基于地理围栏的高校疫情防控系统的设计与实现

张玉辉　骆训星

摘  要：随着我国疫情防控政策的调整，如何有效调整校园疫情防控措施也成为高校管理亟须解决的问题。系统依据湖南石油化工职业技术学院疫情防控情况，基于地理围栏技术，以优化高校疫情防控为目标而设计并实现。系统采用Android平台，基于百度地图技术，实现了三套子系统：学生APP、老师APP和管理员Web。系统业务功能划分为信息认证、终端绑定、轨迹采集、异常推送、异常处理和系统管理。该系统使高校疫情防控更加智能化、便利化与精确化。

关键词：地理围栏；轨迹；Android平台

中图分类号：TP311.5  文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）12-0032-04

Design and Implementation of Campus Epidemic Situation Prevention and Control System Based on Geofencing

ZHANG Yuhui， LUO Xunxing

（Hunan Petrochemical Vocational Technology College， Yueyang  414000， China）

Abstract： With the adjustment of China's epidemic situation prevention and control policies， how to effectively adjust the epidemic situation prevention and control measures on campus has become an urgent problem for campus management. According to the situation of epidemic situation prevention and control in Hunan Petrochemical Vocational Technology College， the system is designed and implemented based on the geofencing technology to optimize the epidemic situation prevention and control in colleges and universities. This system realizes three sets of sub-systems based on the Android platform and Baidu map technology： student APP， teacher APP and administrator Web. The service functions of the system are divided into information authentication， terminal binding， track collection， exception push， exception handling and system management. The system makes epidemic situation prevention and control in universities more intelligent， convenient and precise.

Keywords： geofencing; trace; Android platform

0  引  言

2019年12月，一場突如其来的新冠疫情席卷全国，致使全国进入紧张的“抗疫”状态[1]。随着新冠病毒毒力的不断下降，致病性的大大减弱，国家于2022年12月份全面调整疫情防控政策，目前未发现病毒变异株传播力、免疫逃逸能力和致病力明显增强的情况，但要慎终抓好疫情防控，继续做好重点人群的健康服务。校园作为人群聚集密度大的场所，由于具有人员复杂、社会关注度高、风险点密集的特点[2]，给校园的防疫工作带来了极大的压力。

随着互联网技术的快速发展，移动通信设备上的功能越来越多[3]。各种蓝牙技术、Wi-Fi技术不断突破，外部设备和移动通信设备的有利结合为高校的教学与管理提供了极大的便利。目前，高校的信息化系统主要用于教务管理与学生信息管理，从疫情的出现至今，信息化系统对于校园疫情的安全与防护并未提供有效的支持。部分高校为实现校园疫情防控的智能化，通过引入一套独立的物联网设备而实现。但新设备无法与现有信息系统有效融合，且需要进行物理环境的改造。针对上述情况，且基于疫情开放后的防疫政策，本文以Android系统为平台，结合GIS，运用地理围栏技术，设计并实现了基于地理围栏的高校疫情防控系统。

1  地理围栏技术

地理围栏技术通过为终端设备设置一个虚拟的地理围栏，去监控终端设备是否有进出地理围栏的行为，并将报警信息推送至监控用户或服务器，实现对被监控用户的行动管理。地理围栏可设置为圆形围栏、多边形围栏、路线围栏和行政区围栏。圆形围栏监控对象是否进出设定的圆形范围内；多边形围栏可由管理者自定围栏形状，监控对象是否进出设定的多边形范围内；路线围栏监控对象是否偏离设定路线一定距离；行政区围栏监控对象是否进出设定行政区域。

本系统的地理围栏采用了百度的鹰眼轨迹服务，鹰眼轨迹服务采用卫星、Wi-Fi（只需打开Wi-Fi开关，而无须连上Wi-Fi）和基站进行综合定位，并根据开发者设置的定位频率定期采集轨迹，通过TCP长链接将定位依据（卫星、Wi-Fi、基站信息等）回传至鹰眼云端，鹰眼云端根据定位依据计算出坐标并存储。鹰眼的定位精度由采用的定位方式决定，卫星为10 m，Wi-Fi为24 m，基站为210 m，高精度室内定位为1～3 m。当移动网络中断时，鹰眼会自动缓存轨迹数据，待再次联网时及时上传轨迹数据，使得即使在终端断网且无卫星信号时，仍能通过Wi-Fi和基站进行补充定位，保证轨迹的完整性。地理围栏的服务流程如图1所示。

2  设计与实现

2.1  高校疫情防控系统整体架构

本系统基于百度SDK，运用了其中的Android地图SDK和Android鹰眼轨迹SDK，通过Android地图SDK访问百度地图服务和数据，构建了功能丰富、交互性强的地图，通过Android鹰眼轨迹服务构建了完整、精确且高性能的轨迹管理系统。

本系统实现了两套APP（分别为学生APP与教师APP）和一套基于Web的管理子系统。学生APP包括的功能主要有：学生信息认证、终端设备绑定、轨迹采集和轨迹异常推送。教师APP包括的功能主要有：终端更改审核、轨迹查询、学生信息查询和异常轨迹查询。管理子系统包括的功能模块主要有：学生管理模块、教师管理模块、地理围栏管理模块和终端管理模块。基于地理围栏的高校疫情防控系统的总体框架如图2所示。

2.2  高校疫情防控系统各功能的设计与实现

2.2.1  学生信息认证

随着移动通信技术的发展与智能终端的普及化[4]，各种移动智能终端应用应运而生，智能手机成为学生学习与生活中不可或缺的工具，为了能准确的实现对某位学生服务，学生APP在初次使用时，要求学生输入正确的学号，APP向后端应用服务器发送请求，应用服务器根据学号查询数据库，并将查询结果以JSON格式返回至APP，APP提取返回数据，如查询成功，APP将进入信息认证界面（如图3所示）。如查询失败，表示该学号不存在，则无法使用该系统。学生信息认证功能采用集成Bmob库的方式，实现手机短信验证的功能。完成手机短信验证后，APP将请求应用服务器将此学号与该手机号码进行绑定，通过继承Android SDK中SQLiteOpenHelper类，并调用该子类对象的getWritableDatabase（）.insert（）方法，将学生信息保存在终端设备的本地数据库中，在之后使用中，APP通过查询设备终端的本地数据库自动完成认证。

2.2.2  终端设备绑定

Android是目前市场占有率最高的智能终端操作系统，其数据处理能力可以满足人们日常生活中的绝大部分需求[5]。系统选用Android智能手机作为设备终端，设备终端的Wi-Fi无线网卡所包含的MAC地址因其具有唯一性，系统选择MAC地址作为终端设备的唯一性标识。MAC地址的获取通过Android SDK中NetworkInterface类的getByInetAddress（）方法获取，MAC地址默认为48位，将48位的MAC地址转换成百度SDK所能识别的entity字符串，每个entity表示一台终端设备。终端设备第一次运行系统将进行设备绑定，通过调用应用程序接口将entity提交至应用服务器，并与该学生进行绑定。应用服务器完成设备与学生绑定后，学生APP将entity赋值给百度SDK的Trace对象，进行轨迹服务的初始化。

2.2.3  轨迹采集

终端通过百度SDK的LBSTraceClient类的queryRealTimeLoc

（）方法或queryLatestPoint（）方法（在轨迹追踪服务与数据采集已开启的前提下调用此方法）进行定位，系统优先启用定位精度高的卫星定位，在卫星定位无法成功的情况下，依次选择Wi-Fi定位或基站定位。系统通过LBSTraceClient类的setInterval（gatherInterval， packInterval）方法设置位置采集与打包周期，并通过Android SDK中Service服务实现在不同时段采用不同的定位周期与打包周期。为节省电量和流量，系统在完成多次定位后，再将轨迹数据打包并压缩，并将轨迹数据提交至服务器。在网络状态良好的情况下，系统将与服务器建立连接，并进行轨迹采集与数据提交操作。在轨迹采集的过程中如出现网络中断，无法与服务器连接时，系统将开启缓存模式，将采集的数据保存到终端的本地数据库中，并监听网络状态，直到网络恢复正常，系统将重新与服务器建立连接，通过LBSTraceClient中的queryCacheTrack（）该终端设备的缓存轨迹信息，并将缓存的轨迹数据上传至服务器。系统未限制缓存的数据量，只要终端设备的存储空间未满，系统持续缓存，直到网络恢复正常或终端设备存储空间已满。

2.2.4  轨迹异常推送

设备终端超出地理围栏设定的范围时，设备终端将进行异常推送。异常推送至鹰眼SDK，由OnTraceListener监听器中的onPushCallback（）推送回调函数接收异常信息，在此回调函数中通过Android SDK的SmsManager发送短信至对应老师，并将异常情况上传至应用服务器进行处理。当接收异常信息的手机断网或网络状态不好时，会导致报警推送失败，百度鹰眼服务端将在后续的10 min之内每隔15 s推送一次，直至收到成功响应。若10 min之后仍未成功，将不再推送，但报警记录将存储在百度鹰眼服务端。

2.2.5  轨迹查询

为保证数据查询的安全，通过setProtocolType（）方法将请求协议设置为HTTPS。查询某位学生的轨迹信息，首先通过学号查询此生对应的entity，每个entity对应一台设备终端。轨迹查询通过鹰眼SDK的LBSTraceClient类对象的queryEntityList（）方法，将对应的entity传递给此方法。每次请求可传递一个或多个entity，实现一个或多個轨迹的查询。百度鹰眼服务器将数据返回后，将触发OnEntityListener监听器，监听器中的onQueryEntityListCallback（）方法返回了查询结果列表。根据结果列表中坐标数据，通过OverlayOptions类转换为路径线，最后调用BaiduMap类对象的addOverlay（）方法在地图上绘制出轨迹图。轨迹查询设置如图4所示。

2.2.6  地理围栏管理

地理围栏的管理包括地理围栏的创建和地理围栏的删除。地理围栏的创建由管理员在鹰眼服务器端完成，管理员可根据实际需求创建圆形围栏、多边形围栏、线型围栏和行政区围栏。以本校的本部校园的实现为例，创建了多边形围栏，如图5所示。

首先将校园外围各转角的经纬坐标以LatLng类对象添加至集合中，通过鹰眼SDK的CreateFenceRequest类对象的buildServerPolygonRequest（）方法创建鹰眼服务端多边形围栏请求实例，通过LBSTraceClient类对象的createFence将多边形围栏请求实例向鹰眼服务端发送创建请求，OnFenceListener监听器中的onCreateFenceCallback（）回调函数接收请求的回调数据。通过onCreateFenceCallback（）回调函数返回的数据对象，能准确判断围栏创建是否成功。围栏创建成后，通过调用返返回数据对象的.getFenceType（）与getFenceId（）获取新创建围栏的类型与key值，并将这些值保存，以用于围栏的删除操作。

地理围栏的创建由管理员在鹰眼服务器端完成，删除围栏首先获取围栏的类型与围栏的key值，围栏的类型在创建围栏时确定，围栏的key值在成功创建围栏后返回。如围栏的类型为服务器端围栏，则通过鹰眼SDK的DeleteFenceRequest类调用buildServerRequest（）方法创建服务器类型的请求；如围栏的类型为本地围栏，则通过鹰眼SDK的DeleteFenceRequest类调用buildLocalRequest（）方法创建本地类型的请求。最后通过轨迹客户端对象LBSTraceClient向百度服务器发送删除请求，OnFenceListener监听器中的onDeleteFenceCallback （）回调函数接收删除请求的回调数据。通过onDeleteFenceCallback （）回调数据可判断是否成功删除围栏，如删除成功则清除地图上栏标记点，方便系统管理同能直观判断围栏是否存在。

3  结  论

本文基于Android与百度SDK设计实现了基于地理围栏的高校疫情防控系统。该系统可实现学生的活动异常管理，为学校针对不同疫情态势下的管理工作提供了方便，提升了管理的智能性、及时性与准确性。由于系统主要侧重于老师对学生的管理，缺少学生向老师的沟通，可在轨迹采集过程中添加图片、视频等数据的提交，使学生能够及时告知老师此时的情况。另一方面，由于Android平台出于性能优化的原因，如用户未对应用程序做设置，则系统会自动关闭应用程序，这会造成轨迹无法采用，本文将进一步基于微信平台进行开发，以提供更稳定、便捷的服务。

参考文献：

[1] 王慧芳.基于微服务架构的校园疫情防控系统设计 [J].现代信息科技，2022，6（9）：15-18.

[2] 王旭东.智慧校园系统在疫情防控中的应用 [J].数字技术与应用，2022，40（5）：202-204.

[3] 王慧芳.基于微服务架构的校园疫情防控系统设计 [J].现代信息科技，2022，6（9）：15-18.

[4] 王静，刘飞.基于地理围栏的景点信息推送设计与实现 [J].科技视界，2022（21）：16-18.

[5] 惠鴻飞.基于安卓平台的多源异构人员定位导航系统研究 [D].重庆：重庆邮电大学，2021.

作者简介：张玉辉（1983.10—），男，汉族，湖南岳阳人，讲师，硕士，研究方向：机器学习。