用戶體驗(yàn)視角下高職院校智慧校園方案設(shè)計(jì)與實(shí)踐

宋靜輝，俞 昀，吳 奇

(無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 無錫 214121)

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方興未艾，處于高速發(fā)展期。高校信息化建設(shè)由數(shù)字化校園階段進(jìn)入到智慧校園階段。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件《智慧校園總體框架》指出：智慧校園是物理空間和信息空間的有機(jī)銜接，使任何人、任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能便捷地獲取資源和服務(wù)[1]。智慧校園旨在通過建立數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的校園環(huán)境，憑借物聯(lián)網(wǎng)動(dòng)態(tài)及全面的作用方式，人性化和智能化地開展校園管理工作[2]。新一代智慧校園的精髓所在是“以人為本”，重點(diǎn)關(guān)注“用戶體驗(yàn)”和“用戶服務(wù)”[3]。因此，有必要結(jié)合新一代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提高校園管理服務(wù)的水平，改善“用戶體驗(yàn)”和“用戶服務(wù)”，充分提升資源和服務(wù)的使用績(jī)效，把智慧校園建設(shè)落到實(shí)處、細(xì)處。

一、方案實(shí)施的可行性分析

經(jīng)過多年的信息化建設(shè)，無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、公共業(yè)務(wù)系統(tǒng)、校園智能卡、網(wǎng)站建設(shè)群等建設(shè)完備，開發(fā)了基于流程的網(wǎng)上“一站式”服務(wù)大廳，完成了教務(wù)系統(tǒng)、學(xué)習(xí)中心等9個(gè)核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)全量數(shù)據(jù)的即時(shí)采集，智慧校園已粗具規(guī)模。但是在校園管理服務(wù)方面，還存在很多欠缺，如能源管理粗放、公寓環(huán)境監(jiān)測(cè)缺乏、停車管理手段落后等，與智慧校園建設(shè)不匹配。

無錫是中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的首個(gè)試驗(yàn)區(qū),無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院設(shè)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院，圍繞長(zhǎng)三角物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)高端技能人才。學(xué)校建成了全國(guó)首家國(guó)家級(jí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)基地，并牽頭組建無錫市物聯(lián)網(wǎng)職教集團(tuán)，在進(jìn)行基于新一代物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園研究方面具有優(yōu)勢(shì)。

二、方案建設(shè)目標(biāo)和內(nèi)容

(一)建設(shè)目標(biāo)

基于新一代物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園管理服務(wù)平臺(tái)，采用標(biāo)準(zhǔn)的接口方案，開發(fā)能耗監(jiān)測(cè)、PM2.5和甲醛等檢測(cè)、溫濕度監(jiān)控、井蓋智能監(jiān)控、停車場(chǎng)車輛數(shù)量監(jiān)控、智能垃圾桶等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)與第三方業(yè)務(wù)的融合，全面整合校內(nèi)外的資源，實(shí)現(xiàn)人、物、校區(qū)各業(yè)務(wù)的泛在連接與管理，實(shí)現(xiàn)真正的智慧校園管理服務(wù)。

(二)方案任務(wù)及內(nèi)容

1.總體設(shè)計(jì)

(1) 總體框架。本次方案主要采用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)，分為3個(gè)層面。① 感知層：主要應(yīng)用各類傳感器、RFID、二維碼和實(shí)時(shí)定位等技術(shù)，感知、采集各類物理數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的短距離傳輸、自洽組網(wǎng)以及協(xié)同處理。② 網(wǎng)絡(luò)層：通過感知層與無線通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)交融，把感知、采集到的信息，無損、高效、可靠地傳送。經(jīng)過高速發(fā)展以及技術(shù)迭代，新一代物聯(lián)網(wǎng)及通信技術(shù)進(jìn)入成熟階段，能支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)母咭?。?應(yīng)用層：主要包含應(yīng)用支撐平臺(tái)子層和應(yīng)用服務(wù)子層。應(yīng)用支撐平臺(tái)子層用于支撐跨門類、跨需求、跨體系之間的信息協(xié)調(diào)、分享、互通的功能。應(yīng)用服務(wù)子層包括智能能源、智能環(huán)境、智能停車、智能電力、智能管理等行業(yè)應(yīng)用，具體如圖1所示。

圖1 方案技術(shù)架構(gòu)圖

(2) 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

本方案所采用的NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)，是基于時(shí)代發(fā)展的新型蜂窩網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是使用帶寬很窄的License頻段，根據(jù)使用場(chǎng)景可靈活選擇帶內(nèi)、保護(hù)帶或獨(dú)立載波3種方式，可與現(xiàn)有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)直接融合使用，從而降低了成本，加快了推廣步伐。

本次方案中涉及的設(shè)備分布較廣，無法通過少量的網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行管理，因此將盡量采用NB-IoT方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，直接將數(shù)據(jù)發(fā)送至管理平臺(tái)，以減少項(xiàng)目的額外投入。

2.建設(shè)內(nèi)容

(1) 管理平臺(tái)開發(fā)。本次方案管理平臺(tái)，必須具備4個(gè)方面的功能：① 多設(shè)備接入和多協(xié)議支持?？杀Ｕ隙嘣O(shè)備的連接管理、數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)等高并發(fā)處理，靈活兼容MQTT、CoAP、TCP、UDP、REST/HTTP等傳輸協(xié)議。② 開放的SDK和API。為設(shè)備提供極輕量的適配SDK，占用內(nèi)存小于20K；提供豐富的API接口，降低云端開發(fā)成本，更快地完成應(yīng)用開發(fā)。③ 端到端安全防護(hù)體系。RSA協(xié)議實(shí)施設(shè)備及App連接驗(yàn)證；AES協(xié)議加密信令及數(shù)據(jù)傳輸過程；云端防護(hù)與加固，高效阻擋惡意攻擊；數(shù)據(jù)自動(dòng)災(zāi)備，避免誤操作刪除。④ 豐富的功能組件。提供豐富的IoT功能組件及方案，包括賬號(hào)體系、設(shè)備綁定管理、事件通知引擎、OTA管理等。

(2) 應(yīng)用開發(fā)業(yè)務(wù)。主要有9項(xiàng)業(yè)務(wù)，以下分別介紹應(yīng)用需求及設(shè)備功能。① 能耗監(jiān)控。高校樓宇眾多，教職員工和學(xué)生人口數(shù)量大，能耗總量大，管理模式較粗放，浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。能耗數(shù)據(jù)的采集、傳輸、管理等子系統(tǒng)采取分項(xiàng)計(jì)量的方案，主要包括水、電、熱量等，重點(diǎn)是電能。監(jiān)測(cè)模塊功能主要為電表配置信息、電表實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和電表歷史數(shù)據(jù)3個(gè)方面的信息獲取。② PM2.5、甲醛、溫濕度監(jiān)控。PM2.5濃度過高易造成呼吸系統(tǒng)疾??；甲醛對(duì)人的皮膚有強(qiáng)烈刺激作用；溫度、濕度變化也影響居住舒適性和能耗管理。PM2.5的監(jiān)測(cè)基于激光散射原理，甲醛濃度的監(jiān)測(cè)基于電化學(xué)原理，通過檢測(cè)芯片、檢測(cè)溫濕度，相關(guān)數(shù)據(jù)均以數(shù)字接口形式輸出。③ 各類窨井蓋監(jiān)控。井蓋被盜、破損、缺失的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，造成安全隱患。最高人民法院、最高人民檢察院、公安部2020年聯(lián)合下發(fā)文件，依法懲治涉窨井蓋犯罪。在井蓋下安裝基于無線通信的智能監(jiān)測(cè)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備,支持行程距離傳感器，RF電路外圍功能模塊化設(shè)計(jì)。當(dāng)井蓋出現(xiàn)異常時(shí)，自動(dòng)上傳報(bào)警數(shù)據(jù)到應(yīng)用管理平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控。④ 停車場(chǎng)車輛數(shù)量監(jiān)控。傳統(tǒng)停車場(chǎng)存在進(jìn)出場(chǎng)效率低、找車位難、尋車難、管理難、成本高等諸多問題。使用NB-IoT地磁傳感器，具有低成本、易安裝、易維護(hù)、安裝尺寸小、靈敏度高、施工量小、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，對(duì)路面的破壞少。⑤ 水質(zhì)監(jiān)控。水被污染以后富營(yíng)養(yǎng)化，促進(jìn)水中藻類滋生，使水體通氣不良，溶解氧下降，水生植物大量死亡、發(fā)臭影響環(huán)境。水質(zhì)在線檢測(cè)設(shè)備的原理有光度法、電極法等，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)溫度、pH值、溶解氧、濁度、總磷、總氮、水中油污等。⑥ 智能電柜設(shè)備。使用智能電柜設(shè)備可以更好地對(duì)用電量進(jìn)行管理，也可以對(duì)危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警和處理，避免各類人身、設(shè)備安全事故和火災(zāi)的發(fā)生。設(shè)備具有有功電能存儲(chǔ)和計(jì)量功能，有功電能等于正向有功電能與反向有功電能之和。顯示電表的用電量、剩余電量和買電量。當(dāng)電能表一分鐘平均電流大于設(shè)置的過載電流值時(shí)，報(bào)警燈閃爍，繼電器自動(dòng)斷開。⑦ 消防管水壓監(jiān)測(cè)。消防栓數(shù)量眾多、安裝分散，消防設(shè)施被破壞、消防用水被盜用、消防管道壓力不足甚至無水等問題層出不窮。對(duì)消防管水壓進(jìn)行遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過NB-IoT網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送給平臺(tái)。解決傳統(tǒng)人工巡檢方式產(chǎn)生的誤差大、效率低的弊端，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。⑧ 汽車測(cè)速。使用設(shè)備對(duì)于校園內(nèi)行駛的車輛進(jìn)行測(cè)速監(jiān)控，可以通過告警等方式提前獲得信息，避免可能發(fā)生的事故?？墒褂檬须娀虿捎锰?yáng)能電池供電。車速在設(shè)定范圍內(nèi)均可顯示，可設(shè)置不同的提示限速，同時(shí)適用3至4個(gè)車道，滿足各種測(cè)試環(huán)境。⑨ 智能垃圾桶。現(xiàn)有的校園垃圾桶，由垃圾回收車按照固定日程和路線進(jìn)行處理，造成處理回收效率低下，且對(duì)垃圾的溢滿程度無法進(jìn)行即時(shí)監(jiān)測(cè)。對(duì)垃圾的溢滿程度進(jìn)行傳感監(jiān)測(cè)，在此信息基礎(chǔ)上規(guī)劃垃圾回收的路線及日程，可以提高回收清理效率，同時(shí)縮短垃圾回收車行走里程，節(jié)約成本。管理人員可通過網(wǎng)頁(yè)或手機(jī)App對(duì)垃圾箱進(jìn)行相關(guān)功能設(shè)置，隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)垃圾箱狀態(tài)。

3.方案的特色與創(chuàng)新

一是實(shí)現(xiàn)了多元化的連接方式。支持無線射頻、ZIGBEE、WIFI、有線網(wǎng)、RS232、RS485、紅外、繼電器、GPIO、USB、電力載波等極其豐富的通信方式，可以根據(jù)學(xué)校的不同需求和現(xiàn)狀，將各類傳感器收集的基礎(chǔ)信號(hào)傳輸?shù)椒?wù)云端，保證了平臺(tái)的兼容性、可擴(kuò)展性。

二是具有豐富的管理方式。平臺(tái)支持現(xiàn)場(chǎng)管理、PC 端遠(yuǎn)程管理(同時(shí)支持Windows、MAC、Linux、Unix等操作系統(tǒng))、手機(jī)移動(dòng)端控制(同時(shí)支持 Android和IOS操作系統(tǒng))、無線平板移動(dòng)端控制(同時(shí)支持 Android、IOS、Windows等操作系統(tǒng))。

三是保證了平臺(tái)的可操作性和便利性，實(shí)現(xiàn)了泛在網(wǎng)絡(luò)的連接和管理。管理后端采用bootstrap框架，達(dá)到自適應(yīng)效果，在手機(jī)端也可以便捷操作。PC端采用原生html+css+easyui+echart等技術(shù)實(shí)現(xiàn)可視化頁(yè)面，原生html+css讓頁(yè)面適用性更廣，easyui的iframe記錄瀏覽歷史讓頁(yè)面的操作更便捷，echart的圖表展示讓統(tǒng)計(jì)內(nèi)容更清晰明了，手機(jī)端采用了html5 技術(shù)，保證了良好的用戶體驗(yàn)效果。同時(shí)平臺(tái)軟件使用jfinal技術(shù)開發(fā)，采用集成緩存、定時(shí)任務(wù)方法，便于開發(fā)維護(hù)。

三、方案實(shí)踐效果分析和改進(jìn)措施

(一)效果分析

一是提高了校園治理能力和服務(wù)水平。通過智慧校園管理平臺(tái)，從科學(xué)管理角度出發(fā)，對(duì)相關(guān)管理服務(wù)工作的流程進(jìn)行梳理、把控和整合，促進(jìn)校園治理和服務(wù)改革向縱深發(fā)展，達(dá)到服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化、服務(wù)自動(dòng)化、服務(wù)個(gè)性化的目標(biāo)，從而優(yōu)化服務(wù)流程，提高服務(wù)效率，提升服務(wù)水平。通過大數(shù)據(jù)匯總和分析，對(duì)相關(guān)問題和隱患進(jìn)行排查和預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，并進(jìn)行反饋和總結(jié)，提出優(yōu)化方案，供學(xué)校決策參考，提升校園治理能力。

二是進(jìn)一步提升了智慧校園建設(shè)水平。本平臺(tái)的推出，使得學(xué)?？梢詫?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)校園里的環(huán)境溫度、濕度、照度、PM2.5濃度、電流、電壓、功率、能耗、資產(chǎn)等各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，并打通了各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道。經(jīng)過數(shù)據(jù)匯聚后，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各類智能化分析，找出其運(yùn)行規(guī)律進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智慧化應(yīng)用，有力打破了信息孤島，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的布局和管理。

三是促進(jìn)了能源管理和節(jié)能示范校建設(shè)。本方案著重致力于智慧校園中各種能源的監(jiān)控和管理，通過各類感知系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集校園內(nèi)各物聯(lián)設(shè)備的能耗信息，重點(diǎn)監(jiān)控空調(diào)等大功率、高能耗設(shè)備，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，管理者可以了解各類場(chǎng)所的詳細(xì)能耗情況，從中找出不合理的能耗問題，實(shí)現(xiàn)了能源數(shù)據(jù)可視化，為能源管理和決策提供數(shù)據(jù)支撐。并通過智慧方案進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，最終達(dá)到節(jié)能減排目的，為綠色校園建設(shè)打下基礎(chǔ)，學(xué)校被確認(rèn)為全國(guó)節(jié)能示范單位。

(二)對(duì)存在問題的改進(jìn)措施

一是完善智慧校園的系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)。頂層設(shè)計(jì)不足是個(gè)常見問題，而智慧校園建設(shè)是長(zhǎng)期的系統(tǒng)工程，頂層設(shè)計(jì)尤為重要。首先要結(jié)合學(xué)校的發(fā)展歷史、辦學(xué)需求、事業(yè)規(guī)劃和對(duì)智慧校園的建設(shè)要求，全面考慮，做好謀劃。其次要立足現(xiàn)狀、尊重現(xiàn)實(shí)，必須面向?qū)嶋H使用環(huán)境和現(xiàn)有條件進(jìn)行信息化、智慧化改造，支撐實(shí)際業(yè)務(wù)的發(fā)展。最后要面向未來，靈活發(fā)展。信息化發(fā)展的速度很快，要科學(xué)研判和準(zhǔn)確把握發(fā)展趨勢(shì)，確保系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性和兼容性，滿足未來需求。

二是加強(qiáng)對(duì)利益相關(guān)者的協(xié)同管理。學(xué)校部分已建成業(yè)務(wù)系統(tǒng)不愿意開放接口，或者需要收取高額的接口費(fèi)用，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一平臺(tái)管理的難度大。首先需要學(xué)校人員與原廠商進(jìn)行充分的溝通，使其盡量配合；同時(shí)可以根據(jù)情況降低要求，僅實(shí)現(xiàn)賬號(hào)的單點(diǎn)登錄管理和業(yè)務(wù)系統(tǒng)頁(yè)面跳轉(zhuǎn)，不被原平臺(tái)或廠商綁架。其次智慧校園建設(shè)需要協(xié)調(diào)不同部門的不同流程和不同管理模式，通過協(xié)同管控，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、相互協(xié)作、資源共享的目的。此外要加強(qiáng)系統(tǒng)的服務(wù)商、建設(shè)者、管理者、使用者之間的溝通和聯(lián)系，確保不同人員在不同情境均能較好地使用，使系統(tǒng)良性發(fā)展。

三是數(shù)據(jù)分析利用能力需提升。首先要確保各類數(shù)據(jù)的安全。系統(tǒng)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，涉及學(xué)校的各類基礎(chǔ)信息和人員隱私，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全最為重要，要確保學(xué)校對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和使用具有自主權(quán)。在此基礎(chǔ)上，要完善各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為分析、處理數(shù)據(jù)提供基礎(chǔ)條件。加強(qiáng)數(shù)據(jù)的分類統(tǒng)計(jì)和分時(shí)統(tǒng)計(jì)，建立各類數(shù)據(jù)庫(kù)和分析模型。校園管理者要增強(qiáng)大數(shù)據(jù)思維，在管理服務(wù)過程中充分利用大數(shù)據(jù)，提高管理和服務(wù)水平。

四、結(jié)語

智慧校園平臺(tái)搭建了管理者、服務(wù)提供者與師生用戶之間的快捷、高效的服務(wù)橋梁，在高職院校加以推廣應(yīng)用，將達(dá)到廣泛的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。目前智慧校園建設(shè)仍處于高速發(fā)展階段，展望未來，如何以更貼近實(shí)際的設(shè)計(jì)思維、更先進(jìn)的技術(shù)手段、更低的投入成本、更高的使用效率、更好的服務(wù)體驗(yàn)，解決師生的需求痛點(diǎn)和難點(diǎn)，提升校園治理能力和服務(wù)水平，是一個(gè)需要不斷認(rèn)真思考、研究探索的課題。