基于物聯網的智慧化校園架構設計——以九江職業大學為例

舒展

（九江職業大學信息工程學院，江西 九江 332000）

基于物聯網的智慧化校園架構設計——以九江職業大學為例

舒展

（九江職業大學信息工程學院，江西 九江 332000）

以九江職業大學為例，基于該校目前校園信息化建設情況，以建設智慧化校園為研究設計目標，綜合考慮高校教學、管理和生活服務等方面，從物聯網的三層架構入手，設計了基于RFID（射頻識別技術）、二維碼、視頻監控等感知技術和設備的物聯網智慧化校園架構。

物聯網；智慧化校園；架構

一、智慧化校園內涵

所謂“智慧化校園”是指在信息化背景下，將人的因素與設備因素、環境因素、社會因素相結合，所形成的一種以智能化教學系統為主的校園[1]。智慧化校園有三個核心特征：一是提供一個全面的智能感知環境和云服務平臺，為在校師生和管理部門提供基于角色的個性化定制服務；二是將學校管理和學生生活各個領域的數據，經過統一接口進行數據處理，匯聚于云端的數據共享中心，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感知的接口[2]。

二、智慧化校園架構設計

國內很多高校已經開始嘗試建設智慧化校園，例如，使用車牌識別技術進行校園車輛管理[4]，采用物聯網技術對教學樓電器進行智能監控[5]，利用可視化管理推進校園管理建設[6]等，但對整體化的智慧化校園架構進行研究設計的，實例卻比較少。九江職業大學2012年新校區建設開工，2014年搬遷，新校區在沿用已有的數字化平臺基礎上，還引入了教學在線平臺、教學監控系統、教學白板系統、校園一卡通系統等，為智慧化校園建設提供了可靠的基礎。

（一）系統功能分析

1.智能化人物互動系統

智能化人物互動系統，即存在人與物體相互交互操作的系統，且在系統的運行過程中，需要人進行相應的操作與控制等行為。此類系統可以根據交互操作的差別，分成以下三個類別：物品標識類、生物識別類以及終端操作類。

物品標識類主要使用可識別的標簽，例如：RFID、二維碼、條形碼等，通過相關設備進行標簽信息采集，隨后，對標簽所對應的系統數據庫內相應條目信息進行操作。例如：修改、增刪、日志記錄等。生物識別類則主要是針對人體生物信息，例如：指紋識別、聲紋識別、虹膜識別、手勢操作識別、視線追蹤等，對用戶的個體特征信息進行采集和核對以及對用戶的操作行為進行獲取和處理。終端操作類指的是使用PC端或智能手機、平板等終端操作硬件，通過使用相關的軟件程序，利用硬件本身所擁有的固件。例如：攝像頭，GPS芯片、鍵盤鼠標或觸屏等，采集所需的信息，根據采集的信息和指令進行信息傳遞、交換以及系統控制等操作。在本項目設計過程中，考慮到九江職業大學已有的系統和平臺，以最優化利用為目標，故物品識別類選擇使用已有的校園一卡通，生物識別類選擇主流的指紋識別，終端操作類則是采用在以往的PC端數字化平臺上增加手機智能終端接口模塊來實現。

如圖1所示，通過使用校園一卡通而實現門禁系統、消費系統、圖書借閱等常歸自助操作。指紋識別系統主要用于財務管理和實驗室管理這些安全級別需求較高的地方，通過指紋識別核對身份，相比使用普通的鑰匙或者簡單密碼而言，更加安全便捷。同時，指紋識別還具有特殊的獨一無二的記錄特性，這樣不僅安全性能得到了提高，而且還十分便于管理。手機智能終端可使用各種配套研發的軟件App，通過網絡連接相關硬件來實現校園導航、遠程監測控制、學生及教職工信息查詢與網上選課等操作、在線手機移動辦公等功能，還可以綁定一卡通生成二維碼，為學生和教職工日常學習生活提供便捷服務。

圖1　智慧化校園人物互動系統

2.無人化物物相連系統

無人化物物相連系統，即無需人工干涉操作，只需根據物體自身所獲取的各種監測信息數據，通過編寫好的相關設定程序，利用物聯網進行自動控制操作的系統。此類系統通過各種傳感器設備獲取所需信息數據，例如：位置信息、光線強弱度、溫度、濕度數據、紅外線探測障礙物以及活體探測等，將這些數據經過對應的軟件系統程序處理，輸出相應的控制指令，通過物聯網網絡層傳遞，實現對其他物體的控制操作。

如圖2所示，通過對校園內的各種公用設施，包括在教學樓、學校道路、實驗室、學生宿舍等地方設置適當的傳感器硬件。例如：光敏傳感器、溫度測量傳感器、攝像頭、RFID讀取器、電流傳感器、紅外傳感器等，在對傳感器獲取的信息進行分析和處理后，自動調用既定編寫好的相應程序，實現相應具體功能。

（二）分層架構設計

物聯網由感知層、網絡層及應用層這三層構成，依次實現數據信息獲取采集、數據傳遞交換、數據分析處理這三大功能。功能的不同，導致了每層的架構體系都存在著差異，同時，在具體項目施工的時候，傳感層的傳感組件、網絡層的網絡模塊、應用層的應用軟件也是由不同的施工單位來進行建設的。因此，在本項目中，將依次根據這三大層次的功能不同，對每層進行相應的架構設計。

圖2　智慧化校園物物相連系統

1.感知層

感知層包括單向的信息采集和雙向的信息讀寫。例如：測量空氣溫度、光線強度、監控視頻、RFID標簽及其內容、錄入指紋信息、掃描二維碼條形碼等，這些都屬于單向信息采集，只需要從硬件傳遞信息出來，不需要寫入任何內容。而像是校園一卡通所采用的IC卡，由于其具備信息存儲和消費功能，所以除了基本的信息采集外，還會存在信息寫入的需求，屬于雙向信息傳遞。

圖3　感知層構成圖

2.網絡層

網絡層與現有的網絡構架區別在于，新增了靈活性高、復雜度低、低功耗、低速率、低成本的多用于傳感器等硬件設備之間進行數據傳輸的Zigbee網絡，如圖4所示?，F在很多的路由和網關都有集成Zigbee組件，可直接使用Zigbee協議，除此以外，還可以使用專門的Zigbee模塊鋪設無線傳感網，像WIFI一樣靈活設置和使用，不受線路和空間的影響。由于物聯網物物之間的數據傳遞和交換具有涉及設備多、傳輸數據量小、數據信息復雜度低等特點，采用Zigbee可以大大降低設備成本，而且還具有時延短、網絡容量大、可靠安全等優勢。

圖4　網絡層示意圖

3.應用層

應用層主要由各種針對不同功能需求而編寫的應用軟件組成，根據應用平臺的不同，包括PC端軟件和移動端軟件。根據面向對象的不同，劃分為自動控制類（如路燈控制系統，以傳感器設備為獲取對象）、半自動化類（如圖書管理系統，以人持有的標識物體為獲取對象）、交互類（如辦公類軟件，以用戶輸入的信息數據為獲取對象）這三大類別。

本項目以滿足九江職業大學校園內的學生和教職工日常學習生活需求為基本目標，主要優先集中于智能便捷服務系統，按照應用系統平臺的不同，搭建應用軟件系統框架結構，如圖5所示。同時，考慮到便利性、效率化且同時需要避免重復冗余數據，部分系統可以搭建面向不同終端的接口模塊，采用共用的后臺軟件及數據庫系統，提供適用于不同顯示終端的接口模塊，實現資源利用的最優化。

圖5　應用層示意圖

三、結語

建立和發展智慧化校園是未來教育和學校發展的必然方向，它不僅能高效合理的利用學校資源，還能優化簡化校園生活和工作，具有數據信息共享、資源控制、安全管理等多方面的優勢。當然，由于物聯網還是一個較為新興的技術，在應用方面和信息安全方面還是有很大的改進和進步的空間，在未來的研究中，將會集中關注在應用層軟件研究以及zigbee網絡安全保障方面。

[1]沈光美.高職智慧化校園建設的特點與趨勢分析[J].蘭州教育學院學報，2016（5）：105-107.

[2]智慧校園.[EB/OL].百度百科，[2014-7-3].http://baike.baidu.com/view/5478486.htm.

[3]廖吉江.關于車牌識別技術在高校校園車輛管理中的應用分析[J].經營管理者，2016（12）：1.

[4]李玉環,秦文華，等.基于物聯網技術的教學樓電器智能監控系統設計[J].計算機測量與控制，2016（2）：122－125．

[5]蔣達央，姚琪.基于智慧校園的可視化管理的建設與發展研究[J].南京工業職業技術學院學報，2016（1）：30－33．

編輯 鄭晶

Structure Design of Intelligent Campus in JJVU Based on IoT

SHU Zhan

（College of Electronical and Information Engineering JiuJiang Vocational University，JiuJiang JiangXi 332000，China）

The paper on the basis of the current informatization of Jiujiang vocational university aims to construct intelligent campus taking college teaching，management and life service into consideration．Starting from three level structure of IoT（Internet of Things）it tries to develop the sensing technology and hardware，such as RFID，QR code，Video surveillance and so on．

IoT；Intelligent campus；Structure design

F49

A

2095-8528（2016）06-049-03

2016-07-03

舒展（1982），女，江西九江人，碩士，講師，研究方向為物聯網，嵌入式系統，軟件開發。