智慧校園學(xué)生手環(huán)應(yīng)用選型技術(shù)評(píng)析

廣州拙進(jìn)通信技術(shù)有限公司 高遠(yuǎn)

引言

      近年來(lái)，各地智慧校園建設(shè)如火如荼，在智慧校園建設(shè)中，客戶(hù)已經(jīng)不再滿(mǎn)足于傳統(tǒng)以IC卡為核心的一卡通應(yīng)用，而是希望建設(shè)涵蓋無(wú)感知出入?？记?、班級(jí)考勤、校內(nèi)定位、運(yùn)動(dòng)/健康檢測(cè)、食堂消費(fèi)、門(mén)禁、儲(chǔ)物柜管理等綜合應(yīng)用解決方案。同時(shí)，隨著消費(fèi)級(jí)可穿戴設(shè)備的普及，客戶(hù)希望學(xué)生或者老師的身份識(shí)別不僅是使用傳統(tǒng)IC卡，而是使用學(xué)生手環(huán)，實(shí)現(xiàn)綜合應(yīng)用。

     隨著新高中考改革逐步擴(kuò)大，校園客戶(hù)對(duì)上述需求愈加強(qiáng)烈。各地都有學(xué)校選擇不同技術(shù)方案進(jìn)行了建設(shè)試點(diǎn)，有成功，有失敗。

     本文對(duì)前期試點(diǎn)的主要技術(shù)方案以及用戶(hù)體驗(yàn)做技術(shù)分析，供教育主管部門(mén)、校園客戶(hù)、集成商參考。偏頗之處，歡迎指正。

學(xué)生手環(huán)主要功能

目前，學(xué)生手環(huán)功能上大致分為2種：

A.帶GPS定位的電話(huà)手表。 此形態(tài)產(chǎn)品包括GPS定位、電話(huà)、短信、NFC一卡通等應(yīng)用功能。由于GPS定位在校園內(nèi)使用精度不準(zhǔn)，有月租費(fèi)、電話(huà)功能涉及到課堂偵聽(tīng)等問(wèn)題，難以在校園大規(guī)模普及，以家長(zhǎng)自行購(gòu)買(mǎi)為主。

B.智能學(xué)生手環(huán)。此形態(tài)產(chǎn)品主要實(shí)現(xiàn)校門(mén)出入考勤、校內(nèi)定位、計(jì)步、心率、NFC一卡通、電子表等功能。是目前智慧校園選擇的主要的可穿戴產(chǎn)品形態(tài)。下面主要對(duì)學(xué)生手環(huán)在校園應(yīng)用中的技術(shù)方案進(jìn)行分析。

學(xué)生手環(huán)在智慧校園應(yīng)用場(chǎng)景與用戶(hù)體驗(yàn)分析

1.校門(mén)無(wú)感知進(jìn)出考勤：學(xué)生批量通過(guò)校門(mén)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行無(wú)感識(shí)別考勤。用戶(hù)體驗(yàn)的核心是考勤進(jìn)出識(shí)別速度與進(jìn)出判斷準(zhǔn)確率。

2.班級(jí)考勤：班級(jí)考勤的核心體驗(yàn)在于考勤識(shí)別的速度以及相鄰教室間的誤判率。

3.位置管理：區(qū)域批量識(shí)別的速度與準(zhǔn)確率。如教學(xué)樓二樓與三樓之間不會(huì)誤判，不會(huì)出現(xiàn)學(xué)生在相鄰樓層間漂移的現(xiàn)象。

4.計(jì)步、心率數(shù)據(jù)采集速度：設(shè)備采集手環(huán)計(jì)步、心率數(shù)據(jù)的采集速度。

5.一卡通：刷卡時(shí)的用戶(hù)體驗(yàn)，速度快，識(shí)別高度好。

6.充電續(xù)航能力：充電一次至少使用30天這是對(duì)學(xué)生手環(huán)的基本要求。

學(xué)生手環(huán)技術(shù)分析比較

     前期學(xué)校市場(chǎng)學(xué)生學(xué)生手環(huán)主要有2種技術(shù)方案，一種是低功耗藍(lán)牙BLE4.0單通道方案。一種是RFID+BLE雙通道方案。下面主要對(duì)這兩種技術(shù)方案基本原理與技術(shù)性能進(jìn)行分析。

     低功耗藍(lán)牙BLE4.0單通道方案采用消費(fèi)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙手環(huán)方案，配合藍(lán)牙基站，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與通信。系統(tǒng)原理圖如下：

前期采用此技術(shù)方案的手環(huán)在實(shí)際應(yīng)用中用戶(hù)體驗(yàn)較差，主要表現(xiàn)如下：

1.校門(mén)無(wú)感知進(jìn)出考勤識(shí)別準(zhǔn)確率低：

學(xué)生批量進(jìn)出校門(mén)時(shí)會(huì)出現(xiàn)識(shí)別不全，識(shí)別準(zhǔn)確率低，受校園環(huán)境的影響，此技術(shù)方案校門(mén)無(wú)感考勤識(shí)別準(zhǔn)確率低于60%。 這個(gè)指標(biāo)校方與家長(zhǎng)難以接受。前期試點(diǎn)項(xiàng)目失敗原因中這是主因。

2.班級(jí)考勤

班級(jí)考勤中相鄰教室誤判率高。此方案必須結(jié)合學(xué)生名單做過(guò)濾才可以用于班級(jí)考勤，無(wú)法反映教室學(xué)生實(shí)際情況。

3.區(qū)域定位：

此應(yīng)用場(chǎng)景，BLE單通道手環(huán)無(wú)法避免學(xué)生在相鄰樓層間漂移的現(xiàn)象。

4.計(jì)步、心率數(shù)據(jù)采集速度：

此應(yīng)用場(chǎng)景中，設(shè)備采集手環(huán)計(jì)步、心率數(shù)據(jù)需要學(xué)生在教室上課時(shí)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在固定區(qū)域里才能采集完整，采集速度慢。

5.充電續(xù)航能力：

要實(shí)現(xiàn)較好校園用戶(hù)體驗(yàn)的情況下，BLE手環(huán)一次充電的續(xù)航時(shí)間難以超過(guò)15天。

BLE單通道學(xué)生手環(huán)在校園應(yīng)用場(chǎng)景中用戶(hù)體驗(yàn)不佳的核心原因是BLE技術(shù)在校園場(chǎng)景中存在原理性缺陷。簡(jiǎn)要分析如下：

1.BLE單通道學(xué)生手環(huán)利用藍(lán)牙信號(hào)進(jìn)行區(qū)域識(shí)別與進(jìn)出判斷，而B(niǎo)LE信號(hào)是2.4G微波波段，信號(hào)本身的傳播沒(méi)有明確的覆蓋邊界。這個(gè)在我們平時(shí)手機(jī)連接藍(lán)牙手環(huán)或者耳機(jī)有直觀的體驗(yàn)，信號(hào)的距離時(shí)遠(yuǎn)時(shí)近。這是BLE單通道手環(huán)在校門(mén)進(jìn)出判斷、班級(jí)考勤、區(qū)域定位應(yīng)用中準(zhǔn)確率很低的一個(gè)根本原因。

2.BLE基站獲取BLE單通道手環(huán)數(shù)據(jù)是通過(guò)獲取手環(huán)的廣播數(shù)據(jù)以及連接通信數(shù)據(jù)。為了提高識(shí)別速度，手環(huán)需要以較高的廣播頻率進(jìn)行廣播，這個(gè)是BLE手環(huán)用于校園場(chǎng)景續(xù)航力差的主要原因。

RFID+BLE雙通道學(xué)生手環(huán)方案

       RFID+BLE雙通道學(xué)生手環(huán)方案采用了RFID與BLE雙通信通道。校園場(chǎng)景應(yīng)用中主要采用RFID通信通道，BLE通信通道主要用于與手機(jī)BLE進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)非校園場(chǎng)景下標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)手環(huán)功能。

       RFID+BLE雙通道學(xué)生手環(huán)技術(shù)在校園應(yīng)用場(chǎng)景中用戶(hù)體驗(yàn)分析如下：

1.校門(mén)無(wú)感知進(jìn)出考勤識(shí)別準(zhǔn)確率高

采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)校門(mén)無(wú)感知考勤，可以實(shí)現(xiàn)99.6%以上的考勤識(shí)別率。RFID通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的信號(hào)覆蓋邊界，配合良好設(shè)計(jì)的進(jìn)出判斷算法，可以實(shí)現(xiàn)接近100%的校門(mén)考勤準(zhǔn)確率。

2.班級(jí)考勤

采用RFID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)100%的班級(jí)實(shí)時(shí)考勤準(zhǔn)確率，不依賴(lài)課表名單過(guò)濾，不會(huì)出現(xiàn)相鄰教室誤判。 其原理與校門(mén)考勤類(lèi)似。

3.區(qū)域定位

由于RFID信號(hào)具備良好的信號(hào)覆蓋邊界，不存在無(wú)線信號(hào)的漂移，也就不存在學(xué)生在樓層間漂移的現(xiàn)象。

4.計(jì)步、心率數(shù)據(jù)采集速度

計(jì)步、心率數(shù)據(jù)通過(guò)RFID通道采集傳輸，使用專(zhuān)門(mén)優(yōu)化的通信協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)快速大批量的數(shù)據(jù)采集。 

5.充電續(xù)航能力：

RFID+BLE雙通道學(xué)生手環(huán)的BLE部分，平時(shí)處于非工作狀態(tài)，BLE廣播頻率可以設(shè)定較低，而RFID通道通信部分平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，只在校門(mén)、教室等特定區(qū)域短時(shí)工作，每次持續(xù)時(shí)間為毫秒級(jí)，整體功耗大幅下降，可以實(shí)現(xiàn)一次充電，使用30天的應(yīng)用體驗(yàn)。

技術(shù)比較匯總

基于上述技術(shù)原理分析， BLE單通道學(xué)生手環(huán)技術(shù)與RFID+BLE雙通道學(xué)生手環(huán)技術(shù)比較匯總?cè)缦卤怼?/span>