高校智慧校園建設(shè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用分析

閆華

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.30.028

摘 要：隨著高校信息化建設(shè)的不斷推進(jìn)，智慧校園逐漸成為高校信息化建設(shè)的重點(diǎn)。在智慧校園建設(shè)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)智慧校園十分關(guān)鍵，與校園管理活動(dòng)的融合是物聯(lián)網(wǎng)示范應(yīng)用方向之一。本文以物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園層次結(jié)構(gòu)與建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用為研究視角，設(shè)計(jì)高校智慧校園系統(tǒng)，并總結(jié)智慧校園建設(shè)中遇到的問題，提出可行性方案。

關(guān)鍵詞：高校信息化建設(shè) 智慧校園 物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）10（c）-0028-02

1 智慧校園與物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 智慧校園

隨著IBM公司提出“智慧地球”概念之后，“智慧+”逐漸融入到各行各業(yè)，“智慧校園”也開始成為高校信息化建設(shè)的重要組成部分。隨著我國高校對(duì)“智慧校園”建設(shè)的深入研究與建設(shè)，越來越多的現(xiàn)代化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于“智慧校園”建設(shè)。智慧校園具有三個(gè)核心特征，一是為師生提供全面的智能感知環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺(tái)，提供基于角色的個(gè)性化服務(wù)；二是將網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)融入到高校各個(gè)應(yīng)用型服務(wù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)協(xié)助；三是通過信息服務(wù)平臺(tái)與智能感知環(huán)境為學(xué)校與外部世界提供一個(gè)相互交流和相互感知的接口。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

智慧校園建設(shè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)密不可分，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從技術(shù)上完成高校校園內(nèi)各個(gè)物件的交互聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)“智能化”功能，比如手機(jī)開門、手機(jī)借書、手機(jī)考勤、手機(jī)消費(fèi)、未來教室、電子圍籬、車牌識(shí)別、智能樓宇、無線校園、訪客系統(tǒng)、移動(dòng)智能卡、校園一卡通、高校教科網(wǎng)等。從定義上來看，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過RFID、紅外感應(yīng)、全球定位系統(tǒng)、激光掃描等信息傳感設(shè)備，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的協(xié)議，將物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園建設(shè)

2.1 高校智慧校園的整體設(shè)計(jì)

從高校智慧校園建設(shè)的本質(zhì)目標(biāo)來看，智慧校園是為了更好的服務(wù)高校教學(xué)、科研以及學(xué)習(xí)、生活，因此在基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高校智慧校園建設(shè)中，總體目標(biāo)是：在現(xiàn)有校園網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將高校各事物通過EPC、RFID以及各種傳感設(shè)備連接到校園網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)高校內(nèi)的教學(xué)、科研、生活、后勤、行政、學(xué)生管理等各部門連成物聯(lián)網(wǎng)，打造“以人為本”的智慧校園平臺(tái)，為全校師生服務(wù)?；谶@種設(shè)計(jì)目標(biāo)，高校智慧校園共設(shè)計(jì)六大模塊，即身份管理、智慧消費(fèi)、智慧后勤、智慧圖書、智慧教學(xué)、智慧科研。

2.2 主要功能模塊分析

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高校智慧校園共設(shè)計(jì)六大模塊，結(jié)合高校實(shí)際，每個(gè)模塊的功能設(shè)計(jì)如下。

（1）身份管理模塊：從當(dāng)前高校師生現(xiàn)狀來看，基本已實(shí)現(xiàn)了手機(jī)全覆蓋，因此基于手機(jī)SIM卡對(duì)師生身份進(jìn)行統(tǒng)一認(rèn)證與管理，主要運(yùn)用RFID電子標(biāo)簽形式記錄信息，實(shí)現(xiàn)手機(jī)SIM卡的統(tǒng)一識(shí)別管理，包括子模塊功能有信息管理、身份識(shí)別、信息查詢、信息追蹤。

（2）智慧教學(xué)模塊：利用現(xiàn)代教育技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使各教學(xué)設(shè)備互聯(lián)互通，以及教學(xué)資源與師生設(shè)備的互聯(lián)互通，并在身份識(shí)別驗(yàn)證的前提下完成教學(xué)、學(xué)習(xí)、實(shí)訓(xùn)、考核等智慧化教學(xué)。主要子模塊功能有教學(xué)設(shè)備、智慧教室、智慧教學(xué)、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、智慧考核。

（3）智慧科研模塊：通過智能校園網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各級(jí)部門之間的信息互通，提高科研信息的時(shí)效性，以及各種科研活動(dòng)、科研項(xiàng)目的線上監(jiān)督管理。主要子模塊功能有項(xiàng)目管理、學(xué)術(shù)交流、成果管理、政策法規(guī)。

（4）智能后勤模塊：實(shí)現(xiàn)后勤管理工作的網(wǎng)絡(luò)化與智能化，比如智能視頻監(jiān)控、車輛智能識(shí)別、教學(xué)設(shè)備的智能管理、學(xué)生宿舍樓與餐廳的智能管理、水電智能管理等。主要子模塊功能智能安防、智能樓宇、智能醫(yī)療、路燈管理、訪客管理。

（5）智能圖書模塊：智慧圖書模塊主要應(yīng)用于高校圖書館，實(shí)現(xiàn)圖書館書籍管理、借閱信息管理等功能，主要子模塊功能包括圖書管理、文獻(xiàn)檢索、智慧流通、智慧采購。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，每本圖書均可設(shè)置RFID卡，能夠?qū)崿F(xiàn)借閱與規(guī)劃的智能化管理。此外，還可實(shí)現(xiàn)信息采集功能，根據(jù)師生反饋的需求信息進(jìn)行集中智能采購。智慧流通則可實(shí)現(xiàn)自助服務(wù)，師生不受地址與時(shí)間的限制，均可通過物聯(lián)網(wǎng)連接到智能圖書館，享受智慧服務(wù)。

（6）智能消費(fèi)模塊：高校校園內(nèi)的智慧消費(fèi)主要是以校園一卡通的模式來實(shí)現(xiàn)的，通過網(wǎng)絡(luò)可讀取相應(yīng)信息，并以短信、微信等形式反饋給卡主。校園一卡通的主要消費(fèi)場所有學(xué)校食堂、學(xué)校超市、學(xué)校浴室、學(xué)校醫(yī)務(wù)室、微機(jī)室以及茶水房與洗衣房等。

2.3 主要建設(shè)內(nèi)容

在主要智能模塊框架下，高校智慧校園的主要實(shí)踐內(nèi)容如下。

一是校園一卡通，這是高校智慧校園的主要組成部分。在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上，校園一卡通需具備如下功能：門禁、考勤、借書、就餐、用水電、消費(fèi)、簽到、公共設(shè)施等。此外，在智慧教學(xué)功能的支持下，校園一卡通還可借助終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)排課、圖書借閱、賬戶信息、消費(fèi)情況、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源等互動(dòng)查詢功能。

二是教室配置管理，這是智慧教學(xué)的輔助功能，主要應(yīng)用于學(xué)生的第二課堂學(xué)習(xí)。師生通過物聯(lián)網(wǎng)可查詢教室使用情況，并合理安排時(shí)間學(xué)習(xí)計(jì)劃。此外教室配置管理還可輔助學(xué)校后勤完成教室的統(tǒng)一管理與調(diào)配。

三是校園指揮系統(tǒng)，基于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建一個(gè)先進(jìn)性、實(shí)時(shí)性、開放性與可靠性的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并配以車輛管理系統(tǒng)，對(duì)校內(nèi)車位使用信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，對(duì)出入學(xué)校的車輛信息進(jìn)行綜合管理。校園指揮系統(tǒng)提供三維實(shí)景模擬電子地圖，全面展現(xiàn)校區(qū)重點(diǎn)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)監(jiān)控管理。

四是校區(qū)地理信息系統(tǒng)，利用GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)校園模擬電子地圖，地圖與文字、圖片相結(jié)合展現(xiàn)。

五是多媒體教室，需實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）通過實(shí)物展示臺(tái)將圖片通過放大屏幕顯示出來；（2）能播放圖片、文字、視頻、動(dòng)畫、音頻等多種多媒體信息；（3）可與多種信息網(wǎng)相連接，比如有線電視、校園網(wǎng)等；（4）配備音響系統(tǒng)和控制銀幕、照明、窗簾等輔助設(shè)備。

3 智慧校園建設(shè)中的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

智慧校園的層次結(jié)構(gòu)自上而下包括服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層與感知層，感知層包括感知器、FRID、二維碼標(biāo)簽、攝像頭等，通過M2M平臺(tái)與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)絡(luò)層互通，然后在數(shù)據(jù)庫技術(shù)、身份識(shí)別技術(shù)、名稱解析技術(shù)等支撐下，實(shí)現(xiàn)服務(wù)層的各項(xiàng)功能，比如智慧教室、圖書借閱、智慧消費(fèi)、智能樓宇監(jiān)控等。

在高校智慧校園建設(shè)中，所涉及到的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面：一是傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，針對(duì)高校智慧校園建設(shè)的實(shí)際情況，尤其是傳感器采集節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性較弱，存儲(chǔ)能力與通信能力不強(qiáng)，在設(shè)計(jì)中要設(shè)計(jì)出能促進(jìn)負(fù)載均衡和減少能量消耗的協(xié)議。二是射頻識(shí)別技術(shù)，在高校智慧校園中主要用于身份識(shí)別，實(shí)現(xiàn)途徑是RFID系統(tǒng)（包括讀卡器與射頻標(biāo)簽），在設(shè)計(jì)中要結(jié)合高校校園的實(shí)際來確定最佳天線的物理尺寸。三是M2M平臺(tái)搭建，以無線通信等接入手段實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的通信。四是統(tǒng)一身份認(rèn)證技術(shù)，即在整個(gè)高校智慧校園中，所有身份認(rèn)證需要遵循統(tǒng)一的安全協(xié)議或認(rèn)證方法，進(jìn)而保證身份認(rèn)證的統(tǒng)一性。五是數(shù)據(jù)庫技術(shù)，即實(shí)現(xiàn)所有信息收集、存儲(chǔ)與調(diào)閱的功能，包括師生信息以及智慧校園物聯(lián)網(wǎng)中所有事物的信息存儲(chǔ)。六是人工情感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自然的、和諧的人際交互。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，為高校智慧校園的實(shí)現(xiàn)提供了極大的幫助。高校智慧校園建設(shè)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，智慧校園建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅要投入大量資金，還需要強(qiáng)大的技術(shù)支持，因此，在實(shí)踐建設(shè)中，高?？沙浞掷酶鞣劫Y源，共同建設(shè)智慧校園。

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