引言

　　近年來，各地智慧校園建設如火如荼，在智慧校園建設中，客戶已經不再滿足于傳統以IC卡為核心的一卡通應用，而是希望建設涵蓋無感知出入校考勤、班級考勤、校內定位、運動/健康檢測、食堂消費、門禁、儲物柜管理等綜合應用解決方案。同時，隨著消費級可穿戴設備的普及，客戶希望學生或者老師的身份識別不僅是使用傳統IC卡，而是使用可穿戴手環，實現綜合應用。

　　隨著新高中考改革逐步擴大，校園客戶對上述需求愈加強烈。各地都有學校選擇不同技術方案進行了建設試點，有成功，有失敗。

　　本文對前期試點的主要技術方案以及用戶體驗做技術分析，供教育主管部門、校園客戶、集成商參考。偏頗之處，歡迎指正。

　　2.可穿戴設備形態與功能

　　目前，可穿戴設備主要以手環為主。功能上大致分為2種：

　　A、 帶GPS定位的電話手表。 此形態產品包括GPS定位、電話、短信、NFC一卡通等應用功能。由于GPS定位在校園內使用精度不準，有月租費、電話功能涉及到課堂偵聽等問題，難以在校園大規模普及，以家長自行購買為主。

　　B、 智能手環。此形態產品主要實現校門出入考勤、校內定位、計步、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品形態。下面主要對智能手環在校園應用中的技術方案進行分析。

　　3.智能手環在智慧校園應用場景與用戶體驗分析

　　A、 校門無感知進出考勤：學生批量通過校門時自動進行無感識別考勤。用戶體驗的核心是考勤進出識別速度與進出判斷準確率。

　　B、 班級考勤：班級考勤的核心體驗在于考勤識別的速度以及相鄰教室間的誤判率。

　　C、 區域定位：區域批量識別的速度與準確率。如教學樓二樓與三樓之間不會誤判，不會出現學生在相鄰樓層間漂移的現象。

　　D 、 計步、心率數據采集速度：設備采集手環計步、心率數據的采集速度。

　　E 、 一卡通：刷卡時的用戶體驗，速度快，識別高度好。

　　F、 充電續航能力：充電一次至少使用30天這是對學生手環的基本要求。

　　4、智能手環技術分析比較

　　前期學校市場學生智能手環主要有2種技術方案，一種是低功耗藍牙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方案基本原理與技術性能進行分析。

　　4.1. 低功耗藍牙BLE4.0單通道方案

　　低功耗藍牙BLE4.0單通道方案采用消費級的標準藍牙手環方案，配合藍牙基站，實現數據采集與通信。系統原理圖如下：

　　前期采用此技術方案的手環在實際應用中用戶體驗較差，主要表現如下：

　　1) 校門無感知進出考勤識別準確率低：

　　學生批量進出校門時會出現識別不全，識別準確率低，受校園環境的影響，此技術方案校門無感考勤識別準確率低于60%。 這個指標校方與家長難以接受。前期試點項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。此方案必須結合學生名單做過濾才可以用于班級考勤，無法反映教室學生實際情況。

　　3) 區域定位：

　　此應用場景，BLE單通道手環無法避免學生在相鄰樓層間漂移的現象。

　　4) 計步、心率數據采集速度：

　　此應用場景中，設備采集手環計步、心率數據需要學生在教室上課時長時間穩定在固定區域里才能采集完整，采集速度慢。

　　5) 充電續航能力：

　　要實現較好校園用戶體驗的情況下，BLE手環一次充電的續航時間難以超過15天。

　　BLE單通道智能手環在校園應用場景中用戶體驗不佳的核心原因是BLE技術在校園場景中存在原理性缺陷。簡要分析如下：

　　A 、BLE單通道智能手環利用藍牙信號進行區域識別與進出判斷，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連接藍牙手環或者耳機有直觀的體驗，信號的距離時遠時近。這是BLE單通道手環在校門進出判斷、班級考勤、區域定位應用中準確率很低的一個根本原因。

　　B、 BLE基站獲取BLE單通道手環數據是通過獲取手環的廣播數據以及連接通信數據。為了提高識別速度，手環需要以較高的廣播頻率進行廣播，這個是BLE手環用于校園場景續航力差的主要原因。

　　4.2 RFID+BLE雙通道智能手環方案

　　RFID+BLE雙通道智能手環方案采用了RFID與BLE雙通信通道。校園場景應用中主要采用RFID通信通道，BLE通信通道主要用于與手機BLE進行通信，實現非校園場景下標準的運動手環功能。

　　RFID+BLE雙通道智能手環技術在校園應用場景中用戶體驗分析如下：

　　1) 校門無感知進出考勤識別準確率高

　　采用RFID技術實現校門無感知考勤，可以實現99.6%以上的考勤識別率。RFID通信技術可以實現精準的信號覆蓋邊界，配合良好設計的進出判斷算法，可以實現接近100%的校門考勤準確率。詳細技術原理可以參看拙進通信網站www.gdm2m.cn。

　　2) 班級考勤

　　采用RFID技術可以實現100%的班級實時考勤準確率，不依賴課表名單過濾，不會出現相鄰教室誤判。 其原理與校門考勤類似。

　　3) 區域定位

　　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，也就不存在學生在樓層間漂移的現象。

　　4) 計步、心率數據采集速度

　　計步、心率數據通過RFID通道采集傳輸，使用專門優化的通信協議，可以實現快速大批量的數據采集。

　　5) 充電續航能力：

　　RFID+BLE雙通道智能手環的BLE部分，平時處于非工作狀態，BLE廣播頻率可以設定較低，而RFID通道通信部分平時處于關閉狀態，只在校門、教室等特定區域短時工作，每次持續時間為毫秒級，整體功耗大幅下降，可以實現一次充電，使用30天的應用體驗。

　　5、技術比較匯總

　　基于上述技術原理分析， BLE單通道智能手環技術與RFID+BLE雙通道智能手環技術比較匯總如下表。