梁勇勇 韓旭 宋益蕾 黃瑞 崔鵬飛

[摘要]近年，借助大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)在校園建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，并取得了豐碩的成果。但不容忽視的是，國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)對感知技術(shù)在教學(xué)園區(qū)中的應(yīng)用仍然缺乏意識，不能將教學(xué)園區(qū)實(shí)體環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有效的結(jié)合起來，尤其對于教學(xué)園區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施情況、教學(xué)管理信息的智能化發(fā)展缺乏重視。針對這些問題，本文將從企業(yè)教學(xué)園區(qū)的實(shí)際業(yè)務(wù)需求入手，著重研究物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)在教學(xué)園區(qū)中的應(yīng)用場景，為企業(yè)教學(xué)園區(qū)智能化發(fā)展提供借鑒。

[關(guān)鍵詞]物聯(lián)網(wǎng) 感知技術(shù) 教學(xué)園區(qū)

1.引言

隨著國家“新基建”重要戰(zhàn)略的部署，人工智能、云計(jì)算、5G 等新型科技技術(shù)越來越多的出現(xiàn)在我們的工作、學(xué)習(xí)和生活之中。與此同時(shí)，借助各類前沿技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)廣泛應(yīng)用，并取得了豐碩的成果。作為企業(yè)培養(yǎng)人才的一線陣地，傳統(tǒng)的培訓(xùn)基地已不能滿足企業(yè)員工日漸差異化、精準(zhǔn)化、高標(biāo)準(zhǔn)的培訓(xùn)需求。為此，企業(yè)培訓(xùn)基地不斷改革創(chuàng)新，逐漸形成了集感知、應(yīng)用、數(shù)據(jù)于一體的物聯(lián)網(wǎng)型智能教學(xué)園區(qū)，這一變革在一定程度上，幫助企業(yè)改善了人才培養(yǎng)模式。

但不容忽視的是，國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)對感知技術(shù)在教學(xué)園區(qū)中的應(yīng)用仍然缺乏意識，不能將教學(xué)園區(qū)實(shí)體環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有效的結(jié)合起來，尤其對于教學(xué)園區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施情況、教育管理信息等沒有足夠重視，這將大大影響企業(yè)教學(xué)園區(qū)智能化發(fā)展進(jìn)度。因此，作為“新基建”的重點(diǎn)應(yīng)用場景，企業(yè)教育園區(qū)內(nèi)感知技術(shù)的應(yīng)用值得我們進(jìn)行深入研究。

2.感知技術(shù)探究及應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)是從應(yīng)用出發(fā)，利用互聯(lián)網(wǎng)、無線通信網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行業(yè)務(wù)信息的傳送，既是互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)應(yīng)用的延伸，又是自動(dòng)化控制、遙控遙測及信息應(yīng)用技術(shù)的綜合體現(xiàn)，是一種復(fù)雜、多樣的系統(tǒng)技術(shù)，而各類感知技術(shù)及應(yīng)用則組成了物聯(lián)網(wǎng)的最低層——感知層。作用相當(dāng)于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，是物聯(lián)網(wǎng)識別物體、采集信息的來源，其主要功能是識別物體和采集信息。目前，主流的感知技術(shù)包括射頻識別（RFID）技術(shù)、傳感器技術(shù)、定位技術(shù)、生物識別技術(shù)及二維碼技術(shù)，通過深入探究、了解和掌握不同的感知技術(shù)，可以使感知技術(shù)的應(yīng)用更加的貼合實(shí)際的業(yè)務(wù)需求。

2.1射頻識別技術(shù)

射頻識別（RFID，Radio Frequency Identification），又稱為電子標(biāo)簽技術(shù)，該技術(shù)是無線非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)。可以通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。它主要用來為物聯(lián)網(wǎng)中的各物品建立唯一的身份標(biāo)示。物聯(lián)網(wǎng)感知層的射頻識別技術(shù)一般是指安裝在物品表面或者內(nèi)嵌在物品內(nèi)層的電子標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)著物品的基本信息，以便于被物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備識別。

在智能教學(xué)園區(qū)中，可以將射頻技術(shù)與手機(jī)NFC功能相結(jié)合，探索使用手機(jī)終端作為各類門禁卡、飯卡、房卡的替代或補(bǔ)充，解決此類卡片容易丟失、成本高等問題。

2.2環(huán)境感知及控制技術(shù)

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)獲取信息的主要設(shè)備，它最大作用是幫助人們完成對物品的自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制。目前，常見的傳感器包括溫度、濕度、壓力、光電傳感器等，被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。作為一種檢測裝置，傳感器會(huì)先感知外界信息，然后將這些信息通過特定規(guī)則轉(zhuǎn)換為電信號，最后通過傳輸協(xié)議進(jìn)行匯集上報(bào)，以便進(jìn)行分析和利用。

在智能教學(xué)園區(qū)中，綜合各類環(huán)境傳感器對教室、辦公區(qū)、報(bào)告廳、食堂等室內(nèi)區(qū)域的數(shù)據(jù)采集，結(jié)合教學(xué)管理，可以對室內(nèi)空調(diào)、新風(fēng)、燈光等耗能設(shè)備，制定精確的管理、協(xié)調(diào)和控制策略。

2.3生物識別技術(shù)

生物識別技術(shù)是多種人體識別技術(shù)的統(tǒng)稱，通過計(jì)算機(jī)與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理等高科技手段密切結(jié)合，利用人體固有的生理特性，（如指紋、人臉、虹膜等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態(tài)等）來進(jìn)行個(gè)人身份的鑒定。

（1）人臉識別技術(shù)及應(yīng)用

人臉識別利用攝像機(jī)或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，并自動(dòng)在圖像中檢測和跟蹤人臉，進(jìn)而對檢測到的人臉圖像進(jìn)行一系列的相關(guān)應(yīng)用操作。技術(shù)上包括圖像采集、特征定位、身份的確認(rèn)和查找等等。簡單來說，就是從照片中提取人臉中的特征，比如眉毛高度、嘴角等等，再通過特征的對比輸出結(jié)果。在智能教學(xué)園區(qū)中，智能人臉識別可以應(yīng)用在安防門禁、教學(xué)考勤、學(xué)情分析、餐飲支付等多個(gè)方面。

（2）語音識別技術(shù)及應(yīng)用

語言作為人類的一種基本交流方式，在數(shù)千年歷史中得到持續(xù)傳承。近年來，語音識別技術(shù)的不斷成熟，已廣泛應(yīng)用于我們的生活當(dāng)中。語音識別技術(shù)就是解決如何讓機(jī)器“聽懂”人類語言的問題。語音識別技術(shù)使得人與機(jī)器通過自然語言交互成為可能。最常見的情形是通過語音控制燈光亮度、空調(diào)溫度和設(shè)備開關(guān)等。

（3）手勢識別技術(shù)與應(yīng)用

手勢識別是基于多媒體信息采集的新一代人機(jī)交互技術(shù)，包括靜態(tài)手勢識別、關(guān)鍵點(diǎn)識別、指尖識別、手勢動(dòng)作識別等多種功能，為人們提供高性能、高可用的手勢識別服務(wù)?？捎糜诨?dòng)娛樂、智能家居、VR與AR、智能車載、智慧商超、工業(yè)質(zhì)檢等多個(gè)行業(yè)。

2.4手機(jī)定位技術(shù)

通過衛(wèi)星定位、基站定位及網(wǎng)絡(luò)定位等不同精度和技術(shù)復(fù)雜度的定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)員運(yùn)動(dòng)軌跡、活動(dòng)范圍的記錄和讀取。

衛(wèi)星定位即是通過接收衛(wèi)星提供的經(jīng)緯度坐標(biāo)信號來進(jìn)行定位，衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要有：美國全球定位系（GPS）、俄羅斯格洛納斯（GLONASS）、歐洲伽利略（GALILEO）系統(tǒng)、中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其中GPS系統(tǒng)是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的衛(wèi)星定位技術(shù)。衛(wèi)星定位雖然精度高、覆蓋廣，但其成本昂貴、功耗大，并不適合于所有用戶。

基站定位一般應(yīng)用于手機(jī)用戶，手機(jī)基站定位服務(wù)又叫做移動(dòng)位置服務(wù)（LBS，Location Based Service），它是通過電信移動(dòng)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)（如GSM網(wǎng)）獲取移動(dòng)終端用戶的位置信息。基站定位時(shí)，信號很容易受到干擾，所以先天就決定了它定位的不準(zhǔn)確性，精度大約在150米左右。

GPS和基站定位技術(shù)基本滿足了用戶在室外場景中對位置服務(wù)的需求，近年來，位置服務(wù)的相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)正從室外向室內(nèi)發(fā)展，以提供無所不在的基于位置的服務(wù)。室內(nèi)定位即通過藍(lán)牙、wifi等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)獲知人們在室內(nèi)所處的實(shí)時(shí)位置或者行動(dòng)軌跡。

2.5二維碼識別技術(shù)

二維碼（2-dimensional bar code）又稱二維條碼、二維條形碼，是一種信息識別技術(shù)。二維碼通過黑白相間的圖形記錄信息，這些黑白相間的圖形是按照特定的規(guī)律分布在二維平面上，圖形與計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制數(shù)相對應(yīng)，人們通過對應(yīng)的光電識別設(shè)備就能將二維碼輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的識別和處理。

在智能教學(xué)園區(qū)中，二維碼技術(shù)在資產(chǎn)管理、物品識別、快捷支付場景的具體應(yīng)用，充分利用二維碼信息容量大、容錯(cuò)能力強(qiáng)、制作成本低等優(yōu)勢。

3.感知技術(shù)在智能教學(xué)園區(qū)的深化應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)在教學(xué)業(yè)務(wù)和園區(qū)管理的深化應(yīng)用，將改進(jìn)和創(chuàng)新多種應(yīng)用場景，不僅可以提高校園生活方面的智能化、自動(dòng)化，還可以使教學(xué)和學(xué)習(xí)更加靈活，有助于創(chuàng)新教學(xué)活動(dòng)，提高教學(xué)質(zhì)量和管理效率。

本文將繼續(xù)深入探究傳統(tǒng)企業(yè)培訓(xùn)基地內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)如何與園區(qū)的學(xué)員生活、教學(xué)活動(dòng)、后勤管理、安防監(jiān)控等業(yè)務(wù)場景結(jié)合，建立覆蓋教學(xué)園區(qū)，融入教學(xué)和生活的感知型網(wǎng)絡(luò)，減少甚至替代現(xiàn)有的以人工勞動(dòng)為基礎(chǔ)的園區(qū)運(yùn)營模式。

3.1感知技術(shù)在園區(qū)生活的應(yīng)用

開發(fā)和部署智慧園區(qū)服務(wù)平臺，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺與園區(qū)的傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步對接，以學(xué)員、講師及教職工的在校學(xué)習(xí)生活為立足點(diǎn)，以移動(dòng)APP端為抓手，涵蓋培訓(xùn)學(xué)習(xí)、學(xué)員生活、教學(xué)管理、后勤物資、餐飲住宿、交通管理、車輛管理等方方面面，使學(xué)員快速適應(yīng)教學(xué)園區(qū)的生活。

創(chuàng)建園區(qū)的人臉服務(wù)平臺，當(dāng)學(xué)員報(bào)名注冊時(shí)，通過移動(dòng)APP端采集人臉信息并上傳。人臉服務(wù)平臺可以為園區(qū)的門禁、考勤、住宿、餐飲等應(yīng)用終端提供人臉身份核驗(yàn)，最終學(xué)員僅通過人臉，即可實(shí)現(xiàn)園區(qū)門禁通行、住宿預(yù)定、自助報(bào)到、教室無感考勤、園區(qū)就餐和購物等多種應(yīng)用場景。

通過對人臉識別技術(shù)的深化應(yīng)用，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的、以物品為依據(jù)的、人工核驗(yàn)的身份驗(yàn)證機(jī)制，進(jìn)而可以將學(xué)員的住宿辦理、繳費(fèi)取卡、充值消費(fèi)等傳統(tǒng)的人工服務(wù)，轉(zhuǎn)移至移動(dòng)APP端，實(shí)現(xiàn)學(xué)員的自助辦理，大幅降低了園區(qū)管理人員的工作強(qiáng)度，尤其是在疫情這樣的特殊時(shí)期，可以有效的減少人員聚集而引發(fā)的交叉?zhèn)魅尽?/p>

3.2感知技術(shù)在園區(qū)教學(xué)的應(yīng)用

教室內(nèi)的環(huán)境傳感器可以感知并采集室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，傳輸給物聯(lián)網(wǎng)平臺，根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值，自動(dòng)控制教室內(nèi)的空調(diào)、新風(fēng)、燈光等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)教室環(huán)境的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

在教室內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)的智能網(wǎng)關(guān)是傳感器和其他設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，綜合環(huán)境傳感器實(shí)時(shí)感知室內(nèi)的溫濕度以及二氧化碳濃度、PM2.5、甲醛濃度等環(huán)境參數(shù)，教室內(nèi)的窗簾、燈光、空調(diào)等環(huán)境設(shè)備、以及時(shí)序電源、回路控制器等電路設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)均可通過智能網(wǎng)關(guān)收集和匯聚，通過網(wǎng)絡(luò)層的各類異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議上傳至物聯(lián)網(wǎng)平臺。用戶通過物聯(lián)網(wǎng)對教室內(nèi)環(huán)境控制設(shè)備及其他教學(xué)設(shè)備的開關(guān)控制命令最終通過智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行傳遞，最終實(shí)現(xiàn)教室環(huán)境的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制。

通過與智慧教學(xué)管理平臺的對接，還可實(shí)現(xiàn)課程開始前30分鐘，自動(dòng)開啟環(huán)境設(shè)備，將教室環(huán)境調(diào)整到最優(yōu)的狀態(tài)。課程開始前10分鐘，自動(dòng)開啟教學(xué)多媒體設(shè)備，講師和學(xué)員到達(dá)后，隨時(shí)可以開始課程。

3.3感知技術(shù)在園區(qū)監(jiān)控的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)和智能攝像頭的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對教學(xué)園區(qū)進(jìn)行全天候監(jiān)控，幫助教學(xué)園區(qū)實(shí)施更有效的安全措施。智能攝像頭可以協(xié)助監(jiān)測惡意行為，借助人臉服務(wù)平臺鑒別陌生人，將入侵通知發(fā)送給園區(qū)安保部門，還可以通過可穿戴設(shè)備實(shí)時(shí)追蹤學(xué)員的位置，幫助園區(qū)管理部門來保障學(xué)員的安全。

對于教學(xué)園區(qū)內(nèi)敏感區(qū)域可以實(shí)現(xiàn)布防，在關(guān)鍵區(qū)域設(shè)立電子圍欄，防止不相關(guān)人員闖入發(fā)生無授權(quán)行為或者造成事故。通過監(jiān)控?cái)z像頭，被動(dòng)紅外探測、主動(dòng)紅外對射等設(shè)備，與生物識別技術(shù)相結(jié)合，一旦有非法人員進(jìn)入系統(tǒng)立即自動(dòng)報(bào)警，并通知相關(guān)負(fù)責(zé)人。

探究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)非接觸式的人員識別、人群密度監(jiān)控、人員行動(dòng)軌跡跟蹤等方面的深化應(yīng)用，可應(yīng)用于傳染疫情期間，對人群密度的監(jiān)控和疏散。

4.結(jié)束語

傳統(tǒng)培訓(xùn)基地在向智能教學(xué)園區(qū)的發(fā)展過程中，將會(huì)增加大量的傳感器、攝像機(jī)等感知設(shè)備，以及智能手機(jī)、平板電腦、可穿戴設(shè)備等移動(dòng)終端。各類軟硬件與物聯(lián)網(wǎng)交互將會(huì)形成急劇增長的海量數(shù)據(jù)，這些海量數(shù)據(jù)傳送到云計(jì)算平臺進(jìn)行分析加工。

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)處理過程可以歸結(jié)為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析三個(gè)基本步驟，數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)是基本功能，而大數(shù)據(jù)時(shí)代真正的價(jià)值蘊(yùn)含在數(shù)據(jù)分析中。物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析可幫助人們建立智能監(jiān)控模型、智能分析模型、智能決策模型等應(yīng)用，最終將促進(jìn)課堂教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)教學(xué)園區(qū)管理方式的改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1]俞玉蓮.《物聯(lián)網(wǎng)感知層中的關(guān)鍵技術(shù)分析》.科技信息