基于物聯網技術的智慧校園系統設計研究

韓雪

（徐州廣播電視大學 電信系，江蘇 徐州 221006）

隨著互聯網技術、全球定位系統、傳感器技術的成熟發展，美國麻省理工學院創造性地提出基于EPC系統的“物聯網”概念[1]，國際電信聯盟于2005年發表了題為The Internet of Things的年度報告，標志著物聯網時代即將到來。

1 物聯網的概念及體系結構

物聯網是通過射頻識別RFID（Radio Frequency IDentification）標簽、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把各種物體接入互聯網，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理[2]。互聯網是將計算機連接起來，形成網絡，從而實現人與人的信息交互，而物聯網是利用RFID技術、傳感器技術以及通信技術，將任意時間、地點的一切事物連接到互聯網中，以實現物品的自動識別，達到物與物、物與人之間的互聯與信息共享及信息交互。

物聯網是各種感知技術的廣泛應用[4]。在所有需要的物體上裝置EPC電子產品編碼、海量的多種類型傳感器等，利用射頻識別技術掃描或傳感技術捕獲信息，并將此實時信息，通過各種有線或無線網絡與互聯網融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去，并在相應的網絡數據處理中心進行信息共享、信息交互或信息智能處理，然后將已處理的的信息通過物聯網傳播，實現對物體實施智能控制。物聯網將傳感技術和人工智能相結合，利用云計算、模式識別等各種技術，從海量信息中分析、加工和處理出有意義的數據，以適應不同領域、不同用戶的各種需求[3]。物聯網的體系結構可分為4個層次：

1）感知層 物聯網對物理世界各種信息的全面感知，通過EPC、RFID、傳感器、閱讀器、智能機器人等技術進行數據采集，實現“物”的識別，感知技術是物聯網的最底層技術，是物聯網的核心技術之一；

2）網絡層 把感知層感知到的信息通過互聯網、有線/無線通信網等網絡，實時、準確、安全可靠地進行傳送。目前互聯網、通信網等技術較成熟，基本能夠滿足物聯網的數據傳輸。

3）處理層 將網絡層收集到的信息傳送到數據處理中心，通過云計算技術、人工智能技術等，進行信息存儲、數據處理，以實現各種智能計算、信息的共享、交互及實時發布；

4）應用層 將處理層得到的信息施效于物理世界。實現跨行業、跨系統之間的應用。

其體系結構如圖1所示。

2 物聯網數據處理流程

物聯網的數據處理流程圖如圖2所示。

3 智慧校園系統總體結構

圖1 物聯網體系結構圖Fig.1 The system architecture of the internet of things

圖2 物聯網數據流程圖Fig.2 The data flow diagram of the Internet of Things

2010年，在信息化“十二五”規劃中，浙江大學提出建設一個令人激動的“智慧校園”[4-5]。智慧校園是利用物聯網技術來改變校園各項資源的管理，教師、學生及校園資源的人與人、人與物、及物與物之間的交互方式，從而實現校園的智慧化服務和管理模式。

智慧校園是把EPC、RFID、各種傳感器裝配到教室、食堂、實驗室、圖書館、浴室等各種設施里，通過智慧校園系統平臺鏈接到一起，形成物聯網，將各種信息融入學校的各個應用領域進行互聯與協作，達到“智慧管理”校園的人與物。通過對校園各項資源及管理的分析歸納，現將智慧校園系統分為五個子系統，其總體結構如圖3所示。

圖3 智慧校園系統總體結構圖Fig.3 The overall structure of The Intelligent Campus

3.1 智能消費管理系統

教師及學生的消費包含：日常吃飯消費、購物消費、洗浴消費等。每個教師和學生都擁有一張含有RFID電子標簽的校園卡，卡里包含個人的資金信息，在食堂、超市、洗浴中心設置FRID閱讀器，師生在閱讀器上刷卡時，相應的信息就被讀取出來，通過智能消費管理系統網絡傳遞至數據處理中心，并通過對消費管理后臺數據庫的查詢，讀取卡上余額，將當前消費的金額扣除，并實時更新后臺數據庫。

射頻技術以及數據庫技術構成了消費管理系統的技術核心。

3.2 智能教學管理系統

智能教學管理包含：考勤管理、課程管理、實訓管理。

教師對學生進行考勤，花費精力不說，還浪費了課堂教學的時間，智能考勤可以將教師解放出來。每次上課前，學生用含RFID標簽的校園卡刷卡進教室，教室內的讀卡器在接收到學生刷卡記錄后，將數據發送到教學管理系統服務器上，并把數據自動更新到后臺考勤數據庫中。這樣，教師就可以查詢學生的出勤情況。

在實訓教室里，安裝上所需傳感器，比如農林大學的種植基地，當溫度濕度不適時，可以進行報警，減少不必要的損失，并將一學期的報警次數記錄至RFID校園卡中，使教師能隨時掌握學生的實訓情況。

3.3 智能后勤管理系統

后勤管理主要是學校的照明管理及衛浴管理。在教室、廁所等場所安裝上傳感設備，利用無線遙感、聲控等技術，自動進行照明并調節照明強度；在浴室裝上讀卡器，刷RFID卡后，噴頭出水并進行流量計算，從而達到節能、節水的目的。

3.4 智能圖書館系統

對每本書設置RFID卡，將該書籍所屬的分類、定位等信息記錄下來，由智能機器人通過讀卡器識別，根據該信息對書籍進行查詢、定位、歸架等操作，可方便的實現文獻架位信息收藏、文獻分類、新文獻上架等功能，完全實現圖書館的無人化、智能化，極大地節省了人工及時間。

其核心技術包含：RFID技術、數據庫技術、人工智能技術。

3.5 智能安防管理系統

在校園安防管理中，通過射頻識別、圖像識別、GPS、無線傳導網絡、遙感等技術，并結合日常的視頻監控系統，全面感知校園的環境、人和物的變化，而計算機系統將這些感知信息進行匯總、處理，適時地進行提示或報警[6-7]。

當有人或物闖入校園的警戒區時，系統通過在這些區域的傳感終端，判別闖入物體的具體位置，并通過安防系統調轉相應的攝像頭對該區進行監控，同時提醒信息也實時發送到安防管理系統中心和高校保衛人員的隨身設備中，方便保衛人員進行現場處理。

4 智慧校園面臨的問題

智慧校園是基于物聯網技術的，目前物聯網的發展剛剛起步，面臨著許多的問題：

1）標準缺失：物聯網應用于各個行業領域，每個領域的標準均不相同，目前物聯網沒有一個統一的標準，這很大程度上制約了它的發展；

2）個人的隱私、信息的安全可靠性如何保證：物聯網本身具有跟蹤、記錄個人及物體信息的功能，如何保證隱私已成為物聯網最大的問題，另外，信息在傳送中很多時候需要用到無線網，而信息的安全可靠也應受到重視；

3）成本過高，資金投入有限。

5 結束語

文中論述了物聯網的體系結構，把物聯網技術運用到智慧校園系統中，設計了智慧校園的總體結構，探討了物聯網在教育中的應用。目前，智慧校園還在起步階段，但其前景相當光明及廣闊[8]。

[1]International Telecommunication Union.The Internet of Things[EB/OL].[2011-9-30]http://www.itu.int.

[2]張順頤，寧向延.物聯網管理技術的研究和開發[J].南京郵電大學學報:自然科學版，2010（4）:30-35.ZHANG Shun-yi，NING Xiang-yan.The research and development of the internet of things network management technology[J].Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications：Natural Science，2010（4）:30-35.

[3]宗平，朱洪波，黃剛，等.智慧校園設計方法的研究[J].南京郵電大學學報：自然科學版，2010（4）:15-19，51.ZONG Ping，ZHU Hong-bo，HUANG Gang，et al.Research and design of smart campus based on internet of things[J].Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications:Natural Science，2010（4）:15-19，51.

[4]王曉靜，張晉.物聯網研究綜述[J].遼寧大學學報:自然科學版，2010，37（1）:37-38.WANG Xiao-jing，ZHANG Jin.Research on internet of things[J].Journal of Liaoning University:Natural Sciences Edition，2010，37（1）:37-38.

[5]李盧一，鄭燕林.物聯網在教育中的應用[J].現代教育技術，2010，20（2）:8-10.LI Lu-yi，ZHENG Yan-lin.The application of the internet of thingsineducation[J].Modern EducationalTechnology，2010，20（2）:8-10.

[6]王晴，王建華.物聯網發展與高職教育之探討[J].南通航運職業技術學院學報，2010（3）:98-101.WANG Qing，WANG Jian-hua.A probe into development of IOT and higher vocational education[J].Journal of Nantong Vocational&Technical Shipping College.2010（3）:98-101.

[7]牟龍芳.物聯網技術前景展望 [J].信息技術與標準化，2010，51（4）:48-49.MOU Long-fang.Future development outlook for internet of things[J].Information Technology&Standardization，2010，51（4）:48-49.

[8]王志良.物聯網現在與未來[M].北京:機械工業出版社，2010.