呂敬 黃曄華

收稿日期：2023-05-10

基金項(xiàng)目：江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究2022年度智慧校園專項(xiàng)立項(xiàng)課題（2022-R-107189）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2023.22.035

摘? 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧感知校園已成為傳統(tǒng)校園轉(zhuǎn)型升級的重要方向。文章分析了基于物聯(lián)生態(tài)的智慧感知校園的特點(diǎn)和優(yōu)勢，并提出了基于物聯(lián)生態(tài)的智慧感知校園的設(shè)計(jì)框架。該框架包括綜合感知系統(tǒng)的構(gòu)建、數(shù)據(jù)處理與分析、智能決策與控制、以及應(yīng)用服務(wù)等內(nèi)容。通過建設(shè)智慧感知校園，可以實(shí)現(xiàn)資源的高效配置，優(yōu)化學(xué)習(xí)和生活環(huán)境，并確保校園運(yùn)行的安全和保障。此外，文章還分析了智慧感知校園實(shí)現(xiàn)所面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，并對基于物聯(lián)生態(tài)的智慧感知校園的未來發(fā)展提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；感知校園；業(yè)務(wù)整合

中圖分類號：TP39? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）22-0161-04

Implementation of Smart Perception Campus Based on Internet of Things Ecosystem

—Taking Wuxi Vocational Institute of Arts & Technology as an Example

LYU Jing， HUANG Yehua

（Wuxi Vocational Institute of Arts & Technology， Wuxi? 214206， China）

Abstract： With the continuous development of IoT technology， smart perception campus has become an important direction for the transformation and upgrading of traditional campus. This paper analyzes the characteristics and advantages of smart perception campus based on the IoT ecosystem， and proposes a design framework for smart perception campus based on the IoT ecosystem. This framework includes the construction of a comprehensive perception system， data processing and analysis， intelligent decision-making and control， and application services. Through the construction of a smart perception campus， it can achieve efficient resource allocation， optimize the learning and living environment， and ensure the safety and security of campus operations. In addition， this paper also analyzes the challenges and opportunities faced by the implementation of a smart perception campus， and puts forward some suggestions for the future development of smart perception campus based on the IoT ecosystem.

Keywords： IoT technology; perception campus; business integration

0? 引? 言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用是智慧校園建設(shè)的重要手段，借助于物聯(lián)網(wǎng)這個載體所將校園中的事物和人進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)，可以有效促進(jìn)校園智慧化管理。在智慧校園的建設(shè)過程積極通過物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)來打造新型的智慧環(huán)境，形成整體感知、可靠傳輸和智能處理的校園智慧化管理是感知校園建設(shè)的核心，如圖1所示。

1? 物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)情況

1.1? 物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)

學(xué)院在推進(jìn)智慧校園建設(shè)中，積極開展新技術(shù)、新應(yīng)用的推廣，物聯(lián)網(wǎng)無線門鎖系統(tǒng)就是其中之一，我院無線門鎖經(jīng)過多年擴(kuò)建發(fā)展，已實(shí)現(xiàn)了對學(xué)生宿舍全覆蓋，教學(xué)樓、實(shí)訓(xùn)樓、機(jī)房、辦公室等重要場所基本覆蓋，依托ZigBee技術(shù)所有門鎖實(shí)時聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)的上傳、下載實(shí)時可控、可查、可追溯，同時還提供了提供NFC、APP、微信H5等多種開門方式，豐富了開門手段，提升了便捷性。與大數(shù)據(jù)平臺相結(jié)合后，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，可以為管理決策提供依據(jù)，也可以結(jié)合校園安防系統(tǒng)提供宿舍區(qū)的綜合安全管理。

電子門鎖系統(tǒng)如圖2所示，以無線門鎖系統(tǒng)為紐帶，為教學(xué)、科研、管理和校園生活提供一種更智慧的管理手段，在便利性、安全性和管理的時效性上體現(xiàn)出了優(yōu)勢，提升學(xué)校管理信息化水平。在物聯(lián)生態(tài)建設(shè)進(jìn)程的不斷推進(jìn)過程中，學(xué)校積極探索物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教學(xué)中的擴(kuò)展應(yīng)用，目前已建成130余間智慧教室，把地理隔離的各教學(xué)樓內(nèi)多媒體教室內(nèi)所有感知點(diǎn)統(tǒng)一接入傳感網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而連入校園網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)教室多媒體設(shè)備校級統(tǒng)一管控，支持無人化管理，實(shí)現(xiàn)所有教室應(yīng)用系統(tǒng)和設(shè)備（智慧黑板、功放音響、空調(diào)、燈光等設(shè)備）的統(tǒng)一物聯(lián)管控，根據(jù)課程表自動開關(guān)機(jī)，后臺統(tǒng)計(jì)所有系統(tǒng)的設(shè)備的使用數(shù)據(jù)（功耗、狀態(tài)、日志等），形成柱狀圖有效保障節(jié)能、安全，營造開放式空間。為積極響應(yīng)“節(jié)能校園”建設(shè)需求，學(xué)校結(jié)合物聯(lián)生態(tài)建設(shè)，上線能源管理監(jiān)測平臺，在建筑能耗分項(xiàng)計(jì)量基礎(chǔ)上，通過部署大量能耗采集器，對校園樓宇水電能耗進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、集中管理，為能源管理改進(jìn)工作提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

1.2? 物聯(lián)生態(tài)整合應(yīng)用

通過數(shù)據(jù)中心與其他第三方業(yè)務(wù)系統(tǒng)對接、數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享共用，用物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)整合了校園一卡通、迎新、宿管、教務(wù)、房產(chǎn)、多媒體教學(xué)等系統(tǒng)數(shù)據(jù)，形成有效的數(shù)據(jù)鏈，在此鏈路上各系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理能力得到有效提升。解決原宿舍管理過程中入住、調(diào)宿、退宿等業(yè)務(wù)的辦理效率，鑰匙的配置與分發(fā)繁雜、住宿數(shù)據(jù)不準(zhǔn)、人員協(xié)調(diào)復(fù)雜、業(yè)務(wù)辦理低效等問題，實(shí)現(xiàn)人與門的關(guān)聯(lián)，提升了宿舍服務(wù)信息化水平，與人臉識別通道結(jié)合，進(jìn)一步提升宿舍的安全性。通過與教務(wù)系統(tǒng)課表聯(lián)動，即可開通相應(yīng)教室權(quán)限進(jìn)入并刷卡使用各種多媒體及空調(diào)、燈光等環(huán)境設(shè)備，數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)狡脚_留底。滿足了師生員工在教學(xué)、科研過程中對不同教學(xué)場所的使用需求，有效提升了教室維護(hù)效率和設(shè)備管理的科學(xué)化。能耗平臺通過分布在各樓宇間的采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)能源的可靠、穩(wěn)定、清潔、高效供應(yīng)，降低系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本[1]。

1.3? 信息統(tǒng)計(jì)

通過收集大量的開門記錄、人員出入、多媒體設(shè)備使用等數(shù)據(jù)，結(jié)合校園大數(shù)據(jù)平臺，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和清洗，最終得到有效數(shù)據(jù)，可以了解多媒體教室、機(jī)房、實(shí)訓(xùn)室等教學(xué)資源利用情況，為學(xué)校教師有目的、計(jì)劃、針對性地開展學(xué)生教學(xué)工作提供科學(xué)數(shù)據(jù)，對學(xué)生成長成果進(jìn)行科學(xué)評價，有效提升管理決策的科學(xué)化。能耗平臺通過分區(qū)域水平衡計(jì)算、管網(wǎng)漏損在線監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)能源供應(yīng)、傳輸與消耗的全過程可視化。同時結(jié)合實(shí)時采集的能源網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測數(shù)據(jù)，有效跟蹤并分析實(shí)際用能情況，為運(yùn)行人員提供輔助決策能力[1]。數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)交換流程如圖3所示。

2? 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)

作為基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的誕生以及應(yīng)用，雖然極大程度地改善了傳統(tǒng)教學(xué)方式和方法，大大提升了信息內(nèi)容的共享共存。但是也伴隨著一系列安全問題，隨著科技水平的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息的安全性也受到了威脅，對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用以及發(fā)展都帶來了較大的制約[2]。

首先設(shè)備安全性不足，很多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備由于設(shè)計(jì)時未考慮安全因素，或是使用了安全性較低的組件，因此容易受到黑客攻擊。此外，一些設(shè)備制造商忽視更新安全補(bǔ)丁和修補(bǔ)程序，導(dǎo)致設(shè)備的安全漏洞無法及時得到修復(fù)。

其次網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)化不足，目前物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的生產(chǎn)商眾多，標(biāo)準(zhǔn)化程度不足，從目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，我國現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)還未能滿足物聯(lián)網(wǎng)全方位安全保障的需求，物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)安全標(biāo)準(zhǔn)體系需進(jìn)一步建立和完善，需要重點(diǎn)推進(jìn)基礎(chǔ)通用、關(guān)鍵技術(shù)、試驗(yàn)方法技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)制定工作，支撐物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展[3]。

另外數(shù)據(jù)隱私泄露缺乏安全意識，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及和數(shù)據(jù)的收集使用導(dǎo)致數(shù)據(jù)隱私泄露問題嚴(yán)重。由于許多設(shè)備缺乏足夠的安全性能和協(xié)議，使得黑客可以輕松竊取個人信息和敏感數(shù)據(jù)。一些用戶和企業(yè)在使用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時，沒有意識到網(wǎng)絡(luò)安全的重要性，沒有做好設(shè)備的安全管理，如更改默認(rèn)密碼、不定期更新軟件等，導(dǎo)致設(shè)備被攻擊和數(shù)據(jù)泄露。隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及新型攻擊手段的出現(xiàn)，如DDoS攻擊、勒索軟件攻擊等也不斷出現(xiàn)，對物聯(lián)網(wǎng)的安全構(gòu)成了新的威脅。

面對如此挑戰(zhàn)，在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)方面，應(yīng)緊緊抓住已下幾點(diǎn)核心：

加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全性，設(shè)備制造商應(yīng)加強(qiáng)對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全性設(shè)計(jì)，以防止惡意攻擊和數(shù)據(jù)泄露等問題。此外，用戶也應(yīng)保證設(shè)備的安全，如更改默認(rèn)密碼、及時更新軟件等。建立統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)，物聯(lián)網(wǎng)安全需要標(biāo)準(zhǔn)化，制定適用于各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一安全標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。這將有助于保持網(wǎng)絡(luò)的安全，同時也能使安全專業(yè)人員更容易識別和緩解安全威脅。加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)研發(fā)，針對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全，需要不斷加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)的研發(fā)，以提高網(wǎng)絡(luò)安全的水平。如采用先進(jìn)的加密技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)防火墻、入侵檢測等，以防止黑客攻擊。加強(qiáng)管理和監(jiān)管，運(yùn)營商和政府應(yīng)加強(qiáng)對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的管理和監(jiān)管，防止惡意攻擊和數(shù)據(jù)泄露等問題的發(fā)生。此外，也應(yīng)建立相關(guān)的法律法規(guī)，明確各方面的責(zé)任和義務(wù)。

總之，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全是當(dāng)前面臨的重要挑戰(zhàn)之一，需要采取多種應(yīng)對措施來保障網(wǎng)絡(luò)的安全。只有通過各方面的協(xié)作，才能構(gòu)建更加安全可靠的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

3? 物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

基于物聯(lián)生態(tài)的智慧感知校園實(shí)現(xiàn)既面臨著挑戰(zhàn)，也蘊(yùn)含著機(jī)遇。只有積極應(yīng)對挑戰(zhàn)，充分發(fā)揮機(jī)遇，才能夠?qū)崿F(xiàn)智慧感知校園的可持續(xù)發(fā)展。在案例中充分利用 RFID、GIS、傳感器技術(shù)等多種智能感應(yīng)技術(shù)和設(shè)備全面化收集智慧校園內(nèi)的多種數(shù)據(jù)，主要包括橫向維度的個體數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、空間運(yùn)動數(shù)據(jù)和資源數(shù)據(jù)，以及縱向維度的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)，從而為學(xué)習(xí)分析、追蹤定位、三維建模、全生命周期交互、智慧決策等提供數(shù)據(jù)支持[4]。在這個過程中，面臨著比較大的挑戰(zhàn)。

首先技術(shù)難度大，慧感知校園需要涉及各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)等，這些技術(shù)的復(fù)雜度和應(yīng)用難度都是不可忽視的。其次數(shù)據(jù)難題，現(xiàn)智慧感知校園需要大量的數(shù)據(jù)支持，數(shù)據(jù)的采集、存儲、傳輸、處理、分析等環(huán)節(jié)都需要面臨著數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)共享等問題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益發(fā)展，在使用過程中會生成大量非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)數(shù)量龐大、具有較強(qiáng)的復(fù)雜性。相對傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析、存儲和處理技術(shù)已經(jīng)日顯疲態(tài)。在感知校園的建設(shè)中，大量的數(shù)據(jù)存儲、融合、查詢、挖掘、智能決策等都起到了技術(shù)支持和促進(jìn)作用。在各類采集器將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)管理平臺后，如何利用有效的數(shù)據(jù)挖掘與分析手段，進(jìn)行綜合分析，并對其進(jìn)行相應(yīng)的建模與算法。在此過程中，要實(shí)現(xiàn)如此海量的數(shù)據(jù)存儲，必須依靠新型的數(shù)據(jù)庫技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、云存儲技術(shù)和數(shù)據(jù)存儲技術(shù)[5]。最后安全隱患，感知校園需要涉及眾多的數(shù)據(jù)和設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全、設(shè)備安全等都需要得到充分的保障和防范。

智慧感知校園是一種新型的校園管理模式，能夠有效地實(shí)現(xiàn)校園數(shù)字化、智能化、信息化等轉(zhuǎn)型升級。智慧感知校園通過自動化、智能化的手段，能夠提升校園管理的效率和質(zhì)量，提高教育教學(xué)的水平和效果。智慧感知校園可以通過實(shí)時監(jiān)測、預(yù)警、處理等手段，能夠有效地增強(qiáng)校園的安全性和可控性，降低各種安全風(fēng)險和隱患。

針對基于物聯(lián)生態(tài)的智慧感知校園的實(shí)現(xiàn)，以下是一些具體的建議：

加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，建立專業(yè)的技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，積極推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的研究和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備、傳感器、平臺、系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通。確立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，規(guī)定數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、存儲、共享等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量和安全性。強(qiáng)化安全保障，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全、設(shè)備安全等方面的保障，建立完善的安全管理體系，確保數(shù)據(jù)和設(shè)備的安全可控。加強(qiáng)師生培訓(xùn)，開展智慧感知校園相關(guān)技術(shù)和管理方面的培訓(xùn)，提高師生對智慧感知校園的認(rèn)知和應(yīng)用能力，加強(qiáng)對校園安全、數(shù)據(jù)隱私等方面的教育和培養(yǎng)。

4? 結(jié)? 論

物聯(lián)網(wǎng)時代的到來給高校智慧校園系統(tǒng)帶來了一次新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，基于物聯(lián)網(wǎng)的感知校園將成為未來高校信息化的主要發(fā)展方向．感知校園可獲得更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通、更深入的智能化，可以有效推進(jìn)智慧教育，可以將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)與教育教學(xué)相結(jié)合，打造更加智能、高效、人性化的教育模式，提高教育教學(xué)的質(zhì)量和效果。加強(qiáng)合作共建，建立學(xué)校、企業(yè)、政府等多方合作的機(jī)制，共同推進(jìn)智慧感知校園的建設(shè)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)資源共享和互利共贏?？傊?，基于物聯(lián)生態(tài)的智慧感知校園需要綜合應(yīng)用各種技術(shù)和管理手段，需要學(xué)校、政府、企業(yè)等多方的協(xié)同合作，才能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡介：呂敬（1983—），男，漢族，江蘇宜興人，工程師，本科，主要研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、智慧校園；黃曄華（1982—），女，漢族，江蘇南通人，高級工程師，工程碩士，主要研究方向：網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)安全、智慧校園。