基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的學(xué)生公寓信息化管理平臺(tái)設(shè)計(jì)研究

王育軍

(西安思源學(xué)院，西安 710038)

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基于物體與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的特點(diǎn)，有效實(shí)現(xiàn)了感知與服務(wù)的完美融合[1]，在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上利用信息傳感設(shè)備，將物品與互聯(lián)網(wǎng)連接，進(jìn)行信息傳遞與通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、監(jiān)測和管理等應(yīng)用方式[2]。物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層組成[3]，其中應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)與用戶的接口，可提供豐富的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，包括系統(tǒng)集成、應(yīng)用服務(wù)和智能終端。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)監(jiān)控、城市管理、智能家居、環(huán)境檢測等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)的中間層，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息，包括物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接的重要環(huán)節(jié)。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的底層，主要通過傳感器識(shí)別獲取各種數(shù)據(jù)信息，包括各種感知類智能設(shè)備，如傳感器、芯片、計(jì)量器等，如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)層次結(jié)構(gòu)Fig.1 Hierarchical structure of internet of things

2 學(xué)生公寓信息化平臺(tái)需求分析

高校學(xué)生公寓管理雖然利用計(jì)算機(jī)等互聯(lián)網(wǎng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與管理，但對(duì)于信息的錄入、修改、更新等工作仍然需要人工輸入和核對(duì)。學(xué)生公寓管理方式的滯后會(huì)給管理人員帶來諸多不便，導(dǎo)致工作量攀升、工作效率低下、數(shù)據(jù)誤差較大等問題[4]。學(xué)生公寓信息化平臺(tái)設(shè)計(jì)要了解用戶的需求和平臺(tái)功能、性能、技術(shù)支持等具體需求，確定平臺(tái)設(shè)計(jì)需要達(dá)到的目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)的功能。根據(jù)實(shí)際狀況，從功能性需求、非功能性需求和用戶需求等方面進(jìn)行了總結(jié)，具體內(nèi)容如下：

2.1 功能性需求分析

信息錄入：需要實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)人基本信息、宿舍信息、財(cái)務(wù)信息、維修信息、管理員信息的錄入，其中學(xué)生個(gè)人信息包括姓名、電話、學(xué)號(hào)、專業(yè)等，方便學(xué)生的日常管理。宿舍信息包括住宿人員、宿舍號(hào)、住宿容量、住宿標(biāo)準(zhǔn)、宿舍衛(wèi)生等基本宿舍信息。財(cái)務(wù)信息包括住宿費(fèi)用、水電費(fèi)用等信息。維修信息包括宿舍維修申報(bào)、維修進(jìn)度、維修人員等后勤信息。管理員信息包括公寓管理人員、學(xué)生輔導(dǎo)員等基本信息[5]。

信息查詢：需要實(shí)現(xiàn)對(duì)錄入信息的查詢功能。平臺(tái)中的信息查詢對(duì)學(xué)生公寓管理起著相當(dāng)重要的作用，公寓管理員需要授權(quán)查詢管理公寓內(nèi)的學(xué)生個(gè)人基本信息、宿舍信息、財(cái)務(wù)信息、維修信息和管理員信息，學(xué)生需要授權(quán)查詢個(gè)人的基本信息及相關(guān)信息。

信息統(tǒng)計(jì)：需要實(shí)現(xiàn)信息的增加、刪除、修改、查看等基本功能。管理員需要對(duì)宿舍信息、財(cái)務(wù)信息、維修信息、來訪記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，學(xué)生需要對(duì)自己個(gè)人信息變動(dòng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)修改，因此在實(shí)際管理中信息的統(tǒng)計(jì)往往會(huì)造成較大的工作量。

信息更新：需要實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)更新，當(dāng)管理員對(duì)宿舍信息、維修信息等進(jìn)行修改或?qū)W生對(duì)個(gè)人信息等進(jìn)行修改時(shí)，平臺(tái)應(yīng)自動(dòng)識(shí)別更新信息，不需要學(xué)生或管理人員進(jìn)行反復(fù)錄入和審核，在更新的同時(shí)確保信息的準(zhǔn)確率，以節(jié)約信息錄入和統(tǒng)計(jì)的時(shí)間。

2.2 非功能性需求分析

非功能性需求是要滿足平臺(tái)的可用性、可靠性、可維護(hù)性、可擴(kuò)充性和可適應(yīng)性等技術(shù)要求[6]。平臺(tái)在使用中應(yīng)實(shí)現(xiàn)一定數(shù)量的用戶同時(shí)使用，并連續(xù)運(yùn)行一定時(shí)間，在平臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)可快速排查故障并切換到備用機(jī)器。要確保平臺(tái)可以適應(yīng)不同的應(yīng)用終端設(shè)備，兼容不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

2.3 用戶需求分析

平臺(tái)的設(shè)計(jì)需要滿足用戶的需求，主要從用戶操作與用戶體驗(yàn)感來考慮。應(yīng)滿足管理員提高管理效率的需求，滿足學(xué)生方便快捷的操作需求。功能界面要簡潔，操作簡單，便于查找。平臺(tái)使用和運(yùn)行應(yīng)安全穩(wěn)定，保障用戶的信息安全。

3 學(xué)生公寓信息化管理平臺(tái)的功能結(jié)構(gòu)

3.1 學(xué)生公寓信息化管理模塊

根據(jù)功能性需求和用戶需求，學(xué)生公寓信息化管理模塊可以分為學(xué)生信息模塊、寢室信息模塊、門禁來訪模塊、財(cái)務(wù)信息模塊和后勤維修模塊，如圖2所示。學(xué)生信息模塊可以錄入、查詢、修改學(xué)生的基本信息，對(duì)入住學(xué)生的基本情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；宿舍信息模塊可以對(duì)宿舍成員、寢室號(hào)、寢室衛(wèi)生、寢室用電等情況進(jìn)行錄入、查詢和修改；門禁來訪模塊主要是根據(jù)門禁記錄登記來訪人員的姓名、電話、來訪時(shí)間等信息；財(cái)務(wù)信息模塊主要是對(duì)寢室成員的住宿費(fèi)、水電費(fèi)等情況進(jìn)行記錄、查詢和修改；后勤維修模塊主要是對(duì)需要報(bào)修的寢室號(hào)、電話、報(bào)修物品、維修時(shí)間和維修人員等情況進(jìn)行記錄、查詢和修改。

圖2 學(xué)生公寓信息化平臺(tái)管理模塊Fig.2 Management module of student apartment information platform

3.2 學(xué)生公寓信息化管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)功能

學(xué)生公寓信息化管理平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)的功能應(yīng)該包括信息錄入、信息查詢、信息修改和信息更新，如表1所示。信息主要以大數(shù)據(jù)的形式儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫中，因此管理平臺(tái)功能的實(shí)現(xiàn)離不開數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)處理能力，包括輸入、傳輸、儲(chǔ)存、輸出等[7]。對(duì)于采集的數(shù)據(jù)信息，信息化管理平臺(tái)進(jìn)行加工處理成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式并儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫中；當(dāng)查詢數(shù)據(jù)信息時(shí)，信息化管理平臺(tái)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，輸出所查詢的信息；當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)修改時(shí)，包括數(shù)據(jù)的刪除、添加、修改等，信息化管理平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的變換、合并、修改、更新等功能。

表1 學(xué)生公寓信息化管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)功能Tab.1 Function of student apartment information management platform

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的學(xué)生公寓信息化平臺(tái)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以自動(dòng)識(shí)別物體，將實(shí)物與互聯(lián)網(wǎng)連接，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的反饋與控制。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，設(shè)計(jì)了與之對(duì)應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備、學(xué)生公寓物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和學(xué)生公寓智能管理三個(gè)層次結(jié)構(gòu)，形成了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的學(xué)生公寓管理信息化平臺(tái)。該平臺(tái)通過物聯(lián)網(wǎng)的傳感設(shè)備，智能識(shí)別并錄入學(xué)生信息、宿舍信息、門禁信息等學(xué)生公寓信息，根據(jù)學(xué)生公寓物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)接口連接傳感設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，傳遞存儲(chǔ)至平臺(tái)數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)學(xué)生公寓的智能化管理，如圖3所示。

圖3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的學(xué)生公寓管理信息化平臺(tái)Fig.3 Student apartment management information platform based on internet of things

4.1 物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備

物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備包括射頻識(shí)別器、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、定位系統(tǒng)等，通過傳感設(shè)備可將信息智能傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)平臺(tái)[8]。在學(xué)生信息錄入中，學(xué)生信息可以生成條形碼或二維碼的形式，借助激光掃描設(shè)備對(duì)條形碼或二維碼進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)信息的自動(dòng)錄入。在門禁來訪記錄中，可以根據(jù)紅外感應(yīng)、人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)人物畫像或門禁卡進(jìn)行掃描，自動(dòng)生成來訪信息。在宿舍信息的錄入中，可以將每個(gè)宿舍內(nèi)貼上特有的二維碼，學(xué)生通過掃描二維碼錄入信息，二維碼與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)連接，進(jìn)行信息更新，自動(dòng)生成宿舍寢室的信息，對(duì)學(xué)生入住、搬離、換寢等情況進(jìn)行及時(shí)自動(dòng)更新。在宿舍管理中，利用智能限電設(shè)備對(duì)宿舍用電情況進(jìn)行管理，當(dāng)出現(xiàn)斷電等情況時(shí)，會(huì)將宿舍信息連接到平臺(tái)中，讓管理人員及時(shí)了解情況。此外，還可以利用煙霧探測器等設(shè)備對(duì)學(xué)生公寓進(jìn)行安全報(bào)警，并將報(bào)警信息自動(dòng)接入物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，宿舍管理員可以在平臺(tái)中獲取信息，及時(shí)與保安等人員進(jìn)行聯(lián)系[9]。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)主要包括傳感設(shè)備、數(shù)據(jù)庫接口、信息化管理平臺(tái)、功能結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫及運(yùn)行環(huán)境，如圖4所示。

圖4 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)Fig.4 Structure of internet of things platform

傳感設(shè)備掃描和識(shí)別的信息可以錄入到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過工作流引擎和軟網(wǎng)關(guān)保障學(xué)生公寓管理功能的實(shí)現(xiàn)，平臺(tái)生成的信息再通過數(shù)據(jù)庫接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的對(duì)接、傳遞和處理，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型儲(chǔ)存至不同數(shù)據(jù)庫中，其中數(shù)據(jù)庫類型包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫、非關(guān)系數(shù)據(jù)庫和鍵值數(shù)據(jù)庫[10]。用戶和管理員在對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行修改和查詢時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)會(huì)接收增、刪、改、查的相關(guān)指令，在數(shù)據(jù)庫中運(yùn)行操作，完成信息的更新。

4.3 物聯(lián)網(wǎng)終端應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)終端應(yīng)用是根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)感知層的智能識(shí)別、掃描等技術(shù)，搭載網(wǎng)絡(luò)層的平臺(tái)功能和數(shù)據(jù)庫的大數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的學(xué)生公寓信息化管理平臺(tái)的應(yīng)用[11]。其主要通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全方位地對(duì)公寓環(huán)境、公寓設(shè)備、學(xué)生活動(dòng)等情況進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)校公寓的智能監(jiān)測與管理。應(yīng)用層是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形象化，完成終端應(yīng)用在智能控制和管理需求上的有機(jī)結(jié)合，生成學(xué)生公寓信息化管理應(yīng)用平臺(tái)。

5 結(jié)語

設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的學(xué)生公寓信息化管理平臺(tái)。該平臺(tái)可有效解決學(xué)生公寓管理中的困難，大大提高學(xué)生公寓的全方位信息化管理能力，增強(qiáng)了學(xué)生公寓智能化的監(jiān)控作用，為高校管理信息化的實(shí)現(xiàn)提供了參考依據(jù)。