物聯(lián)傳感：用“智慧”營造綠色教育環(huán)境

本刊編輯整理/張緣舒

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物聯(lián)傳感：
用“智慧”營造綠色教育環(huán)境

本刊編輯整理/張緣舒

編者按：教育環(huán)境是對(duì)教育的生存和發(fā)展起制約和調(diào)控作用的各種條件和因素的總和，“百年大計(jì)、教育為本”，學(xué)生的成長和教育環(huán)境已經(jīng)成為政府、學(xué)校、家長乃至全社會(huì)廣泛關(guān)注的重要問題。安全、無污染、優(yōu)質(zhì)、和諧的綠色教育環(huán)境有利于學(xué)生在校園的健康成長和知識(shí)獲取，有利于保證學(xué)校教育工作活動(dòng)的開展。相反，不穩(wěn)定的教育環(huán)境將大大限制學(xué)生受教育的質(zhì)量。

一、教育環(huán)境所面臨的挑戰(zhàn)

安全不僅是學(xué)校教育永恒的話題，也是學(xué)校工作的重中之重，只有在確保在校學(xué)生健康成長的條件下，才可以順利地開展教學(xué)活動(dòng)。自1996年起，我國就建立了全國中小學(xué)生安全教育日制度，將每年3月最后一周的星期一定為全國“中小學(xué)生安全教育日”。然而，由于目前許多校園管理制度仍不夠完善、整個(gè)教學(xué)生活環(huán)境不夠透明化等原因，學(xué)校教育環(huán)境仍然存在三個(gè)方面的主要問題。

一是安全指數(shù)有待提升。縱觀目前校園安防現(xiàn)狀，由于大多數(shù)的幼兒園和中小學(xué)校乃至高校學(xué)生自我安全防護(hù)意識(shí)比較薄弱，再加上學(xué)校缺乏有效的安全防范系統(tǒng)，近年來某些極端案例仍然存在，校園暴力和一些意外傷害事件的頻繁發(fā)生讓家長和學(xué)校防不勝防，為青少年的健康成長帶來了不和諧音符。

二是環(huán)境污染不容忽視。當(dāng)今世界由于工業(yè)化發(fā)展、城市人口膨脹、氣候變化、化學(xué)產(chǎn)品應(yīng)用和環(huán)境污染等，使得兒童的身體健康遭受著嚴(yán)重威脅。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年300萬兒童死于環(huán)境污染。國外研究表明，環(huán)境污染或致兒童自閉癥增加，而兒童惡性腫瘤發(fā)病率迅速上升也與環(huán)境污染息息相關(guān)。環(huán)境污染已經(jīng)讓兒童不堪重負(fù)，教育環(huán)境管理中環(huán)境污染可能帶來的危害不容忽視。

三是傳統(tǒng)的教育環(huán)境保護(hù)方案不能有效解決實(shí)質(zhì)問題。目前，市場上有關(guān)校園的監(jiān)管系統(tǒng)存在一定的漏洞，不少監(jiān)控系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)相互獨(dú)立，不能互相共享，不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，致使漏報(bào)、誤報(bào)等問題得不到有效解決，難以全方位立體地解決問題。另外，傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)僅限于幼兒園單方面的內(nèi)部管理，缺少一個(gè)家長參與監(jiān)督、交流的平臺(tái)，無法發(fā)揮安防系統(tǒng)最大的防范功能。

教育環(huán)境問題急需新的解決之道，如何建立一套有效的安全防范系統(tǒng)，杜絕校園內(nèi)的安全隱患，營造科學(xué)合理的教育環(huán)境，成為了家長和學(xué)校急待解決的問題。隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展、信息化與互聯(lián)網(wǎng)的深度融合，人類正在步入一個(gè)嶄新的智慧時(shí)代，作為智慧城市建設(shè)的重要組成部分，智慧教育逐漸成為一種解決教育環(huán)境問題的全新方式。

二、物聯(lián)傳感智慧教育建設(shè)框架

智慧教育是以云概念為基礎(chǔ)，以物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)為支撐，構(gòu)建一個(gè)基礎(chǔ)教育的智能化校園管理平臺(tái)，以優(yōu)質(zhì)教育資源共建、共享和應(yīng)用以及資源整合為中心，融入到教學(xué)、學(xué)習(xí)、管理等工作領(lǐng)域，最終實(shí)現(xiàn)教育公平、教育質(zhì)量提高的目標(biāo)，推動(dòng)教育教學(xué)改革的發(fā)展。為了營造更加安全、健康、穩(wěn)定的教育環(huán)境，物聯(lián)傳感通過智慧教育建設(shè)的實(shí)踐，結(jié)合時(shí)下校園教育環(huán)境現(xiàn)狀和特點(diǎn)，利用物聯(lián)網(wǎng)、云存儲(chǔ)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，創(chuàng)新性地提出了重點(diǎn)圍繞校園綠色教育環(huán)境的智慧教育系統(tǒng)框架。

物聯(lián)傳感智慧教育系統(tǒng)依托智慧校園運(yùn)營管理平臺(tái)，構(gòu)建了一套完整的基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算架構(gòu)的監(jiān)管系統(tǒng)體系，建立了基于智慧建筑的整體數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估體系；同時(shí)，集成智能化功能系統(tǒng)、通信集成系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、綠色環(huán)境管理系統(tǒng)等，構(gòu)建了統(tǒng)一的以綠色教育環(huán)境為基礎(chǔ)的校園信息平臺(tái)。監(jiān)管系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有各個(gè)校園視頻監(jiān)控管理數(shù)據(jù)庫，監(jiān)管系統(tǒng)中央控制服務(wù)器的一端通過互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與終端所有移動(dòng)通信設(shè)備和監(jiān)管系統(tǒng)相連接。通過該系統(tǒng)可以讓每位管理人員不管在什么地方都能通過手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端設(shè)備，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)精準(zhǔn)地查看所管理的一切校園情況，從而改善校園智能化水平，提高校園整體安全性，以及現(xiàn)代化、科學(xué)化和智能化管理水平。

該系統(tǒng)是以云技術(shù)為引擎，以校園教育環(huán)境大數(shù)據(jù)為支撐，利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，依照心理學(xué)原理，融合個(gè)性需求，并將家長與學(xué)校、學(xué)生各方實(shí)時(shí)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行綜合智能控制和管理，實(shí)現(xiàn)“以人為本”的全新校園綜合監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)以建立完善的校園安全防護(hù)機(jī)制為宗旨，重在為幼兒園、中小學(xué)校以及高校營造安全、健康、和諧的綠色教育環(huán)境，為學(xué)校管理者和家長提供一個(gè)共同參與監(jiān)督和交流的平臺(tái)。該系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)。

1.系統(tǒng)無線設(shè)計(jì)，更節(jié)約。系統(tǒng)設(shè)備安裝無需布線，無需開墻鑿洞，更加節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本；同時(shí)系統(tǒng)基于SmartRoom無線技術(shù)的無線節(jié)點(diǎn)使用電池供電，采用SmartRoom+策略節(jié)能技術(shù)，工作周期短、收發(fā)信息功耗較低，并能保證設(shè)備在沒有指令信號(hào)的狀況下處“休眠”狀態(tài)，功耗更低（更長電池壽命），無線傳感器的普通電池供電時(shí)間可達(dá)兩年以上，長于基于ZigBee技術(shù)設(shè)備的6個(gè)月至2年時(shí)間。

2.采用最先進(jìn)的SmartRoom技術(shù)，更穩(wěn)定，更可靠。SmartRoom高級(jí)無線技術(shù)是在ZigBee技術(shù)基礎(chǔ)上，優(yōu)化后而產(chǎn)生的新一代無線通信技術(shù)規(guī)范。它對(duì)ZigBee技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等內(nèi)容進(jìn)行了完善，使MESH網(wǎng)絡(luò)更穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)自愈性更好。另外，其所采用的128 k的AES高級(jí)對(duì)稱加密技術(shù)是一項(xiàng)高級(jí)數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，加密強(qiáng)度是目前銀行加密算法強(qiáng)度的10倍以上，在全球沒有被破解先例，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

3.云平臺(tái)解決方案，更智能。云計(jì)算，作為一種基于互聯(lián)網(wǎng)的大眾參與的計(jì)算模式，是在互聯(lián)網(wǎng)對(duì)低成本海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及大規(guī)模并行計(jì)算需求快速增長的背景下出現(xiàn)的新型IT服務(wù)架構(gòu)。云計(jì)算服務(wù)不僅包括網(wǎng)絡(luò)上以應(yīng)用方式提供的服務(wù)，還包括以提供數(shù)據(jù)中心的硬件或者系統(tǒng)軟件為內(nèi)容的服務(wù)。所有的服務(wù)均放置于服務(wù)器端，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)按需使用。云平臺(tái)解決方案擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)、分析和處理能力，能夠保證家長或?qū)W校管理者隨時(shí)查看學(xué)生在校的學(xué)習(xí)和生活情況。

4.系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)容量大，可擴(kuò)展性強(qiáng)。系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)SmartRoom擁有星型網(wǎng)、樹狀網(wǎng)、網(wǎng)狀網(wǎng)及混合網(wǎng)（星狀＋網(wǎng)狀）等的多種組網(wǎng)方式，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、對(duì)等和Mesh網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)能力強(qiáng)大，適合于大面積布網(wǎng)，使用越廣泛穩(wěn)定性能越佳，并在理論上能達(dá)到65000多個(gè)設(shè)備。而網(wǎng)關(guān)測試結(jié)果表明，外掛2500個(gè)傳感器延時(shí)僅需1.2 s。這種特點(diǎn)可以保證系統(tǒng)在校園布防的最大覆蓋面。

三、物聯(lián)傳感智慧教育案例

物聯(lián)傳感本著用“智慧”營造綠色教育環(huán)境的理念，通過智能幼兒園監(jiān)管系統(tǒng)，聯(lián)合都江堰政府打造了實(shí)用新型都江堰幼兒園項(xiàng)目。該項(xiàng)目主要目的是加強(qiáng)都江堰幼兒園有效監(jiān)管，提升校園教育環(huán)境質(zhì)量，保證兒童安全健康成長，讓學(xué)校管理者及家長能夠通過移動(dòng)終端實(shí)時(shí)了解兒童的學(xué)習(xí)生活情況。

（一）都江堰幼兒園監(jiān)管解決方案

物聯(lián)傳感都江堰幼兒園監(jiān)管解決方案基于云平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用部署，形成一張無形的教育環(huán)境防護(hù)網(wǎng)，其主要包括中央監(jiān)管系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和安全防護(hù)系統(tǒng)，能為管理者和家長提供對(duì)兒童的安全監(jiān)督服務(wù)，為兒童提供環(huán)境監(jiān)測和改善服務(wù)，家長、老師或其他管理者通過手機(jī)或平板電腦等移動(dòng)終端對(duì)兒童教育環(huán)境進(jìn)行隨時(shí)隨地查看。該方案所架構(gòu)的防護(hù)網(wǎng)主要由以下設(shè)備節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。

1.中央控制設(shè)備：無線網(wǎng)關(guān)（云主機(jī)）——整個(gè)監(jiān)管系統(tǒng)的“大腦”。它是系統(tǒng)的控制中樞，各個(gè)子系統(tǒng)通過它的控制和互聯(lián)網(wǎng)的傳輸，實(shí)現(xiàn)與各個(gè)終端設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)信息對(duì)接。

2.遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)：無線云智能攝像機(jī)——整個(gè)監(jiān)管系統(tǒng)的“眼睛”。實(shí)時(shí)記錄兒童的一切情況，并對(duì)視頻監(jiān)控進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)建立管理數(shù)據(jù)庫，以供家長或管理者通過移動(dòng)終端設(shè)備進(jìn)行隨時(shí)查看。另外，該系統(tǒng)具有的可視對(duì)講功能，支持家長和管理者與兒童的對(duì)話。

3.環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)：無線空氣質(zhì)量探測器、無線溫度濕度傳感器、粉塵探測器等是整個(gè)監(jiān)管系統(tǒng)的“鼻子”。無線空氣質(zhì)量探測器時(shí)刻探測空氣中有害氣體濃度，讓家長和管理者隨時(shí)都能了解教室內(nèi)的空氣質(zhì)量，讓兒童擁有優(yōu)質(zhì)空氣環(huán)境；無線溫度濕度傳感器可實(shí)時(shí)精準(zhǔn)地掌握校園里的溫度、濕度狀況，讓兒童擁有一個(gè)更加適宜的環(huán)境；粉塵探測器可有效探測教室內(nèi)空氣中PM2.5含量，一旦超標(biāo)便能實(shí)現(xiàn)本地端實(shí)時(shí)報(bào)警，同時(shí)將報(bào)警信息傳輸?shù)皆破脚_(tái)及家長和管理者的手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備。

4.安全防護(hù)系統(tǒng)：云紅外入侵探測器、太陽能無線紅外電子?xùn)艡诘仁潜O(jiān)管系統(tǒng)中的校園電子“警察”，在非法入侵時(shí)能夠自動(dòng)本地端報(bào)警，并向家長及管理者的手機(jī)發(fā)送相應(yīng)的報(bào)警信息。云紅外入侵探測器主要用于預(yù)防不法分子非法入侵和家長實(shí)時(shí)視頻監(jiān)管孩子到校和離校的情況；太陽能無線紅外電子?xùn)艡谥饕糜陬A(yù)防不法分子非法入侵。當(dāng)有不法分子非法入侵時(shí)，每個(gè)移動(dòng)通信終端設(shè)備都會(huì)同時(shí)收到報(bào)警，并可以打開監(jiān)控視頻及時(shí)了解準(zhǔn)確的實(shí)際情況，第一時(shí)間做出相應(yīng)處理。

（二）功能強(qiáng)大的安全防護(hù)網(wǎng)

在這張安全防護(hù)網(wǎng)中，基于物聯(lián)網(wǎng)的幼兒園監(jiān)管系統(tǒng)的中央控制設(shè)備主要安裝于幼兒園的院長辦公室內(nèi)，其他子系統(tǒng)和設(shè)備節(jié)點(diǎn)分別布置于其他辦會(huì)室、教室以及其他兒童經(jīng)常出入場所。該系統(tǒng)通過移動(dòng)終端設(shè)備，可讓家長和老師們隨時(shí)了解孩子的一切情況及幼兒園內(nèi)信息，包括孩子上下學(xué)情況、在幼兒園內(nèi)的學(xué)習(xí)情況、活動(dòng)情況、生活情況、休息情況、就餐情況、與其他孩子們的相處情況、幼兒園內(nèi)的環(huán)境信息及園內(nèi)是否有不法分子入侵等不安全事件的發(fā)生等。此外，該系統(tǒng)還具有以下功能特點(diǎn)。

1.遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看。該系統(tǒng)支持家長和學(xué)校管理者通過手機(jī)、平板電腦等設(shè)備遠(yuǎn)程查看兒童的學(xué)習(xí)、生活及安全情況等信息，且不受時(shí)空限制。

2.聯(lián)動(dòng)控制和信息共享。與傳統(tǒng)監(jiān)管系統(tǒng)不同的是，該系統(tǒng)支持所有視頻監(jiān)控設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測設(shè)備、安全防護(hù)設(shè)備以及報(bào)警設(shè)備的聯(lián)動(dòng)。當(dāng)其中任意一個(gè)設(shè)備監(jiān)測到異常情況時(shí)，可觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警設(shè)備，同時(shí)用戶移動(dòng)終端可及時(shí)收到報(bào)警信息。

3.及時(shí)報(bào)警。整個(gè)系統(tǒng)也可作為一個(gè)報(bào)警系統(tǒng)，系統(tǒng)軟件可對(duì)異常的情況進(jìn)行報(bào)警，報(bào)警記錄可供用戶查詢。另外，該系統(tǒng)的可擴(kuò)展性還支持其添加聲光報(bào)警器等采用同一標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的智能報(bào)警設(shè)備，以達(dá)到最佳報(bào)警效果，減少漏報(bào)、誤報(bào)等問題。

（三）幼兒園監(jiān)管系統(tǒng)優(yōu)勢和價(jià)值

家長方面：可以讓每位家長輕松享受工作、生活，不管上班還是外出，孩子就像是在自己的身邊，每個(gè)幼兒家長也可以在任何地方通過手機(jī)、平板電腦來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)觀察孩子在幼兒園的各種情況。

學(xué)校管理者方面：日常巡查和專項(xiàng)檢查中，監(jiān)管人員在任何地方，通過移動(dòng)通信設(shè)備對(duì)管轄的幼兒園進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看，便可了解到該幼兒園是否有違反有關(guān)幼兒教育的法律和法規(guī)的行為；上級(jí)部門領(lǐng)導(dǎo)也可以隨時(shí)隨地掌握監(jiān)管的進(jìn)度和動(dòng)態(tài)，可防止虛報(bào)、假報(bào)，使日常巡查有了真實(shí)的量化考核指標(biāo)；該系統(tǒng)可讓管監(jiān)人員在腳不出戶的實(shí)際巡查中建檔，并提供實(shí)時(shí)精確監(jiān)管的方式，讓監(jiān)管人員把巡查、建檔、取證三個(gè)工作合為一體，既減輕了工作量，又確保了建檔信息的真實(shí)性和準(zhǔn)確性；該系統(tǒng)可以對(duì)探視點(diǎn)的場景進(jìn)行實(shí)時(shí)錄像，并將錄像資料存儲(chǔ)，老師可根據(jù)錄像資料制訂出適合孩子們的教育方式，積極地開發(fā)孩子們的內(nèi)在潛能，提高師資水平和教學(xué)質(zhì)量。

此外，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能實(shí)時(shí)監(jiān)測室內(nèi)空氣質(zhì)量、舒適度，并能根據(jù)需要自動(dòng)進(jìn)行新風(fēng)或凈化處理，以及實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的健康飲食等智慧化應(yīng)用，營造一個(gè)最舒適、最適宜的教育環(huán)境；真正提高各項(xiàng)工作效率、效果和效益，實(shí)現(xiàn)教育的信息化和現(xiàn)代化，滿足時(shí)代教育的需要，讓老師有責(zé)任心，孩子開心，家長放心，領(lǐng)導(dǎo)舒心。

該幼兒園綜合監(jiān)管系統(tǒng)的應(yīng)用有利于加快中國教育系統(tǒng)在幼兒園行政管理信息化中的一體化步伐，有助于實(shí)現(xiàn)信息化與幼兒園管理的深度整合應(yīng)用，使傳統(tǒng)的幼兒園管理工作得到質(zhì)的提升，有助于教育主管部門和幼兒園有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)更快捷、更高效的管理，提升全國幼兒教育系統(tǒng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的能力和水平。

“在教育領(lǐng)域全面深入地運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)來促進(jìn)教育改革與發(fā)展的過程，是教育現(xiàn)代化的必由之路和重要標(biāo)志。”作為智慧城市重要篇章，智慧教育的發(fā)展能為提升市民的信息化接受和利用水平打下基礎(chǔ)，同時(shí)可為智慧城市的發(fā)展提供相關(guān)培訓(xùn)服務(wù)。當(dāng)然，智慧教育不僅僅是教育環(huán)境的智能化、科學(xué)化，還包括教育資源的合理配置和有效管理等，智慧教育的發(fā)展和推進(jìn)需要跨產(chǎn)業(yè)合作以及明確的整體運(yùn)作戰(zhàn)略。物聯(lián)傳感將持續(xù)以先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)、云、大數(shù)據(jù)等技術(shù)推動(dòng)智慧教育的發(fā)展，進(jìn)而為智慧城市的建設(shè)貢獻(xiàn)更大的力量，造福社會(huì)。