智能家居在高校宿舍安全管理中的應(yīng)用研究

摘 要：教育信息化的不斷深入，以及智慧校園建設(shè)工作的有序開展為校園智能化管理提供了發(fā)展方向。目前，高等院校規(guī)模、在校學(xué)生數(shù)量的不斷擴(kuò)大意味著學(xué)生安全管理工作的難度不斷上升，必須要加強(qiáng)智能化管理系統(tǒng)的研發(fā)，并將智能家居系統(tǒng)應(yīng)用到學(xué)生宿舍的日常管理中，從而有效提高宿舍安全管理水平，使高等院校安全管理水平更上一個(gè)臺(tái)階。

關(guān)鍵詞：智能家居；高校宿舍；安全管理；能源管理

中圖分類號(hào)：TP29；X924.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）04-0123-03

Application of Smart Home in Safety Management of College Dormitories

CUI Defu

（Sanshi Liangzi （Suzhou） Information Technology Co.，Ltd.，Zhangjiagang 215600，China）

Abstract：The continuous deepening of educational informatization and the orderly development of the construction of intelligent campus provide a direction for the development of intelligent campus management. At present，with the continuous expansion of the scale of colleges and universities and the number of students in schools，it indicates that the difficulty of students’safety management is increasing. It is necessary to strengthen the research and development of intelligent management system，and apply smart home system to the daily management of students’dormitories，so as to effectively improve the level of dormitory safety management and ensure that the level of safety management in colleges and universities reaches a higher level.

Keywords：smart home；university dormitory；security management；energy management

0 引 言

隨著高校后勤管理改革的推進(jìn)，宿舍格局和管理日趨多樣化，高等院校學(xué)生宿舍是學(xué)生學(xué)習(xí)和生活最主要的場(chǎng)所，做好宿舍管理工作不僅能為學(xué)生提供整潔的空間，而且有益于學(xué)生身心健康，促進(jìn)良好道德品質(zhì)的形成。同時(shí)宿舍的安全工作也面臨著一些新的困難，安全事故頻繁發(fā)生，給高校正常的教學(xué)秩序造成了不良影響。給學(xué)生提供一個(gè)更安全、更舒適的生活環(huán)境能夠增強(qiáng)宿舍安全性，提高學(xué)生工作管理水平。本文基于智能家居系統(tǒng)在高校宿舍安全管理的應(yīng)用展開全面的研究。

1 高校宿舍安全管理現(xiàn)狀

宿舍安全管理是高等學(xué)校學(xué)生工作中非常重要的部分，大學(xué)生在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活中，有將近一半的時(shí)間是在宿舍中度過的，因此，宿舍的安全隱患不容忽視，包括用電安全、財(cái)產(chǎn)安全、人身安全等。近年來，多起安全事故見諸報(bào)端，比如2016年河南科技大學(xué)女生宿舍樓起火；2017年長(zhǎng)安大學(xué)渭水校區(qū)某宿舍樓起火；2018年8月中國(guó)人民大學(xué)一棟宿舍樓突發(fā)大火；2019年1月中原工學(xué)院一宿舍三樓突然失火等。

宿舍內(nèi)用電是導(dǎo)致宿舍安全事故發(fā)生的主要原因。宿舍火災(zāi)事故很多是違規(guī)使用電器引起的，有些同學(xué)為了方便取暖、燒水，在宿舍內(nèi)使用大功率電器，如電暖器、熱得快等，這些都是學(xué)校明文禁止使用的；同時(shí)在一個(gè)插排上連接多臺(tái)電腦，甚至將取暖器、熱得快等違規(guī)電器同時(shí)在同一個(gè)插排上使用，造成插座及線路超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，容易引起線路過載，設(shè)備著火，引發(fā)火災(zāi)，造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失或人身傷害。

2 智能家居系統(tǒng)

智能家居系統(tǒng)是以家中用電設(shè)備（燈光、插座等）和家用電器（電視、空調(diào)、地暖等）為主要控制對(duì)象，利用綜合布線技術(shù)、無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)將與居家生活有關(guān)的用電設(shè)備進(jìn)行高度集成，通過對(duì)家庭設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)控制提高生活質(zhì)量，使居家生活高端智能、安全舒適、綠色低碳。

2.1 總體架構(gòu)

智能家居控制系統(tǒng)主要由智能終端、智能網(wǎng)關(guān)、云服務(wù)器和移動(dòng)端等構(gòu)成。智能終端是指各種環(huán)境數(shù)據(jù)的檢測(cè)設(shè)備和自動(dòng)控制器，主要包括各類傳感設(shè)備、智能開關(guān)設(shè)備、電動(dòng)設(shè)備、智能門鎖等；智能網(wǎng)關(guān)的功能是將環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理，上傳至云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并通過指令控制各自動(dòng)控制器動(dòng)作；云服務(wù)器的功能是將智能網(wǎng)關(guān)上傳的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，云服務(wù)器是移動(dòng)端與智能網(wǎng)關(guān)之間進(jìn)行連接的橋梁；移動(dòng)端是指手機(jī)端、Web端，對(duì)智能設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制以及后臺(tái)管理。

智能家居系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)共分為四層，分別是傳感層、傳輸層、分析決策層和動(dòng)作層。

2.1.1 感知層

感知層是智能家居系統(tǒng)對(duì)居家環(huán)境進(jìn)行感知、識(shí)別和信息采集的基礎(chǔ)，為后續(xù)信息處理和相關(guān)決策提供海量、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息支撐。感知層包括各類溫濕度傳感器、PM2.5、PM10、有害氣體檢測(cè)儀、光照傳感器、煙霧傳感器、智能斷路器等。感知層作為底層應(yīng)用終端設(shè)備，對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行7×24小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，負(fù)責(zé)感知外界信息，并獲取系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)。

2.1.2 傳輸層

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，不同廠家采用的無線通信協(xié)議也各不相同，通信協(xié)議主要分為兩類，一類是近距離通信協(xié)議，主要有常見的Wi-Fi、Bluetooth和ZigBee等；第二類是遠(yuǎn)距離通信協(xié)議，主要有工作在授權(quán)頻段的通信協(xié)議（如工作在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的NB-IoT）和工作在免授權(quán)頻段的通信協(xié)議（如433MHz、868MHz和915MHz）。

我們采用NB-IoT技術(shù)的遠(yuǎn)距離低功耗通信協(xié)議，與其他無線通信協(xié)議相比，第一，NB-IoT是IoT領(lǐng)域一個(gè)新興的技術(shù)，支持低功耗設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，也被稱為低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）。NB-IoT是一種廣覆蓋，可提供室內(nèi)覆蓋，網(wǎng)絡(luò)增益為20dB，具備足夠的覆蓋范圍；第二，具備支撐海量連接的能力，如NB-IoT一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬個(gè)連接，支持低延時(shí)、低敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；第三，更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10余年。

2.1.3 分析決策層

分析層、決策層通過云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)智能終端采集的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，為用戶提供一個(gè)信息交互、存儲(chǔ)、分析處理的云端數(shù)據(jù)庫(kù)，通過建立云服務(wù)器，可以對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行集中分析和管理，是一個(gè)集智慧家庭、智能社區(qū)、智慧校園等為一體的服務(wù)管理平臺(tái)。

由于存儲(chǔ)了大量用戶數(shù)據(jù)，要通過合理的數(shù)據(jù)挖掘手段滿足用戶的個(gè)性化需求，并在合適的時(shí)間通過智能網(wǎng)關(guān)觸發(fā)相應(yīng)的設(shè)備活動(dòng)，根據(jù)用戶的行為習(xí)慣自動(dòng)控制電器的智能活動(dòng)可以使用戶獲得更加舒適、方便的生活體驗(yàn)。同時(shí)，合理的電器控制對(duì)于節(jié)約能源起到重要作用。智能家居系統(tǒng)需要挖掘用戶的個(gè)性化需求，并在合適的時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)相應(yīng)的設(shè)備，提供相應(yīng)的服務(wù)。

2.1.4 動(dòng)作層

動(dòng)作層負(fù)責(zé)接收云服務(wù)器的指令，通過控制智能開關(guān)、智能插座、紅外伴侶、智能斷路器等智能終端實(shí)現(xiàn)對(duì)宿舍內(nèi)部照明、空調(diào)、風(fēng)扇、暖氣等設(shè)備的開啟、關(guān)閉等狀態(tài)的自動(dòng)控制，并且支持用戶在任何有網(wǎng)絡(luò)接入的地方通過移動(dòng)設(shè)備遠(yuǎn)程控制宿舍內(nèi)部的設(shè)備。

2.2 宿舍安全管理

違規(guī)使用大功率電器是造成學(xué)生宿舍可能發(fā)生火災(zāi)的首要隱患。學(xué)生宿舍中常見的違章電器是指一些三無產(chǎn)品和大功率電器，比如熱得快、電熱毯、電暖氣等。學(xué)生宿舍線路設(shè)計(jì)一般是按照家用照明電路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，供電電路負(fù)載有限，使用大功率電器容易引起線路發(fā)熱起火。

傳統(tǒng)過載保護(hù)使用電能表與空氣斷路器來實(shí)現(xiàn)，僅能通過檢測(cè)整個(gè)宿舍的集體用電量來對(duì)整個(gè)宿舍的電量進(jìn)行控制，無法準(zhǔn)確獲知各用電器的分項(xiàng)電量數(shù)據(jù)，無法進(jìn)行節(jié)能管控以及大功率電器預(yù)警。

智能插座、智能配電保護(hù)器等智能終端設(shè)備可以使宿舍內(nèi)部每一路用電設(shè)備的能源消耗獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)用電器實(shí)行分類、分項(xiàng)、分時(shí)統(tǒng)計(jì)與計(jì)量。一旦發(fā)現(xiàn)使用大功率電器或者線路過載發(fā)熱等情況，系統(tǒng)會(huì)在第一時(shí)間對(duì)此路電器進(jìn)行電路保護(hù)，并且不影響其他用電設(shè)備的使用，同時(shí)將相關(guān)信息通過云服務(wù)端通知相關(guān)管理人員，實(shí)現(xiàn)防患于未然。此外，通過在線對(duì)標(biāo)診斷與分析，能夠精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)異常電能消耗并告警，從而消除各種隱形能耗浪費(fèi)。

3 結(jié) 論

綜上所述，通過將智能家居系統(tǒng)應(yīng)用于高校的宿舍管理中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)宿舍電器設(shè)備的集中管理，對(duì)宿舍內(nèi)部每條線路負(fù)載情況進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)，對(duì)宿舍內(nèi)部違規(guī)使用大功率電器的情況能夠及時(shí)進(jìn)行告警，并自動(dòng)切斷當(dāng)前線路，有效防止火災(zāi)事故發(fā)生，極大地方便了宿舍管理人員對(duì)用電安全的檢查監(jiān)督工作。

接下來將進(jìn)一步完善智能家居系統(tǒng)在高校宿舍管理工作中的應(yīng)用，通過分析用電數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)進(jìn)行能源管理升級(jí)，為下一步節(jié)能降耗工作奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉曉魯.高校宿舍安全存在的問題及對(duì)策 [J].傳承，2014（6）：138-139.

[2] 褚麗麗.研究生宿舍安全管理工作初探 [J].大學(xué)教育，2014（6）：30-31.

[3] 付蔚，張繼柱，王炳鵬，等.智能家居大潮下的無線通信協(xié)議綜述 [J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（32）：173+175.

[4] 鄒玉龍，丁曉進(jìn)，王全全.NB-IoT關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用前景 [J].中興通訊技術(shù)，2017，23（1）：43-46.

[5] 劉洪棟，劉軍發(fā)，陳援非.面向智能家居的個(gè)性化需求挖掘與應(yīng)用 [J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2015，36（12）：94-97.

[6] 徐景龍.淺談學(xué)校宿舍安全的隱患與解決策略 [J].中外交流，2016（9）：139.

作者簡(jiǎn)介：崔德富（1989.01-），男，漢族，江蘇常州人，助理工程師，本科，研究方向：自動(dòng)化與信息系統(tǒng)集成。