《電子技術(shù)應(yīng)用》
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“教育部”學(xué)童安全之特殊學(xué)校 RFID 應(yīng)用
臺灣“經(jīng)濟部”
陳石坤
摘要: 有鑒于每年各校園仍屢屢發(fā)生校園安全問題,由于校方要負責(zé)照顧的學(xué)童人數(shù)眾多,往往無法隨時照顧到每位學(xué)童...
Abstract:
Key words :

  有鑒于每年各校園仍屢屢發(fā)生校園安全問題,,由于校方要負責(zé)照顧的學(xué)童人數(shù)眾多,,往往無法隨時照顧到每位學(xué)童,,尤其對象是發(fā)展遲緩幼兒或?qū)W童,可能會無預(yù)警自行離開校園而可能發(fā)生走失事件。“教育部”于2008年度成立校園安全應(yīng)用RFID協(xié)助學(xué)生安全建置計劃,公開遴選公私立大專院校共九所學(xué)校分別配合六所國民小學(xué)(人數(shù)100人)和三所特殊學(xué)校(啟聰,、啟智學(xué)生人數(shù)30人)(含)以上,實際實施三項必要應(yīng)用情境建置:1)上下學(xué)及在校行蹤通知服務(wù),;2)學(xué)生體溫異常管理服務(wù),;3)危險區(qū)域管理服務(wù),和自行提出一項選擇性應(yīng)用情境,。逢甲大學(xué)和臺中特殊教育學(xué)校配合并順利爭取到本計劃,,在選擇性應(yīng)用情境提供訪客機制管理再度加強校園安全。 

  RFID系統(tǒng)導(dǎo)入 

  對于校園人力不足,,校園腹地廣大的條件下,“教育部”希望藉由RFID新科技技術(shù),,能輔助對提升校園安全維護之效益,。目前該學(xué)招生對象有高職部:智能發(fā)展遲緩、身心障礙和伴隨其他障礙(含自閉癥)之青少年,,其次是學(xué)前教育:以較少數(shù)之身心障礙兒童與多數(shù)普通兒童融合之幼稚園生,。針對特殊教育學(xué)生有啟聰、啟智,、啟明各種不同的類型,,啟聰學(xué)生無法呼救,啟智學(xué)生不知危險,啟明學(xué)生不知變化,,這些的不同意味著安全需求的考量也有些許的不同,。本計劃選定臺中特殊教育學(xué)校為本案RFID應(yīng)用示范的場所,利用RFID無線射頻的安全技術(shù),,建置下列四項應(yīng)用情境,,希望對特殊教育場所的安全維護做出重大變革之示范意義,使特殊教育校園內(nèi)學(xué)生安全能獲得更多的保障,,幫助特教人員落實環(huán)境安全的維護,,減少危險發(fā)生的可能性。 

  本計劃以該校高職部一,、二年級共30位為驗測對象,,采用阿丹電子公司主動式433Mhz RFID讀取器及腕帶式標(biāo)簽并具溫度感測,如下圖(a),,于校園預(yù)計架設(shè)約30個點含蓋教室,、走廊、大樓入口點,、地下室及頂樓,,其主要系統(tǒng)功能架構(gòu)如下圖(b)。 



圖1a,、腕帶式標(biāo)簽



圖1b,、系統(tǒng)架構(gòu)

  一、上下學(xué)及在校行蹤通知服務(wù): 

  當(dāng)學(xué)生遭受到強暴脅迫帶離校園,,非上下學(xué)時間離開學(xué)校,,在校行蹤出現(xiàn)在人煙罕至的區(qū)域,系統(tǒng)將發(fā)出警訊通知相關(guān)人員,,做即時管理及處置措施,,有效掌握學(xué)生行蹤,免于學(xué)生遭到迫害,。透過本系統(tǒng)自動感測RFID產(chǎn)生學(xué)生出勤狀況,,老師可經(jīng)由Web進行查詢每日學(xué)生出勤報表及快速由系統(tǒng)匯整各班級當(dāng)日訂餐提供給送餐公司,另各班級老師可隨時透過網(wǎng)路查詢該班級學(xué)童目前所在位置或行進路線,。 



圖2a,、學(xué)生出勤狀況和點餐 



圖2b、學(xué)生在校行蹤  

  二,、學(xué)生體溫異常管理服務(wù): 

  本系統(tǒng)提供腕帶式標(biāo)簽并具溫度感測,,預(yù)設(shè)時間每分鐘回報一次,當(dāng)學(xué)生體溫異常超出臨界值時,,系統(tǒng)將發(fā)出警訊(Mail,、簡訊,、訊息)通知相關(guān)人員(老師、醫(yī)務(wù)人員,、學(xué)務(wù)組),,做即時健康管理及處置措施,免于其他學(xué)生遭到疫情傷害,。并經(jīng)由此資訊的收集與分析提供校方參考,,有效掌握每位學(xué)童的體質(zhì)與抵抗力,當(dāng)有流行性感冒或病菌時可提供更好的看護和照顧,。 



圖3,、學(xué)生體溫異常管理  

  另外我們針對學(xué)童配帶的腕帶式標(biāo)簽松緊會影響到溫度感測作分析,并研擬改善策略,。我們就如圖4環(huán)境溫度,、腕帶貼緊手腕、稍微松開(<0.2mm) ,、松開(>0.5mm)分別作20次量測,,其結(jié)果如圖5. 


圖4a、腕帶貼緊手腕  圖4b,、腕帶稍微松開  圖4c,、腕帶間隙約0.8cm  

  經(jīng)如圖5測試顯示結(jié)果,配帶腕帶松緊只能低于0.2mm,,不然量測體溫會有誤差約2度,,而手腕跟標(biāo)簽中間空隙如差過0.5cm (包含以上),就接近室溫失去感測的價值,,基本上沒有接觸皮膚就會跟體溫?zé)o關(guān)了,,而腕溫又會隨室溫在變動。因此可在每間教室/電腦房/烹飪教室放置一Tag作為環(huán)境溫度感測基準(zhǔn),,如學(xué)童回應(yīng)溫度和環(huán)境溫度是相同或相近則所配帶睕帶可能是太松和已被拔除可發(fā)mail通知老師協(xié)助作調(diào)整,。 


圖5、腕帶松緊對溫度的影響  

  三,、危險區(qū)域管理服務(wù): 

  校園危險區(qū)域一直是校方最難管控的場所,,它包含固定及動態(tài)兩類,固定危險區(qū)域指頂樓,、地下停車室等,,動態(tài)危險區(qū)域指因短期施工或環(huán)境安全轉(zhuǎn)變?yōu)槲kU性質(zhì)者,系統(tǒng)將可隨時變更RFID感測范圍之危險等級,,可機動化調(diào)整危險區(qū)域管理之功能,,當(dāng)有學(xué)童意圖或不慎靠近危險區(qū)域RFID感測范圍,,系統(tǒng)將發(fā)出語音作現(xiàn)場警示同時產(chǎn)生訊息通知相關(guān)人員做即時處置,,且配合校方監(jiān)視系統(tǒng)可有效監(jiān)視現(xiàn)場狀況易于指揮調(diào)度,。 



圖6、危險區(qū)域管理 

  四,、校園訪客管理服務(wù): 

  強化校園訪客機制,,防止可能意圖不軌訪客進入或誤闖非來訪之目的區(qū)域,當(dāng)訪客進入校園有RFID感測范圍之管制區(qū)域時,,系統(tǒng)將發(fā)出語音作警示同時產(chǎn)生訊息通知相關(guān)人員,,由警衛(wèi)或?qū)W務(wù)組通知被會客人該訪客已闖入管制區(qū)域請即刻前往帶離現(xiàn)場,免于校園環(huán)境或師生遭受侵害,。 

  資安與網(wǎng)路備援機制 

  “教育部”針對本案極力要求需確保學(xué)生之隱私,,學(xué)生資料從系統(tǒng)到資料庫運作及儲存過程除需全程加密如圖7,相關(guān)系統(tǒng)需加裝主機防火墻,,但由于目前該特教學(xué)校相關(guān)網(wǎng)路資安設(shè)備資源缺乏,,對于多種網(wǎng)路攻擊行為可能無法有效防范,且更需要專業(yè)人員負責(zé)制定資訊安全管理政策與規(guī)范,,因此經(jīng)評估后認為該網(wǎng)路環(huán)境無論資安設(shè)備設(shè)計,、部屬、建置,、調(diào)校與管理之安全性等級均有待加強制定以符合本計劃之安全性要求,,惟本次計劃無法全面顧及整體網(wǎng)路環(huán)境及資安架構(gòu)改善,為維護本計劃所收集之資料與相關(guān)設(shè)備主機安全,,決定于網(wǎng)路方面采實體分離做法,,所有RFID設(shè)備均另外建置有線網(wǎng)路以避免非計劃設(shè)備所發(fā)送之封包或攻擊行為影響設(shè)備運作。 



圖7,、Tag的資料與學(xué)生資料分別儲存,,且對應(yīng)表加密處理  

  另外,初期將伺服器主機置于計劃執(zhí)行團隊-逢甲大學(xué)之網(wǎng)路資料中心機房(Internet Data Center, IDC),,該機房已于2007年07月通過ISO27001資訊安全國際驗證,,于政策面、管理面與操作面均制定有詳細操作規(guī)范供依循,,可有效確保計劃伺服器設(shè)備之機密性,、完整性與可用性均達到一定水平。至于在特教學(xué)校針對RFID資料收集主機另規(guī)劃提供一簡易備援機制,,及當(dāng)遠端伺服主機或網(wǎng)路有問題時,,在不涉及資安問題作簡易緊急監(jiān)控和警示,其備援運作機制如下: 

  一,、當(dāng)收集主機發(fā)覺無法與遠端伺服主機連線時,,則所有收集資訊將暫存在本機,且仍提供緊急危險區(qū)域監(jiān)測警示,,并和透過Tag ID和對應(yīng)老師關(guān)系傳送Mail or簡訊,。 

  二,、當(dāng)收集主機發(fā)現(xiàn)可順利連結(jié)至遠端伺服主機時,則會將暫存資訊回傳更新至遠端伺服主機,。 

 

圖8,、整體網(wǎng)路架構(gòu)  

  情境模擬測試 

  將針對所建置四項應(yīng)用情境依不同行進速度、人數(shù),、和隊型分別進行測試及校正(包讀取器感測值(RSSI)及標(biāo)簽發(fā)射功率),,使其讀取效能和判斷皆能達到最穩(wěn)定狀態(tài): 

  一、上下學(xué)區(qū)域: 

   參與驗測人員:分成4組每組約2- 3人 
   測試方式: 

  1.所有分組驗測人員采縱向一個接一個排列方式,,以正常行走速度分4個入口點進入教室區(qū),。 
  2.所有分組驗測人員采縱向一個接一個排列方式,以小跑步速度分4個入口點進入教室區(qū),。 
  3.所有分組驗測人員采并列方式,,以正常行走速度分4個入口點進入教室區(qū)。 
  4.所有分組驗測人員采并列方式,,以小跑步速度分4個入口點進入教室區(qū),。 
  5.所有驗測人員以排成二列縱隊,以正常行走速度進入其中1個入口點進入教室區(qū),。 

  二,、體溫異常管理: 

  參與驗測人員:分成4組每組約2- 3人 

  測試方式: 

  1.所有分組驗測人員采座在教室四個角落,確認正常讀取所有標(biāo)簽溫度,。 
  2.所有分組驗測人員當(dāng)中一人將感應(yīng)溫度升高(透過溫水包感應(yīng)),,經(jīng)由管理系統(tǒng)監(jiān)測溫度異常發(fā)出警訊。 

  三,、危險區(qū)域管理: 

  參與驗測人員:分成4組每組約2- 3人 
  測試方式: 

  1.驗測人員分別進入地下室,、停車場和頂樓,經(jīng)由管理系統(tǒng)監(jiān)測感應(yīng)發(fā)出警訊,。 

  四,、校園訪客管理: 

  參與驗測人員:2- 3人
 
  測試方式: 

  1.參與驗測人員先分別辨理會客登記,并完成Tag識別證配戴,。 
  2.參與驗測人員分別進入活動區(qū)域和警戒區(qū),,經(jīng)由管理系統(tǒng)監(jiān)測感應(yīng)發(fā)出警訊。 

  預(yù)期成果和效率 

  在完成本案四項情境應(yīng)用,,預(yù)期對特殊教育場所的安全維護能做出重大變革之示范意義,,預(yù)期系統(tǒng)導(dǎo)入測評后與現(xiàn)有作業(yè)狀況作績效指標(biāo)評估,如下表:  

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