物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校中應(yīng)用場景探索

李鍇淞 鄒鵬

[摘? ? 要] 隨著信息時代的高速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展日新月異。在高校中用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是高校實現(xiàn)管理提升的必要途徑。文章介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校中的應(yīng)用，重點在教學(xué)實訓(xùn)，平安校園建設(shè)中的應(yīng)用。為研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的學(xué)者提供理論參考。

[關(guān)鍵詞] 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);高校;智慧校園;應(yīng)用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 01. 086

[中圖分類號] G647? ? [文獻標(biāo)識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2020）01- 0215- 03

0? ? ? 前? ? 言

2009年全球金融危機，時任美國總統(tǒng)奧巴馬將智慧化作為國家戰(zhàn)略目標(biāo)，物聯(lián)網(wǎng)是其中的重要部分。物聯(lián)網(wǎng)是IT技術(shù)的重要分支，隨著云計算的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引起了社會的廣泛關(guān)注，成為信息產(chǎn)業(yè)的第三次革命。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過無線傳感器，構(gòu)成龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)整合到新一代IT技術(shù)中，高校開放式的特點使得學(xué)生能學(xué)習(xí)一些基本技能，很好地凸顯了信息技術(shù)的優(yōu)勢。隨著云計算等技術(shù)興起，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將在高校中得到快速發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將實現(xiàn)覆蓋校園的物體互聯(lián)網(wǎng)。

1? ? ? 應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園

物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別，全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，將物體與互聯(lián)網(wǎng)連接，實現(xiàn)對物體的智能化識別，監(jiān)控管理。建設(shè)數(shù)字校園已成為當(dāng)下高校發(fā)展的必然選擇。打造數(shù)字化校園必將成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的重要方向。

物聯(lián)網(wǎng)具有規(guī)模聯(lián)網(wǎng)、智能管理的特點，各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成巨大網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與覆蓋優(yōu)勢前所未有。所有物品與網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)智能化識別管理。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用推動智慧校園的升級發(fā)展，使得物聯(lián)網(wǎng)智慧校園物體連接，構(gòu)建富有智慧的教育教學(xué)環(huán)境，為師生提供全面智能感知環(huán)境，使得課堂向真實的場景延伸。高校是物聯(lián)網(wǎng)較早落地的領(lǐng)域，紅外激光，編碼認址，衛(wèi)星定位等高新技術(shù)使用，使很多高校具備智能化等先進技術(shù)特征。新技術(shù)大規(guī)模集成化應(yīng)用肯定了物聯(lián)網(wǎng)在高校的應(yīng)用地位。

當(dāng)前高校內(nèi)進行學(xué)籍管理，就餐支付等管理系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，安全系統(tǒng)對學(xué)生進行追蹤，查詢與管理，已有很多成功案例。2008年，臺灣開始利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持校園安全管理，國內(nèi)高校使用RFID技術(shù)廣泛，但物聯(lián)網(wǎng)實際應(yīng)用停留于基本層面。很多高校對構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)方面的知識及相關(guān)人才缺失，校園一卡通使用方便，但仍存在一些不足，如師生個人信息采集不全，難以進行跟蹤追回等問題。健全物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用打造智能校園已成為大勢所趨[1]。

2? ? ? 利用物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建智能化教學(xué)條件

智慧校園建設(shè)依托于完善的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施管理，服務(wù)于廣大師生群體。實現(xiàn)校園智慧化管理，其建設(shè)主要包括教學(xué)物理環(huán)境，智能化教學(xué)資源[2]。

2.1? ?智能化教學(xué)環(huán)境

高校建設(shè)中教學(xué)環(huán)境是人才培養(yǎng)的主要陣地，學(xué)校為學(xué)生發(fā)展配置良好的設(shè)施，如體育場館，教室等，設(shè)施管理在一定程度上影響學(xué)校教學(xué)質(zhì)量。 傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境具有一定局限性，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷成熟，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)受到業(yè)界關(guān)注。構(gòu)建還原真實的感知課堂，讓學(xué)生更好地理解知識，提高教師的教學(xué)效果。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)展現(xiàn)出其數(shù)字化的特點，學(xué)生在實驗中進行遠程操控，學(xué)生更加形象地了解實驗結(jié)果的實驗過程，通過網(wǎng)絡(luò)資源共享到資源管理庫，為在校師生提供良好的環(huán)境。

相比于物聯(lián)網(wǎng)在交通等方面的廣泛應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)的特點契合了智慧校園教學(xué)環(huán)境智能化建設(shè)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在訪問信息資源手段更加豐富，設(shè)備智能化管理，信息收集更加靈活。

教師通過校園內(nèi)無線計算機網(wǎng)絡(luò)為學(xué)生提供鮮活的案例，一些先進的高科技產(chǎn)品能訪問互聯(lián)網(wǎng)。教學(xué)中通過教室，將采集到數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫@監(jiān)控管理部門，及時了解設(shè)備故障發(fā)生情況。

2.2? ?智能化教學(xué)資源

智能化的教學(xué)資源是開展智慧校園的前提，教學(xué)資源管理是開展智慧校園教學(xué)的關(guān)鍵，為教學(xué)資源管理者提供有效的訪問效果分析。

智能化教學(xué)資源主要源于基于網(wǎng)絡(luò)共享的教學(xué)資源庫，主要由公共資源庫，資源管理系統(tǒng)等組成。師生通過物聯(lián)網(wǎng)資源訪問教學(xué)資源庫資源，積極促進高校開放的新型教學(xué)模式的建設(shè)，以創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)教學(xué)為核心，進行分布式存儲資源，其特點是能長期運用于教學(xué)中[3]。

3? ? ? 利用物聯(lián)網(wǎng)支撐學(xué)校管理

智慧校園設(shè)計是在校園網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，通過智慧校園平臺，實現(xiàn)將傳感器連接到教學(xué)，管理各部門，將各種信息融合到校園師生群體中，實現(xiàn)人與物相互協(xié)作。本研究以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為背景建設(shè)校園網(wǎng)智慧管理網(wǎng)絡(luò)，主要考慮學(xué)?？记诠芾恚虒W(xué)儀器管理與圖書館管理模塊。

智慧校園建設(shè)包括信息智能采集，集成處理與分析表達，信息集成是智慧校園的基礎(chǔ)，包括網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)與基本信息的采集處理。信息集成運用大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，信息分析表達采用云計算平臺對數(shù)據(jù)形成共享，技術(shù)整合為學(xué)校考勤管理，教學(xué)儀器設(shè)備管理服務(wù)。

3.1? ?學(xué)?？记诠芾?/p>

學(xué)?？蔀楦黝惾藛T配備校園一卡通RFID設(shè)備，實現(xiàn)考勤部門對校內(nèi)人員的實時感應(yīng)，對師生及后勤人員進行自動優(yōu)化考勤管理。如教師通過考勤確定課程出勤情況。

考勤管理涉及身份認證技術(shù)，如何尋求相對安全的認證協(xié)議是保證校園人員身份認證的關(guān)鍵，身份信息采用數(shù)據(jù)庫進行收集，包含考勤模塊的處理流程記錄，及師生與在校人員的基本信息。

3.2? ?學(xué)校圖書管理

在學(xué)校教學(xué)中，圖書館是學(xué)生獲取知識的主要場所，校園圖書館智能化建設(shè)需要加強圖書館管理，目前高校圖書館管理是主要涉及圖書館使用，采購與文獻檢索管理。圖書館使用管理模塊通過RFID卡使師生能利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行圖書借還，降低人員安排。

圖書館采購管理主要根據(jù)教學(xué)需要，與商家聯(lián)系進行采購。及時匯總新書發(fā)布情況，統(tǒng)計師生的反饋意見。文獻檢索管理通過智能化檢索設(shè)備，實現(xiàn)圖書館的無人化管理，通過共享網(wǎng)絡(luò)進行發(fā)布，使圖書查詢不受時空限制。

教學(xué)儀器智能化管理能減少人員配置，學(xué)校對購入教學(xué)設(shè)備貼上智能化標(biāo)簽，利用無線傳感器技術(shù)進行傳輸。設(shè)備管理員進行維護后通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及時反饋使用情況，教學(xué)中能通過管理系統(tǒng)看到顯示設(shè)備狀態(tài)，在使用上實現(xiàn)智能化使用的合理性、實驗管理人員只用查詢設(shè)備使用數(shù)據(jù)庫即可進行統(tǒng)計。

4? ? ? 物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的技術(shù)需求

物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的應(yīng)用強調(diào)實現(xiàn)人與設(shè)備的定位管理，主要包括感知系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。感知系統(tǒng)基于傳感器進行信息收集及設(shè)備控制。目前感知系統(tǒng)通過射頻識別、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備，感知系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)中最底層的部分。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將采集信息通過網(wǎng)絡(luò)方式傳輸，網(wǎng)絡(luò)通信有4G無線通信技術(shù)，WiFi技術(shù)。將網(wǎng)絡(luò)的邊界拓展到每個實物，應(yīng)用系統(tǒng)通過軟件將大量數(shù)據(jù)進行分析處理，控制設(shè)備的操作。目前應(yīng)用系統(tǒng)主要采用云計算，機器學(xué)習(xí)等技術(shù)，應(yīng)用系統(tǒng)計算處理采集的大量數(shù)據(jù)，對感知系統(tǒng)操作物體進行管理控制。

物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中有許多應(yīng)用場景，如提供環(huán)境及設(shè)備告警、實現(xiàn)用電安全及節(jié)能、環(huán)境系統(tǒng)智能管控、水消防系統(tǒng)智能化管理、機房動力系統(tǒng)無人運維等，幫助提升高校的辦學(xué)水平和教學(xué)條件。

5? ? ? 以環(huán)境系統(tǒng)為例

環(huán)境系統(tǒng)如圖1所示。

辦公室是人員密集場所，而且人員在室內(nèi)逗留的時間也會較長，室內(nèi)環(huán)境情況的好壞也會影響員工的工作效率和情緒，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度智能化管控，針對不同的空調(diào)形態(tài)使用相對應(yīng)的產(chǎn)品，水冷系統(tǒng)的中央空調(diào)、會議室紅外遙控的立柜空調(diào)、小型休息室的壁掛空調(diào)等，都可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使之保持在一個恒定舒適的范圍內(nèi)，不僅讓室內(nèi)員工保持愉悅的心情，同時也減少管理人員的運維成本。

5.1? ?溫濕度監(jiān)測

在物聯(lián)網(wǎng)平臺上，可以設(shè)置室內(nèi)溫濕度變化范圍。夏天空調(diào)溫度處于26 ℃至28 ℃之間，人體舒適感最佳，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改造傳統(tǒng)空調(diào)之后，當(dāng)溫濕度超過設(shè)定范圍后，物聯(lián)網(wǎng)平臺聯(lián)動空調(diào)自動調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，如果室內(nèi)有紅外遙控的加濕器，也可以跟平臺聯(lián)動實現(xiàn)室內(nèi)濕度管控，同時溫濕度變化情況也會在平臺生成報表明細，并通過直觀的圖像進行展現(xiàn)，如圖2所示。

5.2? ?中央空調(diào)管控

中央空調(diào)控制如圖3所示。

溫濕度智能調(diào)節(jié)—中央空調(diào)環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)備組件：智能空調(diào)面板、溫濕度傳感器，見圖4。

室內(nèi)多角落部署溫濕度傳感器，實時監(jiān)測溫濕度數(shù)據(jù)，通過LoRa無線通信協(xié)議回傳至上層物聯(lián)平臺，平臺根據(jù)物聯(lián)策略執(zhí)行工作，一旦溫度超過閾值，下發(fā)指令中央空調(diào)加大風(fēng)速，以便快速降低溫度，見圖5。

中央空調(diào)風(fēng)速實時控制，平臺通過溫度數(shù)據(jù)實時調(diào)整風(fēng)速大小，無須人工控制便可實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度控制。

5.3? ?立柜/壁掛空調(diào)控制

空調(diào)控制見圖6。

溫濕度智能調(diào)節(jié)—壁掛/立柜空調(diào)環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)備組件：紅外遙控器、溫濕度傳感器、智能排插/插座、加濕器/除濕器。

由于空調(diào)采集的溫度只是周圍位置的情況，在室內(nèi)多個角落部署高精度溫濕度傳感器，采集整體室內(nèi)溫濕度情況并反饋至平臺，物聯(lián)平臺收集數(shù)據(jù)之后進行統(tǒng)計分析，聯(lián)動紅外遙控器和智能排插/插座控制空調(diào)和除濕器/加濕器，從而調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度情況。

6? ? ? 結(jié)? ? 語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用具有廣闊的前景，能夠?qū)崿F(xiàn)知識向真實場景延伸，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，加強師生教學(xué)互動，為校園物資管理減少人員的投入，其廣闊的應(yīng)用場景伴隨更多的調(diào)整，如應(yīng)用方法，數(shù)據(jù)保護等，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用應(yīng)認識其真正意義，了解其功能及使用方法，主動探索新型教學(xué)模式。物聯(lián)網(wǎng)在高校的應(yīng)用需要一定的規(guī)劃以達到最大的使用效果。

主要參考文獻

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