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    基于物联网技术的智慧校园建设与研究


    作者:转自物联网技术   |   发布时间:2020-03-24   |   点击数:172

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    随着以物联网、大数据、云计算、人工智能和移动互联为代表的新一代信息技术的发展,在教育领域,集智能技术、智能应用和智能管理于一体的智慧校园已成为新的研究热点[1-4]。与传统的数字校园相比,智慧校园能够更快、更灵活、更经济地提供各种服务,是高校教育信息化发展的一种新模式。

    目前,国内外大学都在开展智慧校园的建设工作[5-6]。美国南加利福尼亚大学利用物联网技术,对校园内建筑的供暖、送风、空调等进行跟踪和控制,实现了智慧节能的“绿色校园”[7]。浙江大学智慧校园的建设已涵盖了安全、绿色、生态、和谐和科技等多个领域。上海交通大学学者提出无处不在的智慧课堂理念,将校内图书馆电子资源嵌入到教务管理系统中,实现了课程内容、教学内容和电子储备资源的实时交互。南京邮电大学学者提出建立一个开放、创新、合作、智慧化的综合性信息服务平台,基于这个平台,教师、学生和管理人员可以定制基于角色的个性化服务,充分感知不同的教学资源,实现工作、生活、学习的互动、共享和合作环境,实现教育信息资源的有效收集、分析、应用和服务[8]。因此,智慧校园的引入是新一代信息技术发展的必然产物,将物联网技术融入智慧校园建设,必将使智慧校园更加完善,为高校稳定快速发展提供了便利[9-10]

    智慧校园的现状和关键技术

    智慧校园的物联网强调通过建立相关链接来构建一个智慧服务系统,实现人员、机器、楼宇和管理之间的数据信息交互,实现对人、物的定位、管理和控制。图1所示是基于物联网的智慧校园具体模型框架,其主要包括传感层、网络层和应用层。

    传感层位于物联网架构的底部,是数据信息采集的关键部分,能用分布计算的方式实现数据的融合,为各类数据的推送和系统的数据分析提供数据支持。传感层包括各种智能终端接入设备,如手机、平板等,以及其他环境传感器设备,如视频音频输入设备、射频识别系统、智能传感器、GPS、传感器网络接入网关、中间件等。传感层不仅可以通过接口从硬件设备和环境条件中获取信息,还可以提供所有收集信息的人工反馈,实现对身份、环境、位置和需求的信息采集、捕获和对象识别。

    网络层是由传感设备接入的通信网络,其功能主要是将互联网、移动通信网(3G4G)和卫星通信网等融合在一起,建立统一的网络平台,提供稳定、安全的网络传输,使各项业务的协作成为可能。网络层主要通过网络访问所有感知设备,将从环境中感知到的所有信息转换为相关的语义信息。然后对感知信息进行分析,通过校园云存储和计算相关数据,实现对服务的记录和云服务的发现与组合。

    应用层是各种现有数字应用系统的融合,通过将信息服务整合到各类信息系统中,实现校园门禁管理、考勤管理、便捷缴费、实时监控、教室智慧控制、图书管理和各类公共设施管理等功能,构建和谐、生态、和平、绿色的校园,将智慧管理融入校园管理的各个方面,为教学、科研和管理提供智慧支撑。

    高校信息化建设在发展的过程中,已经形成了有线网和无线网相结合的基本网络。在此基础上,建立具有各种应用的数字校园,如办公自动化、各种邮件系统、卡片系统、科研管理系统和学术服务系统。但是由于各种系统都是周期性地构建,而不是统一地规划和部署,因此缺乏统一的信息门户和身份认证,每个系统都各自进行划分和设置规则。因此,形成了许多信息孤岛,造成数据冗余,不利于统一数据和协同工作,也不能满足全面实现教学和教育信息现代化,以及提供各种智慧化综合信息服务的需要。在这个信息化建设的过程中,必须整合目前的资源,建立一个基于数据融合的智慧校园,统一数据中心与数据交换系统,统一信息门户和身份验证。

    2基于物联网的智慧校园发展应用

    在智慧校园领域,学习、生活和工作的过程是通过在线系统进行的,这使得学生、教师和管理人员可以随时随地通过网络参与学习和工作。智慧教室是智慧校园的一个典型应用,可以利用物联网相关技术提供智慧服务。与传统的网络化、数字化教室相比,智慧教室最主要的特点是可以实现智能监控、反馈和管理。图2为智慧教室整体设计方案。

    智慧教室由多个模块组成,包括智能识别、安防监控、门禁系统、环境监测、智能窗帘、灯光控制相智能遥控等模块,可实现智慧的“教”,智慧的“学”和智慧的“管”。智慧教室的各个模块融合构成了六大系统,可实现的主要功能包括:教务考勤管理系统、智慧教学系统、智能设备管理系统、智能环境监系统、智能安防监控系统和智能电器控制系统。

    智慧教学系统的主要设备包括电子白板、投影仪、教师和学生计算机、音频输入/输出设备、多媒体控制器等,可实现教师和学生的在线互动,资源共享和分发,以及远程/本地视频通信。智能设备管理系统采用高频读卡设备对教室内的设备进行监控管理,通过有线或无线方式进行远程登录控制及仪器设备的管理。智能环境监控系统利用各类传感器采集的数据,可达到实时监测当前环境具体数据的效果,并反馈至上位机设备,上位机对数据分析后,将下达相应调整及控制命令,使得控制过程更加智能高效。智能安防监控系统在教室中安装烟雾传感器、门禁传感器、红外传感器、声光报警器和烟雾监测传感器,实时监测周围的环境信息,当有危险发生时,传感设备将监测到具体数据并向主机发出报警信号。智能电器控制系统利用传感器感知教室内情况,当房间里没有人时,灯光会自动熄灭,如果有人时,灯就会自动亮起来,根据光照的强弱,室内窗帘可以自动拉开或闭合等。物联网技术可被应用在智慧校园的各个方面,如智慧教室的建设、推广和应用能够大大优化教学资源的配置,通过物联网、云计算等技术构建的网络平台可实现对校园内教室、实验室、学生、教师和管理人员等教学资源进行统计、分析和管理。

    结语

    智慧校园建设是一项系统工程,其中最重要的是基础设施建设,最核心的技术是物联网技术。本文主要阐述了对智慧校园概念的研究和智慧校园建设的关键技术,给出了智慧校园建设过程中智慧教室的建设方案,将物联网技术应用到智慧教室中,实现了将传统的被动服务转化为主动服务,改善了校园中资源配置问题,从而构建更加人性化和高效的学习和生活环境。

    参考文献

    [1]陈明选,徐旸,基于物联网的智慧校园建设与发展研究[J].远程教育杂志,201230(4): 61-65

    [2]钱承山,毛海强,张永宏,等.基于物联网技术的校园用电监控系统设计[J].电子器件,201740(5): 218-223

    [3]武昭晖.物联网技术在数字化博物馆建设中的应用研究[J].地球学报,201738(2): 293-298

    [4]吴学政.基于物联网技术的高校智慧消防管理系统建设探讨[J].科技通报,201733(10): 218-221.

    [5]徐玉妃,杨昆,袁凌云,等.基于物联网的智慧校园建设与研究:以云南师范大学为例[J].云南师范大学学报(自然科学版),201636(1): 47-52

    [6]乔蕊,崔春英.物联网环境下智慧校园建设与发展问题研究[J].周口师范学院学报,201532(2): 124-128

    [7]ATIF Y, MATHEW S S, LAKAS A. Building a smart campus to support ubiquitous learning[J]. Journal of ambient intelligence and humanized computing, 2015,6(2): 223-238.

    [8]褚翠霞.基于物联网的智慧校园建设与发展研究[J].中国新通信,201618(14): 86

    [9]杜明义,刘扬.物联网在城市精细化管理中的应用[J].测绘科学,201742(7): 94-102

    [10]巴音查汗,安鹏.基于嵌入式及RFID物联网技术的智慧校园系统设计与实现[J].现代电子技术,201740(16): 71-73