盧喜利，周月鵬

教育信息化背景下智慧校園的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究

盧喜利，周月鵬

（韶關(guān)學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

隨著教育信息化的推進(jìn)，智慧校園將成為未來高校信息化的主要發(fā)展方向，云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧校園的建設(shè)中起著決定性的作用.這些先進(jìn)技術(shù)可以對(duì)校園生活、教學(xué)進(jìn)行綜合管理，可以有效的對(duì)學(xué)生安全進(jìn)行防衛(wèi).通過分析物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用，描繪智慧校園為學(xué)校師生和教職員工提供的多種多樣的校園文化、平安和諧、智能便捷的校園生活.最后對(duì)智慧校園的發(fā)展進(jìn)行展望.

智慧校園；物聯(lián)網(wǎng)；云計(jì)算；RFID

教育信息化的建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期的發(fā)展過程，有客觀的路徑及規(guī)律性，建設(shè)的不同階段具有各異的特征. 21世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)各大高校都在建設(shè)數(shù)字校園，在建設(shè)過程中都有自己探索和規(guī)劃的模式，都是圍繞著應(yīng)用展開教育信息化的建設(shè).數(shù)字校園的內(nèi)涵建設(shè)包含兩個(gè)方面：一方面是信息在應(yīng)用方面的集成與數(shù)據(jù)整合，建設(shè)目標(biāo)是完成學(xué)校信息在應(yīng)用方面的集成、實(shí)現(xiàn)各類信息資源的整合；另一方面是構(gòu)建基于標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、各種信息資源充分共享和傳輸?shù)钠脚_(tái)［1］.

數(shù)字校園建設(shè)在最初一段時(shí)期確實(shí)產(chǎn)生了積極作用，改變了學(xué)校的傳統(tǒng)教學(xué)模式和業(yè)務(wù)流程，但這種變革沒有產(chǎn)生顯著、可持續(xù)的影響，變革過程是被動(dòng)且緩慢的［1］.北京師范大學(xué)的黃榮懷等人認(rèn)為數(shù)字校園過渡到智慧校園是必然的，然后從學(xué)習(xí)環(huán)境的變革方面進(jìn)行了分析［2］，江蘇師范大學(xué)的王運(yùn)武等人則論述了這個(gè)過程中的系統(tǒng)思維缺失現(xiàn)象［3］.

隨著高校教育信息化的推進(jìn)，信息化建設(shè)進(jìn)入了新的發(fā)展階段.智慧地球、智慧城市、智慧校園、智能醫(yī)療、智慧交通、智能家居的建設(shè)都如火如荼的進(jìn)行中，智慧校園成為教育信息化建設(shè)的重要組成部分［4］.高等學(xué)校也應(yīng)該抓住機(jī)遇，圍繞“智慧”理念，打造智慧、平安、和諧的校園.

1 智慧校園

智慧校園是在數(shù)字校園，智慧城市之后產(chǎn)生的一個(gè)新概念.目前在中國(guó)高校中，還沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的智慧校園.不過隨著高校加大投入智慧校園的建設(shè)，某些高校已經(jīng)能夠提供較為完善的服務(wù)［5］.

智慧校園是指通過云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)在校園中的應(yīng)用，完成對(duì)高校教職員工、學(xué)生以及學(xué)校的各種資源進(jìn)行交互方式的更新，將學(xué)校的基礎(chǔ)設(shè)施、科研成果、教學(xué)資源進(jìn)行整合，從而使得應(yīng)用更加靈活、快捷，促使校園服務(wù)模式的智能化.在實(shí)際應(yīng)用中，智慧校園的實(shí)現(xiàn)過程是把傳感器安裝到圖書館、教室、餐廳、實(shí)驗(yàn)室、宿舍等場(chǎng)所中，通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“物物相連”形成“物聯(lián)網(wǎng)”，最終實(shí)現(xiàn)校園資源和系統(tǒng)的整合［6］.

智慧校園的建設(shè)，可以提高學(xué)校的信息服務(wù)質(zhì)量，構(gòu)建一個(gè)智能、協(xié)作和開放的信息服務(wù)平臺(tái)，讓每個(gè)使用者體驗(yàn)該平臺(tái)的智能化服務(wù).它是一種全新的學(xué)習(xí)、生活和管理模式，以智能化的方式來體現(xiàn)我們的工作、學(xué)習(xí)、交流與管理的校園生活.

2 智慧校園的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 云計(jì)算

云計(jì)算是這些年被炒得比較熱的技術(shù)名詞.從本質(zhì)上講，云計(jì)算不能算是一項(xiàng)全新的技術(shù)，它是在網(wǎng)格計(jì)算、虛擬化技術(shù)、并行計(jì)算以及分布式計(jì)算基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新模式.

云計(jì)算的基本原理是利用非本地或遠(yuǎn)程服務(wù)器群的分布式計(jì)算機(jī)為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供計(jì)算、存儲(chǔ)、軟硬件等服務(wù).簡(jiǎn)單地說，云計(jì)算整合了很多位于不同地點(diǎn)或者相同地點(diǎn)的閑置的計(jì)算資源，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為用戶提供“服務(wù)和解決方案”［7］.以用戶為主體并為其提供平臺(tái)、基礎(chǔ)架構(gòu)、軟件等服務(wù)，整合大量的計(jì)算、數(shù)據(jù)、應(yīng)用、存儲(chǔ)等分布式資源進(jìn)行協(xié)同工作的超級(jí)計(jì)算模式.云計(jì)算是虛擬化技術(shù)應(yīng)用成果的體現(xiàn)，而虛擬化技術(shù)為云計(jì)算的實(shí)現(xiàn)提供了很好的技術(shù)支持［8］.

云計(jì)算是計(jì)算機(jī)業(yè)界、學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)名詞與技術(shù)，已經(jīng)成為未來發(fā)展的重要趨勢(shì)之一.微軟、Google、Amazon、IBM等信息巨頭都在進(jìn)行與云相關(guān)的技術(shù)研究和開發(fā)［9］.

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是指通過激光掃描儀、射頻識(shí)別、全球定位系統(tǒng)（GPS）、紅外感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議把物品接入到互聯(lián)網(wǎng)中進(jìn)行信息交換和通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的識(shí)別、跟蹤、管理和定位的一種網(wǎng)絡(luò)［10］.

通俗的講，物聯(lián)網(wǎng)是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是互聯(lián)網(wǎng)的拓展和延伸；用戶端不再局限于人與人之間，而是物品與物品之間進(jìn)行信息通信和數(shù)據(jù)交換，能夠?qū)ξ锲愤M(jìn)行識(shí)別、跟蹤和定位.物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)的革命性發(fā)展.

物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過程中關(guān)鍵的技術(shù)是射頻識(shí)別（RFID）技術(shù).RFID英文全稱是Radio Frequency Identification，是一種由雷達(dá)技術(shù)衍生的技術(shù)，通過射頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的非接觸自動(dòng)識(shí)別.該技術(shù)通過閱讀器發(fā)射的電磁波自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象和讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，不需要人工操作，可工作于各種惡劣環(huán)境.RFID技術(shù)具有識(shí)別效果好、速度快、距離遠(yuǎn)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、容量大、壽命長(zhǎng)、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，以及可支持快速讀寫、移動(dòng)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別、定位及長(zhǎng)期跟蹤管理.

3 云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 云計(jì)算在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用

（1）智慧校園的云計(jì)算平臺(tái)

智慧校園的云計(jì)算平臺(tái)包括3個(gè)層次，第一層是基礎(chǔ)設(shè)施層（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、第二層是平臺(tái)層（平臺(tái)即服務(wù)）、第三層是應(yīng)用層（軟件即服務(wù)）.基礎(chǔ)設(shè)施又包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)和服務(wù)器等硬件部分.平臺(tái)提供虛擬硬件資源和服務(wù)器租用等服務(wù)，包括認(rèn)證、授權(quán)、數(shù)據(jù)管理等.平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫、開發(fā)平臺(tái)以及中間件等組成.軟件服務(wù)層（應(yīng)用層）是智慧校園的核心，也是智慧校園的上層服務(wù).智慧校園教育信息化系統(tǒng)部署在軟件服務(wù)層，通過系統(tǒng)門戶提供服務(wù)，是用戶獲得服務(wù)的入口［11］.智慧校園云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)見圖1.

圖1 智慧校園云計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)

（2）云計(jì)算在虛擬實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用

云計(jì)算是支撐智慧校園建設(shè)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，借助于網(wǎng)絡(luò)載體，通過虛擬技術(shù)為用戶提供高效率、智能化的基礎(chǔ)架構(gòu)和平臺(tái).下面以云計(jì)算在虛擬實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用為例講解云計(jì)算在智慧校園中的應(yīng)用.

學(xué)生實(shí)驗(yàn)是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，通過動(dòng)手調(diào)試實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的動(dòng)手能力，探索新的領(lǐng)域，獲取更多知識(shí).然而，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室不可能每天都開放，也不可能讓每個(gè)學(xué)生隨時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不能保證每個(gè)學(xué)生都擁有自己的實(shí)驗(yàn)室.為解決這個(gè)問題，可以使用云計(jì)算平臺(tái).云計(jì)算平臺(tái)通過遠(yuǎn)程桌面和資源共享的方式，使學(xué)校師生都可以通過客戶端訪問云平臺(tái)，體會(huì)海量存儲(chǔ)和高速運(yùn)行，可以很好地實(shí)現(xiàn)每個(gè)師生擁有一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)想.在虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)過程中，首先要完成實(shí)驗(yàn)室環(huán)境準(zhǔn)備，搭建虛擬化資源池，然后通過自動(dòng)化方式完成資源的申請(qǐng)、監(jiān)控和回收，用戶通過虛擬桌面可以對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問［7］.

3.2 物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用

智慧校園的一個(gè)很明顯特征是智能感知，能夠借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)校園生活、教學(xué)資源、教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生的安全等進(jìn)行綜合管理.智慧校園展示了一個(gè)更加高效、便捷、智能、和諧的校園環(huán)境.

物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的應(yīng)用主要包括3個(gè)方面，分別是教學(xué)管理、校園生活以及安全防衛(wèi).

（1）教學(xué)管理

智慧校園的教學(xué)管理主要包括3部分：智慧課程、自動(dòng)考勤管理和智慧圖書館.

智慧課程是教師將所有課程資源上傳到云平臺(tái)上，學(xué)生通過手機(jī)或計(jì)算機(jī)這些終端設(shè)備進(jìn)行登陸訪問，在終端設(shè)備上完成課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí).教師也可以將學(xué)生需要完成的作業(yè)，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到學(xué)生的終端.學(xué)生完成作業(yè)后自動(dòng)批改，系統(tǒng)對(duì)出錯(cuò)情況進(jìn)行分析，給出參考答案，教師也可以通過智慧課程模塊對(duì)學(xué)生的完成情況進(jìn)行分析，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和總結(jié)［12］.

考勤管理是學(xué)校授課過程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，通過點(diǎn)名的形式實(shí)現(xiàn)，考勤一般由任課教師或者班委承擔(dān)，點(diǎn)名過程既浪費(fèi)教師授課也耽誤學(xué)生學(xué)習(xí).在每一間教室門口安裝一個(gè)RFID閱讀器來完成自動(dòng)考勤管理，閱讀器通過讀取進(jìn)出教室的教師和學(xué)生的RFID卡中信息，快速準(zhǔn)確的記錄教師和學(xué)生進(jìn)出教室的時(shí)間，同時(shí)可以生成學(xué)生曠課、早退、遲到的報(bào)表，準(zhǔn)確性高，便于教師記錄平時(shí)成績(jī)，也方便教學(xué)管理部門查詢［12］.

智慧圖書館主要提供智慧管理、自助借還、智能統(tǒng)計(jì)服務(wù).物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧圖書館的實(shí)現(xiàn)過程中起著至關(guān)重要的作用.目前大部分圖書上面粘貼的都是普通的條形碼標(biāo)簽，條形碼標(biāo)簽在閱讀距離和閱讀速度方面趕不上RFID標(biāo)簽，智慧圖書館的應(yīng)用主要是RFID電子標(biāo)簽的使用.智能書車是在移動(dòng)設(shè)備上安裝了RFID閱讀器，通過移動(dòng)智能書車來實(shí)現(xiàn)定位、查詢和導(dǎo)航功能［13］.

（2）校園生活

校園生活主要包含3個(gè)方面，分別是智能食堂管理、智能宿舍管理和智能浴室管理.

智能食堂管理是智慧校園建設(shè)過程中很重要的一部分.它包括3部分：第一部分是RFID閱讀器，第二部分是含RFID電子標(biāo)簽的飯卡，第三部分是后臺(tái)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng).學(xué)校師生每人的飯卡中都植入了RFID標(biāo)簽，卡里面包含了用戶注冊(cè)信息和使用信息.在食堂的每個(gè)窗口都安裝RFID閱讀器，通過閱讀器讀取卡中信息，比如說讀取卡中金額.刷卡后扣除相應(yīng)金額，再將修改數(shù)據(jù)寫入到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中.后臺(tái)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲(chǔ)用戶的注冊(cè)信息和消費(fèi)情況，方便用戶和管理部門對(duì)食堂權(quán)限范圍內(nèi)的消費(fèi)業(yè)務(wù)進(jìn)行查詢［13］.

智能宿舍管理可以對(duì)學(xué)生的歸宿進(jìn)行快速、高效、智能的管理.可以解決學(xué)生晚歸和夜不歸宿的問題.宿舍門口安裝有RFID閱讀器，當(dāng)學(xué)生拿著RFID卡通過宿舍門口時(shí)，閱讀器可以感應(yīng)學(xué)生的進(jìn)出情況，從而統(tǒng)計(jì)出當(dāng)前進(jìn)入宿舍樓的人數(shù)，并且可以很清楚的統(tǒng)計(jì)出哪些同學(xué)在宿舍，哪些同學(xué)不在宿舍.

當(dāng)學(xué)生在學(xué)校規(guī)定時(shí)間之前沒有回到宿舍，系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)出這些學(xué)生信息，并給這些學(xué)生手機(jī)發(fā)送短信提示，同時(shí)將未到宿舍的學(xué)生信息發(fā)送到宿舍管理人員的手機(jī)上.通過智能宿舍管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生宿舍考勤的智能化管理，并且宿舍管理部門能及時(shí)統(tǒng)計(jì)報(bào)表，大大提高管理效率和統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確率［14］.

智能浴室管理可以實(shí)現(xiàn)用水自動(dòng)化計(jì)費(fèi)管理.使用時(shí)將卡放到閱讀器上，閱讀器通過發(fā)射信號(hào)讀取卡上余額并顯示出來，然后根據(jù)用水情況進(jìn)行計(jì)費(fèi)［15］.

（3）安全防衛(wèi)

隨著高校的擴(kuò)招，學(xué)校的建筑規(guī)模和學(xué)生規(guī)模都在不斷加大，舊的安保方式在發(fā)展過程中就顯得捉襟見肘.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為學(xué)校的安全防衛(wèi)提供了支持.學(xué)?？梢栽诿舾袇^(qū)域安裝傳感設(shè)備，安保部門則通過射頻識(shí)別、GPS及傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)校人員和固定資產(chǎn)的全方位監(jiān)控，當(dāng)有安全隱患時(shí)，設(shè)備自動(dòng)報(bào)警，安保人員得到信息后可以第一時(shí)間到達(dá)出現(xiàn)安全隱患的現(xiàn)場(chǎng)［12］.

4 結(jié)語

基于云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園，將為師生的教學(xué)工作和日常生活提供極大的便利.它將提供的是豐富多彩的校園文化、隨時(shí)隨地的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、方便周到、安全和諧的校園生活.目前智慧校園的建設(shè)既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn).在智慧校園的建設(shè)與實(shí)施過程中仍然有許多問題需要考慮.比如：物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)成本較高，如果想一步到位全面建成需要較高的成本；而且使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以跟蹤用戶的行動(dòng)、了解學(xué)生的習(xí)慣以及偏好等，師生隱私將得不到很好的保護(hù)［12］.

當(dāng)前智慧校園的建設(shè)還處在探索階段，隨著云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的深入研究和廣泛應(yīng)用，智慧校園在建設(shè)過程中出現(xiàn)的問題將會(huì)逐步改進(jìn)和提高，將來會(huì)有越來越多的學(xué)校建設(shè)成為智慧校園，實(shí)現(xiàn)校園大環(huán)境的物物相連.數(shù)字校園逐漸會(huì)被智慧校園取代，智慧校園將成為教育信息化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流方向.

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Research on Key Technology and Application of Smart Campus under the Background of Educational Informatization

LU Xi-li，ZHOU Yue-peng
（Institute of information Science and Engineering,Shaoguan University, Shaoguan 512005,Guangdong,China）

With the development of education informatization,smart campus will become the main development direction of future university informatization,and the cloud computing and the technology of the Internet of things play a decisive role in the construction of smart campus.These advanced technologies can achieve the integrated management of the campus life and teaching,and it can effectively defend the safety of students.Through the analyzing of the cloud computing and the technology of the Internet of things in smart campus,it describes faculty diversity of campus culture.A harmonious,smart and convenient campus life of smart campus will be provided for the teachers and students.Finally it discusses the prospects of the development of smart campus.

smart campus；internet of things；cloud computing；RFID

TP393

：A

：1007-5348（2015）04-0018-04

（責(zé)任編輯：歐愷）

2015-03-30

廣東省教育廳“質(zhì)量工程”建設(shè)項(xiàng)目（粵教高函〔2014〕97號(hào)）；廣東省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目（GDJG20142436）；韶關(guān)學(xué)院教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目（SYJY20131404）；廣東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2014A030307029）；廣東省高等學(xué)?？萍紕?chuàng)新（重點(diǎn)）項(xiàng)目（2013KJCX0168）.

盧喜利（1982-），女，河南焦作人，韶關(guān)學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院教師，碩士；研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘.