物聯(lián)網(wǎng)在高校的應(yīng)用

【摘 要】本文探討了物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與技術(shù)架構(gòu)，提出物聯(lián)網(wǎng)“感知校園”、“智慧校園”。闡述了物聯(lián)網(wǎng)在高校教學(xué)與管理中的應(yīng)用，強調(diào)建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)是高校發(fā)展的必然趨勢。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng)；傳感網(wǎng)；高校

一、引言

2009年8月溫家寶總理提出“感知中國”以來，物聯(lián)網(wǎng)受到了全社會極大的關(guān)注。根據(jù)總理考察的指示，無錫迅速建立中國的“感知中國”中心。江蘇無錫成為“感知中國”的中心，成立了中科院無錫傳感網(wǎng)工程中心，由此奠定了江蘇省在物聯(lián)網(wǎng)研究、開發(fā)與應(yīng)用實踐方面的中心地位，由此徐州市面對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的熱潮，也具有了一定的優(yōu)勢。2010年3月14日，徐州市人民政府、中國礦業(yè)大學(xué)合作共建徐州物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中心。該中心的建立不僅為市校合作搭建了新平臺、創(chuàng)立了新機制，也標志著徐州物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入了新階段。結(jié)合徐州市“感知徐州”、“感知煤炭”行動，“感知教育”。高校作為科學(xué)研究的前沿陣地，在高等學(xué)校的教學(xué)、科研與社會需求、國家建設(shè)需要相對接的過程中，物聯(lián)網(wǎng)在高等學(xué)校中的應(yīng)用具有重要的“綠島”意義。高等學(xué)校通過這一戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)技術(shù)的運用，不僅能夠提高教學(xué)質(zhì)量和管理水平，更能在社會層面上為物聯(lián)網(wǎng)在企業(yè)、政府和家庭中的廣泛應(yīng)用提供示范作用，為物聯(lián)網(wǎng)在經(jīng)濟和社會生活中的普及提供突破口，因此，具有重要的社會價值。

二、物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵及發(fā)展過程

物聯(lián)網(wǎng)的概念最早于1999年提出，2005年在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上，國際電信聯(lián)盟發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)（the Internet of Things）”的概念。物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。“物聯(lián)網(wǎng)概念”是在“互聯(lián)網(wǎng)概念”基礎(chǔ)上，將其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，進行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)概念。2009年，隨著IBM提出“智慧地球”的概念，中國誕生了“感知中國”的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展理念。與此同時，中國物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心與CCSA“泛在網(wǎng)”工作組TC10的成立推動了物聯(lián)網(wǎng)在中國的發(fā)展。值得一提的是，業(yè)內(nèi)人士認為，物聯(lián)網(wǎng)將掀起全球的第三次信息產(chǎn)業(yè)革命。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展標志性事件如圖1所示。簡單地說，物聯(lián)網(wǎng)就是用物與物的信息傳遞，替代人與人，人與物的信息傳遞，它帶來的直接好處就是可以有效減少能耗，提升效率，保障安全。這樣的技術(shù)將在校園中能發(fā)揮著巨大的作用，給教育帶來極大的變革。

三、物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、傳輸層和應(yīng)用層，如圖2所示。感知層的主要功能是識別物體，采集信息，主要由各種傳感器及傳感智能設(shè)備構(gòu)成，完成信息的收集與簡單處理，并且將信息傳遞出去。感知層的主要研究內(nèi)容是如何在節(jié)能的同時達到節(jié)點小型化和智能化，以及如何利用可再生能源等。感知層技術(shù)還不夠成熟，限制了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和推廣，是目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究的重點。感知層要求加快各類傳感器件的研制及新傳輸技術(shù)、新能源技術(shù)的應(yīng)用。

傳輸層是體系結(jié)構(gòu)的中間層，主要負責處理感知層傳遞的信息及信息的遠距離傳輸，是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)中樞和大腦，它主要包括互聯(lián)網(wǎng)、校園網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等，是連接感知層與應(yīng)用層的中間層。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用以能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)互通的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為前提，因此互聯(lián)網(wǎng)仍是物聯(lián)網(wǎng)的核心與基礎(chǔ)。

應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，主要是服務(wù)及應(yīng)用，包括服務(wù)數(shù)據(jù)庫、用戶信息數(shù)據(jù)庫等。將海量數(shù)據(jù)分類、整理、計算、挖掘分析，然后應(yīng)用在智能交通、環(huán)境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業(yè)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監(jiān)測、食品溯源等領(lǐng)域。

四、智慧校園

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，2009年，IBM公司提出“智慧地球”的概念，“智慧地球”成為美國國家戰(zhàn)略的一部分，同年8月，國務(wù)院總理溫家寶在無錫視察時，指示要迅速在無錫建立中國的“感知中國”中心。物聯(lián)網(wǎng)在高校的應(yīng)用—建設(shè)智慧校園已成為學(xué)校建設(shè)和人才培養(yǎng)的重要組成部分。實施智慧校園建設(shè)可實現(xiàn)教學(xué)、科研、管理及服務(wù)手段方面的現(xiàn)代化，更重要的是人才培養(yǎng)觀念和教育理念的變革。智慧校園的建設(shè)，是高校信息化發(fā)展的必然趨勢，是高?，F(xiàn)代化管理的標志。智慧校園是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改變師生和校園資源相互交互方式，以提高交互的明確性、靈活性和響應(yīng)速度，從而實現(xiàn)智慧化服務(wù)和管理的校園模式。智慧校園是把感應(yīng)器嵌入和裝備到教室、實驗室、圖書館、、食堂、供水系統(tǒng)等各種物體中，并且被普遍連接，形成“物聯(lián)網(wǎng)”，然后將“物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，實現(xiàn)教學(xué)、校園資源與生活的整合。

五、物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園的應(yīng)用

1.在教學(xué)方面

（1）在建立教學(xué)管理運行體系方面，利用現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)：RFID技術(shù)的支持，有利于完善教學(xué)管理的組織系統(tǒng)、評價和考核系統(tǒng)，從而對教學(xué)的質(zhì)量建立保障和監(jiān)控體系。通過RFID標簽和校園智能卡系統(tǒng)的結(jié)合，教師可利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，對學(xué)生的學(xué)習情況進行自動的統(tǒng)計。例如：在分組實驗教學(xué)中，可以對學(xué)生的出席和對應(yīng)的實驗器材建立聯(lián)系，通過RFID系統(tǒng)建立實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)。院校各級教學(xué)管理部門也可利用RFID技術(shù)，對學(xué)生學(xué)習情況、到課情況進行分析，從而有利于學(xué)生工作部門有針對性地開展思想政治工作。物聯(lián)網(wǎng)在教學(xué)管理中還可以用于人員考勤、圖書管理、設(shè)備管理等方面。例如帶有RFID標簽的學(xué)生證可以監(jiān)控學(xué)生進出各個教學(xué)設(shè)施的情況，以及行動路線。又如將RFID用于圖書管理，可通過RFID標簽可方便地找到圖書，并且可以在借閱圖書的時候方便地獲取圖書信息而不用把書一本一本拿出來掃描。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于實驗設(shè)備管理可以方便地跟蹤設(shè)備的位置和使用狀態(tài)，方便管理。

（2）智慧圖書館通過物聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)智慧化的服務(wù)和管理。它的理想模式就是無需人工服務(wù)。目前物聯(lián)網(wǎng)在圖書館中的應(yīng)用，主要是RFID電子標簽的應(yīng)用，以智能書車為例來說明。

智能書車是一種移動式RFID文獻歸架管理設(shè)備，具有查詢、定位、書架智能導(dǎo)航等功能，可實現(xiàn)文獻架位信息收藏、文獻分揀、新文獻上架等功能。具體流程：書籍揀到書車上，通過閱讀器識別書籍的RFID中存儲的信息，記錄并顯示文獻在書車上的位置，同時根據(jù)獲取的書籍存儲架位信息，將需要進行上架工作的位置和書車上對應(yīng)的書的存放檔位對應(yīng)起來，并在書車的顯示屏幕上按照書庫的位置將該車書的具體上架位置顯示和指引出來，方便工作人員進行高效率歸架。

（3）物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用到實驗室中主要包括設(shè)備管理、實驗過程管理和智能插座等。

設(shè)備管理：RFID存儲實驗設(shè)備的基本屬性等信息，利用閱讀器方便地獲取相關(guān)信息，然后再利用網(wǎng)絡(luò)進行統(tǒng)一管理。

實驗過程管理：首先，RFID可以幫助學(xué)生方便地獲取實驗步驟、操作要點、使用幫助等信息。其次，在實驗過程中，使用不當時能自動警告并中斷實驗過程，避免不必要的損失。另外，實驗數(shù)據(jù)可以被實時采集并以適當?shù)姆绞教峁┙o實驗者，實現(xiàn)實驗教學(xué)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化。

智能插座除了擁有傳統(tǒng)電源插座功能外，它能夠?qū)⒏鱾€實驗設(shè)備的耗電量信息實時反饋給實驗室管理員，管理員能隨時開關(guān)插座，實現(xiàn)插座與人的對話，起到高效節(jié)能的作用。

2.在生活方面

（1）食堂管理

食堂管理是智慧校園重要組成部分，基于RFID技術(shù)的食堂管理系統(tǒng)主要分成三部分：

①含RFID電子標簽的飯卡：師生每人擁有一張這樣的飯卡，卡里面包含了用戶信息。

②RFID閱讀器：在每個食堂售飯窗口安置一個RFID閱讀器，將讀到的信息傳至后臺數(shù)據(jù)庫查詢，讀取卡上金額，并扣除消費金額。

③后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：將用戶的注冊信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，可以方便管理員對食堂消費業(yè)務(wù)的查詢。

（2）浴室水控管理

基于RFID技術(shù)的浴室水控管理，可以實現(xiàn)用水自動化管理，主要功能以信息數(shù)據(jù)實時顯示。當RFID卡位于閱讀器感應(yīng)區(qū)時，閱讀器就顯示卡上余額，然后可立即進入用水計費狀態(tài)。

（3）考勤管理

學(xué)生考勤是學(xué)校日常教學(xué)過程中必不可少的一個組成部分。常規(guī)考勤工作主要都由教師承擔，花費教師額外的時間與精力。

基于RFID技術(shù)的考勤管理工作流程：每次上課前，學(xué)生用含RFID標簽的校園卡（或手機卡）刷卡進教室，教室內(nèi)的設(shè)備在接收到讀卡器發(fā)送來的學(xué)生刷卡記錄數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程服務(wù)器；遠程服務(wù)器接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中；然后，教務(wù)人員或者教師通過瀏覽器登錄到考勤查詢網(wǎng)站，可以實時地遠程查詢某一節(jié)課或某一位學(xué)生或某個教室在某一段時間內(nèi)的考勤情況；學(xué)期結(jié)束時，每門課程學(xué)生的出勤情況或者某個學(xué)生在一個學(xué)期的出勤情況可以自動統(tǒng)計出來。

六、結(jié)語

高校，是新思想、新理念、新思維孕育的搖籃，同時也是新技術(shù)、新產(chǎn)品、新方式實踐的基地，在社會變革和發(fā)展的歷程中，校園和學(xué)生往往充當著引領(lǐng)者的角色。目前部分高校已將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用于校園管理，不僅體現(xiàn)出高校善于創(chuàng)新，敢于探索的學(xué)術(shù)精神，更為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛運用大膽的邁出了探索的腳步。

物聯(lián)網(wǎng)會帶來相當大的便利，同時也面臨著許多挑戰(zhàn)。首先，物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)標準尚不完整。關(guān)于設(shè)備和傳感器的通信接口標準等是影響物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的挑戰(zhàn)之一。其次，由于物聯(lián)網(wǎng)可跟蹤和記錄用戶的活動、行為、習慣和偏好，對個人隱私和信息安全的保護顯得非常重要，普及物聯(lián)網(wǎng)要加快信息安全立法進度，完善信息安全法律體系是保障信息安全的根本。第三，物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施和管理機制尚不完備。傳感器如何布置，如何維護，如何管理，如何形成網(wǎng)絡(luò)，如何使用都是很大的問題。最后，物聯(lián)網(wǎng)目前還處于早期階段，前景模糊，還需要可持續(xù)的商業(yè)模式，以吸引更多的產(chǎn)業(yè)進入該領(lǐng)域，促進進一步發(fā)展。從長遠來看，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用前景相當廣闊。作為新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的代表，物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)將會促進教育信息化的進一步發(fā)展，帶來更多的創(chuàng)新應(yīng)用和服務(wù)，帶來教學(xué)模式和管理模式的變革，最終將提升教育信息化水平，有利于教育質(zhì)量的提高。

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