宋 嚴(yán)，王志軍

(長春師范大學(xué)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(yán)，王志軍

(長春師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心，吉林長春 130032)

目前，物聯(lián)網(wǎng)已被確認(rèn)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(diǎn)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(kuò)展到任務(wù)物體，進(jìn)行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)最初在美國被提出時(shí)，還只是停留在給全球每個(gè)物品一個(gè)代碼，實(shí)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(jì)算機(jī)、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(xué)、科研、管理等方面水平的實(shí)際需要，以加快高校教學(xué)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(xué)習(xí)和生活一體化環(huán)境，這個(gè)一體化環(huán)境以各種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體，將教學(xué)、科研、管理和校園生活進(jìn)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(yùn)行各個(gè)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(yùn)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(shí)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(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)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(xué)院在1999年提出的，射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。RFID技術(shù)是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用射頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞，達(dá)到物體識(shí)別的目的。在物聯(lián)網(wǎng)近15年的發(fā)展運(yùn)行過程中，還存在許多問題，其中技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)是首要問題。互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展到今天，全球進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)化的與現(xiàn)有校園網(wǎng)絡(luò)連接的機(jī)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(xué)提出建設(shè)一個(gè)“令人激動(dòng)”的“智慧校園”。這幅藍(lán)圖描繪的是：無處不在的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、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(gè)核心特征：一是為廣大師生提供一個(gè)全面的智能感知環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺(tái)，提供基于角色的個(gè)性化定制服務(wù)；二是將基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信息服務(wù)融入學(xué)校的各個(gè)應(yīng)用與服務(wù)領(lǐng)域，實(shí)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(tái)，為學(xué)校與外部世界提供一個(gè)相互交流和相互感知的接口[1]。為了達(dá)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(dòng)識(shí)別技術(shù)中的條碼識(shí)別技術(shù)、磁卡識(shí)別技術(shù)、IC卡識(shí)別技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)等方式，自動(dòng)采集高校內(nèi)人、物、事件運(yùn)轉(zhuǎn)的各類信息，并提供給后臺(tái)的計(jì)算機(jī)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(chǔ)和高性能的應(yīng)用服務(wù)器，挖掘?qū)Ω咝＿\(yùn)行管理中有價(jià)值的信息，方便領(lǐng)導(dǎo)決策、教師教學(xué)、科研管理、資產(chǎn)物品管理以及師生校園生活管理等各個(gè)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(shí)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(shí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，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(gè)完整的定義，各高校根據(jù)自身的管理特點(diǎn)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(xiàng)目組在實(shí)際研究和應(yīng)用工作中探索的自動(dòng)識(shí)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(xué)中的應(yīng)用

教學(xué)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(xué)校的教學(xué)環(huán)節(jié)中一直是我們研究的主要方向。

在教學(xué)環(huán)節(jié)上，首先要重視課堂環(huán)境，為師生提供一個(gè)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(tái)統(tǒng)一調(diào)配，使教室環(huán)境能夠通過相關(guān)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足教學(xué)需要。還可以通過在教室媒體教學(xué)平臺(tái)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(xué)功能，而不再使用鑰匙管理多媒體設(shè)備。

在教學(xué)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(jìn)行數(shù)據(jù)采集，師生在課上和課后的互動(dòng)也可通過智能終端實(shí)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(xué)樓內(nèi)各教室的利用狀態(tài)，從而方便學(xué)生實(shí)現(xiàn)選擇自習(xí)教室、旁聽學(xué)習(xí)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(xué)生考試的狀態(tài)進(jìn)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(xué)生和教師對整個(gè)教學(xué)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(xué)中存在的問題并及時(shí)進(jìn)行修正，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化高校教學(xué)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(yùn)行體系中，固定資產(chǎn)管理是一項(xiàng)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(hù)的技術(shù)水平良莠不齊，應(yīng)用于教學(xué)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(huì)直接導(dǎo)致高校固定資產(chǎn)的提前損壞、報(bào)廢或流失。

目前多數(shù)高校采用粘貼設(shè)備條形碼標(biāo)簽的方式對設(shè)備進(jìn)行標(biāo)示和管理，但這種簡單的標(biāo)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(diǎn)、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)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(biāo)簽，結(jié)合各類安裝在不同位置的傳感器，自動(dòng)獲取資產(chǎn)情況的詳細(xì)信息，包括設(shè)備運(yùn)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(tái)通過傳感器將設(shè)備基礎(chǔ)信息傳遞到設(shè)備的RFID標(biāo)簽中進(jìn)行存儲(chǔ)，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?biāo)簽成本問題，這些都是今后研究的方向。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)在高校學(xué)生管理中的應(yīng)用

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

圖2 學(xué)生甲的校園活動(dòng)軌跡圖

學(xué)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(dòng)。由此判斷學(xué)生甲在當(dāng)天的表現(xiàn)正常。

圖3 學(xué)生乙的校園活動(dòng)軌跡圖

學(xué)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(shí)間上網(wǎng)，影響學(xué)習(xí)。

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(xué)機(jī)房用電、實(shí)驗(yàn)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(shí)時(shí)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(dòng)抄表系統(tǒng)對各區(qū)域和功能的能耗進(jìn)行提取，包括用水、用電的數(shù)值，可將計(jì)量數(shù)據(jù)采集到系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫中，平臺(tái)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(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)或定時(shí)完成系統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)室和機(jī)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(biāo)簽，并完善學(xué)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(diǎn)，對上述設(shè)備能耗進(jìn)行采集、分析，做到實(shí)時(shí)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(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，EPOSS(歐洲智能系統(tǒng)基層技術(shù)平臺(tái))分析預(yù)測，2020年之后地球上的物體進(jìn)入全智能化，世界迎來物聯(lián)網(wǎng)普及時(shí)代。在高校各環(huán)節(jié)加以推廣和使用，進(jìn)而對通過RFID技術(shù)采集的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析挖掘，為學(xué)校的師生、領(lǐng)導(dǎo)和管理人員服務(wù)，是物聯(lián)網(wǎng)在高校應(yīng)用的動(dòng)力。雖然物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議還有待設(shè)計(jì)和統(tǒng)一，數(shù)據(jù)的安全和管理平臺(tái)還有待健全，但智慧校園將會(huì)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使高校信息化建設(shè)達(dá)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(huì)和商業(yè)價(jià)值的平臺(tái)。

[1]關(guān)輝.物聯(lián)網(wǎng)在高校教學(xué)和管理中的應(yīng)用探討[J].軟件導(dǎo)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(xué)學(xué)報(bào),2013(5):99-100.

[3]劉翔翔,楊勇平.以校園網(wǎng)為平臺(tái)的校園物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建研究[J].辦公自動(dòng)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(jì)劃項(xiàng)目(20100512)；長春師范大學(xué)自然科學(xué)基金項(xiàng)目(長師院自科合字[2011]第012號(hào))；長春師范大學(xué)工程中心項(xiàng)目(長師大自科合字[2013]專第005號(hào))。

宋 嚴(yán)(1982- )，男，吉林磐石人，長春師范大學(xué)網(wǎng)絡(luò)中心實(shí)驗(yàn)師，碩士，從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)研究。

TP393.0

A

2095-7602(2014)06-0028-04