物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在開放大學(xué)智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用

[摘 要]物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息核心技術(shù)的集中體現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)的各種技術(shù)在學(xué)校中的應(yīng)用，促進了數(shù)字化向智能化校園的升級和發(fā)展，文章以開放大學(xué)為例，探討物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]物聯(lián)網(wǎng);智慧校園;資源

[中圖分類號]G434 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-7656（2020）04-0045-04

引言

物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息核心技術(shù)的集中體現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)平臺主要基于Internet技術(shù)。近年來，“智慧校園”的新產(chǎn)品是將信息結(jié)構(gòu)1.8升級到其他更高版本。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教育中的應(yīng)用促進了“數(shù)字化”向“智慧校園”的同步升級和發(fā)展[1]。

在國內(nèi)普通高校中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，主要體現(xiàn)在校園一卡通的使用。然而，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在開放大學(xué)的應(yīng)用受到環(huán)境和管理規(guī)模相對較小的影響，只停留在基本的管理層面，在實踐中應(yīng)用的案例并不多。在“十三五”期間，根據(jù)中國物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)劃和發(fā)展現(xiàn)狀，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已成為新的支柱核心產(chǎn)業(yè)，直接進入第三次信息產(chǎn)業(yè)浪潮，被列為國家新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點建設(shè)項目。

一、智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用

智慧校園是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化校園工作、學(xué)習(xí)和生活集成環(huán)境，該集成環(huán)境以各種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體，將教學(xué)、科研、管理和校園生活融合在一起。

（一）物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的優(yōu)勢

1.智慧管理

物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)可以幫助校園內(nèi)特定對象信息的互連互通，有效提高智能管理水平，它可以隨時采集和分析各種信息，包括實時數(shù)據(jù)和控制反饋信息，能夠便捷地完成師生身份識別和考勤管理，可以通過安裝各種傳感器，以感測校園人員的活動、光照情況，甚至個人的聲音和溫度，監(jiān)督管理專業(yè)教學(xué)環(huán)境和生活環(huán)境，能連接到網(wǎng)絡(luò)傳輸層并實施控制以提高智慧校園的日常管理[2]。它降低了人力和物力的成本，并使響應(yīng)更加及時和準確。

2.智慧教學(xué)環(huán)境

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以使現(xiàn)實世界中的物體相互連接，實現(xiàn)物理空間與數(shù)字信息空間的連接，使現(xiàn)實空間與虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境更加有效地融合。物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)有教學(xué)平臺的融合，為遠程實踐教學(xué)活動提供了廣闊的空間和智能化的管理服務(wù)。

3.促進資源高效利用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提高校園資源的有效利用，通過各種傳感器設(shè)備和識別標簽，可以更有效地對資源信息進行系統(tǒng)地整理和分析，縮短信息傳遞的時間，同時減少不必要的資源浪費，科學(xué)地利用資源，實現(xiàn)不同學(xué)校之間教育資源的交流，充分利用各種高質(zhì)量的教育教學(xué)資源，從而實現(xiàn)資源共享的最終目標。

4.拓展學(xué)習(xí)空間

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以擴大學(xué)習(xí)空間，提供類型豐富的學(xué)習(xí)服務(wù)，促進學(xué)生將課堂學(xué)習(xí)的理論知識與相關(guān)實例相結(jié)合，解決理論知識與實踐之間缺乏聯(lián)系的問題，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接校園內(nèi)的教育資源，借助對口公司和企業(yè)擁有的相關(guān)資源，建立校企之間的雙向互動和互補伙伴關(guān)系，對提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和應(yīng)用能力具有重要意義[3]。

（二）在智慧校園建設(shè)中應(yīng)用

1.整體設(shè)計思路及技術(shù)路線

利用RFID、藍牙、WiFi、LoRa等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建一個校園物聯(lián)管理平臺，集中存儲和管理園教師、學(xué)生的相關(guān)數(shù)據(jù)，并提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)。當(dāng)前，有的開放大學(xué)已建設(shè)好信息化系統(tǒng)，但是存在著不同操作系統(tǒng)、不同應(yīng)用軟件、不同網(wǎng)絡(luò)硬件環(huán)境和不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。各種不同技術(shù)架構(gòu)相互交織，既要保證不影響現(xiàn)存的應(yīng)用程序?qū)τ诋?dāng)前業(yè)務(wù)流程的處理，又要對新建的業(yè)務(wù)做出快速反應(yīng)，因此校園物聯(lián)平臺在整體的設(shè)計思路上應(yīng)采用面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）設(shè)計模式，形成一個基于SOA服務(wù)組件的、提供標準化服務(wù)接口、松耦合的、易于擴展的信息應(yīng)用平臺。通過標準的XML格式文件以Web Service方式提供與各教學(xué)管理相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與交換。

2.智慧校園總體設(shè)計（見圖1）

（1）應(yīng)用環(huán)境

主要是校園各個活動場所，形成閉環(huán)模式。

（2）物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備由各種智能控制、傳感和儀表設(shè)備組成，包括三種類型的設(shè)備：一類是傳感設(shè)備，例如智能門鎖，溫濕度傳感器等;第二類是控制器設(shè)備，包括用于控制燈光的智能開關(guān)，用于控制空調(diào)的空調(diào)控制模塊，用于大屏幕控制的紅外網(wǎng)關(guān)，用于窗簾控制的數(shù)據(jù)收集器，用于風(fēng)扇控制器的開關(guān)致動器等;第三類是測量類設(shè)備，例如帶能耗收集的智能插座，智能空氣開關(guān)等。智能傳感/控制層主要完成信息的收集和控制命令的執(zhí)行。

（3）數(shù)據(jù)傳輸

數(shù)據(jù)傳輸主要由智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)LoRa網(wǎng)關(guān)/數(shù)據(jù)收集器組成。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)主要負責(zé)網(wǎng)絡(luò)信號與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的連接，控制指令的發(fā)布以及設(shè)備狀態(tài)報告的上載。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及其物聯(lián)網(wǎng)的基本信息、終端設(shè)備管理、場景策略的核心功能成功設(shè)置后，網(wǎng)關(guān)會匯總傳感器收集的信息，并根據(jù)地址將控制命令分配給相應(yīng)的傳感器設(shè)備。

（4）監(jiān)控平臺

私有云物聯(lián)網(wǎng)平臺主要在相關(guān)的智能教室場景中提供應(yīng)用程序，例如，設(shè)備的統(tǒng)一管理、智能鏈接策略、遠程信息推送和警報;同時，該平臺可以開放接口連接到第三方平臺，并支持移動終端和WEB終端訪問控制，集成管理和控制網(wǎng)關(guān)，傳感器終端和其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，以創(chuàng)建智能教室感應(yīng)控制、智能火災(zāi)控制、智能訪問控制、智能功耗、智能環(huán)境監(jiān)控和其他場景應(yīng)用解決方案。

3.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用

（1）校園卡

借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立校園卡系統(tǒng)，即一卡通系統(tǒng)，將水電卡、圖書卡、餐飲卡、考勤卡等各類卡的應(yīng)用功能結(jié)合起來，形成統(tǒng)一的智能卡。同時，智能卡還涉及身份認證和銀聯(lián)支付等功能，使信息能夠及時傳輸，實現(xiàn)資源共享，充分利用各種資源信息。校園一卡通可以滿足多用途一卡通的實際需求，在教學(xué)、門禁、后勤以及師生的日常生活等方面應(yīng)用數(shù)字技術(shù)，通過對個人信息的識別和管理，同時開通支付功能，使學(xué)校形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，提高師生工作和生活的便利性，實現(xiàn)校園管理系統(tǒng)的聯(lián)動。校園卡系統(tǒng)提高了校園的整體管理水平。

（2）教學(xué)管理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在課程教學(xué)管理、閱覽室日常管理，其他人員工作等方面的應(yīng)用，可以提高工作效率和質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用，可以創(chuàng)造智慧課堂，創(chuàng)造感知課堂，實現(xiàn)線上、線下教學(xué)的協(xié)同，將書本知識與現(xiàn)實社會結(jié)合起來，使教學(xué)內(nèi)容更加生動，幫助學(xué)生更好地理解教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)質(zhì)量[4]。不僅如此，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，我們還可以打造一個全新的智慧圖書館。借助智能化的日常管理和服務(wù)，實現(xiàn)圖書與圖書、圖書與人的聯(lián)系，為學(xué)校師生借書提供越來越多的便利。在技術(shù)方面，可以制作一張包含射頻的校園卡，通過該卡，學(xué)生的出勤率可以進行檢查和自動統(tǒng)計。

（3）學(xué)生管理

通過使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感知學(xué)習(xí)模式，我們可以建立一個虛擬的、個人的、小組的和現(xiàn)實的學(xué)習(xí)框架，為學(xué)生的日常學(xué)習(xí)和課外實踐提供很多技術(shù)支持，幫助他們更好地進行分工合作，讓他們從實踐活動中學(xué)到更多知識，并提高他們的溝通能力和創(chuàng)新能力。同時，學(xué)生可以從物聯(lián)網(wǎng)獲取最新信息，將傳統(tǒng)的被動式教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹骄渴綄W(xué)習(xí)模式，有利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和積累更多的技能和經(jīng)驗，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力、數(shù)據(jù)分析能力和科研探索能力。此外，物聯(lián)網(wǎng)還可以用于管理學(xué)生的行為，例如，記錄和借閱書籍、宿舍出入、上課前自動識別和簽到、校門驗證等。

（4）后勤保障

安全是學(xué)校管理的重要組成部分，關(guān)系到師生的人身健康和財產(chǎn)安全。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在后期保障方面有多種方式的實踐應(yīng)用，如校園停車場智能應(yīng)用管理模式、消防系統(tǒng)自動報備、實時數(shù)據(jù)攝像機監(jiān)控、水電消耗統(tǒng)計、智能照明軟件系統(tǒng)等。各類相關(guān)設(shè)備的監(jiān)控可及時發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，及時了解校園當(dāng)前情況，使教師和工作人員能夠及時獲取和反饋信息，確保校園安全，并為師生提供安全的學(xué)習(xí)和生活環(huán)境。此外，通過在教學(xué)樓、圖書館、宿舍、操場和實驗室等人口稠密地區(qū)安裝視頻監(jiān)控器，煙霧傳感器以及溫度和濕度傳感器，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況可立即報告。實時的監(jiān)控能改善校園環(huán)境，為師生營造一個有保障有安全感的校園氛圍。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用還可以有效地創(chuàng)建智能照明，節(jié)省能源并減少費用支出。

（5）資源共享

通過物聯(lián)網(wǎng)的各項技術(shù)應(yīng)用，我們可以在互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建一個平臺，實現(xiàn)實踐課程和其他科研活動的聯(lián)系，實現(xiàn)教學(xué)設(shè)備和科研設(shè)備的共享。同時，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以使學(xué)生學(xué)習(xí)到更多的技能，并將他們的學(xué)習(xí)與日常生活知識所關(guān)聯(lián)，從而可以有效地將理論知識與實踐活動相結(jié)合，學(xué)習(xí)內(nèi)容和課外活動相結(jié)合，有利于更好地理解每個知識點的內(nèi)涵。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以形成學(xué)校與學(xué)校、學(xué)校與企業(yè)之間的聯(lián)盟，促進相關(guān)的資源交換，從而使學(xué)校的教育活動具有更高的質(zhì)量，整合各類資源以彌補學(xué)校自身的不足，實現(xiàn)資源共享和共同發(fā)展。

二、物聯(lián)網(wǎng)智慧校園建設(shè)的實踐

在智慧校園的智慧教室、電子圍籬、智慧廣播、智慧圖書館、智慧餐廳等多個實踐中，我們以智慧教室舉例說明。

課堂教學(xué)是學(xué)生接受系統(tǒng)教育的最重要環(huán)節(jié)。做好教學(xué)互動是掌握教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量、提高教學(xué)水平的關(guān)鍵之一。傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以滿足現(xiàn)代教學(xué)的需要?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)，集成了智能教學(xué)、人員出勤、環(huán)境調(diào)節(jié)、視頻監(jiān)控和遠程控制的新型現(xiàn)代智能教室系統(tǒng)，正在逐步推廣和應(yīng)用。

智慧教室系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，應(yīng)用于新型教育場景的智能體系，既可實現(xiàn)創(chuàng)新實驗，又可開展科學(xué)研究。物聯(lián)網(wǎng)智慧教室系統(tǒng)通過實現(xiàn)從環(huán)境、資源到應(yīng)用的全部數(shù)字化，提升傳統(tǒng)校園的運行效率，最終實現(xiàn)教育過程的全面信息化，提高辦學(xué)質(zhì)量和管理水平。

物聯(lián)網(wǎng)智慧教室系統(tǒng)主要包括以下內(nèi)容。

（一）教學(xué)系統(tǒng)

教學(xué)系統(tǒng)由一臺多媒體教學(xué)會議一體機、調(diào)音臺、音箱、麥克風(fēng)、拾音器、功放機及配套軟件組成。通過多媒體教學(xué)會議一體機，可以實現(xiàn)電子白板教學(xué)、多媒體教學(xué)、校園會議、教學(xué)互動功能。教學(xué)互動是教學(xué)系統(tǒng)的一個突出特色，任課教師通過座位號對學(xué)生進行提問，被提問學(xué)生的頭像在顯示屏中顯示，能吸引學(xué)生注意力;反之學(xué)生按問答器，學(xué)生頭像在顯示屏顯示，也能引起任課教師的注意，實現(xiàn)師生交互良好的課堂教學(xué)。

（二）顯示系統(tǒng)

顯示系統(tǒng)由一臺32寸電視機和相應(yīng)的廣告發(fā)布控制管理軟件組成，通過校園物聯(lián)網(wǎng)平臺數(shù)據(jù)反饋，實時顯示相應(yīng)教室號的課程名稱、教師信息、課堂人數(shù)、缺勤名單、室內(nèi)外溫度及其他環(huán)境數(shù)據(jù)等。

（三）考勤管理系統(tǒng)

考勤系統(tǒng)由RFID考勤機、校園卡、紅外感應(yīng)器和配套控制軟件構(gòu)成。首先通過安裝RFID考勤機在教室前后門，學(xué)生通過刷校園卡簽到，實現(xiàn)對學(xué)生考勤統(tǒng)計;其次通過紅外感應(yīng)器，考勤數(shù)據(jù)與RFID統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行準確比對，避免頂替打卡行為。

（四）燈光管理系統(tǒng)

燈光管理系統(tǒng)由燈光控制器、光照傳感器、人體傳感器、窗簾控制系統(tǒng)和配套控制軟件組成。通過人體傳感器來識別教室內(nèi)區(qū)域是否有人，經(jīng)過數(shù)據(jù)層傳輸后，燈光控制系統(tǒng)及窗簾控制系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析后，實現(xiàn)開和關(guān)的狀態(tài)。

（五）空調(diào)管理系統(tǒng)

空調(diào)管理系統(tǒng)由系統(tǒng)控制中心、數(shù)據(jù)傳輸處理器、空調(diào)智能終端和顯示平臺組成。根據(jù)開門時間、關(guān)門時間、房間內(nèi)實時溫度、負離子含量等不同的需求，實時智能啟動相應(yīng)的程序，實現(xiàn)空調(diào)的功能設(shè)定、計劃、控制、統(tǒng)計、分析、記錄、查詢、提示、警報等。

（六）可視化管理系統(tǒng)

可視化管理系統(tǒng)由海康攝像頭和相應(yīng)的配套監(jiān)控軟件組成。視頻監(jiān)控可為安防系統(tǒng)、人員進出、物品進出情況等提供查詢依據(jù)。在教室周邊及教室內(nèi)四周對角各安裝一個攝像頭，全方位監(jiān)控人員進出、物品進出、教室內(nèi)部教學(xué)秩序?qū)崟r情況，所采集的視頻經(jīng)由遠端射頻單元傳送至校園物聯(lián)管理平臺，提供實時的監(jiān)控數(shù)據(jù)。

三、結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是“智慧校園”建設(shè)的基礎(chǔ)技術(shù)。它有助于實現(xiàn)對校園內(nèi)各種物理設(shè)備的實時動態(tài)監(jiān)控，采集傳統(tǒng)智能校園無法采集的教學(xué)過程等數(shù)據(jù)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，我們可以改變各個系統(tǒng)相互作用的方式，使之更便捷、更有效率，更好地為學(xué)習(xí)和生活服務(wù)。

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[作者簡介]陸征（1981-），男，壯族，廣西來賓人，廣西廣播電視大學(xué)助理工程師，研究方向：遠程教育。

[責(zé)任編輯 肖志明]