校园安全管理系统的制作方法
本发明涉及信息化技术领域，具体涉及一种校园安全管理系统。
背景技术：
随着科技社会的发展，多媒体、信息化、云平台的教育形式已经成为了发展主流；原有校园教育流程不能适应信息化技术高速发展潮流下的教育理念。如今校园内常见的问题点就是学校教育信息化落后、缺乏新兴教育资源、文化传播形式单一以及校园的治安管理问题等等；而其中的安全管理又是学校管理的极其重要内容，关乎到了在校师生的安全。
校园教育的前提是校园安全，校园安全管理囊括“人身安全、信息安全、财产安全、食品安全”等几个方面。校园安全管理作为当今校园教育内重要的其中一环，从中决定着校园的教育学习环境，对学生的成绩起到了至关重要的影响。坚持“以人为本”、“安全第一”的教育理念，为了保护学生、教职员工的人身安全，保障校园内部的信息安全以及保障校园财产安全，建设校园新型教育安全管理平台、建立校园安全管理流程已成当今校园建设中不可获取的指导性工作。
响应校园信息化建设技术标准的要求，将原有教育系统升级为云架构，由校级云平台和各班级云平台两级构成。校级云平台可统一管控，实现资源高效快速共享调度；班级云平台可实现班级内各学员的安全多级管控，并回传相关数据到班级云平台。利用先进的云计算、大数据存储技术进行数据分析，将校园安全落实、建设成新型校园一体化教育管理流程；提升校园安全管理的广度与深度，提高校园安全教育改造质量。在云平台上进行统一部署和信息化实现，促进优质安全教育资源最大化共建共享。从制度建设、管理方式、安全教育宣传等方面实现多形式多角色沟通交流的校园新型教育安全管理平台。
目前学校主要存在的安全管理问题：
①、校园安全管理信息化建设落后
现有部分学校还沿用之前的管理模式，主要是以校内老师为主体、同时对负责区域内的学生进行管理，学生的通勤签到以及寄宿在校等问题都以人工点名确认为主，管理员需到对应班级、宿舍进行点名确认。学生通勤情况数据统计及监管工作量大，难以实时更新反馈。效率低下且费时费力，管理模式不规范，难以做到以点概面的全局管控。
②、学生人数剧增，学校资源有限、校园治安形势日趋严峻
校园伤害事故屡屡出现在各地新闻报道校园伤害事故屡屡出现在各地新闻报道中、不法之徒时常窜入大学进行盗窃、抢劫、诈骗、行凶，给学校、家庭、社会带来极大的伤害和恐慌，给学校的治安管理带来了巨大的冲击。
③、安全管理模式单一、受区域性限制、联动范围窄
当今校园的安全管理模式只片面的适用于校园内，在校师生流动范围广，对于住校外出学生无法进行有效管控，寄宿学员人身安全难以保障。
④、缺乏安全教育共享传输平台
单一的安全教育形式，学生在校只能从通告手册、安全宣告会议上获取安全教育资源，难以学习到高效多样化的安全教学资源，优质资源共享困难、受众面有限，学生安全意识难以有效提升。
⑤、安全管理流于形式、管理制度不健全、未形成系统
管理的制度看似严格，管理人员思想松懈，具体执行的人员缺乏专业性，特别是校园保安年龄偏大，起不到前期预防作用，在发生校园安全事故时又难以保障师生的安全。
⑥、安全管理工作程度低下、安全硬件条件差
原来校园安全管理基本都是靠人为干预，且软硬件设备不完善、费时费力；管理流程仅靠人力支持运行，无法形成一套智能化信息安全管理流程方案。
技术实现要素：
有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种校园安全管理系统。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种校园安全管理系统，包括服务器端、存储系统、客户端和至少一个班牌机；
所述班牌机包括人脸采集识别模块、区域性乘车定位模块、环境监测采集中控模块和中心服务器；
人脸采集识别模块，用于对全体在校师生通过摄像头传输过来的图像进行多人脸识别并定位相应校内所在区域，将结果反馈至中心服务器进行逻辑判断，判断所在区域是否安全，输出相应结果到服务器端；对接班级签到和班级宿舍门禁系统，进行刷卡和/或人脸考勤，实时人脸考勤，确保学生考勤、住宿情况统计，将统计结果反馈至中心服务器进行逻辑判断，输出相应结果到服务器端；对于不是本校的外来人员，采集人脸后反馈至服务器端，通过区域摄像头对外来人员进行追踪定位，预防外来人员在校园进行犯罪盗窃的损害校园利益的活动；
区域性乘车定位模块，用于获取校园卡发送的位置信息并将位置信息输出到中心服务器进行信息汇总存储到存储系统，并输出相应结果到服务器端，实现校外区域性定位；与当地车辆管理所建立合作关系，调用车管理所后台车辆登记信息数据，校园卡id匹配区域性车辆信息进行定位，如果发生人身绑架的意外，便于车辆追踪定位，从而进行救援；
环境监测采集中控模块，包括烟感报警器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、声音传感器；用于统一收集各传感器采集的数据信息，并将采集的数据上传至中心服务器；记录识别分析校园周边大环境数据，对接地震监测网，获取监测地壳内部微弱活动的基本数据，提前预知地震消息并通知全校师生，根据实际情况选择最优方案，规划逃生路线以及救援措施，合理调配物质救援；对接天气预报网后台获取天气信息；对台风强暴雨等恶劣天气提前预知，做好校园防卫措施；以及为突发火灾抢险、疏散人群，提供安全保障；
中心服务器，用于对学校班牌机设备进行集成管理，对采集的人脸、指纹以及上传至服务器端的素材资料进行编辑更新发布，对获取到的天气环境信息、学生个人信息、人脸指纹、图片视频资源进行存储转化，对食堂内外环境评估、食品添加剂使用剂量、食物检测项目、检测指标范围、数量、检测结果的数据作记录存档，转化为直观的数据分析图表信息输出显示，对校园卡发送过来的定位信息、传送过来的人脸数据、食堂检测数据、天气环境数据进行统一管理以及算法处理；
服务器端，用于接收汇总人脸采集识别模块判断的所在区域是否安全的结果、区域性乘车定位模块获取的校园卡发送的位置信息结果、环境监测采集中控模块根据获取的校园周边大环境数据、地壳内部微弱活动的基本数据、天气信息生成的最优方案结果，并将结果信息推送至客户端；
存储系统，用于存储人脸采集识别模块判断的所在区域是否安全的结果、区域性乘车定位模块获取的校园卡发送的位置信息结果、环境监测采集中控模块根据获取的校园周边大环境数据、地壳内部微弱活动的基本数据、天气信息生成的最优方案结果；
客户端，用于接收服务器端推送的结果信息，通知学生、老师和家长。
进一步地，所述人脸采集识别模块采用特征脸-主成分分析法实现人脸考勤签到，包括如下步骤：
通过采集在校师生人脸图像，每个特定的人脸转换为系统识别的向量值，组成人脸集合；主成分分析法得到人脸分布的主要成分，实现对人脸集所有人脸图像分解运算，得到对应的向量值，这些向量值就是“特征脸”；每个向量值或者特征脸相当于捕捉或者描述人脸之间的一种变化、特性；每个人脸都表示为这些特征脸的线性组合，在获取m张人脸向量集合s后，把集合s里面的向量从n＝1到n＝m遍历一遍进行累加，然后取平均值；得到的这个ψ，计算平均图像：
基于这些特征从而进行识别判断，实现人脸考勤签到的功能。
进一步地，所述中心服务器模块包括：
数据管理模块，用于对学校班牌机设备进行集成管理，包括班牌机启动、关机功能，系统升级、内容显示排版的功能通知；
信息编辑显示模块，用于对采集的人脸、指纹以及上传至服务器端的素材资料进行编辑更新发布至终端班牌机，从而对下级区域内个体班牌机进行分时段、多点位信息展示发布；
数据存储模块，用于对采集获取到的数据、上传至服务器端的数据进行存储转化，包括天气环境信息、学生个人信息、人脸指纹、图片视频资源；
校园食堂检测数据图表模块，用于加强校园食堂食品安全的检测监管力度，对食堂内部的信息作为重要信息进行统一管理；对食堂内外环境评估、食品添加剂使用剂量、食物检测项目、检测指标范围、数量、检测结果的数据作记录存档，转化为直观的数据分析图表信息输出显示，以检测数据作为标准，对食堂内部的商铺作卫生评估，指标不达标的要求整改，从而加强在校食品安全的监管力度，保障在校师生的食品安全；
数据算法处理模块，用于对校园卡发送过来的定位信息、传送过来的人脸数据、食堂检测数据、天气环境数据进行统一管理以及算法处理，再根据相应的处理结果进行进一步的操作。
进一步地，所述数据算法处理模块根据校园卡发送定位信息，已加权三角形质心定位算法获取到学生所在具体位置，调用车管理所后台车辆登记信息数据匹配区域性车辆信息，获取定位车辆，如果发生人身绑架等意外，从而进行救援。
进一步地，所述数据算法处理模块记录存档的食堂检测数据，以degreecentrality测量整个图表所具备的关系数量，通过degreecentrality公式：
进一步地，所述数据算法处理模块对获取到的天气环境数据进行整合，判断去其安全程度，进行预防，通过深度优先算法遍历选择树，找到最优解决方案发送给班牌机进行提示预防。
进一步地，所述食堂内部的信息包括食堂工作人员信息、工作人员个人卫生情况、食品进货渠道、卫生要求、储存要求。
进一步地，所述服务器端包括bs模式下的web、cs模式下的winform。
进一步地，所述存储系统包括mysql、oracle、sqllite数据库和阿里云数据库云数据库。
进一步地，所述客户端包括手机和平板电脑。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
(1)、构建多级安全管控模式：通过云平台的部署，实现“宿舍—班级—校区—班牌机”的多级管理和监督，通过软件实现人脸识别追踪技术，定位学员位置，对学生的考勤、住宿情况有全面的管理；对学生迟到、旷课、夜不归宿等情况进行系统记录，经由服务器推送消息提醒反馈给班级管理员，更为高效的知晓学员在校情况，从而管理员做出相对应的措施行动。
(2)、稳固加强校园安全监管力度：实现了软硬件对接、机器智能协调，加以人为干预运作，多方位、深层次的保障学校安全。创造良好的教育教学环境，保护学生、教职员工的人身安全；维护学校教育教学秩序，确保校园学生信息安全；加强校园基础设施建设、完善校园安全管理流程，保障校园财产安全。
(3)、实现多方位、跨部门对接：充分利用最前沿的云计算、数据分析、流媒体及分布式内容分发技术，实现校内安全管理。与车管所对接，跨平台合作，加大对校园内外治安案件的查出打击力度，排除安全隐患。
(4)、提升在校学员安全教育的广度与深度：各班级配备班牌机，丰富安全教学终端点位，采用多元化的教育形式与内容，提升安全教育的广度与深度。以人为本、从底层出发，通过多渠道安全教育宣传，使得安全教育准则深入人心，提升在校师生安全意识，增强自我保护能力，形成一套安全管理运行流程方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明判断区域安全流程图；
图2是本发明刷卡考勤流程图；
图3是本发明实时人脸考勤流程图；
图4是本发明区域性定位总体图；
图5是本发明环境监测采集中控总体图；
图6是本发明食堂检测数据流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种校园安全管理系统，主要由四部分构成，包括服务器端、存储系统、班牌机(班牌机1…班牌机n)和客户端。班牌机包括了人脸采集识别模块、区域性乘车定位模块、环境监测采集中控模块、中心服务器。其中，服务器端包括bs模式下的web、cs模式下的winform等；存储系统包括mysql、oracle、sqllite数据库，和阿里云数据库云数据库，以及其他存储系统；班牌机：指带摄像头的能够进行人脸识别，发送数据到存储系统的一切设备，校园卡：绑定在校师生个人信息；客户端，包括能够服务器推送消息的设备，如手机。
人脸采集识别模块：活体人脸采集识别定位、签到考勤
(1)、对于全体在校师生通过摄像头传输过来的图像在班牌机进行多人脸识别并定位相应校内所在区域，将结果反馈至中心服务器进行逻辑判断，判断所在区域是否安全输出相应结果到服务器端，如图1所示。
(2)、班牌机对接班级签到和班级宿舍门禁系统，可以进行刷卡和/或人脸考勤，实时人脸考勤，确保学生考勤、住宿情况统计，将统计结果反馈至中心服务器进行逻辑判断，输出相应结果到服务器端，如图2和3所示。
(3)、对于不是本校的外来人员，采集人脸后反馈至服务器端，通过区域摄像头对外来人员进行追踪定位，预防外来人员在校园进行犯罪盗窃等损害校园利益的活动。
采用特征脸(eigenface)-pca(主成分分析法)
通过采集在校师生人脸图像，每个特定的人脸转换为系统识别的向量值，组成人脸集合；主成分分析法得到人脸分布的主要成分，实现对人脸集所有人脸图像分解运算，得到对应的向量值，这些向量值就是“特征脸”；每个向量值或者特征脸相当于捕捉或者描述人脸之间的一种变化、特性；每个人脸都表示为这些特征脸的线性组合，在获取m张人脸向量集合s后，把集合s里面的向量从n＝1到n＝m遍历一遍进行累加，然后取平均值；得到的这个ψ，计算平均图像：
校外安全的区域性乘车定位模块：校园卡对接学校车辆管理所，根据校园卡定位调取区域范围内的车辆信息
(1)、校师生配备校园卡，校园卡与校园安全管理系统服务器端绑定，获取校园卡发送的位置信息并将位置信息输出到中心服务器进行信息汇总存储到存储系统，并输出相应结果到服务器端，实现校外区域性定位。
(2)、与当地车辆管理所建立合作关系，调用车管理所后台车辆登记信息数据，校园卡id匹配区域性车辆信息进行定位。如果发生人身绑架等意外，便于车辆追踪定位,从而进行救援，如图4所示。
环境监测采集中控模块：由烟感报警器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、声音传感器组成整套服务于主服务程序的功能配件；统一收集各传感器采集的数据信息，并将采集的数据上传至中心服务器。
(1)、环境监测采集中控模块记录识别分析校园周边大环境数据。
(2)、对接地震监测网，获取监测地壳内部微弱活动等基本数据。提前预知地震消息并通知全校师生，根据实际情况选择最优方案，规划逃生路线以及救援措施，合理调配物质救援。
(3)、对接天气预报网后台获取天气信息；对台风强暴雨等恶劣天气提前预知，做好校园防卫措施；以及为突发火灾抢险、疏散人群，提供安全保障，如图5所示。
中心服务器：中心服务器具备终端数据管理功能、信息编辑显示功能、数据存储功能、食堂检测数据图表分析功能、数据算法处理。
(1)、班牌机数据管理模块：对学校班牌机设备进行集成管理，包括班牌机启动、关机功能，系统升级、内容显示排版等功能通知。
(2)、信息编辑显示模块：采集的人脸、指纹以及上传至服务器端的素材资料都可进行编辑更新发布至终端班牌机，从而对下级区域内个体班牌机进行分时段、多点位信息展示发布。
(3)、数据存储模块：对采集获取到的数据、上传至服务器端的数据进行存储转化(天气环境信息、学生个人信息、人脸指纹、图片视频资源等)。
(4)、校园食堂检测数据图表模块：加强校园食堂食品安全的检测监管力度，对食堂内部的信息(食堂工作人员信息、工作人员个人卫生情况、食品进货渠道、卫生要求、储存要求)作为重要信息进行统一管理。
对食堂内外环境评估、食品添加剂使用剂量、食物检测项目、检测指标范围、数量、检测结果等数据作记录存档进中心服务器，转化为直观的数据分析图表信息输出显示(班牌机)。以检测数据作为标准，对食堂内部的商铺作卫生评估，指标不达标的要求整改，从而加强在校食品安全的监管力度，保障在校师生的食品安全，如图6所示。
(5)、数据算法处理模块：对校园卡发送过来的定位信息、班牌机传送过来的人脸数据、食堂检测数据、天气环境数据进行统一管理，算法处理，再根据相应的处理结果，对结果进行进一步的操作。
a、校园卡发送定位信息，已加权三角形质心定位算法获取到学生所在具体位置，调用车管理所后台车辆登记信息数据匹配区域性车辆信息，获取定位车辆，如果发生人身绑架等意外,从而进行救援。
b、记录存档的食堂检测数据，以degreecentrality测量整个图表所具备的关系数量，通过degreecentrality公式：
c、对获取到的天气环境数据进行整合，判断去其安全程度，进行预防，通过深度优先算法(dfs)遍历选择树，找到最优解决方案发送给班牌机进行提示预防。
服务器端，接收汇总人脸采集识别模块判断的所在区域是否安全的结果、区域性乘车定位模块获取的校园卡发送的位置信息结果、环境监测采集中控模块根据获取的校园周边大环境数据、地壳内部微弱活动的基本数据、天气信息生成的最优方案结果，并将结果信息推送至客户端；
存储系统，存储人脸采集识别模块判断的所在区域是否安全的结果、区域性乘车定位模块获取的校园卡发送的位置信息结果、环境监测采集中控模块根据获取的校园周边大环境数据、地壳内部微弱活动的基本数据、天气信息生成的最优方案结果；
客户端，能够接受微信公众号或者短信显示数据结果的一切设备，接收服务器端推送的结果信息，对接后台数据通知学生、老师、家长。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
(1)、构建多级安全管控模式：通过云平台的部署，实现“宿舍—班级—校区—班牌机”的多级管理和监督，通过软件实现人脸识别追踪技术，定位学员位置，对学生的考勤、住宿情况有全面的管理；对学生迟到、旷课、夜不归宿等情况进行系统记录，经由服务器推送消息提醒反馈给班级管理员，更为高效的知晓学员在校情况，从而管理员做出相对应的措施行动。
(2)、稳固加强校园安全监管力度：实现了软硬件对接、机器智能协调，加以人为干预运作，多方位、深层次的保障学校安全。创造良好的教育教学环境，保护学生、教职员工的人身安全；维护学校教育教学秩序，确保校园学生信息安全；加强校园基础设施建设、完善校园安全管理流程，保障校园财产安全。
(3)、实现多方位、跨部门对接：充分利用最前沿的云计算、数据分析、流媒体及分布式内容分发技术，实现校内安全管理。与车管所对接，跨平台合作，加大对校园内外治安案件的查出打击力度，排除安全隐患。
(4)、提升在校学员安全教育的广度与深度：各班级配备班牌机，丰富安全教学终端点位，采用多元化的教育形式与内容，提升安全教育的广度与深度。以人为本、从底层出发，通过多渠道安全教育宣传，使得安全教育准则深入人心，提升在校师生安全意识，增强自我保护能力，形成一套安全管理运行流程方案。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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