码，采集课件画面质量高，通过网管中心可实时预览多媒体教室当前授课画面，可同时预览老师监控画面及老师课件两个画面。
数字多画面监控：
主控中心对教室端的显示部分可采用电视墙中的显示器/数字电视/普通电视，结合多画面分割器，可实现同屏多画面监控，可方便的实现多画面和单画面的轮巡显示，可显示老师讲课画面，也可显示计算机课件画面。
常态化录播：
可将中控主机采集的课件画面和摄像机采集的老师授课画面进行录制，作为教学资源存储起来，可在资源管理平台上点播。
结合电子巡考系统可实现老师、学生、课件三画面录制。
设备远程检测：
网管中心可选用多种方式实时监测教室端设备使用状态，如随时了解教室端中控系统、投影、展台等设备的使用状态、已使用时间、开启次数等，并可以统计投影机灯泡的累积使用时间并在达到临界值时进行提醒，并及时形成输出资产报表（EXCEL格式），让管理员快速准确的掌握教室端设备状况，提高管理效率。
资产管理：
网管系统可以远程准确、快速地搜集教师机、投影机的软、硬件信息，及时形成并输出资产报表（Excel格式），可以使学校快速准确的掌握自身的IT资产状况，提高管理效率。
IP可视对讲:
网管人员可以通过IP电话直接与教室联系，进行远程协助，及时解决教室的问题。
IC卡管理：
可与校园一卡通对接。
课表管理:
支持课表管理功能，根据上课时间自动打开或关闭指定教室设备。
网络视音频教学：
系统具有强大的网络视音频直播教学功能，支持视频服务器直播，实现校园电视台，校长广播讲话功能；支持音频设备直播，实现课间打铃、课间操功能；也可通过MNV9600-V多媒体网络中控实现多画面教学直播功能。
教学资源点播：
教室端可以点播主控中心资源服务器上共享各种数字资源。
支持多种格式的VOD视频、AOD音频、COD课件点播。
远程硬盘录像：
在主控中心对教室端监控的同时，录像服务器可实现不间断硬盘录像，可作为示范教学的素材，也可作为凭证。
数字安防报警：
MNC9600-V多媒体网络中控主机提供相关的安防接口，配置必要的安防设备，可实现门磁开关安防监控，实现对教室端各种贵重设备的数字安防保护。
1.3资源共享与网络学习平台
随着网络信息技术的发展，教育的形式也不在局限于面对面的授课，网络学习正在兴起。
网络教育的关键就在于教学资源的建设。
1.3.1资源共建共享平台
网络教学资源在数量增长的同时暴露出一些突出的问题，如优质资源相对较少，缺乏共享，造成资源重复建设等问题。
资源共建共享平台可支持多种教育资源类型；如视频、图片、音频、ppt、教案等。
系统设计了对资源管理和评价的功能，对于利用率不高的资源进行删除，对于优质资源进行排名。
资源共建：
可将教师某堂课的教学过程进行录制，结合所用的教案、演示课件、动画、图片等资源形成资源包，按照学科、年级、资源类型等进行分类管理
资源共享：
对于教师个人资源库评价较高的资源共享至校级资源库，对于评价较低的资源进行删除，在解决存储空间的同时也可以激励教师积极开发和共享优质资源。
1.3.2
网络学习平台
网络学习平台让教学不再局限于学校课堂。
老师的教、学生的学、师生的交流都可以通过网络远程进行。
1.3.3教学评估平台
所有上课的教室内安装前后摄像头后，能看到每间教室授课情况。
具有老师画面、学生画面、课件画面三画面常态录播功能。
教学评估系统结合各个多媒体教室教学监控系统、课件录制系统以及资源共建共享平台实现教学督导功能。
校长或教学管理者长通过教学评估平台进行教学情况评估及分析。
教师可通过教学督导平台进行自评，改进教学行为。
可实现多画面观摩、在线点评、后期点评。
校长评估子系统：
随时观看任意教室的教学实况；在线实时评估教师的教学情况；校长讲话，可实时指出教师存在的问题，及时帮助教师改进教学行为。
评价方式多样化：
支持多样化评价方式：
一是写评语式的定性评价，二是基于评价指标的定量评价。
评价主体多元化：
支持多元的评价主体：
校长评价、同行评价、学生评价、专家点评。
1.4电子巡考系统
电子巡考系统是落实国家教育中长期发展规划纲要的重要举措，是维护国家教育考试公平、公正，科学选拔人才的重要手段，是科技引领国家教育考试必然要求。
电子巡考系统充分利用网络技术、无线通讯技术、数据库技术等高科技手段，建立安全、可信、实时、高效的国家教育考试指挥监控体系，加强考试过程的管理，给考生创造一个安全、公平、公正的考试环境，全面提高国家教育考试管理水平、指挥能力和服务质量。
教室端的摄像机和拾音器采集考场内的视音频信号，然后视频服务器对采集的视音频信号进行编码，通过网络上传到主控中心，主控中心通过监控主机和监控软件，配合已有解码器和电视墙可以对所有考场实时监看，也可以对所有视频服务器进行远程管理。
并且，这些信号也将存储下来，作为凭据，以便后期核查。
SIP网关/媒体转发服务器（二合一）能够将本校所有考场的情况一层层转发到上级（区县、市、省、国家）考试院，使得各级考试考务平台都能进行远程电子巡考，保证考试的公平公正。
本系统中的视频监控可以与多媒体系统中的数字多画面监控完美结合，可实现教室的三画面监控预览，也能实现“2+1”的三画面常态化录播功能。
1.5安防监控平台
1.5.1校园监控
校园监控采取数字监控方案，监控区域覆盖全校园。
按照校园布局，在教师公寓设立汇聚交换机；在排球场、篮球场、停车场等偏远不易布线的区域，立杆，悬挂防水箱，将交换机置于箱内，通过光缆传输至核心机房。
办公楼、实验楼、综合楼、教学楼、图书馆、食堂的室内，尤其是廊道建议使用半球摄像机，每隔30米、或每30平方米安装一台。
办公楼在5层有两个廊道，办公楼顶层有2处露天平台，考虑到学生的安全问题，在这些地方安装了半球和防水枪机。
楼宇进出口、校园大门出入口和校园重要路段交叉口应安装智能球机，工作人员可以操控视角。
校园内，各道路应有监控。
校园南区从体育馆停车场向西，到女生宿舍楼下面的道路，再向北，到
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