物聯網在高校智慧校園中的應用模式研究

宋 嚴，王志軍

(長春師范大學網絡中心，吉林長春 130032)

物聯網在高校智慧校園中的應用模式研究

宋 嚴，王志軍

(長春師范大學網絡中心，吉林長春 130032)

目前，物聯網已被確認為是世界信息產業的第三次浪潮，我國已將其列為國家重點新興產業。高校智慧校園建設是提升高校綜合管理和服務能力的信息化發展方向。本文通過對物聯網在高校智慧校園中應用模式的探尋和研究，闡明了物聯網應用在高校信息化建設中采用的技術路線和重要意義。

物聯網；RFID；智慧校園

物聯網是在互聯網的基礎上，將用戶端延伸和擴展到任務物體，進行信息交換和通信的一種網絡。當物聯網最初在美國被提出時，還只是停留在給全球每個物品一個代碼，實現物品跟蹤與信息傳遞的設想上。如今，物聯網已經成為國家戰略，物聯網本身則被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業的第三次浪潮。

隨著信息技術的快速發展，全國各高校的信息化建設水平和投入都逐年提高，并根據利用信息化手段提升高校的教學、科研、管理等方面水平的實際需要，以加快高校教學體制的轉變為目的，提出了智慧化校園的理念。所謂“智慧校園”指的是以物聯網為基礎的智慧化的校園工作、學習和生活一體化環境，這個一體化環境以各種應用服務系統為載體，將教學、科研、管理和校園生活進行充分融合，利用智慧化的數據挖掘技術，提煉校園各種應用服務系統的數據，從而反映高校運行各個層面的狀態。因此，將物聯網技術應用到高校各環節的運行管理中，是高校發展的必然趨勢。

1 物聯網發展簡介

物聯網的定義為：通過射頻識別(RFID)、傳感器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協議，把任何物體與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網的基本思想是美國麻省理工學院在1999年提出的，射頻識別(RFID)技術是實現物聯網的關鍵技術。RFID技術是一種自動識別技術，它利用射頻信號實現無接觸信息傳遞，達到物體識別的目的。在物聯網近15年的發展運行過程中，還存在許多問題，其中技術標準的統一和協調是首要問題。互聯網發展到今天，全球進行傳輸的TCP/IP、路由協議、終端構架與操作系統的標準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絡。在物聯網發展的過程中，物體感知、網絡傳輸及應用等各個層面有大量的技術出現，可能采用不同的技術方案，導致大量專用網無法連通，影響物聯網技術的普及化應用。因此，在高校物聯網建設上，要制定一套標準化的與現有校園網絡連接的機制，從而加快物聯網技術在高校的普及和應用。

2 智慧化校園的作用

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”。這幅藍圖描繪的是：無處不在的網絡學習、融合創新的網絡科研、透明高效的校務治理、豐富多彩的校園文化、方便周到的校園生活。智慧校園的三個核心特征：一是為廣大師生提供一個全面的智能感知環境和綜合信息服務平臺，提供基于角色的個性化定制服務；二是將基于計算機網絡的信息服務融入學校的各個應用與服務領域，實現互聯和協作；三是通過智能感知環境和綜合信息服務平臺，為學校與外部世界提供一個相互交流和相互感知的接口[1]。為了達到這樣的規劃和目的，物聯網技術成為智慧化校園建設的關鍵內容：通過自動識別技術中的條碼識別技術、磁卡識別技術、IC卡識別技術、射頻識別技術等方式，自動采集高校內人、物、事件運轉的各類信息，并提供給后臺的計算機處理系統來完成相關后續處理；通過大容量的數據存儲和高性能的應用服務器，挖掘對高校運行管理中有價值的信息，方便領導決策、教師教學、科研管理、資產物品管理以及師生校園生活管理等各個層面(圖1)。

圖1 智慧化校園層次結構圖

目前，在各大高校信息化應用中也存在著物聯網技術，包括圖書管理和資產管理所用到的條形碼技術、校園數字卡所用到的IC卡識別技術，但應用比較單一、數據信息較少、數據無法整合，無法形成智慧化校園模式。因此，需要利用統一的射頻識別技術標準，在高校各層面建立物聯網體系，并與現有校園網絡融合，解決智慧化校園數據采集問題[2]。

3 物聯網在智慧校園中的應用模式研究

智慧化校園到目前為止并沒有一個完整的定義，各高校根據自身的管理特點和需求，建設不同功能的智慧化校園形態。下面根據我校物聯網建設項目組在實際研究和應用工作中探索的自動識別技術應用模式作簡要介紹。

3.1 物聯網在高校教學中的應用

教學質量是高校綜合水平的體現，如何將物聯網技術應用到學校的教學環節中一直是我們研究的主要方向。

在教學環節上，首先要重視課堂環境，為師生提供一個良好的教室環境，有效地提升課堂質量。通過在教室各設備上安裝環境監控傳感器，采集教室的溫度、濕度、光線照明、話筒音量等環境參數，并通過管理平臺統一調配，使教室環境能夠通過相關設備運轉進行調節，滿足教學需要。還可以通過在教室媒體教學平臺上安裝射頻設備，保證教師到教室后能夠正常使用多媒體教學功能，而不再使用鑰匙管理多媒體設備。

在教學過程中，師生的上課狀態，包括遲到、早退、缺課等信息都可以通過感知網絡進行數據采集，師生在課上和課后的互動也可通過智能終端實現。另外，通過物聯網的信息采集，可以方便地匯總教學樓內各教室的利用狀態，從而方便學生實現選擇自習教室、旁聽學習課程等功能。在考試環節上，可通過物聯網技術對教師監考和學生考試的狀態進行監控。

教務管理部門可以通過物聯網終端設備掌握學生和教師對整個教學環節的反饋情況，并通過各類采集數據挖掘出教學中存在的問題并及時進行修正，從而實現優化高校教學管理技術的目的。

3.2 物聯網在高校固定資產管理中的應用

在高校的運行體系中，固定資產管理是一項非常重要而又繁瑣的工作。高校固定資產設備類型多種多樣，設備使用人對設備管理和維護的技術水平良莠不齊，應用于教學的固定資產使用師生較多，易出現丟失或損壞的情況，而這些問題會直接導致高校固定資產的提前損壞、報廢或流失。

目前多數高校采用粘貼設備條形碼標簽的方式對設備進行標示和管理，但這種簡單的標示仍然無法解決固定資產管理的漏洞，無法提升設備清點、設備狀態統計等環節的工作效率，因此物聯網技術的引入變得急切和必要[3]。經過對高校固定資產管理要求的分析，可在固定資產上安裝RFID標簽，結合各類安裝在不同位置的傳感器，自動獲取資產情況的詳細信息，包括設備運行狀態、設備位置軌跡、設備管理人、設備使用情況等數據，并可利用管理控制臺通過傳感器將設備基礎信息傳遞到設備的RFID標簽中進行存儲，從而提高資產入賬、資產維修和資產清查等環節的管理水平和工作效率。在固定資產管理中使用RFID技術也存在一些問題，包括統一的技術架構、數據傳輸的安全性以及標簽成本問題，這些都是今后研究的方向。

3.3 物聯網在高校學生管理中的應用

高校學生管理工作主要包括學生課堂、學生寢室、學生素質養成、學生獎學金及學生社團活動管理等多項內容，而由于對學生在學校學習生活情況掌握的方式仍然限于觀察、檢查和聽匯報等方式，很多管理仍然處于粗線條狀態，無法準確地了解每名學生每天在校園內學習生活的每個環節。物聯網技術在獲取學生在校園內活動軌跡方面有重要的應用價值。在圖書館、食堂、教學樓、寢室樓、校門門禁、公共活動區等位置安裝RFID識別器，對學生攜帶的裝有RFID電子標簽的校園數字卡進行識別，可得到學生的活動軌跡，從而判斷學生的生活狀態，有的放矢地開展工作。下面舉兩個學生生活軌跡分析的例子，如圖2和圖3所示。

圖2 學生甲的校園活動軌跡圖

學生甲的軌跡分析：一天內甲出入食堂、圖書館、教師、宿舍，基本上在校內活動。由此判斷學生甲在當天的表現正常。

圖3 學生乙的校園活動軌跡圖

學生乙的軌跡分析：一天內幾乎都呆在宿舍，沒有去教室，可能出現曠課情況，并可能在寢室內長時間上網，影響學習。

3.4 物聯網在高校能源管理中的應用

高校常態化的能源消耗主要表現在照明用電、空調用電、校園網絡及數據中心用電以及各類教學機房用電、實驗室用電以及校園各區域自來水的使用情況，而高校節能工作的重要層面就是建立一套集能耗采集調控、數據分析和實時監控管理為一體，基于互聯網和物聯網技術的綜合能源管理系統[4]。

在物聯網技術應用的方式上，我們采用RFID自動抄表系統對各區域和功能的能耗進行提取，包括用水、用電的數值，可將計量數據采集到系統平臺的數據庫中，平臺通過通訊網絡數據采集、數據通訊、數據存儲、數據處理、遠程監控，實時或定時完成系統計量表的抄、核、收、查、控等功能。

另外，針對環境氣溫和光線亮度的變化，對辦公室空調、公共房間空調、實驗室和機房空調、教室照明設備、寢室照明設備和路燈照明設備建立電子標簽，并完善學校的無線網絡傳輸系統，在重要位置安裝無線傳感器結點，對上述設備能耗進行采集、分析，做到實時管控，從而節省高校能源開支。

4 結語

物聯網的發展已被世界各主要大國列入重點發展領域，EPOSS(歐洲智能系統基層技術平臺)分析預測，2020年之后地球上的物體進入全智能化，世界迎來物聯網普及時代。在高校各環節加以推廣和使用，進而對通過RFID技術采集的海量數據進行分析挖掘，為學校的師生、領導和管理人員服務，是物聯網在高校應用的動力。雖然物聯網技術在高校應用的標準化協議還有待設計和統一，數據的安全和管理平臺還有待健全，但智慧校園將會通過物聯網技術使高校信息化建設達到新的頂峰，成為物聯網技術發展和應用的具有社會和商業價值的平臺。

[1]關輝.物聯網在高校教學和管理中的應用探討[J].軟件導刊,2011(11):143-144.

[2]李彥武.物聯網技術在高校的應用與思考[J].湖北廣播電視大學學報,2013(5):99-100.

[3]劉翔翔,楊勇平.以校園網為平臺的校園物聯網構建研究[J].辦公自動化,2011(8):41-44.

[4]李盧一,鄭燕林.物聯網在教育中的應用[J].現代教育技術,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展計劃項目(20100512)；長春師范大學自然科學基金項目(長師院自科合字[2011]第012號)；長春師范大學工程中心項目(長師大自科合字[2013]專第005號)。

宋 嚴(1982- )，男，吉林磐石人，長春師范大學網絡中心實驗師，碩士，從事計算機網絡應用技術研究。

TP393.0

A

2095-7602(2014)06-0028-04