陳云龍

一、項(xiàng)目概述

改革開放40年，改變了中國(guó)，也改變了中國(guó)教育，從20世紀(jì)90年代末提出的教育信息化已經(jīng)進(jìn)入了2.0階段：要實(shí)現(xiàn)從專用資源向大資源轉(zhuǎn)變，從提升學(xué)生信息技術(shù)應(yīng)用能力向提升信息技術(shù)素養(yǎng)轉(zhuǎn)變，從應(yīng)用融合發(fā)展向創(chuàng)新融合發(fā)展轉(zhuǎn)變[1]。 南京市北京東路小學(xué)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用正是朝著創(chuàng)新融合發(fā)展這一方向努力。

學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是智慧校園創(chuàng)建中的一個(gè)項(xiàng)目，是基于應(yīng)用集成、數(shù)據(jù)融合和智能感知與應(yīng)用于一體的系統(tǒng)。本著服務(wù)前置和服務(wù)與教育教學(xué)業(yè)務(wù)緊密融合的宗旨，努力創(chuàng)設(shè)自動(dòng)化、智能化和流程化的智慧物聯(lián)環(huán)境。目前物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目已經(jīng)完成基礎(chǔ)軟件平臺(tái)部署，實(shí)現(xiàn)了3座會(huì)議室內(nèi)的燈光、電源、空調(diào)、門禁、所有多媒體設(shè)備(包括：計(jì)算機(jī)、一體機(jī)、音響、話筒、調(diào)音臺(tái)、電源時(shí)序器、LED顯示屏、LED矩陣、液晶投影儀、場(chǎng)內(nèi)監(jiān)控、舞臺(tái)幕、窗簾等)的關(guān)聯(lián)，45間普通教室的電源、一體機(jī)、講臺(tái)顯示器、數(shù)字展臺(tái)等設(shè)備的集中管控，公共場(chǎng)館還配合以環(huán)境、能耗、視頻監(jiān)控等進(jìn)行輔助管理。軟件系統(tǒng)層面以O(shè)neControl物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)為基礎(chǔ)，通過(guò)二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了基于移動(dòng)端APP和計(jì)算機(jī)端WEB的集中監(jiān)控和管理(如圖1所示)。

圖1

二、概要設(shè)計(jì)

學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)以業(yè)務(wù)流程和實(shí)際需求為主線，充分利用物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳感靈活、方便部署的優(yōu)勢(shì)，全面、及時(shí)、方便、完整地采集所需數(shù)據(jù)，快速進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，安全可靠地進(jìn)行校園的智能化管理建設(shè)。

完成物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)時(shí)，在充分研究和調(diào)研多種物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議及市場(chǎng)上設(shè)備兼容性的基礎(chǔ)上，確定采用ZigBee布網(wǎng)方案(如圖2所示)，基于兩個(gè)方面考慮：一方面是ZigBee具有高安全性、節(jié)點(diǎn)數(shù)量多、技術(shù)相對(duì)成熟、功耗低、反應(yīng)時(shí)間短、組網(wǎng)方式靈活以及對(duì)硬件要求低等多方面優(yōu)勢(shì)；二是通信協(xié)議的一致性是組網(wǎng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在物聯(lián)網(wǎng)通信過(guò)程中如同時(shí)有Wi-Fi，RFID，ZigBee，Bluetooth等多種通信方式存在時(shí)，匯聚到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)就存在一定的延時(shí)，設(shè)備之間的協(xié)同工作就受到影響，會(huì)出現(xiàn)設(shè)備開啟或關(guān)閉時(shí)間不一致，影響用戶使用體驗(yàn)。

圖2

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)部署上，安全穩(wěn)定是重點(diǎn)，堅(jiān)持私有云方式部署。首要是安全穩(wěn)定，學(xué)校私有服務(wù)器群配備深信服、高性能硬件防火墻，能主動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)容，可以自定義數(shù)據(jù)類型和表達(dá)式，杜絕了外部入侵；私有云的部署即使在外網(wǎng)中斷時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器始終保持正常通信，對(duì)于設(shè)備的控制不受影響，保證了使用的穩(wěn)定(如圖3所示)。

圖3

三、創(chuàng)新應(yīng)用

1.智慧場(chǎng)館預(yù)約管理

學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)根本目標(biāo)是服務(wù)于教育教學(xué)，深入探究和創(chuàng)新應(yīng)用是在設(shè)計(jì)和建設(shè)中的首要任務(wù)。南京市北京東路小學(xué)是一所全國(guó)名校，在全國(guó)著名小學(xué)語(yǔ)文特級(jí)教師孫雙金引領(lǐng)下，學(xué)校的辦學(xué)理念、管理方式、教育質(zhì)量和校本特色堪稱全國(guó)基礎(chǔ)教育學(xué)校的典范。學(xué)校每年都有數(shù)百所學(xué)校的教師入校參觀學(xué)習(xí)和研討，公共會(huì)場(chǎng)的使用率非常高，因此基于物聯(lián)網(wǎng)提出了智能化的場(chǎng)館預(yù)約管理設(shè)計(jì)。

智慧場(chǎng)館預(yù)約管理系統(tǒng)是整合門禁和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的公共場(chǎng)館整體解決方案。 設(shè)計(jì)以移動(dòng)終端應(yīng)用為主，系統(tǒng)界面全圖形化直觀顯示，場(chǎng)館設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與在線控制功能，基本實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化無(wú)人值守管理。

智慧場(chǎng)館預(yù)約管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程：教師通過(guò)手機(jī)端發(fā)起預(yù)約申請(qǐng)，選擇活動(dòng)需要使用的設(shè)備或者是選擇場(chǎng)景模式(照明模式、會(huì)議模式、上課模式)；管理員審批并選擇活動(dòng)的技術(shù)支持和后勤服務(wù)人員，由短信和微信形式反饋審批信息(如圖4、圖5所示)；預(yù)約者在活動(dòng)時(shí)間段自動(dòng)獲得授權(quán)，可以通過(guò)指紋打開場(chǎng)館門禁，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)約模式自動(dòng)開啟相關(guān)設(shè)備，技術(shù)支持和后勤服務(wù)人員可以通過(guò)手機(jī)端視頻監(jiān)控設(shè)備反饋狀態(tài)，及時(shí)了解場(chǎng)館情況，以判斷是否需要到現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)(如圖6所示)；預(yù)約者開始使用場(chǎng)館，并能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況隨時(shí)選擇調(diào)整時(shí)間；會(huì)議結(jié)束后所有設(shè)備自動(dòng)關(guān)閉，并反饋信息讓預(yù)約者進(jìn)行使用評(píng)價(jià)(如圖7所示)。

圖4

圖5

圖6

圖7

智慧場(chǎng)館預(yù)約管理系統(tǒng)并非是一個(gè)封閉性的系統(tǒng)，是一套能與學(xué)校原有應(yīng)用系統(tǒng)完全融合的系統(tǒng)。用戶端將系統(tǒng)應(yīng)用整合到學(xué)校原有APP中，并實(shí)現(xiàn)用戶統(tǒng)一身份認(rèn)證，不會(huì)強(qiáng)制改變用戶使用習(xí)慣，即在原有APP中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的所有功能。

智慧場(chǎng)館預(yù)約管理系統(tǒng)是與門禁系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)同的一個(gè)整體。集合了門禁和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的權(quán)限管理和控制，根據(jù)預(yù)約者的需求在本地化云服務(wù)端完成各項(xiàng)功能。

2.業(yè)務(wù)精確匹配

除公共場(chǎng)館外，45間普通教室的多媒體設(shè)備的管控采用了“集中+分散”的管理模式，對(duì)于系統(tǒng)而言集中管控很容易實(shí)現(xiàn)，而在學(xué)校應(yīng)用場(chǎng)景中，存在著很多個(gè)性化應(yīng)用場(chǎng)景，例如，在集中管控時(shí)間之外的使用設(shè)備、課間設(shè)備管理等。在設(shè)計(jì)中首先保留了傳統(tǒng)的物理按鍵，在普通教室環(huán)境中，普通物理按鍵需要具有隱秘性，避免學(xué)生無(wú)意觸碰而引起設(shè)備非正常開關(guān)；其次是結(jié)合所有教師的任教情況，在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了用戶權(quán)限與課表關(guān)聯(lián)功能，系統(tǒng)根據(jù)教師任課表自動(dòng)分配其權(quán)限。只要是教師任教的班級(jí)都有權(quán)限通過(guò)手機(jī)端遠(yuǎn)程控制設(shè)備的開關(guān)(如圖8所示)。對(duì)于音樂、美術(shù)、科學(xué)等專用活動(dòng)室，還配置了適應(yīng)課表的自動(dòng)開關(guān)設(shè)備的功能。課間時(shí)間避免頻繁開關(guān)設(shè)備，采用了大屏幕顯示設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分離的方法，下課時(shí)只需要通過(guò)手輕按顯示屏實(shí)現(xiàn)開關(guān)，而系統(tǒng)仍保持運(yùn)行，下節(jié)課觸屏能無(wú)等待使用。

圖8

3.智慧放學(xué)管理

學(xué)校處于南京市主城區(qū)，學(xué)校周邊交通環(huán)境繁忙擁擠，學(xué)生放學(xué)時(shí)家長(zhǎng)接送是一大難點(diǎn)，雖然學(xué)校指定了家長(zhǎng)接送點(diǎn)，但是學(xué)生出校門的時(shí)間家長(zhǎng)不能獲知，以至于造成大量家長(zhǎng)擁擠到學(xué)校門口，既影響學(xué)生路隊(duì)出行也造成道路交通擁堵。采用物聯(lián)網(wǎng)方式，利用校門口LED顯示屏，自動(dòng)顯示班級(jí)放學(xué)狀態(tài)，有效疏導(dǎo)和緩解了校門口擁堵的現(xiàn)象。

智慧放學(xué)管理系統(tǒng)由學(xué)校自行設(shè)計(jì)選型，采用非接觸式UHF超高頻電子標(biāo)簽一體機(jī)和班級(jí)路隊(duì)牌結(jié)合，通過(guò)二次開發(fā)與設(shè)備接口對(duì)接。系統(tǒng)自動(dòng)感應(yīng)到放學(xué)班級(jí)位置，判斷其處于放學(xué)狀態(tài)，LED顯示“正在放學(xué)”；當(dāng)班級(jí)出校門，系統(tǒng)再次自動(dòng)感應(yīng)和確認(rèn)，并通過(guò)LED顯示“已經(jīng)放學(xué)”，同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)微信端向家長(zhǎng)推送放學(xué)狀態(tài)，家長(zhǎng)就能隨時(shí)了解學(xué)生放學(xué)情況，在規(guī)定的接送點(diǎn)等待學(xué)生即可。智慧放學(xué)管理系統(tǒng)做到全程師生無(wú)感知運(yùn)行，師生按照原有的放學(xué)習(xí)慣進(jìn)行，不需要有任何人為參與，避免了來(lái)回打卡等方式帶來(lái)的不便(如圖9所示)。

圖9

四、應(yīng)用效果與展望

南京市北京東路小學(xué)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目經(jīng)過(guò)近一年的應(yīng)用，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期，全年無(wú)故障運(yùn)行天數(shù)超過(guò)99%，特別是通過(guò)預(yù)約管理系統(tǒng)進(jìn)行了120多場(chǎng)次的使用，極大地節(jié)約了人力和能源成本。學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目實(shí)施完成后，已有數(shù)十家學(xué)校和單位前來(lái)參觀交流。

我校物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)尚處在初級(jí)階段，物聯(lián)網(wǎng)方便著師生的生活和學(xué)習(xí)，尤其是在平安校園、智慧學(xué)習(xí)、個(gè)性發(fā)展等方面有待發(fā)揮更重要的作用。相信以物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的智慧校園會(huì)成為學(xué)校發(fā)展最重要的里程碑。