物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用研究

丁　鵬湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙　　410208

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用研究

丁鵬
湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410208

摘要物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信之后科技屆的第四次信息革命，為了使校園管理簡(jiǎn)單化、智能化，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到學(xué)校校園管理中，必將推動(dòng)校園管理模式智能化、人性化、效率化，實(shí)現(xiàn)智慧校園。本文闡述了物聯(lián)網(wǎng)的概念，介紹了物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，總結(jié)了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了智慧校園系統(tǒng)，并討論了物聯(lián)網(wǎng)在校園應(yīng)用中所面臨的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞物聯(lián)網(wǎng)；RFID；智慧校園

1 物聯(lián)網(wǎng)的概念及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)最早出現(xiàn)于1995年比爾。蓋茨寫(xiě)的《未來(lái)之路》，在該書(shū)中，他已經(jīng)提到物物互聯(lián)。1999年，美國(guó)麻省理工學(xué)院率先提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。2005年11月，國(guó)際電信聯(lián)盟發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，確定了物聯(lián)網(wǎng)概念，預(yù)示著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。

物聯(lián)網(wǎng)一開(kāi)始被描述為物體通過(guò)射頻識(shí)別等傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相連，使智能化的識(shí)別與管理得到實(shí)現(xiàn)?；ヂ?lián)網(wǎng)將來(lái)自世界各地的計(jì)算機(jī)都連接起來(lái)形成網(wǎng)絡(luò)，讓人與人的信息交互得以實(shí)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)拓展了互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)運(yùn)用傳感器、RFID等技術(shù)，將任意時(shí)間、不同地點(diǎn)的物體接入網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)物品的識(shí)別，達(dá)到物與物、人與物之間的聯(lián)通，讓彼此的信息能夠共享。目前，物聯(lián)網(wǎng)的定義短期內(nèi)還沒(méi)達(dá)成共識(shí)，我們認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)等信息承載體，讓一切可以被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象均能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。

1.2體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)是一門(mén)特別復(fù)雜的技術(shù)。我們根據(jù)信息的生成、傳輸、處理和使用的基本原則，一般將物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)分成4個(gè)層次。

1）感知識(shí)別層。它相當(dāng)于人體的皮膚與五官，主要作用是信息采集和信號(hào)處理。不僅包括信息自動(dòng)生成設(shè)備，主要是RFID、傳感器等，還包含能夠人工生成信息的智能電子產(chǎn)品。

2）網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層。它相當(dāng)于人的中樞神經(jīng)，主要是完成信息的傳遞，把感知識(shí)別層的數(shù)據(jù)連入互聯(lián)網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)，方便管理服務(wù)層使用。

3）管理服務(wù)層。它相當(dāng)于人體的大腦。主要作用是信息處理，把大規(guī)模數(shù)據(jù)高效可靠地組織起來(lái)，為上層行業(yè)應(yīng)用提供支持。

4）綜合應(yīng)用層。它相當(dāng)于人的社會(huì)分工。與各行各業(yè)的需求相結(jié)合，將傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)各類(lèi)信息系統(tǒng)進(jìn)行處理，并通過(guò)各種設(shè)備與人進(jìn)行交互，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)行業(yè)智能化。

2 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國(guó)外對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的研究主要集中在美國(guó)、日本、歐洲等少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，他們相繼都已經(jīng)制定了物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，出臺(tái)了關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的規(guī)劃，并將物聯(lián)網(wǎng)作為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。同時(shí)，我國(guó)政府也特別重視物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。2009年8月7日，溫家寶總理在考察無(wú)錫時(shí)提出了名為“感知中國(guó)”的戰(zhàn)略構(gòu)想，并在同年11月向首都科技界發(fā)表了一篇題為《讓科技引領(lǐng)中國(guó)可持續(xù)發(fā)展》的重要講話(huà)，強(qiáng)調(diào)要重點(diǎn)發(fā)展新型戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，在物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)新的突破。

2.2校園領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

浙江大學(xué)在信息化“十二五”規(guī)劃中，提出要建設(shè)一個(gè)“智慧校園”，并把紫金港校區(qū)作為智慧校園建設(shè)的試點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)的高等院校中，應(yīng)用RFID技術(shù)已經(jīng)特別常見(jiàn)，校園一卡通早已普及，然而在校園中，與物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的實(shí)際應(yīng)用依然沒(méi)有達(dá)到智能化的程度，還停留在基本層面上，只能對(duì)某些數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，更深層次的應(yīng)用還有待進(jìn)一步探索。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能校園系統(tǒng)

3.1智慧校園的概念

智慧校園是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)徹底改變廣大師生與學(xué)校資源交互的方式，它提高了交互的響應(yīng)速度，使交互變得更為靈活，革新了校園管理的模式，實(shí)現(xiàn)了智慧化服務(wù)。在食堂、教室、圖書(shū)館、實(shí)驗(yàn)室等基礎(chǔ)設(shè)施的場(chǎng)所內(nèi)，安裝上RFID、傳感器等設(shè)備，形成以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的校園智能學(xué)習(xí)生活一體化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了校園資源和智能系統(tǒng)的整合。

3.2智能校園系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)RFID智能校園卡，提供給師生使用，將整個(gè)系統(tǒng)分成三大部分：RFID電子標(biāo)簽卡、RFID閱讀器、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。師生擁有一張校園卡，卡內(nèi)包含了用戶(hù)信息，并在使用處安置好閱讀器，能將讀取的信息傳至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，以便工作人員管理。

通過(guò)智能校園系統(tǒng)將RFID、傳感器等感知設(shè)備鏈接在一起，形成物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)智能校園管理?，F(xiàn)將智能校園系統(tǒng)分為校園生活和教學(xué)管理兩個(gè)部分，每部分又分別包含三個(gè)子模塊。

3.2.1校園生活

主要包括消費(fèi)管理、后勤管理、安防管理。

消費(fèi)管理：校園師生的消費(fèi)主要是指一日三餐及生活購(gòu)物。我們給每個(gè)師生都設(shè)計(jì)一張含有RFID電子標(biāo)簽的校園卡，卡內(nèi)附有個(gè)人信息，并在學(xué)校消費(fèi)場(chǎng)地安裝好RFID閱讀器，當(dāng)學(xué)生要去食堂吃飯或去超市購(gòu)物時(shí)，只需在對(duì)應(yīng)的閱讀器上刷一下卡，卡內(nèi)信息就被讀取出來(lái)，利用網(wǎng)絡(luò)傳至系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)來(lái)正確讀取卡內(nèi)余額，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)扣除本次消費(fèi)所該支付的實(shí)際金額，并進(jìn)行電子錢(qián)包的實(shí)時(shí)更新。

后勤管理：主要包括校園的照明管理、浴室管理。將某些傳感設(shè)備安裝在教室等場(chǎng)所，應(yīng)用無(wú)線(xiàn)遙感、聲控等技術(shù)，完成自動(dòng)照明，同時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境來(lái)調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)度，當(dāng)感應(yīng)器感應(yīng)到所有人都離開(kāi)教室后會(huì)給系統(tǒng)相應(yīng)的指令將燈關(guān)閉以避免浪費(fèi)。還可以在澡堂里的浴室內(nèi)安裝上用水消費(fèi)的傳感設(shè)備，學(xué)生在洗澡時(shí)只需將卡放在讀卡器上，噴頭將自動(dòng)出水并進(jìn)行流量計(jì)算，當(dāng)感應(yīng)到人離開(kāi)時(shí)又會(huì)自動(dòng)停止送水和金額扣費(fèi)，從而達(dá)到節(jié)水的目的。

安防管理：在校園安防管理中，利用射頻識(shí)別、無(wú)線(xiàn)傳感等技術(shù)，與視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，將傳感器合理部署在學(xué)校某些地區(qū)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)匯總處理這些信息，恰當(dāng)進(jìn)行提醒或是自動(dòng)報(bào)警，如果有人擅自強(qiáng)行闖入學(xué)校的警戒區(qū)，系統(tǒng)將通過(guò)布署在該場(chǎng)所的傳感終端，來(lái)判斷闖入者實(shí)際位置，使用調(diào)整后的移動(dòng)攝像頭對(duì)該區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，并記錄下圖像資料，方便安保人員進(jìn)行處理。通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)感知學(xué)校周邊環(huán)境，實(shí)現(xiàn)校園安全管理。

3.2.2教學(xué)管理

主要包括圖書(shū)管理、考勤管理、實(shí)訓(xùn)管理。

圖書(shū)管理：智能圖書(shū)館是結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)需人工值守的智能服務(wù)和高效管理。智能校園系統(tǒng)中的圖書(shū)管理主要是RFID電子標(biāo)簽在圖書(shū)館中的應(yīng)用。在圖書(shū)管理過(guò)程中，可以考慮在每一本書(shū)中安裝上RFID卡，用它來(lái)記錄該書(shū)籍所屬的分類(lèi)、定位、被誰(shuí)借閱等信息，并根據(jù)該信息對(duì)書(shū)籍進(jìn)行查詢(xún)、定位、等操作，方便工作人員進(jìn)行高效率的歸架整理。

考勤管理：教師對(duì)學(xué)生的課堂考勤耗費(fèi)了太多的精力，使教學(xué)的時(shí)間縮短了，合理有效的考勤系統(tǒng)既節(jié)約了時(shí)間，又提高了效率。學(xué)生在聽(tīng)課時(shí)都需要在課前進(jìn)入教室時(shí)主動(dòng)向裝置在教室內(nèi)的讀卡器刷一下卡，當(dāng)智能設(shè)備接收到本次刷卡記錄后，便會(huì)把數(shù)據(jù)馬上發(fā)送到系統(tǒng)服務(wù)器，該數(shù)據(jù)也會(huì)實(shí)時(shí)更新到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，那么教師就可以了解到學(xué)生課堂出勤情況。

實(shí)訓(xùn)管理：首先考慮在實(shí)訓(xùn)教室里的機(jī)器設(shè)備上安裝好適合的傳感器，然后通過(guò)使用閱讀器來(lái)獲取實(shí)訓(xùn)室內(nèi)各機(jī)器的信息，最后借助網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)備管理。此外，在學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手實(shí)訓(xùn)的過(guò)程中，若操作有誤便自動(dòng)警告，甚至中斷整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，從而避免掉各種損失，并將本學(xué)期所有的不當(dāng)操作次數(shù)詳細(xì)記錄至智能卡中，使教師能及時(shí)掌握學(xué)生的實(shí)訓(xùn)情況。

4 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于智慧校園存在的問(wèn)題

目前，智慧校園還存在許多問(wèn)題：

1）標(biāo)準(zhǔn)缺失。物聯(lián)網(wǎng)可以應(yīng)用在各行各業(yè)，但每個(gè)領(lǐng)域的行業(yè)要求不同，導(dǎo)致它的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，這制約了它的發(fā)展。

2）成本問(wèn)題。建設(shè)智慧校園首先要構(gòu)建好統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，最好能具備有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)雙網(wǎng)覆蓋的成熟網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。基礎(chǔ)設(shè)施的投入資金有限，如何在保證質(zhì)量的前提下來(lái)節(jié)約成本。

3）信息安全與隱私保護(hù)。信息在傳送過(guò)程中需要連入網(wǎng)絡(luò)，信息是否安全可靠應(yīng)受到重視。此外，由于物聯(lián)網(wǎng)本身能夠記錄個(gè)人信息，如何保證隱私不被遭到侵犯已成為很大問(wèn)題。

4）管理機(jī)制尚不完備。在智慧校園中，物聯(lián)網(wǎng)究竟將如何維護(hù)、如何使用、如何管理等。

5 結(jié)論

智能校園系統(tǒng)是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)校的智能化管理，讓校園里的人、物、信息載體在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，為全校師生展現(xiàn)了智慧化的業(yè)務(wù)和服務(wù)模式。

文中論述了物聯(lián)網(wǎng)的概念，并在智慧校園中應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了智能校園系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，探討了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于智慧校園還存在的問(wèn)題。當(dāng)前，智慧校園的建設(shè)還處于起步階段，發(fā)展還不明朗，可從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，前景異常光明，總有一天，它會(huì)像信息化“十二五”規(guī)劃所描繪的那樣，成為一個(gè)安全、穩(wěn)定、環(huán)保、節(jié)能的校園。新的時(shí)代，我們應(yīng)該再接再厲，共同推進(jìn)智慧校園的可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：丁鵬，碩士，助教，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)TP39

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2015）140-0093-02