文/王偉林 陳松

智慧校園開(kāi)啟智慧服務(wù)

文/王偉林 陳松

智慧校園是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合數(shù)字化校園平臺(tái)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)智慧學(xué)習(xí)、智慧生活、智慧管理等應(yīng)用模塊，不僅方便學(xué)生及時(shí)掌握學(xué)習(xí)與校園生活信息，而且提高了教師的教學(xué)管理能力，也提高了學(xué)院管理部門的管理能力。

隨著高校信息化建設(shè)工作的不斷推進(jìn)，信息服務(wù)在學(xué)校教育教學(xué)、科研與管理中的作用越來(lái)越大。

通過(guò)智慧校園平臺(tái)，利用先進(jìn)信息技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字環(huán)境的應(yīng)用體系，使人們能夠快速、準(zhǔn)確地獲取校園中人、財(cái)、物和學(xué)、研、管業(yè)務(wù)過(guò)程中的信息，同時(shí)通過(guò)綜合數(shù)據(jù)分析為管理改進(jìn)和業(yè)務(wù)流程再造提供數(shù)據(jù)支持，推動(dòng)學(xué)校進(jìn)行制度創(chuàng)新、管理創(chuàng)新，最終實(shí)現(xiàn)教育信息化、決策科學(xué)化和管理規(guī)范化；通過(guò)應(yīng)用服務(wù)的集成與融合來(lái)實(shí)現(xiàn)校園的信息獲取、信息共享和信息服務(wù)，從而推進(jìn)智慧化的教學(xué)、智慧化的科研、智慧化的管理、智慧化的生活以及智慧化的服務(wù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程。

智慧校園層次結(jié)構(gòu)

圖1為智慧校園設(shè)計(jì)層次結(jié)構(gòu)圖，智慧校園系統(tǒng)從低到高分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，感知層實(shí)現(xiàn)對(duì)校園內(nèi)人與物品的定位，信息的讀取和物品識(shí)別；網(wǎng)絡(luò)層通過(guò)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐智慧校園業(yè)務(wù)應(yīng)用；應(yīng)用層則根據(jù)智慧校園不同應(yīng)用設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)不同的應(yīng)用模塊。在智慧校園層次結(jié)構(gòu)中，下層為上層提供服務(wù)，上層調(diào)用下層所提供的服務(wù)。

圖1 智慧校園層次結(jié)構(gòu)

感知層設(shè)計(jì)

感知層用于物體識(shí)別、信息讀取與定位。目前，基于RFID（射頻識(shí)別）傳感技術(shù)迅速發(fā)展，但是基于RFID的大規(guī)模應(yīng)用將會(huì)涉及到成本偏高、推廣難的問(wèn)題。因此，設(shè)計(jì)主要采用二維碼、條形碼對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別，采用Wi-Fi、GPS（全球定位系統(tǒng)）與移動(dòng)基站信號(hào)進(jìn)行校園人員定位。

采用條形碼識(shí)別

常見(jiàn)的條形碼是由反射率相差很大的黑條（簡(jiǎn)稱條）和白條（簡(jiǎn)稱空）排成的平行線圖案。由于圖書(shū)館藏書(shū)量較大，設(shè)計(jì)采用廉價(jià)的條形碼作為標(biāo)簽標(biāo)識(shí)圖書(shū)信息，學(xué)生借還書(shū)籍只需要使用條形碼掃描器掃描貼在圖書(shū)上的條形碼,即可識(shí)別該圖書(shū)并完成圖書(shū)借還操作。

二維碼讀取

基于二維碼技術(shù)的智慧校園建設(shè)，其基本原理是對(duì)校內(nèi)各種對(duì)象的感知、定位與控制。通過(guò)對(duì)物資器材、基礎(chǔ)設(shè)施等資源進(jìn)行信息化改造，即對(duì)校園內(nèi)需要感知的對(duì)象進(jìn)行二維碼標(biāo)簽標(biāo)識(shí)，然后運(yùn)用標(biāo)簽讀取器和智能手機(jī)等設(shè)備對(duì)二維碼標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別，直接獲取物品信息或跳轉(zhuǎn)到指定信息網(wǎng)頁(yè)瀏覽信息。采用基于二維碼的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得校園對(duì)象的感知能力極大加強(qiáng)，感知效率和范圍得到顯著提高。

Wi-Fi定位

目前校園無(wú)線AP（無(wú)線接入點(diǎn)設(shè)備）主要覆蓋辦公樓、實(shí)訓(xùn)樓、辦公樓、餐廳等樓宇，近期將和南京電信合作，將電信AP與學(xué)院自己布置的AP進(jìn)行無(wú)線資源整合，從而擴(kuò)大校園無(wú)線網(wǎng)的覆蓋范圍。由于學(xué)院采用“瘦AP”方案，即所有AP均采用統(tǒng)一AC（集中控制器）控制，通過(guò)AC可以直接看到每個(gè)AP所連接的無(wú)線用戶。由于每個(gè)無(wú)線AP實(shí)際覆蓋范圍不大（10多米），用戶使用智能手機(jī)連接校園無(wú)線網(wǎng)，設(shè)計(jì)根據(jù)用戶所連接AP位置對(duì)用戶進(jìn)行位置定位。采用此定位技術(shù)，充分地應(yīng)用了校園無(wú)線網(wǎng)資源，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)用戶地理定位。

可以基于校園無(wú)線網(wǎng)定位技術(shù)的智慧校園用戶隨時(shí)隨地了解目前所在的位置，并且根據(jù)AP布置密度，可以精確到樓層。用戶只要打開(kāi)智能手機(jī)Wi-Fi功能，并連接校園無(wú)線網(wǎng)信號(hào)，此時(shí)用戶已經(jīng)連接上無(wú)線AP，智慧校園系統(tǒng)通過(guò)用戶連接的AP就能獲取到用戶地理位置信息。

網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)

IP有線網(wǎng)

校園有線網(wǎng)絡(luò)覆蓋所有辦公與教學(xué)區(qū)域，而且還覆蓋了食堂、學(xué)生宿舍與商業(yè)街等生活區(qū)域，保證了智慧校園網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母采w面。如圖2所示，有線網(wǎng)絡(luò)采用千兆骨干，百兆速率到桌面的架構(gòu)，其中學(xué)生宿舍區(qū)域采用EPON方式建設(shè)，其他區(qū)域采用核心層、匯聚層與接入層的三層以太網(wǎng)架構(gòu)模式。無(wú)論是EPON還是三層架構(gòu)的以太網(wǎng)都具有傳輸速率高，拓展性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

WLAN

學(xué)院在有線網(wǎng)絡(luò)布置的基礎(chǔ)上，從2009年開(kāi)始建設(shè)校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，采用瘦AP（無(wú)線接入點(diǎn)）與AC（無(wú)線控制器）架構(gòu)的方式，其中連接于校園骨干網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線AC設(shè)備通過(guò)校園有線網(wǎng)與AP之間通信，不僅向AP下發(fā)網(wǎng)絡(luò)配置與運(yùn)行指令，而且負(fù)責(zé)無(wú)線用戶數(shù)據(jù)傳輸。采用AP集中控制的無(wú)線布置方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園無(wú)線網(wǎng)集中管理與控制。目前，校園無(wú)線網(wǎng)“njcit”信號(hào)已經(jīng)覆蓋了辦公區(qū)域、教學(xué)區(qū)域和公共場(chǎng)所區(qū)域（圖書(shū)館、食堂），方便用戶使用筆記本與智能手機(jī)連接到校園網(wǎng)。

應(yīng)用層設(shè)計(jì)

圖3所示是以學(xué)生為主題、以數(shù)字化校園平臺(tái)為核心的智慧校園邏輯結(jié)構(gòu)，主要包括智慧學(xué)習(xí)、智慧生活和智慧管理三個(gè)方面。其中，數(shù)字化校園平臺(tái)包含了所有學(xué)生、教工、課程、圖書(shū)等方面的總數(shù)據(jù)庫(kù)信息，智慧學(xué)習(xí)、智慧生活與智慧管理應(yīng)用數(shù)字化校園，作為共有平臺(tái)根據(jù)智慧校園應(yīng)用設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)各自應(yīng)用功能模塊。

智慧學(xué)習(xí)

大學(xué)學(xué)習(xí)已經(jīng)不再是中學(xué)那樣被動(dòng)式學(xué)習(xí)，沒(méi)有家長(zhǎng)與教師的督促情況下學(xué)生更需要主動(dòng)學(xué)習(xí)。通過(guò)智慧學(xué)習(xí)方便學(xué)生及時(shí)了解有關(guān)學(xué)習(xí)方面的信息，推進(jìn)學(xué)生積極參與大學(xué)學(xué)習(xí)，并通過(guò)智慧化的管理手段讓教師及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況。智慧學(xué)習(xí)主要包含智慧選課、智慧考勤、智慧圖書(shū)與期刊借閱、智慧講座參與和智慧交互實(shí)驗(yàn)與作業(yè)5個(gè)功能模塊，如圖4所示。

圖2 南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園網(wǎng)架構(gòu)

圖3 智慧校園應(yīng)用層邏輯結(jié)構(gòu)

1.智慧選課。大學(xué)期間每個(gè)學(xué)生需要在畢業(yè)之前完成一定學(xué)分的選修課學(xué)習(xí)。在每學(xué)期初，學(xué)生登錄數(shù)字化校園選課系統(tǒng)進(jìn)行選課，由于每門課程學(xué)生人數(shù)的限制導(dǎo)致部分同學(xué)沒(méi)有選中自己意向課程而隨便選擇其他課程達(dá)到完成學(xué)分的目的，這部分學(xué)生不但學(xué)習(xí)沒(méi)有積極性，課程通過(guò)性也大打折扣。通過(guò)設(shè)計(jì)智慧選課系統(tǒng)，根據(jù)學(xué)生專業(yè)在選課之前將相關(guān)專業(yè)選修課推送給學(xué)生了解，并且如果學(xué)生一旦沒(méi)有選中自己意向的課程，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)推薦其他幾門沒(méi)有被選滿但是與該同學(xué)專業(yè)相關(guān)的課程。

2.智慧考勤。目前學(xué)生考勤主要通過(guò)教師直接或提問(wèn)等間接性點(diǎn)名方式完成考勤操作，直接點(diǎn)名耽誤上課時(shí)間，間接點(diǎn)名又不能實(shí)現(xiàn)所有學(xué)生完全點(diǎn)到。設(shè)計(jì)智慧考勤系統(tǒng)，教師需要點(diǎn)名時(shí)在系統(tǒng)中生成二維碼并打印臨時(shí)貼在教室門口，要求學(xué)生上課用智能手機(jī)掃描該二維碼并聯(lián)網(wǎng)，智慧考勤系統(tǒng)就能自動(dòng)完成該學(xué)生上課考勤簽到操作，既不耽誤老師上課時(shí)間，又實(shí)現(xiàn)全班快速點(diǎn)名操作，即使是在階梯教室，也可以在上課之前或課間快速完成100多名學(xué)生的點(diǎn)名操作。

3.圖書(shū)與期刊借閱智慧化。圖書(shū)館是校園較大的學(xué)生公共活動(dòng)場(chǎng)所之一，目前借閱操作通過(guò)掃描粘貼在圖書(shū)上的條形碼，并結(jié)合一卡通系統(tǒng)完成。設(shè)計(jì)在每本圖書(shū)上增加二維碼標(biāo)簽，設(shè)計(jì)為館藏每本圖書(shū)生成并粘貼二維碼，圖書(shū)管理員掃描圖書(shū)二維碼能夠獲取書(shū)本所在書(shū)架的定位信息，方便圖書(shū)整理，用戶使用智能手機(jī)掃描圖書(shū)上的二維碼，手機(jī)在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下將直接跳轉(zhuǎn)到指定網(wǎng)頁(yè)，顯示該圖書(shū)的基本信息與借閱時(shí)間，方便用戶及時(shí)了解該書(shū)歸還時(shí)間，以免借閱超期。此外，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)不同，通過(guò)微信平臺(tái)定期向不同的學(xué)生推送專業(yè)相關(guān)新書(shū)，方便學(xué)生結(jié)合自己專業(yè)即時(shí)借閱適合書(shū)籍。

4.智慧講座參與。根據(jù)學(xué)生專業(yè)，通過(guò)微信平臺(tái)推送近期專業(yè)相關(guān)講座信息，并在每場(chǎng)講座門口生成并粘貼二維碼，學(xué)生通過(guò)智能手機(jī)掃描二維碼聯(lián)網(wǎng)，在智慧校園系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)聽(tīng)講座考勤的操作。

圖4 智慧學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)

圖6 智慧管理結(jié)構(gòu)

5.智慧交互實(shí)驗(yàn)與作業(yè)。大學(xué)學(xué)習(xí)除了學(xué)生聽(tīng)講以外，教師在平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中主要通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)與布置作業(yè)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。通過(guò)設(shè)計(jì)智慧交互實(shí)驗(yàn)與作業(yè)功能，教師錄制實(shí)驗(yàn)操作與步驟發(fā)布到智慧校園系統(tǒng)，供學(xué)生預(yù)習(xí)使用，學(xué)生實(shí)驗(yàn)成功以后可以自行用智能手機(jī)錄制并上傳至智慧校園系統(tǒng)，教師登錄系統(tǒng)并可通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)視頻給予實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定，這種形象的方法比實(shí)驗(yàn)報(bào)告更能夠體現(xiàn)出學(xué)生實(shí)驗(yàn)的真實(shí)水平，尤其對(duì)于制作雙絞線RJ—45接口等對(duì)制作工藝有要求的實(shí)驗(yàn)更加具有實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)與判定的作用。教師也可以通過(guò)智慧校園系統(tǒng)發(fā)布各種題型的作業(yè)，讓學(xué)生登錄系統(tǒng)完成并提交，對(duì)于畫(huà)圖等主觀題，學(xué)生可以通過(guò)智能手機(jī)將做在紙質(zhì)上的圖拍下來(lái)上傳至系統(tǒng)供老師評(píng)閱。

智慧生活

大學(xué)校園是一個(gè)小社會(huì)，大學(xué)生活亦然豐富多彩，設(shè)計(jì)智慧生活模塊，讓學(xué)生即時(shí)了解校園生活方面的信息。圖5所示是智慧生活結(jié)構(gòu)圖，學(xué)生校園生活主要包含一卡通消費(fèi)、上網(wǎng)消費(fèi)、智慧社團(tuán)活動(dòng)參與三個(gè)方面。

圖7 能源監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

1.校園一卡通消費(fèi)智能化。目前學(xué)院一卡通消費(fèi)系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋到了食堂、浴室、商業(yè)街等學(xué)生生活方面。設(shè)計(jì)通過(guò)Wi-Fi定位與即時(shí)消息推送相結(jié)合，學(xué)生攜帶智能手機(jī)打開(kāi)Wi-Fi接入校園網(wǎng)，在食堂智慧校園系統(tǒng)根據(jù)該學(xué)生所處位置以消息方式推送當(dāng)前推薦的特色菜肴與食品優(yōu)惠信息，也可以推送一些健康飲食相關(guān)信息給學(xué)生以達(dá)到提高學(xué)生生活質(zhì)量目的。在商業(yè)街根據(jù)學(xué)生所處位置推送當(dāng)前各小賣部的優(yōu)惠活動(dòng)信息，方便學(xué)生在校園內(nèi)的生活消費(fèi)。學(xué)生通過(guò)智慧校園手機(jī)客戶端，聯(lián)網(wǎng)可以查詢自己校園一卡通消費(fèi)信息。

2.上網(wǎng)消費(fèi)智慧化。目前學(xué)生可以在宿舍以及學(xué)院公共場(chǎng)所通過(guò)有線無(wú)線上網(wǎng)方式連接校園網(wǎng)，并且通過(guò)上網(wǎng)自助服務(wù)系統(tǒng)查詢校園網(wǎng)賬號(hào)使用情況。但是上網(wǎng)資費(fèi)優(yōu)惠以及相關(guān)活動(dòng)信息學(xué)生目前只能通過(guò)校園BBS論壇平臺(tái)或者海報(bào)通告才能知曉，需要學(xué)生主動(dòng)查詢優(yōu)惠活動(dòng)信息。設(shè)計(jì)通過(guò)微信平臺(tái)向?qū)W生推送校園網(wǎng)優(yōu)惠信息以及網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)相關(guān)知識(shí)，通過(guò)智慧校園系統(tǒng)定期推送各學(xué)生上網(wǎng)賬號(hào)余額等信息，學(xué)生無(wú)需主動(dòng)查詢并可得知校園網(wǎng)消費(fèi)相關(guān)信息。

3.智慧社團(tuán)活動(dòng)參與。學(xué)生加入不同社團(tuán)的微信公共賬號(hào)，及時(shí)了解該社團(tuán)相關(guān)活動(dòng)并積極參與。

智慧管理

大學(xué)校園一般占地面積大，資源種類較多，涉及安全管理、后勤等多個(gè)部門的管理，通常這些部門不能即時(shí)掌握校園資源的使用狀況而造成能源浪費(fèi)、資產(chǎn)流失的情況，通過(guò)設(shè)計(jì)智慧管理模塊，能夠提高學(xué)院資源與安全管理相關(guān)部門的管理能力。校園智慧管理主要從資產(chǎn)、能源、安全和車輛管理4個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖6所示。

1.資產(chǎn)管理智慧化。目前學(xué)院國(guó)有資產(chǎn)處組織，結(jié)合各部分行政人員配合統(tǒng)計(jì)管理資產(chǎn)，配有一套資產(chǎn)管理系統(tǒng)，相關(guān)人員通過(guò)手動(dòng)在資產(chǎn)管理系統(tǒng)中輸入或查閱，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。設(shè)計(jì)國(guó)有資產(chǎn)處為新采購(gòu)的資產(chǎn)設(shè)備（辦公電腦、實(shí)驗(yàn)器材、桌椅等）生成并粘貼二維碼標(biāo)簽，同時(shí)在智慧校園系統(tǒng)編寫(xiě)該設(shè)備相關(guān)資產(chǎn)信息進(jìn)行資產(chǎn)登記。資產(chǎn)管理人員和設(shè)備使用者今后只要使用智能手機(jī)掃描設(shè)備二維碼標(biāo)簽，聯(lián)網(wǎng)可以直接跳轉(zhuǎn)到指定頁(yè)面顯示該設(shè)備的資產(chǎn)信息。

2.智慧能源管理。學(xué)院能源主要包括水電氣的消耗，通過(guò)人工定期抄表的方式了解與統(tǒng)計(jì)能源消耗情況，此方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力并且對(duì)于能源浪費(fèi)的情況（如自來(lái)水龍頭沒(méi)有關(guān)，水管爆裂，或者辦公室大功率電器人員離開(kāi)沒(méi)有及時(shí)關(guān)閉）不能及時(shí)知曉。設(shè)計(jì)能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖7所示，如在電力方面，在目前學(xué)院各樓宇支干電路上安裝計(jì)量電表，并通過(guò)RS—485通訊線纜連接至各采集器，采集器通過(guò)雙絞線連入校園網(wǎng)并與能源監(jiān)測(cè)服務(wù)器通信，智慧校園系統(tǒng)與能源監(jiān)測(cè)服務(wù)系統(tǒng)對(duì)接，后勤部門相關(guān)人員在智慧校園系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院各位置的能源消耗情況，通過(guò)對(duì)能源消耗較大原因的分析并采取相關(guān)能源節(jié)約措施。

3.校園安全智慧管理。學(xué)院已經(jīng)招標(biāo)實(shí)施校園數(shù)字監(jiān)控布置，設(shè)計(jì)將數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)與智慧校園信息平臺(tái)對(duì)接，學(xué)院綜合安全管理部門人員通過(guò)信息平臺(tái)聯(lián)網(wǎng)能夠即時(shí)接收安全報(bào)警信息。此外，相關(guān)人員根據(jù)GPS定位，在智慧校園系統(tǒng)中還可以查詢目前該區(qū)域監(jiān)控探頭的位置信息。

4.智慧車輛管理。目前學(xué)院已經(jīng)實(shí)現(xiàn)教工車輛物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別，在每個(gè)教工汽車粘貼RFID標(biāo)簽，車輛通過(guò)學(xué)院門口閘口會(huì)自動(dòng)打開(kāi)。設(shè)計(jì)將該物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與智慧校園系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)車輛管理智能化，不僅只是識(shí)別校園車輛，而且還可以通過(guò)識(shí)別教工車輛進(jìn)出記錄時(shí)間，實(shí)現(xiàn)汽車進(jìn)出校園自動(dòng)完成上下班考勤的功能。

(作者單位為南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖文信息中心)