基于5G技術(shù)的智慧校園應(yīng)用探討

陳大海

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

近年來，第五代移動通信技術(shù)（5th Generation Mobile Communication Technology，5G）作為新一代蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以超高速率、低時延、大容量、高可靠以及泛在連接等特點，在工業(yè)制造、車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療以及智慧城市等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了非常成功的應(yīng)用并創(chuàng)造了相應(yīng)價值[1,2]。在教育領(lǐng)域，結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)以及虛擬仿真等新技術(shù)，圍繞“5G+智慧校園”的應(yīng)用場景不斷推出，相關(guān)的應(yīng)用也越來越成熟，例如5G直播互動、5G虛擬仿真實驗和培訓(xùn)等，基于5G的智能應(yīng)用為學(xué)校管理、虛擬體驗等提供有效支撐[3]。基于此，本文將重點探討高職類院校中“5G+智慧校園”的應(yīng)用和建設(shè)方案。

1 智慧校園建設(shè)對5G技術(shù)的需求

為了推進(jìn)《5G應(yīng)用“揚帆”行動計劃（2021-2023年）》實施，促進(jìn)5G和教育創(chuàng)新融合，工業(yè)和信息化部、教育部聯(lián)合開展了關(guān)于“5G+智慧教育”應(yīng)用試點的工作[4]。在“5G+智慧校園”建設(shè)內(nèi)容中，要求構(gòu)建校園5G、光纖、無線局域網(wǎng)融合的校園網(wǎng)絡(luò)體系，通過5G技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算等的應(yīng)用，逐步從數(shù)字化校園向智慧校園過渡，從而真正實現(xiàn)新型智慧校園建設(shè)[5]。

通過基于5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的智慧校園建設(shè)為廣大師生提供教學(xué)的新方法和新模式，不斷促進(jìn)科技與教育的融合。隨著5G技術(shù)在智慧校園中智慧教室、校園云平臺等多個方面的創(chuàng)新應(yīng)用，有效解決了數(shù)字校園面臨的問題和困境，從而更好地滿足新時代教育需求，為實現(xiàn)教育信息化2.0行動計劃提供助力。智慧校園是高等教育校園信息化發(fā)展的必然趨勢，高校數(shù)字化轉(zhuǎn)型、自動化辦公等都離不開新一代信息通信技術(shù)的支持[6]。

2 5G+智慧校園建設(shè)方案

充分利用5G技術(shù)，結(jié)合智慧校園建設(shè)需求打造基于云計算的5G+智慧校園應(yīng)用框架，包括基礎(chǔ)設(shè)施、支撐服務(wù)、智慧應(yīng)用3層架構(gòu)以及統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全保障體系、運維管理系統(tǒng)3大體系，如圖1所示[7]。

圖1 5G+智慧校園應(yīng)用框架

通過5G技術(shù)對現(xiàn)有校園智能化與智慧化建設(shè)進(jìn)行改造，在校園范圍內(nèi)開展5G技術(shù)示范應(yīng)用，如5G+自動駕駛、5G+智慧物流、5G+智能工程等應(yīng)用場景[8]。基于場景和應(yīng)用等多個維度，圍繞“云管端”專業(yè)應(yīng)用架構(gòu)建設(shè)5G技術(shù)應(yīng)用實訓(xùn)基地，通過信息和通信技術(shù)（Information and Communications Technology，ICT）協(xié)調(diào)創(chuàng)新服務(wù)，為基于5G的復(fù)合型人才培養(yǎng)教學(xué)提供支撐[9]。

本建設(shè)方案遵循“頂層規(guī)劃、創(chuàng)新引領(lǐng)、改建并舉、融合提升”的原則，通過完整的建設(shè)規(guī)范設(shè)計保障智慧校園建設(shè)的順利實施。對“5G+智慧校園”應(yīng)用進(jìn)行頂層規(guī)劃，制定與實際需求相適應(yīng)的總體設(shè)計方案，明確相關(guān)的建設(shè)路徑、建設(shè)步驟，確保智慧校園建設(shè)整體的統(tǒng)一性和合理性。以創(chuàng)新思維推動智慧園區(qū)建設(shè)，重點突出5G在智慧場景中的應(yīng)用，推進(jìn)產(chǎn)教融合，同時探索教學(xué)、教務(wù)、實訓(xùn)等領(lǐng)域的新模式，打造優(yōu)勢互補(bǔ)、溝通順暢以及管理高效的智慧場景應(yīng)用。充分利用已有建設(shè)基礎(chǔ)，節(jié)約建設(shè)資源，適當(dāng)改造，對部分必要的5G設(shè)備設(shè)施進(jìn)行新建，有效推動5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。通過完善信息基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建統(tǒng)一高效的應(yīng)用平臺和智慧應(yīng)用體系，打造“5G+行業(yè)應(yīng)用”的智慧校園應(yīng)用和5G技術(shù)應(yīng)用實訓(xùn)基地，提升院校職業(yè)教育水平，優(yōu)化實訓(xùn)環(huán)境，為培養(yǎng)基于5G技術(shù)的應(yīng)用型人才提供強(qiáng)大支撐。以下圍繞智慧校園智能化建設(shè)、5G技術(shù)應(yīng)用、智慧信息桿柱建設(shè)、綜合應(yīng)用平臺建設(shè)展開探討。

2.1 智慧校園智能化建設(shè)

一般而言，高等院校的校園信息化和智能化建設(shè)已經(jīng)具備一定的規(guī)模，基于節(jié)約投資考慮可以進(jìn)行利舊使用和適當(dāng)改造。智慧校園智能化圍繞校園安全、日常管理服務(wù)，按照學(xué)校的定位及實際需求進(jìn)行取舍，建設(shè)內(nèi)容主要包括視頻監(jiān)控、人臉門禁、電子班牌、智能會議室以及5G網(wǎng)絡(luò)機(jī)房等。

視頻監(jiān)控作為智慧校園建設(shè)的一個重要組成部分，負(fù)責(zé)為校園安全提供基礎(chǔ)保障。視頻監(jiān)控一般分為室內(nèi)和室外，室外通常在常規(guī)道路、邊界、重點區(qū)域布置視頻監(jiān)控，室內(nèi)一般在大廳、機(jī)房、實訓(xùn)教室以及會議室等布置視頻監(jiān)控。監(jiān)控攝像類型包括人臉識別攝像機(jī)、無線攝像機(jī)、半球攝像機(jī)、人臉點名攝像機(jī)等。監(jiān)控系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端信號獲取、中間信號傳輸及后端信號還原處理3大部分構(gòu)成。前端設(shè)備負(fù)責(zé)信號的采集，主要包括攝像機(jī)、鏡頭、防護(hù)罩、支架等。后端設(shè)備的作用是對前端已采集到的信號進(jìn)行處理，主要包括視頻信號的切換、顯示和記錄等。前端和后端設(shè)備的中間部分為信號傳輸系統(tǒng)，通過電信部署的WiFi網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，通過電信CPE主機(jī)進(jìn)行信息回傳。

人臉門禁系統(tǒng)建設(shè)包括人臉門禁設(shè)備、人臉庫采集、管理平臺等，可以對校園重要區(qū)域（如實訓(xùn)教室、實驗室、會議室以及機(jī)房等）進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控。該系統(tǒng)支持不同區(qū)域門禁權(quán)限設(shè)置和活體檢測，對驗證準(zhǔn)確率、比對時間、無感開門均有較高要求。此外，在電子班牌、智能會議室、5G網(wǎng)絡(luò)機(jī)房等建設(shè)過程中也需要充分考慮現(xiàn)有資源的利用或升級改造。

2.2 5G技術(shù)應(yīng)用建設(shè)

基于5G技術(shù)進(jìn)行實訓(xùn)教學(xué)服務(wù)建設(shè)，可以建設(shè)相應(yīng)的5G智慧實訓(xùn)教室、實驗室、實訓(xùn)基地等?；?G技術(shù)的前瞻性、實用性以及融合性等特點，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)提供場景化的應(yīng)用。5G智慧實訓(xùn)教室建設(shè)由場景展示區(qū)域和實訓(xùn)區(qū)域組成，其中場景區(qū)域要求能快速模擬微型應(yīng)用場景，支持搭建“5G+智慧應(yīng)用”的微型應(yīng)用場景，支持現(xiàn)場終端與智慧校園平臺、操作設(shè)備實現(xiàn)高速互聯(lián)。在實訓(xùn)區(qū)域建設(shè)并配置相應(yīng)的實訓(xùn)操作臺，滿足實訓(xùn)操作需求，支撐應(yīng)用場景推送至實訓(xùn)操作臺，可根據(jù)現(xiàn)場要求進(jìn)行操作，包括場景搭建、拆解、安裝以及流程模擬等，通過實訓(xùn)操作掌握相關(guān)技術(shù)的實際應(yīng)用?；?G技術(shù)構(gòu)建實訓(xùn)基地，將虛擬實訓(xùn)模擬與真實實訓(xùn)操作相結(jié)合，基于仿真軟件還原真實場景，通過虛實結(jié)合的多元化5G實訓(xùn)為教學(xué)內(nèi)容改革和應(yīng)用技術(shù)的研究提供全方位支持。

2.3 基于5G的智能信息桿柱建設(shè)

智能信息桿柱是集多種通信方式于一體的智能化設(shè)備體系。本文主要討論基于5G技術(shù)的智能信息桿柱在智慧校園中的應(yīng)用，主要包括信息發(fā)布屏、智能照明設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、空氣監(jiān)測設(shè)備、智能充電設(shè)備、數(shù)字廣播設(shè)備、呼叫報警設(shè)備以及5G微型基站等，如圖3所示[10]。

圖3 智能信息桿柱功能示意圖

基于智能信息桿柱的一體化集成，加載智能化設(shè)備，并實現(xiàn)設(shè)備間的信息互聯(lián)互通，可有效減少投資，促進(jìn)資源得到充分利用。智能信息桿柱建設(shè)主要為5G智慧校園的室外5G通信連接、5G+自動駕駛應(yīng)用以及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等提供基礎(chǔ)支撐，同時也可兼顧照明、空氣監(jiān)測、信息發(fā)布、應(yīng)急廣播以及智能充電等功能需求，具體建設(shè)時需要考慮應(yīng)用場景的實際情況。

2.4 5G綜合應(yīng)用平臺建設(shè)

5G智慧校園建設(shè)除了前端智能設(shè)備和應(yīng)用場景建設(shè)外，還需要配套建設(shè)相應(yīng)的綜合應(yīng)用平臺。通過綜合應(yīng)用平臺對新建的5G應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行接入、共享及分析，同時也要集成智慧校園的安防、實訓(xùn)、日常管理以及信息共享等內(nèi)容。

與此同時，綜合應(yīng)用平臺要實現(xiàn)綜合態(tài)勢分析、智慧安防、智慧實訓(xùn)、物聯(lián)感知以及綜合管理等功能建設(shè)。其中綜合態(tài)勢分析基于5G網(wǎng)絡(luò)大帶寬、低時延的優(yōu)勢，匯聚校園內(nèi)的物聯(lián)設(shè)備、視頻監(jiān)控、實訓(xùn)監(jiān)測場景等相關(guān)數(shù)據(jù)，展現(xiàn)校園園區(qū)全景，實現(xiàn)可視化分析。智慧安防基于5G和人工智能等技術(shù)，將校園的安防數(shù)據(jù)實時接入到平臺中進(jìn)行分析，為校園的安防提供支撐。智慧實訓(xùn)基于5G技術(shù)實現(xiàn)對實訓(xùn)區(qū)域的監(jiān)測和管理，包括通過5G通信技術(shù)實現(xiàn)各類監(jiān)測和控制數(shù)據(jù)、門禁數(shù)據(jù)、電子版本數(shù)據(jù)、實訓(xùn)操作數(shù)據(jù)等與平臺的互通。物聯(lián)感知是基于5G技術(shù)實現(xiàn)超大規(guī)模數(shù)據(jù)、超高時延要求的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入，打破目前移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無法支撐部分服務(wù)的限制[11]。綜合管理是通過綜合應(yīng)用平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等權(quán)限設(shè)置以及對用戶、日志等的管理要求[12]。

3 結(jié) 論

以高職院校的5G+智慧校園應(yīng)用建設(shè)為例，闡述了智慧校園建設(shè)過程中5G技術(shù)應(yīng)用的場景，提出了部分5G應(yīng)用場景的建設(shè)建議及其實現(xiàn)的對應(yīng)功能。隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)等多網(wǎng)融合的推進(jìn)，智能互聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將為新一代智慧校園建設(shè)奠定基礎(chǔ)。實用型新技術(shù)在智慧校園中應(yīng)用并服務(wù)于校園管理和教育，為保障校園安全、促進(jìn)教育的發(fā)展以及培養(yǎng)高素質(zhì)人才提供基礎(chǔ)保障。