智能家居在高校宿舍安全管理中的應用研究

摘 要：教育信息化的不斷深入，以及智慧校園建設工作的有序開展為校園智能化管理提供了發展方向。目前，高等院校規模、在校學生數量的不斷擴大意味著學生安全管理工作的難度不斷上升，必須要加強智能化管理系統的研發，并將智能家居系統應用到學生宿舍的日常管理中，從而有效提高宿舍安全管理水平，使高等院校安全管理水平更上一個臺階。

關鍵詞：智能家居；高校宿舍；安全管理；能源管理

中圖分類號：TP29；X924.3 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）04-0123-03

Application of Smart Home in Safety Management of College Dormitories

CUI Defu

（Sanshi Liangzi （Suzhou） Information Technology Co.，Ltd.，Zhangjiagang 215600，China）

Abstract：The continuous deepening of educational informatization and the orderly development of the construction of intelligent campus provide a direction for the development of intelligent campus management. At present，with the continuous expansion of the scale of colleges and universities and the number of students in schools，it indicates that the difficulty of students’safety management is increasing. It is necessary to strengthen the research and development of intelligent management system，and apply smart home system to the daily management of students’dormitories，so as to effectively improve the level of dormitory safety management and ensure that the level of safety management in colleges and universities reaches a higher level.

Keywords：smart home；university dormitory；security management；energy management

0 引 言

隨著高校后勤管理改革的推進，宿舍格局和管理日趨多樣化，高等院校學生宿舍是學生學習和生活最主要的場所，做好宿舍管理工作不僅能為學生提供整潔的空間，而且有益于學生身心健康，促進良好道德品質的形成。同時宿舍的安全工作也面臨著一些新的困難，安全事故頻繁發生，給高校正常的教學秩序造成了不良影響。給學生提供一個更安全、更舒適的生活環境能夠增強宿舍安全性，提高學生工作管理水平。本文基于智能家居系統在高校宿舍安全管理的應用展開全面的研究。

1 高校宿舍安全管理現狀

宿舍安全管理是高等學校學生工作中非常重要的部分，大學生在大學四年的學習生活中，有將近一半的時間是在宿舍中度過的，因此，宿舍的安全隱患不容忽視，包括用電安全、財產安全、人身安全等。近年來，多起安全事故見諸報端，比如2016年河南科技大學女生宿舍樓起火；2017年長安大學渭水校區某宿舍樓起火；2018年8月中國人民大學一棟宿舍樓突發大火；2019年1月中原工學院一宿舍三樓突然失火等。

宿舍內用電是導致宿舍安全事故發生的主要原因。宿舍火災事故很多是違規使用電器引起的，有些同學為了方便取暖、燒水，在宿舍內使用大功率電器，如電暖器、熱得快等，這些都是學校明文禁止使用的；同時在一個插排上連接多臺電腦，甚至將取暖器、熱得快等違規電器同時在同一個插排上使用，造成插座及線路超負荷運轉，容易引起線路過載，設備著火，引發火災，造成嚴重的財產損失或人身傷害。

2 智能家居系統

智能家居系統是以家中用電設備（燈光、插座等）和家用電器（電視、空調、地暖等）為主要控制對象，利用綜合布線技術、無線通信技術、網絡安全技術、自動控制技術將與居家生活有關的用電設備進行高度集成，通過對家庭設備的遠程控制、自動控制提高生活質量，使居家生活高端智能、安全舒適、綠色低碳。

2.1 總體架構

智能家居控制系統主要由智能終端、智能網關、云服務器和移動端等構成。智能終端是指各種環境數據的檢測設備和自動控制器，主要包括各類傳感設備、智能開關設備、電動設備、智能門鎖等；智能網關的功能是將環境數據進行收集、整理，上傳至云服務器進行數據處理，并通過指令控制各自動控制器動作；云服務器的功能是將智能網關上傳的環境數據進行分析處理，云服務器是移動端與智能網關之間進行連接的橋梁；移動端是指手機端、Web端，對智能設備進行遠程控制以及后臺管理。

智能家居系統總體架構如圖1所示，系統共分為四層，分別是傳感層、傳輸層、分析決策層和動作層。

2.1.1 感知層

感知層是智能家居系統對居家環境進行感知、識別和信息采集的基礎，為后續信息處理和相關決策提供海量、精準的數據信息支撐。感知層包括各類溫濕度傳感器、PM2.5、PM10、有害氣體檢測儀、光照傳感器、煙霧傳感器、智能斷路器等。感知層作為底層應用終端設備，對室內環境進行7×24小時不間斷監測，負責感知外界信息，并獲取系統交互數據。

2.1.2 傳輸層

隨著物聯網技術的發展，不同廠家采用的無線通信協議也各不相同，通信協議主要分為兩類，一類是近距離通信協議，主要有常見的Wi-Fi、Bluetooth和ZigBee等；第二類是遠距離通信協議，主要有工作在授權頻段的通信協議（如工作在蜂窩網絡中的NB-IoT）和工作在免授權頻段的通信協議（如433MHz、868MHz和915MHz）。

我們采用NB-IoT技術的遠距離低功耗通信協議，與其他無線通信協議相比，第一，NB-IoT是IoT領域一個新興的技術，支持低功耗設備在廣域網的蜂窩數據連接，也被稱為低功耗廣域網（LPWAN）。NB-IoT是一種廣覆蓋，可提供室內覆蓋，網絡增益為20dB，具備足夠的覆蓋范圍；第二，具備支撐海量連接的能力，如NB-IoT一個扇區能夠支持10萬個連接，支持低延時、低敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優化的網絡架構；第三，更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機時間長達10余年。

2.1.3 分析決策層

分析層、決策層通過云服務器實現對智能終端采集的基礎信息數據進行分析、存儲和轉發，為用戶提供一個信息交互、存儲、分析處理的云端數據庫，通過建立云服務器，可以對大量數據進行集中分析和管理，是一個集智慧家庭、智能社區、智慧校園等為一體的服務管理平臺。

由于存儲了大量用戶數據，要通過合理的數據挖掘手段滿足用戶的個性化需求，并在合適的時間通過智能網關觸發相應的設備活動，根據用戶的行為習慣自動控制電器的智能活動可以使用戶獲得更加舒適、方便的生活體驗。同時，合理的電器控制對于節約能源起到重要作用。智能家居系統需要挖掘用戶的個性化需求，并在合適的時間內啟動相應的設備，提供相應的服務。

2.1.4 動作層

動作層負責接收云服務器的指令，通過控制智能開關、智能插座、紅外伴侶、智能斷路器等智能終端實現對宿舍內部照明、空調、風扇、暖氣等設備的開啟、關閉等狀態的自動控制，并且支持用戶在任何有網絡接入的地方通過移動設備遠程控制宿舍內部的設備。

2.2 宿舍安全管理

違規使用大功率電器是造成學生宿舍可能發生火災的首要隱患。學生宿舍中常見的違章電器是指一些三無產品和大功率電器，比如熱得快、電熱毯、電暖氣等。學生宿舍線路設計一般是按照家用照明電路標準設計的，供電電路負載有限，使用大功率電器容易引起線路發熱起火。

傳統過載保護使用電能表與空氣斷路器來實現，僅能通過檢測整個宿舍的集體用電量來對整個宿舍的電量進行控制，無法準確獲知各用電器的分項電量數據，無法進行節能管控以及大功率電器預警。

智能插座、智能配電保護器等智能終端設備可以使宿舍內部每一路用電設備的能源消耗獨立，實現實時監測，對用電器實行分類、分項、分時統計與計量。一旦發現使用大功率電器或者線路過載發熱等情況，系統會在第一時間對此路電器進行電路保護，并且不影響其他用電設備的使用，同時將相關信息通過云服務端通知相關管理人員，實現防患于未然。此外，通過在線對標診斷與分析，能夠精準發現異常電能消耗并告警，從而消除各種隱形能耗浪費。

3 結 論

綜上所述，通過將智能家居系統應用于高校的宿舍管理中，能夠實現對宿舍電器設備的集中管理，對宿舍內部每條線路負載情況進行精確監測和統計，對宿舍內部違規使用大功率電器的情況能夠及時進行告警，并自動切斷當前線路，有效防止火災事故發生，極大地方便了宿舍管理人員對用電安全的檢查監督工作。

接下來將進一步完善智能家居系統在高校宿舍管理工作中的應用，通過分析用電數據的大數據進行能源管理升級，為下一步節能降耗工作奠定基礎。

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作者簡介：崔德富（1989.01-），男，漢族，江蘇常州人，助理工程師，本科，研究方向：自動化與信息系統集成。