江苏省北斗综合应用示范项目校园安全智能服务系统初步设计V4.docx

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江苏省北斗综合应用示范项目校园安全智能服务系统初步设计V4

江苏省北斗综合应用示范项目工程

校园安全智能服务系统

初步设计

江苏北斗卫星应用产业研究院

二〇一五年五月

1项目概述

1.1项目背景

目前，江苏省共有幼儿园4300余所，在园幼儿近250万人；小学4400余所，在校生420余万人；初中2100余所，在校生220余万人。

高中930余所，在校生近240万人；特殊教育学校108所，在校残疾儿童25000余人；普通高校128所，在校生超过200万人。

省专用校车达到30000余辆，每年增长约1000辆。

校园是学生生活学习的重要场所，是培养人才的摇篮，然而校园的治安事件时有发生。

如校门口恶性人身侵害事件、楼梯垮塌事件、幼师虐童事件、社会流氓滋扰在校师生事件等，造成非常恶劣的社会影响。

同时暴露出学校管理存在问题。

校园安全问题一直受到家长、学校、行政部门的高度重视。

2006年，根据教育部、公安部等10部委《中小学生幼儿园安全管理办法》（第23号令）第24条关于“学校应当建立学生安全信息通报制度”的有关规定：

学校应将学校规定的学生到校和放学时间、学生非正常缺席或者擅自离校情况、学生身体和心理的异常状况、学生安全的信息，及时报告其监护人。

2008年底，江苏省教育厅、省综治办、省公安厅决定在全省学校范围内开展“江苏省平安校园”创建活动，不断加强我省学校安全工作的基础建设，全面落实安全管理的工作责任，扎实做好学校及周边治安综合治理工作，努力营造一个教育有方、管理有序、防控有力、安全稳定的平安校园。

“江苏省平安校园”创建活动从2008年12月开始，2013年11月止，为期5年。

此外，校车作为孩子每天上下学重要的交通工具，其安全问题同样不容忽视。

现在很多校车不同程度上存在着安全隐患。

如校车司机责任意识不强，校车超速、严重超载等。

由此造成的重大交通事故时有发生，给家庭造成巨大痛苦，严重影响社会和谐发展。

如何改善校车较为落后的现状，实时监控行驶中的校车数量、行驶路线、行车速度、车辆位置等基本情况，并逐一建立档案，这是监督管理者首要解决的问题。

国内各地纷纷出台举措，保障校车安全。

各级政府、各所学校采用各种方式排除隐患，但安全行车仍没有得到有效保障。

校车安全要解决的不仅是简单的校车更换，或者在校车上安装导航定位仪简单的对车辆定位，更主要是要对驾驶人员的行为进行实时监控，对驾驶人员要有约束，让他们按规定的操作行车；实时监控学生的乘车安全，确保学生上车、下车以及车在行驶途中的安全。

同时必须要让主管部门能够及时准确地掌握和监控校车安全运行情况，防范非正常的驾驶行为，能及时让家长了解孩子乘车情况等显得十分重要。

早在2006年，江苏省公安厅和江苏省教育厅就印发了《江苏省校车管理规定（试行）》的通知，维护学生道路交通安全，加强校车及驾驶员管理。

由于“夺命校车”事故频发，2011年11月，温家宝总理在第五次全国妇女儿童工作会议上指出，国务院已经责成有关部门迅速制订校车安全条例。

2012年3月，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，审议并原则通过《校车安全管理条例（草案）》，要求校车通行优先；4月份，《校车安全管理条例》发布，明确校车应当按照规定配备具有行驶记录功能的卫星定位装置。

2012年起，江苏省响应国家校车安全标准，以就近入学为准则，对于路程远确实需要接送的学生，也保证他们上下学乘坐车的要求，建立了健全的校车安全管理制度。

校车的过渡期从2013年到2015年，全部按照安全标准配置，具有卫星定位系统配置，可以与公安机关的监控平台相关联，同时对救生辅助配置也一应俱全，安全锤、医药箱等。

已经获得许可的校车主要以学校自备车、学校租用车、社会自营车辆等形式。

在审核中严格按照“统一审批标准、统一外观标识、统一检验管理、统一教育培训、统一管理制度”来进行要求监督。

另外，在每学期开学前都会对校车进行机动安全技术检验。

审核通过后，在日常行驶中也应做到“定车、定时间、定路线、定人、定座位”。

1.2项目建设方案编制依据

1、《关于〈江苏省北斗综合应用示范项目工程可行性研究报告〉的批复》（装电〔2015〕74号），总装备部，江苏省人民政府，2015年；

2、《江苏省北斗综合应用示范项目工程可行性研究报告》，江苏省经济与信息化委员会，2014年；

3、《关于促进地理信息产业发展的意见》，国务院，2014年；

4、《国家卫星导航产业中长期发展规划》，国务院，2013年；

5、《国务院关于促进信息消费扩大内需的若干意见》，国务院，2013年；

6、《中国第二代卫星导航系统重大专项暂行管理办法》，总装备部，2013；

7、《中国第二代卫星导航系统重大专项实施方案》，中央军委、国务院，2009年；

8、《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》（国发44号），国务院，2005年；

9、《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》（国发〔2012〕28号），国务院，2012年；

10、《关于北斗卫星导航系统推广应用的若干意见》（国测办发〔2014〕8号），国家测绘地理信息局，2014年；

11、《关于加速推进北斗导航系统应用有关工作的通知》，国家发改委、国防科工委，2005年；

12、《促进卫星应用产业发展的若干意见》，国家发改委与国防科工委；

13、《国防科研项目计价管理办法（1995计字第1765号文件）》，财政部、国防科工委，1995年；

14、《导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划》，科技部，2012年；

15、《2013-2017年中国卫星导航产业市场分析及前景预测报告》；

16、《测绘地理信息发展“十二五”总体规划纲要》（国测规发〔2011〕1号），国家测绘地理信息局，2011年；

17、《江苏省“十二五”培育和发展战略性新兴产业规划》（苏政发〔2011〕186号），江苏省人民政府，2011年；

18、《江苏省“十二五”国民经济和社会发展信息化规划》，江苏省经济和信息化委员会，2012年；

19、《江苏省电子信息产业“十二五”发展规划》，江苏省经济和信息化委员会，2012年；

20、《江苏省政府关于促进信息消费的实施意见》江苏省人民政府，2013年；

1.3建设目标、规模、内容

1.3.1建设目标

利用物联网、泛在网、云计算等新兴信息技术的协同配合，结合以北斗为核心的高精度定位技术及多源分级室内外无缝定位适配技术，建设面向校园的智能服务系统。

系统支持总线扩展方式叠加业务数据信息，扩展出校园公共安全保障的系列终端，系统智能服务管理平台通过系列终端设备完成对监测对象的位置及其他所需参数的实时采集、存储，经过业务服务决策模型分析、处理，实现对服务对象：

人（学生）、车（校车）、物等的安全监测，提供相关智能位置和安全保障服务，运用卫星导航技术提高应对校园突发安全事件的能力，加强基于北斗的校园公共安全领域的监控、警报和事故预防。

1.3.2建设规模

项目预计销售校车视频终端200台套；销售个人小型定位终端34750台套，用于小学和幼儿园儿童定位；销售手持型终端（含短报文）50台套，用于野外实习基地学生使用。

1.3.3建设内容

校园安全智能服务系统的建设由学生位置服务子系统、智能校车子系统、野外教育基地学生定位与通信子系统等三部分组成。

示范应用校车北斗终端200台套，儿童小型定位北斗终端34750台套，含短报文功能的手持型北斗终端50台套。

1.4工程投资概算和资金来源

表11工程投资概算表

序号

费用分类名称

工程费用金额（万元）

1

设计费

200

2

材料费

1885

3

外协费

265

4

专用费

100

5

试验费

100

6

固定资产使用费

150

7

工资费

250

8

管理费

100

合计

3050

工程总预算为叁仟零伍拾万元整（3050万元），其中：

企业自筹壹仟九百万元整（1900万元），申请中国第二代卫星导航重大专项国拨经费叁百伍拾万元整（350万元），省市财政配套捌佰万元整（800万元）。

表12工程筹措经费总表

（单位：

万元）

预算总额

3050

国拨经费

350

地方配套

800

企业自筹

1900

1.5效益及风险

1.5.1经济效益

项目总投资3050万元，实施期内实现示范应用校车北斗终端200台套，儿童小型定位北斗终端34750台套，含短报文功能的手持型北斗终端50台套，实现销售金额4000万元。

1.5.2社会效益

通过本项目的实施和推广，打造基于北斗导航定位的校园安全防护系统，建立家长与学校使用的信息化平台，全方位保护学生在校安全，提高学校的教学质量，促进社会和谐；另外，通过本项目的实施，北斗导航定位产品将会在社会普通大众群体中得到极大的普及应用，迅速提高北斗的认知度。

随着项目的发展，将带动周边北斗相关产业的发展，可共提供大量就业岗位，为促进社会主义和谐社会贡献力量。

1.6相对可研报告批复的调整情况

系统在建设过程中将校车管理系统融合到学生位置服务管理系统中，加强系统对人、车位置的集中管理；另加强学生考勤和消息发送功能，根据学校的实际需求，建立学生接送管理子系统。

2系统现状和需求分析

2.1现状及存在的问题

目前，校园安全智能服务系统软件平台已经建设完成；主要面临实现学生定位终端小型化、低功耗的难题，下一步的目标是研发待机时间长、定位稳定且携带方便的学生定位终端，最终通过商业模式创新达到大规模推广应用的目的。

2.2系统建设目的

系统利用物联网、泛在网、云计算等新兴信息技术的协同配合，结合以北斗为核心的高精度定位技术及多源分级室内外无缝定位适配技术，通过支持总线扩展方式叠加业务数据信息的方式，扩展出校园公共安全保障的系列终端。

平台通过系列终端设备完成对监测对象的位置及其他所需参数的实时采集、存储，经过业务服务决策模型分析、处理，实现对人（学生）、车（校车）、物等服务对象的安全监测，提供相关智能位置和安全保障服务，全面提升应对校园突发安全事件的能力，形成一整套基于北斗的真正服务于校园公共安全领域的监控、警报和事故预防应用解决方案。

2.3系统功能需求

校园安全智能服务系统由学生位置服务管理子系统和野外实习管理子系统两部分组成，利用物联网、泛在网、云计算等新兴信息技术的协同配合，结合以北斗为核心的高精度定位技术及多源分级室内外无缝定位适配技术，实现对人（学生）、车（校车）、物等服务对象的安全监测、提供相关智能位置和安全保障服务，提高应对校园突发安全事件的能力，加强基于北斗的校园公共安全领域的监控、警报和与事故预防。

学生位置服务管理子系统实现以学生群体为主体的“位置定位”、“紧急求救”、“校车管理、调度”等运营服务，为广大学生提供安全的学习环境，为家长提供有效的监护手段，为学校提供先进的管理平台。

智能校车子系统实现“视频监控”、“实时调度”、“上下车考勤”、“线路规划”、“预警告警”等功能，通过此系统严格监管校车，真正保护学生上学、放学途中的安全。

野外实习管理子系统通过北斗手持终端设备，实现位置信息的自动回报和文字信息的中转发送，构建基于北斗兼容系统的户外安全监控与应急救援平台，提供目标所在区域无公共通信网络覆盖的情况下，学生、救援人员、旅游管理部门等相关方的全天候通讯通道。

2.4系统信息量存储需求

针对本次项目的业务需求，实施期内实现示范应用校车北斗终端200台套，儿童小型定位北斗终端34750台套，含短报文功能的手持型北斗终端50台套，实时监控数据保存12个月以上。

（1）校车每隔20秒上传一条定位数据，假设每条定位数据为200字节，按照200辆车计算，每天将有864000条数据，0.167G字节定位、状态原始数据生成，总的存储空间需求为0.167G*365天=59.5G。

（2）儿童小型定位北斗终端每隔1分钟上传一条定位数据，假设每条定位数据为200字节，共34750台套设备，每天有50040000条数据，9.7G字节定位、状态原始数据生成，总的存储空间需求为9.7G*365=3540.5G。

（3）系统运行信息：

大约100G。

（4）基础信息（包括儿童、车辆、学校等相关信息和图片）大约300G。

生产数据存储量为校车位置历史信息、儿童位置历史信息、系统运行信息、基础信息之和，即为59.5G+3540.5G+100G+300G=

4000G=4T；

（5）备份数据存储，为生产数据提供实时备份，并对关键数据提供多份快照存储，其容量大致为生产数据的1.2倍，即为4000G*1.2=4800G=4.8T。

综上，系统所需的数据存储量为4TB+4.8TB=8.8TB，考虑需要25%的冗余备份容量，总的存储量为8.8TB*1.25=11TB，为保证数据读写性能，将采用磁盘阵列存储生产数据与备份数据。

2.5系统性能需求

平台能够接入不同定位精度等级的终端，承载容量大于10万个。

平台具备处理百万量级日访问总量的能力。

平台满足注册用户同时在线和并发访问数目不低于3万个。

平台日处理数据量满足TB级要求，并具备完善的数据备份及恢复能力。

平台平均无故障工作时间（MTBF）大于10000小时。

系统响应时间应在人的感觉和视觉范围内（<1s），系统响应时间小于5s。

系统具有安全保密性，只有合法用户才能登录使用系统，对每个用户都有权限设置。

对登录名、密码以及用户重要信息进行加密，保证账号信息安全。

系统具在操作方式、运行环境、软件接口或开发计划等发生变化时，具有良好的适应能力。

3系统总体设计

3.1总体设计思路及原则

3.1.1总体设计思路

校园安全智能服务系统由学生位置服务管理子系统和野外实习管理子系统两部分组成，利用物联网、泛在网、云计算等新兴信息技术的协同配合，结合以北斗为核心的高精度定位技术及多源分级室内外无缝定位适配技术，实现对人（学生）、车（校车）、物等服务对象的安全监测、提供相关智能位置和学生接送安全保障服务，提高应对校园突发安全事件的能力，加强基于北斗的校园公共安全领域的监控、警报和与事故预防。

图31校园安全智能服务系统功能框图

3.1.2设计原则

●实用性

系统和服务项目符合校园公共安全保障的实际需求,并且涉及到的业务操作、服务流程符合人性化操作。

●兼容性

系统应能够支持多种人员、车载终端设备和网络系统，软硬件支持二次开发并预留接口。

通信系统及应用系统具有标准数据接口，具有与其他信息系统进行数据交换和数据共享的能力，车辆终端应采用智能接口结构，适应技术（如无线视频、智能手机等）和管理发展的需要。

系统实现时应尽量采用符合工业标准的技术，保证技术实现的质量，并便于日常维护管理及扩展，具备一定的通用性。

软件系统应采用开放性的软件平台。

●安全可靠性

设计中注意了各个环节的安全可靠性，统筹规划。

例如：

在与Internet接入界面上，防止非法用户的恶意入侵；充分考虑备份和灾难恢复：

提供系统总体闭环检测及网管方案，实现对整个网络的自检、实时监控和自动故障报警检测以及一定程度的自恢复；同时还应考虑通讯资源和数据部分的备份，以保证报警系统在特殊情况下的持续稳定运转能力。

系统应支持24小时*365天服务。

●先进性

系统建设要与当今先进的通信、计算机网络发展技术相适应，符合总体规划和长远发展的需要，系统建设应在较高的起点上充分保证系统的可伸缩性和可扩展性，保证系统的先进性、开放性、高可靠性、实用性，成熟性的有机结合。

●扩展性

系统应能满足相关新业务、新功能的要求，进行调整和扩充。

●经济性

在保证满足技术要求的前提下，系统设计尽量降低成本，追求性价比最佳。

3.2总体目标

针对近年来学生安全和校车事故频发问题，利用校园安全智能服务系统实现校车、学生全面监控管理，目标群体是小学和幼儿园学生。

实施期内实现示范应用校车北斗终端200台套，儿童小型定位北斗终端34750台套，含短报文功能的手持型北斗终端50台套，实现销售金额4000万元。

3.3总体建设任务

3.3.1项目远期任务

项目的远期任务将考虑北斗定位平台与教育部门平台进行融合，在政府教育部门的指导下，与运营商合作，深入平安校园建设。

预计到2017年末全国推广应用规模超过50万台，全国校车推广应用规模超过1000辆。

3.3.2项目本期的建设任务、范围和规模

本项目总投资3050万元，搭建学生位置服务子系统、智能校车子系统和野外实习管理子系统，突破学生定位终端小型化、低功耗的难题，研发待机时间长、定位稳定且携带方便的学生定位终端。

建设实施期内实现示范应用校车北斗终端200台套，儿童小型定位北斗终端34750台套，含短报文功能的手持型北斗终端50台套，实现销售金额4000万元。

3.4总体设计方案

整个系统将在传统物联网感知层、传输层、应用层三层体系结构基础上进行升级，在应用层和网络层之间增加中间件，用于对新出现的基于北斗时空信息的校园公共安全领域的服务需求进行统一调度管理，使得整个网络发展成新的符合服务导向体系结构的网络结构模型，即服务驱动型可重构的协同智能位置服务网。

新的网络体系结构如下图所示。

图3-2校园安全智能服务系统体系结构

新增加的中间件按照层次模型的划分也可称之为信息层，包括业务管理子层和网络协同控制子层，主要用于解决本项目中学生位置服务、校车智能监控调度的服务需求，同时可为未来其他基于北斗位置网的上层智慧校园应用提供支持，并且也可以连接到各式各样的下层传输网络上。

用于校园公共安全保障的系列终端获取观测对象的时空信息后提交给校园智能服务管理平台统一协调管理。

服务平台除提供定位、通信、授时和公共信息广播等基础服务外，针对本项目中的学生位置服务、校车智能监控调度等方面的服务需求进行建模，经分析设计后形成相关决策，然后通知区域范畴内支持该服务的感知终端采集时空信息，将不同终端获取的时空信息根据决策进行相应的编排组合之后，提供符合需求的服务。

业务管理子层将用户提出的新的校园应用服务需求转化为可执行的具体业务并经优化处理后提交网络层执行；网络协同控制子层则根据接收到的业务协调优化各异构网络之间的资源，实现异构网络之间的合作与融合。

4本期项目设计方案

4.1建设目标、规模与内容

利用物联网、泛在网、云计算等新兴信息技术的协同配合，结合以北斗为核心的高精度定位技术及多源分级室内外无缝定位适配技术，建设面向校园的智能服务系统，系统由学生位置服务管理子系统、学生接送管理子系统和野外教育基地学生定位与通讯子系统三个部分组成。

系统支持总线扩展方式叠加业务数据信息，扩展出校园公共安全保障的系列终端，系统智能服务管理平台通过系列终端设备完成对监测对象的位置及其他所需参数的实时采集、存储，经过业务服务决策模型分析、处理，实现对服务对象：

人（学生）、车（校车）、物等的安全监测，提供相关智能位置和安全保障服务，运用卫星导航技术提高应对校园突发安全事件的能力，加强基于北斗的校园公共安全领域的监控、警报与事故预防。

表41工程投资概算表

项目名称

实现功能

所需定位终端

学生位置服务管理子系统

实现以学生群体为主体的“位置定位”、“紧急求救”、“校车管理、调度”等运营管理功能。

电子学生证、智能校车定位终端

学生接送管理子系统

实现管理信息系统与专用身份验证终端设备的“实时”信息交互。

提高学生接送管理效率,为整个教学信息化建设的发展带来革命性的变化。

电子学生证（带IC卡）

野外教育基地学生定位与通讯子系统

为保护学生和老师在野外教育基地的人身安全，以减少风险及加快救援速度为核心诉求。

含短报文通讯功能的北斗终端

项目预计销售校车视频终端200台套；销售个人小型定位终端34750台套，用于小学和幼儿园儿童定位；销售手持型终端（含短报文）50台套，用于野外实习基地学生使用。

预计到2017年末全国推广应用规模超过50万台套，全国校车推广应用规模超过1000辆，本项目占该推广应用规模的7%。

4.2学生位置服务管理子系统

4.2.1系统架构

学生位置服务管理子系统采用BDS/GPS卫星导航定位技术、室内定位技术、3G/4G移动通讯网络无线传输技术及RFID技术，实现了以学生群体为主体的“位置定位”、“紧急求救”、“校车管理、调度”等运营管理功能，为广大学生提供安全的学习环境，为家长提供有效的监护手段，为学校提供先进的管理平台。

系统主要由学生定位系统和智能校车系统组成，其终端设备包括电子学生证和车载智能终端。

图41学生位置服务管理子系统组成图

4.2.2系统功能设计

学生定位子系统采用BDS/GPS、LBS、RFID和3G/4G移动网络无线传输技术，实现了以中小学生群体为主体的位置定位、紧急求救等运营服务。

当学生遇到紧急情况时，SOS一键告警结合精确定位数据，可保证学生在第一时间得到有效救助；监护人平时可通过互联网或短信等方式获取学生的精确位置，及时掌握学生的动态。

为学生打造可靠平台，为广大中小学生提供安全的学习、生活环境，为家长提供有效的监护手段。

该子系统也可应用于老人、犯人等其他特殊群体的定位监控。

●学生管理

学生基本信息（姓名、班级、性别、年龄等信息）管理。

●校车基础信息管理

①校车信息管理

将校车运营单位到监管单位办理登记的校车注册、变更登记，核发校车标牌及校车驾驶人资格审查信息纳入系统，保证录入系统的校车信息即为合格的校车信息。

当校车因为各种原因需要报废或者取消校车行驶资格时，可以及时更新，保证校车监控始终是合法的信息。

校车标牌信息包括：

校车的号牌号码、校车类型、品牌型号、核载人数、校车运营单位、驾驶人、发证单位、有效期等事项。

校车信息能够与校车运营单位、所服务学校、司职人员等信息进行关联。

②校车线路维护

调度员或相关管理人员可在电子地图上划定校车行驶路线，可以为监控校车是否按规定的线路、规定的时间、规定的区域运行提供数据基础。

在校车路线维护中列出所有校车路线信息，可以在此对路线信息进行修改、删除、查看，并可选择是否启用某校车路线。

●多个学生实时定位

通过使用学生树形列表可以很方便的选择相应学生，可以对一名学生或多个学生进行监控定位，一名或多名学生的相应位置会在地图上标注出来，并且在左下方也有监控列表的文字描述。

可以很直观的对监控中心需要了解的信息进行展现。

同时也能查看该学生的详细情况，如班级、成绩、家长信息、实时上课情况等信息。

●安全岛

通过平台设置室外活动范围，当某学生超出该范围，系统自动报警，显示该生的具体位置、电子学生证号等，监控人员可通知保安人员做出相应措施，同时提醒该生在正常范围内活动，确保学生的人身安全。

●短信息管理

在学生位置平台可以输入并下发短信，短信可以是新输入短信，也可以是预设短信，所发送短信可以保存为预设短信，平台所发短信形成报表，并记录短信内容，已经发送信息的状况等信息。

监控中心可以通过平台对电子学生证发送各类通知、提醒的文字和语音短信息，以此来提醒学生下一步任务，如：

“语文课时间到了”；“超出活动范围，请进入校园”等信息设置提示，短信到达终端后，通过终端的语音报读模块实现自动报读。

●历史轨迹信息回放

平台轨迹回放功能可以对3-6个月以内学生的活动轨迹进行回放。

轨迹回放中可以选择学生和回放轨迹时间段，并提供回放模式（正常回放、加速回放、减速回放）以满足于监控中心的不同需求。

●区域学生管理

通过系统软件可以指定校园内的某一区域，搜索当前时刻该区域内人员的列表，以达到指定区域人员搜索的目的。

如关注特定时间内操场、食堂、图书馆等特定区域的人员分布和详细列表，方便校方管理。

●学生超出活动范围记录报表

该报表详细记录该生超出活动范围的发生时间，持续