宋 嚴，王志軍

(長春師范大學網(wǎng)絡(luò)中心，吉林長春 130032)

物聯(lián)網(wǎng)在高校智慧校園中的應(yīng)用模式研究

宋 嚴，王志軍

(長春師范大學網(wǎng)絡(luò)中心，吉林長春 130032)

目前，物聯(lián)網(wǎng)已被確認為是世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，我國已將其列為國家重點新興產(chǎn)業(yè)。高校智慧校園建設(shè)是提升高校綜合管理和服務(wù)能力的信息化發(fā)展方向。本文通過對物聯(lián)網(wǎng)在高校智慧校園中應(yīng)用模式的探尋和研究，闡明了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在高校信息化建設(shè)中采用的技術(shù)路線和重要意義。

物聯(lián)網(wǎng)；RFID；智慧校園

物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將用戶端延伸和擴展到任務(wù)物體，進行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)。當物聯(lián)網(wǎng)最初在美國被提出時，還只是停留在給全球每個物品一個代碼，實現(xiàn)物品跟蹤與信息傳遞的設(shè)想上。如今，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為國家戰(zhàn)略，物聯(lián)網(wǎng)本身則被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，全國各高校的信息化建設(shè)水平和投入都逐年提高，并根據(jù)利用信息化手段提升高校的教學、科研、管理等方面水平的實際需要，以加快高校教學體制的轉(zhuǎn)變?yōu)槟康?，提出了智慧化校園的理念。所謂“智慧校園”指的是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智慧化的校園工作、學習和生活一體化環(huán)境，這個一體化環(huán)境以各種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體，將教學、科研、管理和校園生活進行充分融合，利用智慧化的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，提煉校園各種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，從而反映高校運行各個層面的狀態(tài)。因此，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到高校各環(huán)節(jié)的運行管理中，是高校發(fā)展的必然趨勢。

1 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展簡介

物聯(lián)網(wǎng)的定義為：通過射頻識別(RFID)、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的基本思想是美國麻省理工學院在1999年提出的，射頻識別(RFID)技術(shù)是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。RFID技術(shù)是一種自動識別技術(shù)，它利用射頻信號實現(xiàn)無接觸信息傳遞，達到物體識別的目的。在物聯(lián)網(wǎng)近15年的發(fā)展運行過程中，還存在許多問題，其中技術(shù)標準的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)是首要問題?；ヂ?lián)網(wǎng)發(fā)展到今天，全球進行傳輸?shù)腡CP/IP、路由協(xié)議、終端構(gòu)架與操作系統(tǒng)的標準化問題解決得非常好，全世界任何終端由此可以方便地連接網(wǎng)絡(luò)。在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程中，物體感知、網(wǎng)絡(luò)傳輸及應(yīng)用等各個層面有大量的技術(shù)出現(xiàn)，可能采用不同的技術(shù)方案，導致大量專用網(wǎng)無法連通，影響物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及化應(yīng)用。因此，在高校物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)上，要制定一套標準化的與現(xiàn)有校園網(wǎng)絡(luò)連接的機制，從而加快物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校的普及和應(yīng)用。

2 智慧化校園的作用

2010年，在信息化“十二五”規(guī)劃中，浙江大學提出建設(shè)一個“令人激動”的“智慧校園”。這幅藍圖描繪的是：無處不在的網(wǎng)絡(luò)學習、融合創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)科研、透明高效的校務(wù)治理、豐富多彩的校園文化、方便周到的校園生活。智慧校園的三個核心特征：一是為廣大師生提供一個全面的智能感知環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺，提供基于角色的個性化定制服務(wù)；二是將基于計算機網(wǎng)絡(luò)的信息服務(wù)融入學校的各個應(yīng)用與服務(wù)領(lǐng)域，實現(xiàn)互聯(lián)和協(xié)作；三是通過智能感知環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺，為學校與外部世界提供一個相互交流和相互感知的接口[1]。為了達到這樣的規(guī)劃和目的，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為智慧化校園建設(shè)的關(guān)鍵內(nèi)容：通過自動識別技術(shù)中的條碼識別技術(shù)、磁卡識別技術(shù)、IC卡識別技術(shù)、射頻識別技術(shù)等方式，自動采集高校內(nèi)人、物、事件運轉(zhuǎn)的各類信息，并提供給后臺的計算機處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)處理；通過大容量的數(shù)據(jù)存儲和高性能的應(yīng)用服務(wù)器，挖掘?qū)Ω咝＿\行管理中有價值的信息，方便領(lǐng)導決策、教師教學、科研管理、資產(chǎn)物品管理以及師生校園生活管理等各個層面(圖1)。

圖1 智慧化校園層次結(jié)構(gòu)圖

目前，在各大高校信息化應(yīng)用中也存在著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，包括圖書管理和資產(chǎn)管理所用到的條形碼技術(shù)、校園數(shù)字卡所用到的IC卡識別技術(shù)，但應(yīng)用比較單一、數(shù)據(jù)信息較少、數(shù)據(jù)無法整合，無法形成智慧化校園模式。因此，需要利用統(tǒng)一的射頻識別技術(shù)標準，在高校各層面建立物聯(lián)網(wǎng)體系，并與現(xiàn)有校園網(wǎng)絡(luò)融合，解決智慧化校園數(shù)據(jù)采集問題[2]。

3 物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的應(yīng)用模式研究

智慧化校園到目前為止并沒有一個完整的定義，各高校根據(jù)自身的管理特點和需求，建設(shè)不同功能的智慧化校園形態(tài)。下面根據(jù)我校物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)項目組在實際研究和應(yīng)用工作中探索的自動識別技術(shù)應(yīng)用模式作簡要介紹。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)在高校教學中的應(yīng)用

教學質(zhì)量是高校綜合水平的體現(xiàn)，如何將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到學校的教學環(huán)節(jié)中一直是我們研究的主要方向。

在教學環(huán)節(jié)上，首先要重視課堂環(huán)境，為師生提供一個良好的教室環(huán)境，有效地提升課堂質(zhì)量。通過在教室各設(shè)備上安裝環(huán)境監(jiān)控傳感器，采集教室的溫度、濕度、光線照明、話筒音量等環(huán)境參數(shù)，并通過管理平臺統(tǒng)一調(diào)配，使教室環(huán)境能夠通過相關(guān)設(shè)備運轉(zhuǎn)進行調(diào)節(jié)，滿足教學需要。還可以通過在教室媒體教學平臺上安裝射頻設(shè)備，保證教師到教室后能夠正常使用多媒體教學功能，而不再使用鑰匙管理多媒體設(shè)備。

在教學過程中，師生的上課狀態(tài)，包括遲到、早退、缺課等信息都可以通過感知網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)采集，師生在課上和課后的互動也可通過智能終端實現(xiàn)。另外，通過物聯(lián)網(wǎng)的信息采集，可以方便地匯總教學樓內(nèi)各教室的利用狀態(tài)，從而方便學生實現(xiàn)選擇自習教室、旁聽學習課程等功能。在考試環(huán)節(jié)上，可通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對教師監(jiān)考和學生考試的狀態(tài)進行監(jiān)控。

教務(wù)管理部門可以通過物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備掌握學生和教師對整個教學環(huán)節(jié)的反饋情況，并通過各類采集數(shù)據(jù)挖掘出教學中存在的問題并及時進行修正，從而實現(xiàn)優(yōu)化高校教學管理技術(shù)的目的。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)在高校固定資產(chǎn)管理中的應(yīng)用

在高校的運行體系中，固定資產(chǎn)管理是一項非常重要而又繁瑣的工作。高校固定資產(chǎn)設(shè)備類型多種多樣，設(shè)備使用人對設(shè)備管理和維護的技術(shù)水平良莠不齊，應(yīng)用于教學的固定資產(chǎn)使用師生較多，易出現(xiàn)丟失或損壞的情況，而這些問題會直接導致高校固定資產(chǎn)的提前損壞、報廢或流失。

目前多數(shù)高校采用粘貼設(shè)備條形碼標簽的方式對設(shè)備進行標示和管理，但這種簡單的標示仍然無法解決固定資產(chǎn)管理的漏洞，無法提升設(shè)備清點、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計等環(huán)節(jié)的工作效率，因此物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入變得急切和必要[3]。經(jīng)過對高校固定資產(chǎn)管理要求的分析，可在固定資產(chǎn)上安裝RFID標簽，結(jié)合各類安裝在不同位置的傳感器，自動獲取資產(chǎn)情況的詳細信息，包括設(shè)備運行狀態(tài)、設(shè)備位置軌跡、設(shè)備管理人、設(shè)備使用情況等數(shù)據(jù)，并可利用管理控制臺通過傳感器將設(shè)備基礎(chǔ)信息傳遞到設(shè)備的RFID標簽中進行存儲，從而提高資產(chǎn)入賬、資產(chǎn)維修和資產(chǎn)清查等環(huán)節(jié)的管理水平和工作效率。在固定資產(chǎn)管理中使用RFID技術(shù)也存在一些問題，包括統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩砸约皹撕灣杀締栴}，這些都是今后研究的方向。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)在高校學生管理中的應(yīng)用

高校學生管理工作主要包括學生課堂、學生寢室、學生素質(zhì)養(yǎng)成、學生獎學金及學生社團活動管理等多項內(nèi)容，而由于對學生在學校學習生活情況掌握的方式仍然限于觀察、檢查和聽匯報等方式，很多管理仍然處于粗線條狀態(tài)，無法準確地了解每名學生每天在校園內(nèi)學習生活的每個環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在獲取學生在校園內(nèi)活動軌跡方面有重要的應(yīng)用價值。在圖書館、食堂、教學樓、寢室樓、校門門禁、公共活動區(qū)等位置安裝RFID識別器，對學生攜帶的裝有RFID電子標簽的校園數(shù)字卡進行識別，可得到學生的活動軌跡，從而判斷學生的生活狀態(tài)，有的放矢地開展工作。下面舉兩個學生生活軌跡分析的例子，如圖2和圖3所示。

圖2 學生甲的校園活動軌跡圖

學生甲的軌跡分析：一天內(nèi)甲出入食堂、圖書館、教師、宿舍，基本上在校內(nèi)活動。由此判斷學生甲在當天的表現(xiàn)正常。

圖3 學生乙的校園活動軌跡圖

學生乙的軌跡分析：一天內(nèi)幾乎都呆在宿舍，沒有去教室，可能出現(xiàn)曠課情況，并可能在寢室內(nèi)長時間上網(wǎng)，影響學習。

3.4 物聯(lián)網(wǎng)在高校能源管理中的應(yīng)用

高校常態(tài)化的能源消耗主要表現(xiàn)在照明用電、空調(diào)用電、校園網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)中心用電以及各類教學機房用電、實驗室用電以及校園各區(qū)域自來水的使用情況，而高校節(jié)能工作的重要層面就是建立一套集能耗采集調(diào)控、數(shù)據(jù)分析和實時監(jiān)控管理為一體，基于互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合能源管理系統(tǒng)[4]。

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的方式上，我們采用RFID自動抄表系統(tǒng)對各區(qū)域和功能的能耗進行提取，包括用水、用電的數(shù)值，可將計量數(shù)據(jù)采集到系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)庫中，平臺通過通訊網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)通訊、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、遠程監(jiān)控，實時或定時完成系統(tǒng)計量表的抄、核、收、查、控等功能。

另外，針對環(huán)境氣溫和光線亮度的變化，對辦公室空調(diào)、公共房間空調(diào)、實驗室和機房空調(diào)、教室照明設(shè)備、寢室照明設(shè)備和路燈照明設(shè)備建立電子標簽，并完善學校的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，在重要位置安裝無線傳感器結(jié)點，對上述設(shè)備能耗進行采集、分析，做到實時管控，從而節(jié)省高校能源開支。

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已被世界各主要大國列入重點發(fā)展領(lǐng)域，EPOSS(歐洲智能系統(tǒng)基層技術(shù)平臺)分析預測，2020年之后地球上的物體進入全智能化，世界迎來物聯(lián)網(wǎng)普及時代。在高校各環(huán)節(jié)加以推廣和使用，進而對通過RFID技術(shù)采集的海量數(shù)據(jù)進行分析挖掘，為學校的師生、領(lǐng)導和管理人員服務(wù)，是物聯(lián)網(wǎng)在高校應(yīng)用的動力。雖然物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校應(yīng)用的標準化協(xié)議還有待設(shè)計和統(tǒng)一，數(shù)據(jù)的安全和管理平臺還有待健全，但智慧校園將會通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使高校信息化建設(shè)達到新的頂峰，成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的具有社會和商業(yè)價值的平臺。

[1]關(guān)輝.物聯(lián)網(wǎng)在高校教學和管理中的應(yīng)用探討[J].軟件導刊,2011(11):143-144.

[2]李彥武.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校的應(yīng)用與思考[J].湖北廣播電視大學學報,2013(5):99-100.

[3]劉翔翔,楊勇平.以校園網(wǎng)為平臺的校園物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建研究[J].辦公自動化,2011(8):41-44.

[4]李盧一,鄭燕林.物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2010(2):8-10.

Research on Application Mode of University Campus in the Wisdom of the Internet of Things

SONG Yan，WANG Zhi-jun

(Network Center of Changchun Normal University, Changchun Jilin 130032, China)

The Internet of things has been recognized as the third wave of global information industry, China has listed it as the national key emerging industries. The university campus construction is the wisdom of informatization development direction of promoting college comprehensive management and service ability. In this paper, through the network to explore the application model in wisdom university campus and Research on material, Expounds the technology route of IOT application in information construction in Colleges and universities and the important significance of using.

The Internet of things;RFID; Smart campus

2014-09-13

吉林省科技廳科技發(fā)展計劃項目(20100512)；長春師范大學自然科學基金項目(長師院自科合字[2011]第012號)；長春師范大學工程中心項目(長師大自科合字[2013]專第005號)。

宋 嚴(1982- )，男，吉林磐石人，長春師范大學網(wǎng)絡(luò)中心實驗師，碩士，從事計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)研究。

TP393.0

A

2095-7602(2014)06-0028-04