基于物聯網與大數據的智慧校園建設研究

譚華 馬靜莉

摘? ?要：在如今的大數據時代背景下，人們需要以更加創新和敢于應用新技術的思維方式來進行高校智慧校園的建設。鑒于此，文章將物聯網技術與大數據技術相結合，以智慧校園信息化建設需求為目標，研究構建了一個基于物聯網與大數據的智慧校園服務建設模型，并對該模型進行了闡述，結合智慧校園建設實際需求，對智慧教學管理服務、智慧校園生活服務及智慧信息共享服務的建設進行了論述。

關鍵詞：物聯網;大數據;智慧校園;建設研究

2010年，浙江大學在信息化“十二五”規劃中首次提出“智慧校園”的建設藍圖。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。隨著網絡和信息技術的不斷發展，將物聯網應用于智慧校園建設中、建構基于物聯網的智慧校園[1-2]逐漸成為高校教育信息化建設的發展趨勢。但在如今的大數據背景下，人們需要以更加創新思維的方式對高校智慧校園進行建設。鑒于此，本文對基于物聯網與大數據相結合的智慧校園建設進行了研究。

1? ? 智慧校園及相關支撐技術介紹

1.1? 智慧校園

智慧校園是將人、信息技術、教學資源及環境以及社會性要素有機整合在一起的一種獨特的校園系統。它是數字校園的進一步發展和提升，是教育信息化的更高級形態。例如，黃榮懷教授認為，智慧校園是一種以面向師生個性化服務為理念，提供無縫互通的網絡通信、有效支持教學過程分析、評價和智能決策的開放教育教學環境[3]。

智慧校園的3個核心的特征[4]：（1）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。（2）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。（3）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。

1.2? 物聯網技術

物聯網是通過智能傳感器、射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）等信息傳感設備，按照約定的通信方式和協議，把物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[5]。當前，物聯網已廣泛應用于智能家居、倉儲物流、交通控制、能源電力、醫療等領域，對促進國民經濟的發展和社會生活的改善發揮了巨大作用。

物聯網的基本架構包括3層，即感知層、網絡層、應用層。感知層主要用于利用各類傳感器設備對物理世界的各類物品進行感知識別和信息采集。網絡層主要是利用WiFi、以太網、互聯網等網絡對感知層采集到的數據信息進行傳輸。應用層將感知層采集的數據與根據實際應用需求，實現智能化的應用。

1.3? 大數據技術

大數據技術[6]是包括大數據采集、大數據存儲、大數據分析等技術。其中，大數據處理技術是指對數據進行抽取、清洗和轉換，使分散、零亂、標準不統一的數據整合到一起。大數據存儲主要是借助大規模并行數據庫、分布式數據庫、云計算平臺對大數據進行存儲。大數據分析技術是利用一些數學計算、統計方法和數據挖掘算法等對海量數據進行統計、歸納、分類和整合，從而獲取數據信息中隱藏的潛在的有價值的信息。

2? ? 智慧校園建設需求

根據每個學校的實際情況不同，智慧校園的建設需求[7]也會有所不同。但總體建設需求基本一致，主要體現在3個方面：（1）基礎資源建設主要包括硬件設施和網絡資源建設，在建設時，還要考慮相關設備的安全性、可靠性、容錯性、兼容性以及可拓展性。以保障硬件設備和網絡資源具有良好的預見性。（2）信息資源建設，也即數據平臺建設，主要根據學校發展要求，做好信息資源管理的規劃和頂層設計，建立標準化要求的信息資源中心數據庫，同時，要保障信息資源數據庫的可靠性和安全性，因為信息資源是學校的寶貴財富，直接影響到學校的創新發展。（3）智慧化服務建設，是智慧校園建設的主要目的，也是智慧校園建設的重要內容。

3? ? 智慧校園建設體系架構

在深入研究物聯網技術和大數據技術要素的基礎上，結合智慧校園信息化建設的需求，構建了如下基于物聯網與大數據的智慧校園建設體系架構模型，如圖1所示。

該模型自下而上分為4層，分別為智能感知層、網絡傳輸層、平臺數據層、應用服務層。

（1）智能感知層是利用傳感器網、視頻采集卡、射頻識別、二維碼等智能感知設備和終端對物品進行全面感知，用于完成物體的識別及信息的采集。同時，借助短距離傳輸技術、自組織網絡、協同信息處理技術等對信息做進一步的信息處理，以完成信息數據的標準化要求。

（2）網絡傳輸層是實現對感知層采集的數據信息在機器對機器（Machine to Machine，M2M）架構網、異構網、移動通信網、互聯網等網絡上進行實時、準確的傳輸，以實現數據信息交互和通信。網絡傳輸層對應于智慧校園建設中的網絡硬件設施，它由互聯網、移動通信網和無線通信網、M2M架構網等異構網及網絡管理系統組成，在智慧校園中起到信息傳輸的作用。

（3）平臺數據層是智慧服務的數據支撐平臺，對網絡層傳輸的傳感器數據、元數據、分布式數據進行存儲和管理，同時，建立基于云計算、大數據分析、數據挖掘的數據支撐平臺。為應用服務層的智慧服務提供數據支持。

（4）應用服務層是智慧校園體系架構的頂層，也是智慧校園建設的核心，它是基于平臺數據層，根據學校業務需求，來建立相應的智慧應用服務。而且這些應用服務能夠以業務流程的方式來對智能感知層、網絡傳輸層和平臺數據層的服務及能力進行整合，從而實現智慧管理業務模式，進而提升學校的整體運營效率，并且降低運營與管理成本。

4? ? 智慧校園服務建設

智慧校園建設最為核心的就是各類智慧服務建設，主要包括：（1）智慧教學管理服務。（2）智慧校園生活服務。（3）智慧信息共享服務。

4.1? 智慧教學管理服務

智慧教學管理服務主要包括：智慧教學、智慧實驗室、智慧圖書館等。

（1）智慧教學是以大數據為基礎，利用數據統計分析技術，打造個性化的學習環境、挖掘學生發展潛力、優化教學資源配置。如在教室里，通過智能攝像頭對上課人數進行統計，來判斷選課學生人數及學生參與課程的積極性，從而決定該課程未來的安排與設置，為課程評估管理提供量化的依據。

（2）智慧實驗室利用無線射頻技術融合門禁管理，當師生進出實驗室的時候，通過RFID校園卡進行身份識別和門禁控制。同時，利用物聯網信息系統實現對實驗人員、實驗設備及實驗過程的科學管理。

（3）智慧圖書館打造基于電子標簽的圖書定位管理，以提高圖書的查找效率，以及通過RFID標簽實現圖書的智慧借閱和歸還。還有根據圖書借閱人員的專業、歷史借閱和圖書查詢等記錄信息，挖掘借閱者的興趣和愛好，以短信等方式主動向借閱者推薦可能感興趣的圖書。

4.2? 智慧校園生活管理

智慧校園生活服務主要包括：智慧校園消費、智慧學生管理、智慧后勤保障和智慧校園環境等。

（1）智慧校園消費通過含有RFID的校園卡進行校內日常消費，當師生在食堂、超市、茶水房等刷卡消費時，相應的金額信息就被讀取出來，扣除當前消費額并保存余額，同時，消費記錄可以以短信息的方式發送給卡主。

（2）智慧學生管理主要是借助校園網絡在校門、教室、操場等場地設置RFID接收器，學生出入相應區域時其信息被自動記錄，并形成學生的運動軌跡，有效掌握學生的方位，便于對突發事件進行及時處理。同樣使用無線射頻識別技術，要求學生在進出入宿舍時需要進行身份識別。可以防止不法人員趁機潛入，有效保護學生的財產及人身安全。

（3）智慧后勤服務主要是采用物聯網技術實現后勤管理的智慧化，如物聯網技術對某區域的水電使用情況進行監測管理，以實現節能減排。通過定位技術和傳感技術對校園火災等事故地點進行自動定位和感知，并及時通知消防人員到達處理現場。還有通過對校內車輛放置RFID識別卡，來對校園車輛進行定位識別管理，以保障校園行車安全。

（4）智慧校園環境通過在校園環境的路燈上安裝測光元件及控制器，建立基于物聯網的智能照明系統，可根據時間、天氣、環境光線強度等來實時智能控制和管理。同時，部署攝像頭及RFID接收器在教學區、圖書館等重要場所，實現區域監控和人物識別。方便安防管理人員實時監控、報警及應急處置。

4.3? 智慧信息共享服務

建立智慧信息共享服務是也高校信息化建設最為重要的內容之一。它可以提供許多關于教學、科研、管理、生活中的學習資源，為師生自主學習提供高品質的學習資源，同時，它也是非常重要的信息發布渠道，例如發布考試信息、發布教學信息、發布學生活動等。

5? ? 結語

智慧校園是高校信息化建設的最終目標。但目前，智慧校園的建設仍處在摸索實踐階段，還存在建設標準不統一、新技術應用不夠成熟等問題。其建設也不能一蹴而就，應該充分認識功能內涵，并結合新技術逐步展開實踐探索，因地適宜，以達到智慧校園信息化建設的可持續發展。

[參考文獻]

[1]劉苗苗，張永生.基于物聯網的智慧校園建設方案應用探索[J].大慶師范學院學報，2016（6）：20-23.

[2]謝靜思.基于物聯網的智慧校園平臺建設研究[J].現代信息科技，2017（1）：135-136.

[3]黃榮懷，張進寶，胡永斌，等.智慧校園：數字校園發展的必然趨勢[J].開放教育研究，2012（8）：12-17.

[4]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.

[5]楊恒.最新物聯網使用開發技術[M].北京：清華大學出版，2012.

[6]程學旗，靳小龍，王元卓，等.大數據系統和分析技術綜述[J].軟件學報，2014（9）：1889-1903.

[7]胡金萍.基于大數據的智慧校園建設研究[J].科學技術創新，2018（8）：72-73.

Research on intelligent campus construction based on Internet of Things and big data

Tan Hua1， Ma Jingli2

（1. Nanning College for Vocational Technology， Nanning 453000， China;

2. Guangxi College for Preschool Education， Nanning 530022， China）

Abstract：In the background of the big data age， people need to construct the intelligent campus of colleges and universities with more innovative and dare to apply the new technology. In view of this， this paper combines the Internet of Things technology with big data technology. With the aim of building intelligent campus informatization， a model of smart campus service construction based on the Internet of Things and big data is constructed， and the model is expounded. The construction of intelligent teaching management service， intelligent campus life service and intelligent information sharing service are discussed based on the actual needs of intelligent campus construction.

Key words：Internet of Things; big data; smart campus; construction research