智慧校園學(xué)生手環(huán)應(yīng)用選型技術(shù)評析
智慧校園學(xué)生手環(huán)應(yīng)用選型技術(shù)評析
廣州拙進(jìn)通信技術(shù)有限公司 高遠(yuǎn)
引言
近年來,各地智慧校園建設(shè)如火如荼,在智慧校園建設(shè)中,客戶已經(jīng)不再滿足于傳統(tǒng)以IC卡為核心的一卡通應(yīng)用,而是希望建設(shè)涵蓋無感知出入校考勤、班級考勤、校內(nèi)定位、運(yùn)動/健康檢測、食堂消費(fèi)、門禁、儲物柜管理等綜合應(yīng)用解決方案。同時,隨著消費(fèi)級可穿戴設(shè)備的普及,客戶希望學(xué)生或者老師的身份識別不僅是使用傳統(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,校園客戶對上述需求愈加強(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。
本文對前期試點(diǎn)的主要技術(shù)方案以及用戶體驗(yàn)做技術(shù)分析,供教育主管部門、校園客戶、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定位的電話手表。 此形態(tài)產(chǎn)品包括GPS定位、電話、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)、電話功能涉及到課堂偵聽等問題,難以在校園大規(guī)模普及,以家長自行購買為主。
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)用場景與用戶體驗(yàn)分析
1.校門無感知進(jìn)出考勤:學(xué)生批量通過校門時自動進(jìn)行無感識別考勤。用戶體驗(yàn)的核心是考勤進(jìn)出識別速度與進(jìn)出判斷準(zhǔn)確率。
2.班級考勤:班級考勤的核心體驗(yàn)在于考勤識別的速度以及相鄰教室間的誤判率。
3.位置管理:區(qū)域批量識別的速度與準(zhǔn)確率。如教學(xué)樓二樓與三樓之間不會誤判,不會出現(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:刷卡時的用戶體驗(yàn),速度快,識別高度好。
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)用中用戶體驗(yàn)較差,主要表現(xiàn)如下:
1.校門無感知進(jìn)出考勤識別準(zhǔn)確率低:
學(xué)生批量進(jìn)出校門時會出現(xiàn)識別不全,識別準(zhǔn)確率低,受校園環(huán)境的影響,此技術(shù)方案校門無感考勤識別準(zhǔn)確率低于60%。 這個指標(biāo)校方與家長難以接受。前期試點(diǎn)項(xiàng)目失敗原因中這是主因。
2.班級考勤
班級考勤中相鄰教室誤判率高。此方案必須結(jié)合學(xué)生名單做過濾才可以用于班級考勤,無法反映教室學(xué)生實(shí)際情況。
3.區(qū)域定位:
此應(yīng)用場景,BLE單通道手環(huán)無法避免學(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)生在教室上課時長時間穩(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)較好校園用戶體驗(yàn)的情況下,BLE手環(huán)一次充電的續(xù)航時間難以超過15天。
BLE單通道學(xué)生手環(huán)在校園應(yīng)用場景中用戶體驗(yàn)不佳的核心原因是BLE技術(shù)在校園場景中存在原理性缺陷。簡要分析如下:
1.BLE單通道學(xué)生手環(huán)利用藍(lán)牙信號進(jìn)行區(qū)域識別與進(jìn)出判斷,而BLE信號是2.4G微波波段,信號本身的傳播沒有明確的覆蓋邊界。這個在我們平時手機(jī)連接藍(lán)牙手環(huán)或者耳機(jī)有直觀的體驗(yàn),信號的距離時遠(yuǎn)時近。這是BLE單通道手環(huán)在校門進(jìn)出判斷、班級考勤、區(qū)域定位應(yīng)用中準(zhǔn)確率很低的一個根本原因。
2.BLE基站獲取BLE單通道手環(huán)數(shù)據(jù)是通過獲取手環(huán)的廣播數(shù)據(jù)以及連接通信數(shù)據(jù)。為了提高識別速度,手環(huán)需要以較高的廣播頻率進(jìn)行廣播,這個是BLE手環(huán)用于校園場景續(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)非校園場景下標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)動手環(huán)功能。
RFID+BLE雙通道學(xué)生手環(huán)技術(shù)在校園應(yīng)用場景中用戶體驗(yàn)分析如下:
1.校門無感知進(jìn)出考勤識別準(zhǔn)確率高
采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)校門無感知考勤,可以實(shí)現(xiàn)99.6%以上的考勤識別率。RFID通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的信號覆蓋邊界,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%的校門考勤準(zhǔn)確率。
2.班級考勤
采用RFID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)100%的班級實(shí)時考勤準(zhǔn)確率,不依賴課表名單過濾,不會出現(xiàn)相鄰教室誤判。 其原理與校門考勤類似。
3.區(qū)域定位
由于RFID信號具備良好的信號覆蓋邊界,不存在無線信號的漂移,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RFID通道采集傳輸,使用專門優(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通道通信部分平時處于關(guān)閉狀態(tài),只在校門、教室等特定區(qū)域短時工作,每次持續(xù)時間為毫秒級,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>
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BLE4.0 |
RFID+BLE |
用戶體驗(yàn) |
校門考勤 |
準(zhǔn)確率不高、進(jìn)出判斷準(zhǔn)確率不高 |
并發(fā)大,速度快、準(zhǔn)確率高 |
教室考勤 |
可以識別。 |
識別速度快,2s內(nèi)識別完60人。 |
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數(shù)據(jù)采集 |
需學(xué)生在教室長時間停留,才能采集 |
學(xué)生批量通過校門或者采集點(diǎn)時瞬間采集 |
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功耗 |
功耗大,密集BLE訊號發(fā)送 |
絕大部分時間處于待機(jī)狀態(tài) |
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服務(wù)器需求 |
服務(wù)器要求高 |
無需求,全部處理在前端設(shè)備處理完 |
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技術(shù)原理 |
協(xié)議 |
通用協(xié)議 |
自主設(shè)計(jì)協(xié)議 |
硬件平臺 |
通用手環(huán)方案 |
自主設(shè)計(jì)硬件平臺 |
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缺陷 |
通信原理級存在缺陷 |
原理上可以達(dá)到高識別率 |