基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)方案應(yīng)用探索

劉苗苗，張永生

(東北石油大學(xué) 秦皇島分校，黑龍江 大慶 163318)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)方案應(yīng)用探索

劉苗苗，張永生

(東北石油大學(xué) 秦皇島分校，黑龍江 大慶 163318)

物聯(lián)網(wǎng)為智慧校園建設(shè)提供了有力的技術(shù)支撐，使得校園管理更加方便、快捷、智能化與人性化。本文在深入研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要素的基礎(chǔ)上，結(jié)合我校智慧校園建設(shè)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)方案，并基于智慧教學(xué)管理和智慧校園生活兩大主題對(duì)物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園建設(shè)實(shí)踐中的具體應(yīng)用進(jìn)行了深入探討。

物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)字校園；智慧校園；智能

0 引言

傳統(tǒng)的數(shù)字校園信息化建設(shè)存在許多問題：如缺少統(tǒng)一規(guī)劃，各應(yīng)用系統(tǒng)分布散亂，信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重[1]；設(shè)備兼容性差，無法共享資源；缺乏完善的個(gè)性化服務(wù)及決策支持系統(tǒng)等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟發(fā)展及其在教育領(lǐng)域的深入應(yīng)用推動(dòng)了數(shù)字校園到智慧校園的升級(jí)過渡[2]。學(xué)校作為知識(shí)和信息服務(wù)的前沿，要適應(yīng)社會(huì)發(fā)展及教學(xué)改革等方面的需求，應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇，從教育發(fā)展的實(shí)際需求出發(fā)，打破傳統(tǒng)“重建輕用”“重管理輕教學(xué)”等建設(shè)思維[3]，以學(xué)?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源和應(yīng)用平臺(tái)為基礎(chǔ)，將具有智慧性特點(diǎn)的物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)與傳統(tǒng)教育、管理和服務(wù)深度融合，合理規(guī)劃、整合、配置、挖掘各種資源，廣泛利用校園微信公眾號(hào)、APP等智能通訊終端，加強(qiáng)資源共享與分工協(xié)作，實(shí)現(xiàn)從教學(xué)環(huán)境、教學(xué)資源到教學(xué)活動(dòng)的智能化、移動(dòng)化等。

物聯(lián)感知系統(tǒng)是智慧校園建設(shè)中的重要組成部分?；谖锫?lián)網(wǎng)的智慧校園綜合服務(wù)平臺(tái)能夠高度融合傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)，利用視頻采集器和RFID等感知設(shè)備，標(biāo)志校園環(huán)境[4]，有效實(shí)施監(jiān)控與智慧管理。將物聯(lián)感知系統(tǒng)應(yīng)用于智慧教務(wù)教學(xué)管理、智能辦公、科研、財(cái)務(wù)、資產(chǎn)管理等，必將推動(dòng)數(shù)字校園到智慧校園的全面過渡。本文結(jié)合我院實(shí)際情況，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)探索我院智慧校園建設(shè)的架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)模式。

1 相關(guān)概念界定

1.1 智慧校園

所謂智慧校園是指以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息技術(shù)為基礎(chǔ)的安全、穩(wěn)定、環(huán)保、節(jié)能、智慧化的校園學(xué)習(xí)、工作和生活環(huán)境。它以各種應(yīng)用系統(tǒng)為載體，充分融合教學(xué)管理及校園生活等，實(shí)現(xiàn)泛在的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、高效的校務(wù)管理、便捷周到的校園生活等，具有互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)高速泛在、智能終端廣泛應(yīng)用、業(yè)務(wù)應(yīng)用智能融合等特點(diǎn)[5]。

智慧校園的主要技術(shù)基礎(chǔ)是物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，其主要宗旨是利用現(xiàn)代信息技術(shù)構(gòu)建智能化校園環(huán)境和綜合性信息服務(wù)平臺(tái)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改變資源交互方式，充分整合各種教學(xué)資源及應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)靈活快速的信息交互以及智慧化的校園服務(wù)和管理模式。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，利用無線射頻、紅外感應(yīng)、激光掃描等傳感設(shè)備與信息技術(shù)，融合互聯(lián)網(wǎng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別以及物物之間的交流互動(dòng)和信息共享。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)首先通過RFID標(biāo)簽或傳感器檢測(cè)標(biāo)識(shí)物體屬性；然后由閱讀器讀取物體屬性，同時(shí)將信息轉(zhuǎn)換為適合網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式；最后通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行耐瓿晌矬w通信的相關(guān)計(jì)算。物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的物品能夠彼此“交流”，實(shí)時(shí)采集連接物體的信息，通過數(shù)據(jù)通信與控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息傳輸、協(xié)同處理以及智能監(jiān)控[6]。校園本質(zhì)上是一種生活環(huán)境，智慧校園的首要目標(biāo)是借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接校園中的各個(gè)物件，在物聯(lián)感知系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建智慧校園服務(wù)平臺(tái)，整合與簡(jiǎn)化資源及應(yīng)用系統(tǒng)，從技術(shù)層面上實(shí)現(xiàn)智慧校園管理。

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

隨著高校辦學(xué)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，教職工信息、教學(xué)設(shè)備等資源的管理成為急需解決的問題[7]。物聯(lián)網(wǎng)作為一種新興的技術(shù)，能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)物品的連接、識(shí)別與管理，并實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地感知與傳遞物品信息[8]。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入智慧校園建設(shè)中，是保障校園安全、創(chuàng)新教學(xué)模式、提高教育管理水平的需要，必將促進(jìn)智慧校園信息化建設(shè)朝著更加智能化與人性化的方向發(fā)展[9]。在深入研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要素的基礎(chǔ)上，結(jié)合我校智慧校園信息化建設(shè)的實(shí)際需求，構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)總體架構(gòu)模型，如圖1所示。

圖1 智慧校園建設(shè)架構(gòu)圖

感知層由攝像頭、溫度及濕度傳感器、RFID標(biāo)簽、二維碼等智能感知設(shè)備和終端組成，用于完成物體的識(shí)別及信息的采集。網(wǎng)絡(luò)層通過有線、無線及互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，將感知層獲取的信息準(zhǔn)確安全地傳遞到信息處理中心。應(yīng)用層基于各應(yīng)用系統(tǒng)的不同需求，分析處理從網(wǎng)絡(luò)層接收到的數(shù)據(jù)信息，從而實(shí)現(xiàn)交互及智能化控制。

3 物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園建設(shè)中的實(shí)踐探索

結(jié)合本校實(shí)際情況及上述基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)架構(gòu)，從智慧教學(xué)管理和智慧校園生活兩大方面，對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)應(yīng)用進(jìn)行了探索研究。

3.1 智慧教學(xué)管理

智慧校園建設(shè)依托于完善的物聯(lián)網(wǎng)，在數(shù)字校園環(huán)境的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施管理，改變傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)和交互方式，為廣大師生群體提供便利的信息化服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)校園智慧化管理和服務(wù)模式。基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園教學(xué)管理建設(shè)主要包括：智慧教學(xué)、智慧學(xué)習(xí)、智慧實(shí)訓(xùn)室、智慧圖書館等。

(1)智慧教學(xué)。教師和學(xué)生可利用泛在網(wǎng)絡(luò)，完成教學(xué)相關(guān)的一系列活動(dòng)，例如課程的教與學(xué)、課外輔導(dǎo)答疑、作業(yè)的布置與提交、自主或協(xié)作學(xué)習(xí)以及課外交流互動(dòng)等。在原有教學(xué)管理平臺(tái)基礎(chǔ)上，引入依托RFID及身份識(shí)別的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，完善教學(xué)管理及評(píng)價(jià)體系。構(gòu)建智慧校園綜合信息知識(shí)庫，挖掘?qū)W生的專業(yè)特點(diǎn)、興趣愛好等，通過郵箱、微信等現(xiàn)代通訊手段，為學(xué)生提供高質(zhì)量的個(gè)性化信息服務(wù)，提升學(xué)生全方位綜合科學(xué)素養(yǎng)。廣泛整合各種教學(xué)資源，例如教材、實(shí)驗(yàn)素材、多媒體課件等，為師生提供全面豐富、更新及時(shí)的教學(xué)資源。

(2)智慧學(xué)習(xí)。構(gòu)建泛在的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境，方便學(xué)生通過電腦或智能手機(jī)等隨時(shí)隨地訪問課程資源。教師可通過在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)進(jìn)行在線授課或發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。此外，可以按專業(yè)或班級(jí)構(gòu)建虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)，供師生交流互動(dòng)。

(3)智慧教室與實(shí)訓(xùn)室。利用無線射頻技術(shù)融合門禁管理和設(shè)備信息管理，在教室、實(shí)驗(yàn)室等安裝讀卡器，師生通過RFID進(jìn)行身份識(shí)別，系統(tǒng)自動(dòng)記錄教室、實(shí)驗(yàn)室的使用狀態(tài)等相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的科學(xué)管理。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智慧多媒體教室可以與校園網(wǎng)、衛(wèi)星電視網(wǎng)等多種信息網(wǎng)相聯(lián)，播放文本、圖像、音頻、視頻、動(dòng)畫等多媒體信息，同時(shí)配備音響、銀幕、窗簾等設(shè)備控制系統(tǒng)?；谖锫?lián)網(wǎng)的智慧實(shí)驗(yàn)室主要對(duì)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)過程等進(jìn)行智能管理?？筛鶕?jù)不同專業(yè)需求組建專門的實(shí)訓(xùn)室，通過RFID標(biāo)簽對(duì)實(shí)驗(yàn)人員、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行管理。學(xué)生還可通過RFID方便地獲取實(shí)驗(yàn)步驟、操作要點(diǎn)、幫助信息等，大大提高了實(shí)訓(xùn)室的管理水平。

(4)智慧圖書館?；谖锫?lián)網(wǎng)的智慧圖書館主要通過RFID標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)圖書借閱和圖書本身的智慧管理。智慧圖書館依托一卡通系統(tǒng)，通過刷卡掃描等方式完成自助式借書、還書手續(xù)。同時(shí)，電子書車的應(yīng)用大大提高了圖書借還及歸架管理的效率。智慧圖書館還具有智慧圖書推薦功能，通過分析圖書借閱人員的專業(yè)、歷史借閱記錄等信息，挖掘使用者的興趣愛好點(diǎn)，通過短信等方式主動(dòng)向用戶推薦其可能感興趣的圖書。

3.2 智慧校園生活

校園生活是智慧校園管理系統(tǒng)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，包括食堂、超市等智能一卡通消費(fèi)管理、考勤管理、智能照明控制等方方面面?；谖锫?lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)以智慧技術(shù)為支撐，實(shí)現(xiàn)智慧校園生活。具體而言，從以下幾方面進(jìn)行探索實(shí)踐：

(1)智能“一卡通”系統(tǒng)。集就餐、門禁、圖書借閱、考勤、用水用電、繳費(fèi)等功能于一體，操作簡(jiǎn)單、方便、快捷。例如，在食堂、超市等消費(fèi)場(chǎng)所設(shè)立一卡通收費(fèi)系統(tǒng)，采用非接觸式智能卡作為電子錢包進(jìn)行消費(fèi)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)現(xiàn)金等收費(fèi)方式?；赗FID技術(shù)的浴室自動(dòng)化水控管理，采用實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)模式，根據(jù)用水量實(shí)時(shí)扣費(fèi)。

(2)智慧考勤管理。在校內(nèi)主要場(chǎng)所部署門禁系統(tǒng)，通過一卡通實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化考勤。例如，基于RFID-SIM卡的宿舍門禁系統(tǒng)可通過手機(jī)感應(yīng)到的學(xué)生信息判斷是否開啟門鎖。智能查寢系統(tǒng)會(huì)向未歸宿學(xué)生發(fā)送短信提示，并將統(tǒng)計(jì)報(bào)表通知宿管人員，極大地方便了宿舍管理工作?；赗FID的校園卡智能考勤系統(tǒng)會(huì)記錄學(xué)生進(jìn)入教室的刷卡信息，工作人員可登錄網(wǎng)站查詢相關(guān)考勤情況等。

(3)智慧安防及監(jiān)控。基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧安防及監(jiān)控要綜合利用各種物聯(lián)感知技術(shù)對(duì)校園內(nèi)的人員、設(shè)施等進(jìn)行感知、定位與控制。為此，對(duì)于一些重要物資可貼上電子標(biāo)簽，通過RFID技術(shù)對(duì)物資的種類、型號(hào)和數(shù)量等進(jìn)行管理。如果出現(xiàn)攜帶管控物資等情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。在教學(xué)區(qū)、圖書館等重要場(chǎng)所部署攝像頭及FRID接收器，識(shí)別并記錄持卡人的信息，方便安防管理人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控、報(bào)警及應(yīng)急處置，建設(shè)平安校園。

(4)智能照明。基于物聯(lián)網(wǎng)的智能照明系統(tǒng)可在校園環(huán)境的燈具上安裝測(cè)光元件及控制器，根據(jù)環(huán)境光線強(qiáng)度、教室使用情況等實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程控制燈具，關(guān)閉電源或調(diào)節(jié)燈光亮度等，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，建設(shè)綠色校園。

(5)智能車輛管理。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用紅外探測(cè)等方式動(dòng)態(tài)管理車輛、車位使用情況等，形成方便、快捷、高效的智能車輛管理體系。校內(nèi)車輛統(tǒng)一安裝電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)出入自動(dòng)識(shí)別。校外車輛可根據(jù)停車位使用情況等發(fā)放臨時(shí)卡，經(jīng)系統(tǒng)識(shí)別后完成進(jìn)出入管理。此外，智能車輛管理系統(tǒng)允許用戶通過PC終端查詢所有車位實(shí)時(shí)使用情況，便于車輛綜合調(diào)度管理。

4 結(jié)束語

智慧校園建設(shè)是新一代信息技術(shù)與校園環(huán)境、功能業(yè)務(wù)深度融合的必然產(chǎn)物，也是教育領(lǐng)域發(fā)展變革的必然趨勢(shì)，更是高校信息化建設(shè)的理想目標(biāo)。基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)以現(xiàn)有數(shù)字校園網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，融合無線通訊設(shè)備，實(shí)現(xiàn)人、物、信息載體的互聯(lián)互通，構(gòu)建覆蓋校園的更為先進(jìn)的拓展網(wǎng)絡(luò)，改善傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)環(huán)境和交互方式，改革創(chuàng)新靈活多樣的教學(xué)管理模式，實(shí)現(xiàn)了開放互動(dòng)的泛在學(xué)習(xí)和透明高效的校務(wù)管理及服務(wù)，最終為師生提供智慧化校園環(huán)境?；谖锫?lián)網(wǎng)的智慧校園建設(shè)仍處于摸索階段，存在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不同、安全隱私保護(hù)、資源投入控制等問題。其建設(shè)不能一蹴而就，不要盲目跟風(fēng)，應(yīng)該在充分認(rèn)識(shí)其內(nèi)涵、了解其功能和技術(shù)支撐要素的基礎(chǔ)上逐步展開實(shí)踐探索，因地適宜，以達(dá)到智慧校園信息化建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 嚴(yán)大虎，陳明選．物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的應(yīng)用[J]．現(xiàn)代教育技術(shù)，2011，21(6)：123．

[2] 杜曉靜，姚高峰，何秋燕．物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用研究[J]．網(wǎng)絡(luò)安全，2011(10)：9．

[3] 雷光臨，李?。谖锫?lián)網(wǎng)的智慧校園應(yīng)用與實(shí)踐[J]．物流技術(shù)，2012，31(9)：414．

[4] 于敏，王宗運(yùn)．基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園的研究[J]．計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2012(21)：62-64．

[5] 陳明選，田家炳．基于物聯(lián)網(wǎng)的智能校園建設(shè)與發(fā)展研究[J]．遠(yuǎn)程教育，2012，30(4)：61-65．

[6] 楊鐵軍．“數(shù)字校園”智能化的探討[J]．長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2012(3)．

[7] 楊進(jìn)中，張劍平，李杭彩，等．基于物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境教育系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012(40)：158．

[8] 朱韶紅，王玉泉．物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用[J]．中國科技信息，2013，10(19)：105-106．

[9] 王正，陳松．高校智慧校園構(gòu)建及應(yīng)用探索[J]．常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，12(5)：7-8．

[責(zé)任編輯：崔海瑛]

Exploration and application of construction scheme for smart campus based on the Internet of things

LIU Miao-Miao, ZHANG Yong-Sheng

(Northeast Petroleum University, Daqing163318, China)

The Internet of things provides a strong technical support for the construction of smart campus, which makes the management of campus more convenient, fast, intelligent and humane. Based on the in-depth study of technical elements of the Internet of things, combining with actual needs of the construction of our smart campus, the scheme based on the Internet of things for construction of smart campus is designed, and applications of the Internet of things based on two themes of smart teaching management and smart campus in practical construction of our campus are also discussed.

The Internet of things; digital campus; smart campus; intelligent

劉苗苗(1982-)，女，河南洛陽人，副教授，從事社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析研究。

黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃課題“互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)時(shí)代‘智慧校園’信息化建設(shè)推進(jìn)策略研究”(GJC1215079)；黑龍江省教育科學(xué)規(guī)劃課題“職業(yè)院?！p師型’青年教師培養(yǎng)策略研究”(ZJC1215036)。

TP393.02

A

2095-0063(2016)06-0020-04

2016-06-29

DOI 10.13356/j.cnki.jdnu.2095-0063.2016.06.006