基于CPS 技術(shù)的智慧校園平臺(tái)設(shè)計(jì)

陳華鵬　林杰

摘要： CPS即物理信息系統(tǒng)，是一種對(duì)新型的計(jì)算方式的描述。在現(xiàn)實(shí)生活環(huán)境中已經(jīng)有不少物理信息系統(tǒng)的雛形。根據(jù)CPS技術(shù)，可以將現(xiàn)有的校園內(nèi)資源整合起來，形成具有智能化的校園服務(wù)平臺(tái)，并在此平臺(tái)上形成諸多智慧校園的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 智慧校園；物理信息系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）11-2491-03

Abstract： CPS which is an acronomy for “Cyber Physic System”is a new kind of computational architecture. In matter of fact， there are many CPS-like systems in our daily life. The rich resource can be integrated by using CPS so that we are able to build a platform of intelligent service in campus and various of applications of smart campus.

Key words： Smart campus； cyber Physic System； design

隨著現(xiàn)代大學(xué)校園的規(guī)模不斷增加，包括人數(shù)、設(shè)施和面積都越來越貼近一個(gè)小型鄉(xiāng)鎮(zhèn)。于是，智慧校園更像是智慧城市的縮影，是將原有校園中的許多信息孤島連接起來而形成校園管理和教學(xué)的平臺(tái)，是對(duì)數(shù)字校園的革命性發(fā)展【1，6】。能支撐智慧校園平臺(tái)的一個(gè)重要技術(shù)就是CPS，CPS（Cyber Physical Systems）中文譯為信息物理融合系統(tǒng)，是一個(gè)將計(jì)算力、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境綜合在一起的多維復(fù)雜系統(tǒng)，是計(jì)算（Computation）、通信（Communication）和控制（Control），即3C技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作【2】，實(shí)現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)。通過計(jì)算、通信與物理系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)，以使系統(tǒng)更加可靠和高效。CPS是借用技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)人的控制在時(shí)間、空間等方面的延伸，CPS系統(tǒng)的本質(zhì)就是人、機(jī)、物的融合計(jì)算。基于CPS的校園建設(shè)與物聯(lián)網(wǎng)密切相關(guān)，是從一個(gè)更為專業(yè)的角度對(duì)校園物聯(lián)網(wǎng)的表述和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。智慧校園貫徹與校園的方方面面，文獻(xiàn)【1】定義了智慧校園覆蓋了智慧環(huán)境 、智慧管理、智能學(xué)習(xí)、智能教學(xué)、智能科研、智能學(xué)習(xí)和智慧生活。按這類定義講，該文側(cè)重點(diǎn)在于智慧環(huán)境和智慧生活上。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

基于CPS的智慧校園（CPS-Based Smart Campus），以下可以簡稱CBSC，是為師生用戶提供感知環(huán)境的綜合信息個(gè)性化服務(wù)平臺(tái)，其融入了校園的各個(gè)應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域，能實(shí)現(xiàn)校園資源的互聯(lián)、用戶互動(dòng)協(xié)作以及校內(nèi)外溝通，其架構(gòu)如圖1所示，共分為四層結(jié)構(gòu)，從下而上依次為：校園網(wǎng)絡(luò)傳輸層、物理信息資源層、物理信息融合層和應(yīng)用層。從中，我們可以定義CBSC的底層（也稱感知層）為校園網(wǎng)。目前各大高校的校園網(wǎng)，它們以無線網(wǎng)為主要實(shí)現(xiàn)形式，在其上擴(kuò)展一下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，包括FRID智能標(biāo)簽、二維碼、藍(lán)牙及Zigbee【3，7】等；其上一層則使用原有校園網(wǎng)絡(luò)的固有資源，稱物理信息資源層，包括物理控制系統(tǒng)，比如原有建設(shè)的覆蓋全校園的平安校園監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，教學(xué)多媒體網(wǎng)絡(luò)等等，這些系統(tǒng)大多由不相干的職能部門管轄，極少有數(shù)據(jù)交互和溝通，是明顯的信息孤島；其外還有一部分屬于管理信息系統(tǒng)，其中包括大量的教務(wù)管理系統(tǒng)、科研管理系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)和一卡通服務(wù)等等【5】。諸如此類眾多的系統(tǒng)之間或多或少存在著壁壘，形成許多信息孤島，而原本這些系統(tǒng)的數(shù)據(jù)之間是存在互補(bǔ)性，一旦融合后有較大的可挖掘價(jià)值。這一層代表了CBSC的組成時(shí)所有可利用的資源，也表現(xiàn)出CBSC不是完全重新搭建的平臺(tái)，而是有效利用了大量原有數(shù)字校園的資源，這是CBSC最突出和區(qū)別其它方案【4】的地方，體現(xiàn)了綠色工程和可持續(xù)發(fā)展的理念。第三層是物理信息系統(tǒng)層，即將物理控制系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)融合起來的部分。CPS可以被定義為一個(gè)集計(jì)算系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、感應(yīng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)為一體的復(fù)雜系統(tǒng)，其目的是通過廣泛的互聯(lián)互通-更透徹地認(rèn)識(shí)物理世界、更有效的控制物理世界。CPS使信息世界與物理世界緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界安全、可靠、高效、實(shí)時(shí)、協(xié)同地感知和控制。傳感器節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行器節(jié)點(diǎn)、傳感器與執(zhí)行器組合節(jié)點(diǎn)分布在物理世界，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界直接感應(yīng)，并通過操控物理世界的對(duì)象，正確地控制物理世界。計(jì)算部分完成CPS要求的各種計(jì)算任務(wù)，提供各種服務(wù)，包括信息服務(wù)，設(shè)計(jì)這部分的計(jì)算力要有較高的冗余度，應(yīng)考慮將其架設(shè)在云計(jì)算平臺(tái)上，以滿足其大數(shù)據(jù)融合的目的，并形成知識(shí)庫。控制系統(tǒng)使用來自傳感器網(wǎng)絡(luò)的感知信息和社區(qū)網(wǎng)絡(luò)信息，這些信息通過知識(shí)庫的決策輔助可以確定對(duì)物理世界的控制策略，協(xié)調(diào)各種終端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，并通過MultiAgent技術(shù)實(shí)施對(duì)物理世界的協(xié)同控制。

第四層即CBSC的應(yīng)用層。該層以智能移動(dòng)互聯(lián)APP的形式提供校園師生下載客戶端服務(wù)。然后通過這些客戶端APP可以完成品種繁多的移動(dòng)互聯(lián)行為。這一層次大量運(yùn)用最流行的移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)以及融合許多前沿的社會(huì)網(wǎng)創(chuàng)新理念。根據(jù)不同的移動(dòng)終端和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將不斷推陳出新各項(xiàng)終端應(yīng)用程序，其使用對(duì)象僅限于校園內(nèi)的師生身份，所以是有其管理、操作和法律可行性前提的。

2 典型智慧校園的應(yīng)用

我們可以把CPS落實(shí)在大學(xué)校園內(nèi)的“感”、“聯(lián)”、“知”、“控”4個(gè)環(huán)節(jié)?！案小笔侵咐眯@原有監(jiān)控傳感器并新增二維碼和RFID標(biāo)簽；“聯(lián)”是將上述的信息孤島連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)協(xié)同感知和聯(lián)動(dòng)；“知”是將校園內(nèi)包括監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的各式網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于云平臺(tái)中，借助云的計(jì)算力深入準(zhǔn)確地描述校園物理環(huán)境，形成知識(shí)庫：“控”則是指根據(jù)知識(shí)庫中的業(yè)務(wù)智能確定管理控制策略，發(fā)送更準(zhǔn)確合理的控制指令。endprint

基于CPS的智能校園應(yīng)用可以覆蓋師生用戶的“醫(yī)、食、住、行、學(xué)、用”等生活密切相關(guān)的各個(gè)方面，包含如多種折扣和優(yōu)惠信息，提供超值服務(wù)，產(chǎn)生綠色通道等各種活動(dòng)。

現(xiàn)舉幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例：

1） 智慧學(xué)生出行應(yīng)用

在生活中，大家都會(huì)遇到等公交車的情況，我們需要解決的就是如何更有效率的乘坐公交車以節(jié)約時(shí)間。計(jì)算情境：學(xué)校生活區(qū)范圍較大，在學(xué)校生活區(qū)的前門和后門都有公交車站，兩車站相距較遠(yuǎn)，約15分鐘行程。因此，學(xué)生就面臨一個(gè)選擇前門和后門車站乘車的選擇題。這時(shí)，我們可以利用現(xiàn)有的一些技術(shù)（比如視頻監(jiān)控等）來獲得車站的最新情況（排隊(duì)人數(shù)，車上已有的乘客人數(shù)，目前車輛行駛位置等），將這些情況反饋到學(xué)生的終端（手機(jī)或電腦），我們就可以通過獲得的情況來判斷在何時(shí)出行可以更從容，選擇哪里坐車更適合。當(dāng)然這里的信息不光限于視頻信息，直接的人數(shù)信息也是可以的推送給預(yù)定信息的學(xué)生。選擇校車出行計(jì)劃也屬于此類服務(wù)的范疇。

2） 智慧校園購物應(yīng)用

購物是校園生活中最必不可少的部分。校園內(nèi)各家超市、零售店記錄每一位購買者購買頻率及偏好等信息，然后用多個(gè)標(biāo)簽及視覺線索定義購物者，為其推薦有關(guān)的產(chǎn)品信息和優(yōu)惠折扣，商家會(huì)為每一位路過的學(xué)生推出不同的個(gè)性化商品廣告。

3） 智慧學(xué)生寢室應(yīng)用

如果學(xué)生課前在寢室陽臺(tái)晾曬了衣物，遇到上課期間下雨了，不必趕回，只需通過手機(jī)終端登錄智慧校園平臺(tái)，打開陽臺(tái)晾衣桿的控制應(yīng)用，控制自己寢室的陽臺(tái)晾衣桿回收室內(nèi)避雨，等雨停放晴后，再控制晾衣桿重新抬升戶外。另外，可以通過師生身份識(shí)別，對(duì)單人寢室的安全提供更為個(gè)性化的視頻安防服務(wù)。

4） 智慧校園用餐應(yīng)用

智慧校園平臺(tái)會(huì)向?qū)W生推薦校園內(nèi)各餐廳的食譜菜單，征詢午餐訂單，學(xué)生可使用智慧校園的APP發(fā)送午餐訂單給用餐中心，根據(jù)用餐預(yù)約人數(shù)測(cè)定，就近安排用餐地點(diǎn)，營造方便、舒適、滿意的用餐環(huán)境。如：提前訂桌的學(xué)生可以獲得一個(gè)序列號(hào)，如果預(yù)約時(shí)間點(diǎn)將到，顧客要來用餐，而那桌還有顧客在用餐，則可以通過智慧校園的視頻了解該桌的情況。美發(fā)店預(yù)約，同樣需要這類信息來幫助客戶安排好時(shí)間，從容有效地完成計(jì)劃。

另外，智慧校園平臺(tái)會(huì)根據(jù)學(xué)生個(gè)人的課余時(shí)間安排，及時(shí)推送校園內(nèi)圖書館等公共文體娛樂場(chǎng)地資源的利用情況，供學(xué)生從容選擇。其它場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)查看：如選擇車庫車位停車等。

3 智慧校園平臺(tái)案例設(shè)計(jì)

圍繞校園現(xiàn)有資源，特別是視頻監(jiān)控系統(tǒng)、語音識(shí)別系統(tǒng)和各類學(xué)校管理及教學(xué)信息系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)基于視頻信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻中特定事件的行為監(jiān)測(cè)，語音識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)特定人身份及特定內(nèi)容的識(shí)別和監(jiān)測(cè)，同時(shí)將按客戶定制采集周邊環(huán)境模擬數(shù)據(jù)，并加以融合形成供智能分析的多媒體信息；作為系統(tǒng)的外部接口，平臺(tái)可以預(yù)留無線通信技術(shù)（GPRS或3G）的接口，以方便進(jìn)一步向地理位置在校園之外的用戶傳遞多媒體信息，同時(shí)也可接收多媒體信息并作綜合分析，得到可靠的結(jié)果。我們考慮設(shè)計(jì)一個(gè)可以承載大量智慧校園服務(wù)的平臺(tái)，如圖2所示。目的是為校園內(nèi)的師生用戶提供快速、準(zhǔn)確、方便的物理信息服務(wù)。

如圖將視頻服務(wù)器集群V，位置路徑服務(wù)器P通過時(shí)鐘同步匹配起來，即m時(shí)刻的L地點(diǎn)的視頻錄像作為標(biāo)簽，存儲(chǔ)于視頻服務(wù)器中，則可以對(duì)外提供查詢平臺(tái)。智慧校園平臺(tái)用戶的智能手機(jī)和校園資源都可以安裝超高頻RFID標(biāo)簽、二維碼或藍(lán)牙連接設(shè)備。校園平臺(tái)記錄所有時(shí)段的有效資料，并實(shí)時(shí)存入數(shù)據(jù)庫。因?yàn)閿?shù)據(jù)量很大，類型多為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，考慮使用HBASE數(shù)據(jù)庫。分為族、時(shí)間戳。在經(jīng)過視頻錄像點(diǎn)時(shí)會(huì)有位置記錄留在P上

這樣，校園中的每一個(gè)人都會(huì)有一個(gè)公共場(chǎng)所包括時(shí)序的路徑記錄。即：

FRID號(hào)+時(shí)間標(biāo)簽+空間標(biāo)簽=行蹤路徑要素.可以匹配校園的數(shù)字地圖的地標(biāo)。每個(gè)人的手機(jī)號(hào)成為記錄的主鍵。按時(shí)間排序。通過時(shí)間戳與數(shù)字視頻服務(wù)器記錄進(jìn)行匹配查詢。也只有相應(yīng)時(shí)間戳與地址戳的復(fù)合字段與視頻服務(wù)器的記錄匹配成功，才能有權(quán)從視頻服務(wù)器上下載到該復(fù)合鍵標(biāo)定的視頻記錄。因此，學(xué)生通過自己在校網(wǎng)上注冊(cè)智能終端，可以查看到當(dāng)日自己的校園路徑上的一系列視頻記錄，其安全性由校網(wǎng)身份驗(yàn)證與移動(dòng)公網(wǎng)SIM卡用戶驗(yàn)證雙向保障。

目前，校園安全監(jiān)控已出具規(guī)模。但多為孤立的系統(tǒng)。如何將現(xiàn)有的孤立的視頻監(jiān)控系統(tǒng)融入到智慧校園中來，使用CPS的理念是很有前途的方向。我們的智慧校園平臺(tái)將采用手持設(shè)備+中間件+后臺(tái)知識(shí)庫的模式。即由Android開發(fā)平臺(tái)制作大量的校園內(nèi)可用無線應(yīng)用APP，利用校園內(nèi)用戶對(duì)象多為學(xué)生和教師的簡單特性，開放某些免費(fèi)服務(wù)。Android平臺(tái)開發(fā)工具使用JAVA語言，故APP有較好的可移植性和可重用性。目前多款A(yù)ndroid開發(fā)的客戶端發(fā)布在智慧校園平臺(tái)上，供師生下載。面對(duì)校園內(nèi)上萬的師生用戶。Hadoop體系可很好的承擔(dān)起并發(fā)查詢、處理和分發(fā)的負(fù)載。

4 結(jié)束語

本文所研究的基于物理信息系統(tǒng)的智慧校園平臺(tái)重點(diǎn)對(duì)校園已有的控制及管理信息系統(tǒng)資源的集成開發(fā)和利用，即將監(jiān)控

系統(tǒng)和各種管理信息系統(tǒng)融合在一起提供較為全面的校園信息服務(wù)，覆蓋校園的教學(xué)、安全、交通、餐飲及文體娛樂等領(lǐng)域?，F(xiàn)代大學(xué)校園不再是“象牙塔”，其需求覆蓋各個(gè)方面，服務(wù)設(shè)施也越來越全，所謂“麻雀雖小，五臟俱全”。我們可以在智慧校園中融入了許多物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用技術(shù)方案，使許多先進(jìn)的智慧城市理念可在小范圍內(nèi)先行實(shí)現(xiàn)，并為進(jìn)一步推廣提供有力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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基于CPS的智能校園應(yīng)用可以覆蓋師生用戶的“醫(yī)、食、住、行、學(xué)、用”等生活密切相關(guān)的各個(gè)方面，包含如多種折扣和優(yōu)惠信息，提供超值服務(wù)，產(chǎn)生綠色通道等各種活動(dòng)。

現(xiàn)舉幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例：

1） 智慧學(xué)生出行應(yīng)用

在生活中，大家都會(huì)遇到等公交車的情況，我們需要解決的就是如何更有效率的乘坐公交車以節(jié)約時(shí)間。計(jì)算情境：學(xué)校生活區(qū)范圍較大，在學(xué)校生活區(qū)的前門和后門都有公交車站，兩車站相距較遠(yuǎn)，約15分鐘行程。因此，學(xué)生就面臨一個(gè)選擇前門和后門車站乘車的選擇題。這時(shí)，我們可以利用現(xiàn)有的一些技術(shù)（比如視頻監(jiān)控等）來獲得車站的最新情況（排隊(duì)人數(shù)，車上已有的乘客人數(shù)，目前車輛行駛位置等），將這些情況反饋到學(xué)生的終端（手機(jī)或電腦），我們就可以通過獲得的情況來判斷在何時(shí)出行可以更從容，選擇哪里坐車更適合。當(dāng)然這里的信息不光限于視頻信息，直接的人數(shù)信息也是可以的推送給預(yù)定信息的學(xué)生。選擇校車出行計(jì)劃也屬于此類服務(wù)的范疇。

2） 智慧校園購物應(yīng)用

購物是校園生活中最必不可少的部分。校園內(nèi)各家超市、零售店記錄每一位購買者購買頻率及偏好等信息，然后用多個(gè)標(biāo)簽及視覺線索定義購物者，為其推薦有關(guān)的產(chǎn)品信息和優(yōu)惠折扣，商家會(huì)為每一位路過的學(xué)生推出不同的個(gè)性化商品廣告。

3） 智慧學(xué)生寢室應(yīng)用

如果學(xué)生課前在寢室陽臺(tái)晾曬了衣物，遇到上課期間下雨了，不必趕回，只需通過手機(jī)終端登錄智慧校園平臺(tái)，打開陽臺(tái)晾衣桿的控制應(yīng)用，控制自己寢室的陽臺(tái)晾衣桿回收室內(nèi)避雨，等雨停放晴后，再控制晾衣桿重新抬升戶外。另外，可以通過師生身份識(shí)別，對(duì)單人寢室的安全提供更為個(gè)性化的視頻安防服務(wù)。

4） 智慧校園用餐應(yīng)用

智慧校園平臺(tái)會(huì)向?qū)W生推薦校園內(nèi)各餐廳的食譜菜單，征詢午餐訂單，學(xué)生可使用智慧校園的APP發(fā)送午餐訂單給用餐中心，根據(jù)用餐預(yù)約人數(shù)測(cè)定，就近安排用餐地點(diǎn)，營造方便、舒適、滿意的用餐環(huán)境。如：提前訂桌的學(xué)生可以獲得一個(gè)序列號(hào)，如果預(yù)約時(shí)間點(diǎn)將到，顧客要來用餐，而那桌還有顧客在用餐，則可以通過智慧校園的視頻了解該桌的情況。美發(fā)店預(yù)約，同樣需要這類信息來幫助客戶安排好時(shí)間，從容有效地完成計(jì)劃。

另外，智慧校園平臺(tái)會(huì)根據(jù)學(xué)生個(gè)人的課余時(shí)間安排，及時(shí)推送校園內(nèi)圖書館等公共文體娛樂場(chǎng)地資源的利用情況，供學(xué)生從容選擇。其它場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)查看：如選擇車庫車位停車等。

3 智慧校園平臺(tái)案例設(shè)計(jì)

圍繞校園現(xiàn)有資源，特別是視頻監(jiān)控系統(tǒng)、語音識(shí)別系統(tǒng)和各類學(xué)校管理及教學(xué)信息系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)基于視頻信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻中特定事件的行為監(jiān)測(cè)，語音識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)特定人身份及特定內(nèi)容的識(shí)別和監(jiān)測(cè)，同時(shí)將按客戶定制采集周邊環(huán)境模擬數(shù)據(jù)，并加以融合形成供智能分析的多媒體信息；作為系統(tǒng)的外部接口，平臺(tái)可以預(yù)留無線通信技術(shù)（GPRS或3G）的接口，以方便進(jìn)一步向地理位置在校園之外的用戶傳遞多媒體信息，同時(shí)也可接收多媒體信息并作綜合分析，得到可靠的結(jié)果。我們考慮設(shè)計(jì)一個(gè)可以承載大量智慧校園服務(wù)的平臺(tái)，如圖2所示。目的是為校園內(nèi)的師生用戶提供快速、準(zhǔn)確、方便的物理信息服務(wù)。

如圖將視頻服務(wù)器集群V，位置路徑服務(wù)器P通過時(shí)鐘同步匹配起來，即m時(shí)刻的L地點(diǎn)的視頻錄像作為標(biāo)簽，存儲(chǔ)于視頻服務(wù)器中，則可以對(duì)外提供查詢平臺(tái)。智慧校園平臺(tái)用戶的智能手機(jī)和校園資源都可以安裝超高頻RFID標(biāo)簽、二維碼或藍(lán)牙連接設(shè)備。校園平臺(tái)記錄所有時(shí)段的有效資料，并實(shí)時(shí)存入數(shù)據(jù)庫。因?yàn)閿?shù)據(jù)量很大，類型多為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，考慮使用HBASE數(shù)據(jù)庫。分為族、時(shí)間戳。在經(jīng)過視頻錄像點(diǎn)時(shí)會(huì)有位置記錄留在P上

這樣，校園中的每一個(gè)人都會(huì)有一個(gè)公共場(chǎng)所包括時(shí)序的路徑記錄。即：

FRID號(hào)+時(shí)間標(biāo)簽+空間標(biāo)簽=行蹤路徑要素.可以匹配校園的數(shù)字地圖的地標(biāo)。每個(gè)人的手機(jī)號(hào)成為記錄的主鍵。按時(shí)間排序。通過時(shí)間戳與數(shù)字視頻服務(wù)器記錄進(jìn)行匹配查詢。也只有相應(yīng)時(shí)間戳與地址戳的復(fù)合字段與視頻服務(wù)器的記錄匹配成功，才能有權(quán)從視頻服務(wù)器上下載到該復(fù)合鍵標(biāo)定的視頻記錄。因此，學(xué)生通過自己在校網(wǎng)上注冊(cè)智能終端，可以查看到當(dāng)日自己的校園路徑上的一系列視頻記錄，其安全性由校網(wǎng)身份驗(yàn)證與移動(dòng)公網(wǎng)SIM卡用戶驗(yàn)證雙向保障。

目前，校園安全監(jiān)控已出具規(guī)模。但多為孤立的系統(tǒng)。如何將現(xiàn)有的孤立的視頻監(jiān)控系統(tǒng)融入到智慧校園中來，使用CPS的理念是很有前途的方向。我們的智慧校園平臺(tái)將采用手持設(shè)備+中間件+后臺(tái)知識(shí)庫的模式。即由Android開發(fā)平臺(tái)制作大量的校園內(nèi)可用無線應(yīng)用APP，利用校園內(nèi)用戶對(duì)象多為學(xué)生和教師的簡單特性，開放某些免費(fèi)服務(wù)。Android平臺(tái)開發(fā)工具使用JAVA語言，故APP有較好的可移植性和可重用性。目前多款A(yù)ndroid開發(fā)的客戶端發(fā)布在智慧校園平臺(tái)上，供師生下載。面對(duì)校園內(nèi)上萬的師生用戶。Hadoop體系可很好的承擔(dān)起并發(fā)查詢、處理和分發(fā)的負(fù)載。

4 結(jié)束語

本文所研究的基于物理信息系統(tǒng)的智慧校園平臺(tái)重點(diǎn)對(duì)校園已有的控制及管理信息系統(tǒng)資源的集成開發(fā)和利用，即將監(jiān)控

系統(tǒng)和各種管理信息系統(tǒng)融合在一起提供較為全面的校園信息服務(wù)，覆蓋校園的教學(xué)、安全、交通、餐飲及文體娛樂等領(lǐng)域?，F(xiàn)代大學(xué)校園不再是“象牙塔”，其需求覆蓋各個(gè)方面，服務(wù)設(shè)施也越來越全，所謂“麻雀雖小，五臟俱全”。我們可以在智慧校園中融入了許多物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用技術(shù)方案，使許多先進(jìn)的智慧城市理念可在小范圍內(nèi)先行實(shí)現(xiàn)，并為進(jìn)一步推廣提供有力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王運(yùn)武.“數(shù)字校園”向“智慧校園”的轉(zhuǎn)型發(fā)展研究——基于系統(tǒng)思維的分析思辯視角[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2013，2：21-28.

[2] 百度搜索：信息物理系統(tǒng).http：//baike.baidu.com/view/3002177.htm.

[3] 張永波. RFID技術(shù)在“智慧校園”中的應(yīng)用[J]. 軟件導(dǎo)刊，2011，5：132-134.

[4] 張帆.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)方案探索[J].安陽工學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，2：61-65.

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[6] 黃榮懷，張進(jìn)寶，胡永斌，楊俊鋒. 智慧校園：數(shù)字校園發(fā)展的必然趨勢(shì)[J].開放教育研究，2012，4：12-17.

[7] 陳明選，徐旸. 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)與發(fā)展研究[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2012，4：61-65.endprint

基于CPS的智能校園應(yīng)用可以覆蓋師生用戶的“醫(yī)、食、住、行、學(xué)、用”等生活密切相關(guān)的各個(gè)方面，包含如多種折扣和優(yōu)惠信息，提供超值服務(wù)，產(chǎn)生綠色通道等各種活動(dòng)。

現(xiàn)舉幾個(gè)應(yīng)用實(shí)例：

1） 智慧學(xué)生出行應(yīng)用

在生活中，大家都會(huì)遇到等公交車的情況，我們需要解決的就是如何更有效率的乘坐公交車以節(jié)約時(shí)間。計(jì)算情境：學(xué)校生活區(qū)范圍較大，在學(xué)校生活區(qū)的前門和后門都有公交車站，兩車站相距較遠(yuǎn)，約15分鐘行程。因此，學(xué)生就面臨一個(gè)選擇前門和后門車站乘車的選擇題。這時(shí)，我們可以利用現(xiàn)有的一些技術(shù)（比如視頻監(jiān)控等）來獲得車站的最新情況（排隊(duì)人數(shù)，車上已有的乘客人數(shù)，目前車輛行駛位置等），將這些情況反饋到學(xué)生的終端（手機(jī)或電腦），我們就可以通過獲得的情況來判斷在何時(shí)出行可以更從容，選擇哪里坐車更適合。當(dāng)然這里的信息不光限于視頻信息，直接的人數(shù)信息也是可以的推送給預(yù)定信息的學(xué)生。選擇校車出行計(jì)劃也屬于此類服務(wù)的范疇。

2） 智慧校園購物應(yīng)用

購物是校園生活中最必不可少的部分。校園內(nèi)各家超市、零售店記錄每一位購買者購買頻率及偏好等信息，然后用多個(gè)標(biāo)簽及視覺線索定義購物者，為其推薦有關(guān)的產(chǎn)品信息和優(yōu)惠折扣，商家會(huì)為每一位路過的學(xué)生推出不同的個(gè)性化商品廣告。

3） 智慧學(xué)生寢室應(yīng)用

如果學(xué)生課前在寢室陽臺(tái)晾曬了衣物，遇到上課期間下雨了，不必趕回，只需通過手機(jī)終端登錄智慧校園平臺(tái)，打開陽臺(tái)晾衣桿的控制應(yīng)用，控制自己寢室的陽臺(tái)晾衣桿回收室內(nèi)避雨，等雨停放晴后，再控制晾衣桿重新抬升戶外。另外，可以通過師生身份識(shí)別，對(duì)單人寢室的安全提供更為個(gè)性化的視頻安防服務(wù)。

4） 智慧校園用餐應(yīng)用

智慧校園平臺(tái)會(huì)向?qū)W生推薦校園內(nèi)各餐廳的食譜菜單，征詢午餐訂單，學(xué)生可使用智慧校園的APP發(fā)送午餐訂單給用餐中心，根據(jù)用餐預(yù)約人數(shù)測(cè)定，就近安排用餐地點(diǎn)，營造方便、舒適、滿意的用餐環(huán)境。如：提前訂桌的學(xué)生可以獲得一個(gè)序列號(hào)，如果預(yù)約時(shí)間點(diǎn)將到，顧客要來用餐，而那桌還有顧客在用餐，則可以通過智慧校園的視頻了解該桌的情況。美發(fā)店預(yù)約，同樣需要這類信息來幫助客戶安排好時(shí)間，從容有效地完成計(jì)劃。

另外，智慧校園平臺(tái)會(huì)根據(jù)學(xué)生個(gè)人的課余時(shí)間安排，及時(shí)推送校園內(nèi)圖書館等公共文體娛樂場(chǎng)地資源的利用情況，供學(xué)生從容選擇。其它場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)查看：如選擇車庫車位停車等。

3 智慧校園平臺(tái)案例設(shè)計(jì)

圍繞校園現(xiàn)有資源，特別是視頻監(jiān)控系統(tǒng)、語音識(shí)別系統(tǒng)和各類學(xué)校管理及教學(xué)信息系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)基于視頻信息處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻中特定事件的行為監(jiān)測(cè)，語音識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)特定人身份及特定內(nèi)容的識(shí)別和監(jiān)測(cè)，同時(shí)將按客戶定制采集周邊環(huán)境模擬數(shù)據(jù)，并加以融合形成供智能分析的多媒體信息；作為系統(tǒng)的外部接口，平臺(tái)可以預(yù)留無線通信技術(shù)（GPRS或3G）的接口，以方便進(jìn)一步向地理位置在校園之外的用戶傳遞多媒體信息，同時(shí)也可接收多媒體信息并作綜合分析，得到可靠的結(jié)果。我們考慮設(shè)計(jì)一個(gè)可以承載大量智慧校園服務(wù)的平臺(tái)，如圖2所示。目的是為校園內(nèi)的師生用戶提供快速、準(zhǔn)確、方便的物理信息服務(wù)。

如圖將視頻服務(wù)器集群V，位置路徑服務(wù)器P通過時(shí)鐘同步匹配起來，即m時(shí)刻的L地點(diǎn)的視頻錄像作為標(biāo)簽，存儲(chǔ)于視頻服務(wù)器中，則可以對(duì)外提供查詢平臺(tái)。智慧校園平臺(tái)用戶的智能手機(jī)和校園資源都可以安裝超高頻RFID標(biāo)簽、二維碼或藍(lán)牙連接設(shè)備。校園平臺(tái)記錄所有時(shí)段的有效資料，并實(shí)時(shí)存入數(shù)據(jù)庫。因?yàn)閿?shù)據(jù)量很大，類型多為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，考慮使用HBASE數(shù)據(jù)庫。分為族、時(shí)間戳。在經(jīng)過視頻錄像點(diǎn)時(shí)會(huì)有位置記錄留在P上

這樣，校園中的每一個(gè)人都會(huì)有一個(gè)公共場(chǎng)所包括時(shí)序的路徑記錄。即：

FRID號(hào)+時(shí)間標(biāo)簽+空間標(biāo)簽=行蹤路徑要素.可以匹配校園的數(shù)字地圖的地標(biāo)。每個(gè)人的手機(jī)號(hào)成為記錄的主鍵。按時(shí)間排序。通過時(shí)間戳與數(shù)字視頻服務(wù)器記錄進(jìn)行匹配查詢。也只有相應(yīng)時(shí)間戳與地址戳的復(fù)合字段與視頻服務(wù)器的記錄匹配成功，才能有權(quán)從視頻服務(wù)器上下載到該復(fù)合鍵標(biāo)定的視頻記錄。因此，學(xué)生通過自己在校網(wǎng)上注冊(cè)智能終端，可以查看到當(dāng)日自己的校園路徑上的一系列視頻記錄，其安全性由校網(wǎng)身份驗(yàn)證與移動(dòng)公網(wǎng)SIM卡用戶驗(yàn)證雙向保障。

目前，校園安全監(jiān)控已出具規(guī)模。但多為孤立的系統(tǒng)。如何將現(xiàn)有的孤立的視頻監(jiān)控系統(tǒng)融入到智慧校園中來，使用CPS的理念是很有前途的方向。我們的智慧校園平臺(tái)將采用手持設(shè)備+中間件+后臺(tái)知識(shí)庫的模式。即由Android開發(fā)平臺(tái)制作大量的校園內(nèi)可用無線應(yīng)用APP，利用校園內(nèi)用戶對(duì)象多為學(xué)生和教師的簡單特性，開放某些免費(fèi)服務(wù)。Android平臺(tái)開發(fā)工具使用JAVA語言，故APP有較好的可移植性和可重用性。目前多款A(yù)ndroid開發(fā)的客戶端發(fā)布在智慧校園平臺(tái)上，供師生下載。面對(duì)校園內(nèi)上萬的師生用戶。Hadoop體系可很好的承擔(dān)起并發(fā)查詢、處理和分發(fā)的負(fù)載。

4 結(jié)束語

本文所研究的基于物理信息系統(tǒng)的智慧校園平臺(tái)重點(diǎn)對(duì)校園已有的控制及管理信息系統(tǒng)資源的集成開發(fā)和利用，即將監(jiān)控

系統(tǒng)和各種管理信息系統(tǒng)融合在一起提供較為全面的校園信息服務(wù)，覆蓋校園的教學(xué)、安全、交通、餐飲及文體娛樂等領(lǐng)域?，F(xiàn)代大學(xué)校園不再是“象牙塔”，其需求覆蓋各個(gè)方面，服務(wù)設(shè)施也越來越全，所謂“麻雀雖小，五臟俱全”。我們可以在智慧校園中融入了許多物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用技術(shù)方案，使許多先進(jìn)的智慧城市理念可在小范圍內(nèi)先行實(shí)現(xiàn)，并為進(jìn)一步推廣提供有力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王運(yùn)武.“數(shù)字校園”向“智慧校園”的轉(zhuǎn)型發(fā)展研究——基于系統(tǒng)思維的分析思辯視角[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2013，2：21-28.

[2] 百度搜索：信息物理系統(tǒng).http：//baike.baidu.com/view/3002177.htm.

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[4] 張帆.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)方案探索[J].安陽工學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，2：61-65.

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[7] 陳明選，徐旸. 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)與發(fā)展研究[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2012，4：61-65.endprint