5G助力下藝術院校智慧校園建設與應用場景研究

摘? 要：隨著教育信息化的不斷深入，各種新興信息技術與高校教育、教學業務深度融合，高校教育已逐步走向“智慧教育”的新階段，而智慧校園正是其發展方向。藝術院校在教育教學過程中自身的特色使得其智慧校園建設過程呈現新的特點與難點。2019年中國率先發放5G商用牌照，標志著在中國5G技術正式進入應用，其在校園的推廣運用能夠應對藝術院校教育信息化的眾多難點問題，將促進藝術院校產生眾多新的藝術類教學與管理應用場景，為藝術院校的智慧校園建設賦能。

關鍵詞：5G技術;智慧校園建設;藝術院校教育信息化

中圖分類號：TP399? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）21-0120-04

Abstract：With the continuous deepening of education informatization，the deep integration of various emerging information technologies and college education and teaching business，college education has gradually moved to a new stage of “smart education”，and the smart campus is its development direction. The characteristics of art colleges in the process of education and teaching make their smart campus construction process present new features and difficulties. In 2019，China took the lead in issuing 5G commercial licenses，marking the official entry of 5G technology in China. Its promotion and use on campus can cope with many difficult problems in the education of art colleges and universities，and will promote the creation of numerous new art teaching in art colleges and management application scenarios，empowering the intelligent campus construction of art colleges.

Keywords：5G technology;smart campus construction;education informatization of art colleges

0? 引? 言

教育信息化是教育現代化的核心動力。而智慧校園建設則是教育信息化的高級階段。未來，智慧校園的建設將會表現出教育環境智慧化、教育信息無縫流通、教育業務智能協同、教育資源智能分配等特征。而上述特征的實現將依托于5G時代以物聯網、大數據、虛擬現實、人工智能、云計算等為代表的技術的成熟和應用，5G本身所能提供的高帶寬、低時延的網絡環境也將為智慧校園的建設提供極為強大的助力。

本文第一節將闡述智慧校園的內涵，提出智慧校園建設的分層基礎構架;第二節對5G概念進行描述，并分析5G技術與智慧校園建設之間的關聯;第三節提出5G賦能下的藝術院校智慧校園建設的幾個典型應用場景;最后對全文進行總結，并且對下一步的研究工作進行展望。

1? 智慧校園內涵

隨著“智慧地球”“智慧城市”等概念的提出，“智慧校園”的概念也隨之出現。浙江大學在信息化“十二五”規劃中首次提出了建設“智慧校園”的概念，這是教育信息化發展的必然趨勢[1]，其核心是“以人為本”，依托云計算、物聯網、大數據、移動互聯網等新一代信息技術，使用全面覆蓋的智能終端對校園的人、物實現全面智能感知，對校內大數據進行科學分析，以泛在網絡為基礎，為管理員、教師、學生等人員提供各種個性化的智慧教育、教學服務及更為舒適便利的校園生活環境。

實現智慧校園的建設，需要整合各類智能技術建立智慧校園體系的分層基礎架構，層次的具體劃分如圖1所示。基于物聯網和智能感知終端，以泛在網絡為通信基礎，匯聚校園內眾多數據資源，提供統一入口及基礎數據，覆蓋包括智慧管理、智慧教學、智慧學習、智慧科研等多種業務的智慧應用，為學校管理者、教師、學生、教輔人員等人員提供智慧化服務。而5G技術與智慧校園體系的分層基礎架構中的每一層均有千絲萬縷的聯系，將為智慧校園的建設提供極大助力。

2? 5G與智慧校園

2.1? 5G概述

5G即第五代移動通信技術，是最新一代蜂窩移動通信技術，與前幾代的移動網絡相比，5G網絡的能力將有質的提升[2，3]：10Gbps的峰值數據速率，比4G提升數百倍;最低傳輸時延可達1ms，而4G手機的網絡延時則約為30～70ms;頻譜效率可比4G提高3至5倍;每平方公里千兆的連接密度、每平方公里的業務密度可達10Tbps、功效將提升100倍。

總而言之，5G將引入更為先進的技術，通過更高的頻譜效率、更多的頻譜資源等滿足移動業務流量高速增長的需求，應對4G網絡難以解決的問題。5G將為用戶提供超越光纖的接入速率，“零”時延的應用體驗，超大規模設備的連接能力，超高流量密度和超高移動性支持等多種場景的服務，同時，網絡能效將得到百倍提升，而比特成本則百倍降低，最終構建高速率、大容量、低時延、高可靠性的網絡社會，實現“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景[4-6]。

2.2? 5G與智慧校園各層的關聯

智能感知層：以5G融合網絡為通信基礎，實現全面的物聯網終端布局，實現校園的全面感知，為智慧校園提供數據采集基礎。

網絡通信層：5G網絡將與傳統的3G/4G、WIFI等網絡實現多網融合與互聯，成為智慧校園網絡環境的基礎，提供不分時地、泛在的通信支撐。

智慧數據層：5G的高速傳播將為智慧校園信息數據收集與傳輸提供強有力的支持，而5G的低時延的特性將為數據的云端處理提供通信基礎。

統一平臺層：5G融合網絡及其他各種信息技術將實現支撐服務的構建，成為智慧校園的各類智慧應用獲取統一入口和基礎數據的保障，同時，5G邊緣端可計算的特性可進行基于安全協議和規范的信息處理，保障平臺登錄的安全認證。

智慧應用層：5G高速率低時延的特點，將為智慧管理、智慧教學、智慧學習等各種智慧型校園應用采集更為全面和準確的數據，而通過5G技術建立的各個網絡節點的私有基站，可實現數據和計算的高速處理，為各類用戶提供更為優質、智能的學習、生活、管理等全面的功能服務。

2.3? 5G與智慧校園相關的信息技術

智慧校園的建設需要運用多種新興信息技術，而5G往往正是推動這些技術進步的關鍵力量，下面將對智慧校園建設中可能涉及到的幾種主要技術與5G的關聯進行分析。

2.3.1? 物聯網

萬物聯網將產生海量數據，5G具有高帶寬的特點，能夠滿足物聯網超大數據量的需求;5G的低時延特性能夠適用于對實時性要求極高的物聯網應用場景（如無人駕駛）;5G廣泛采用D2D技術使數據采集的智能終端與用戶的5G手機能夠直接進行數據通信，節省通信時間，且更經濟便捷。

2.3.2? 云計算與云存儲

目前，云計算與云存儲無法在移動端大范圍推廣使用，制約其發展的關鍵在于云計算服務器端與客戶端之間的無線通信，4G網絡無法滿足云計算低時延的要求，云端產生的運算結果與存儲的數據無法及時到達客戶端，影響用戶的使用體驗，而5G的高帶寬，低時延可以在極短的時間內傳輸大量數據，且用戶幾乎感覺不到延時，這為云計算與云存儲的落地提供了網絡基礎。

2.3.3? 大數據

5G高帶寬、低時延的特點，將使網絡中的數據量急劇增長，而物聯網的發展也會帶來海量數據。數據量的增加和更為豐富的數據類型為大數據提供了豐富的數據來源;5G的高帶寬可以滿足大數據對數據傳輸的需求;大數據對數據的存儲與處理速度提出很高的要求，未來的發展趨勢是采用云計算、云存儲的方式，而這也需要5G的通信支持。

2.3.4? VR/AR

若想獲得極佳的VR視覺體驗，對視頻的清晰程度要求極高，一段幾秒鐘的高清全景視頻便可達幾十兆甚至幾百兆字節，傳統的4G網絡無法流暢地觀看視頻，而5G的高速傳輸正可以滿足使用需求;對于AR體驗來說，當識別的景象發生大量的動態變化時，會帶來計算工作的增加，終端無法負荷這種龐大的計算量，為此，需將原本由終端進行的計算向云端轉移，而此種解決方案依然需要依托5G技術;基于微基站而采用邊緣計算機制的5G網絡，高效的傳輸使VR/AR應用在移動終端的時延大大縮短，消除由時延帶來的眩暈感，提升移動終端的虛擬體驗。

3? 5G支持下的藝術院校智慧校園應用場景

5G賦能下的藝術類智慧校園將擁有眾多應用前景，5G將極大地推進教學、科研、教育管理、教學評價等業務的智慧化與信息化進程。下面將列舉幾個最常見的場景進行分析。

3.1? 智能校園安防

3.1.1? 場景說明

（1）在校園人流密集處、出入口、關鍵基礎設施等地設置高清視頻監控，5G將為高清視頻的傳輸提供網絡基礎。結合人工智能增強的云服務可以提供巨大的存儲空間與強大的數據分析服務，從圖像、聲音和文本中提取大量的數據（人臉識別，車輛、車牌識別或其他視頻分析）并進行智能報警。（2）以5G為基礎構建的物聯網及智能感知終端系統，實時采集校園內的人員、建筑物、硬件設備、道路、車輛等數據，掌控校園狀況。（3）使用校園安防智能無人機，利用5G低延遲的特性將無人機的計算能力置于云端，能夠借由無人機實現校園無盲點自主巡邏、環境監控、身份識別、車輛識別等。在突發狀況發生時，無人機能夠及時到達現場并采集高清視頻，并利用5G網絡實現視頻傳輸。（4）為學生配備智能穿戴設備（如智能腕表），可對學生的情況進行實時監控，保障學生安全。5G的高帶寬可支持智能設備大量數據的傳輸，智能設備的相關的智能軟件均駐留在云端，基于5G的低延遲特性讓可穿戴設備通過網絡充分利用云端人工智能的力量，為學生提供更多智慧支持和安全保障。

3.1.2? 應用場景的價值

與普通院校相比，藝術院校更具有開放性：學生可在沒有教師指導的情況下自主使用校內眾多教室、實驗室（如琴房、舞蹈教室）;藝術院校展演眾多，每天均有大量的外來參演人員及觀眾，而每年數次藝考期間，更是人員數量激增，同時，由于藝術院校的教學特點，學生從低年級開始就需頻繁地參加各類校外活動，這些均對藝術院校的校園與人員安全提出更高的要求。

以5G為支持的智能校園安防，可隨時查看校內高清監控視頻信息，結合智能無人機的使用，可以實現24小時無死角的學校安全監控，借助先進的人工智能后臺，根據大量數據對校園狀況進行智能分析，識別各種異常事件，進行預告警服務和及時響應，能夠極大地豐富安保任務內容，提高工作效率。

3.2? 智能高清藝術類視頻教學

3.2.1? 場景說明

（1）教師可利用智慧教室或移動智能終端設備錄制高清藝術類教學視頻，借由5G網絡上傳至云端服務器。（2）學生的移動終端安裝智能應用，可在線觀看藝術類教學視頻，5G的高帶寬可以支持智能設備傳輸大量數據。（3）借由5G的低時延特性，在云端利用大數據分析，實現個性化視頻推送。

3.2.2? 應用場景的價值

藝術院校的高清教學視頻包括教師錄制的授課視頻或是各類展演視頻，出于藝術的觀賞性和細節性要求，藝術類學習對視頻的清晰程度要求很高，而藝術類視頻的時間也相對較長，一部完整的高清視頻的數據量是很驚人的，這就對網絡授課過程中的數據傳輸提出很高的要求。而5G的高帶寬正可以應對這一使用需求。另外，隨著藝術院校教育信息化的發展，藝術類網絡教學視頻的數量與種類將會越來越豐富，與文字不同，視頻內容的甄選需要花費更多的時間，借由5G的低時延特性，在云端利用大數據分析，可以幫助學生在海量的教育視頻資源中找到最適合的資源，實現個性化學習。

3.3? AR/VR教學

3.3.1? 場景說明

將5G與云平臺相結合，一方面利用云端的計算能力實現AR/VR應用的運行、渲染、展現和控制，另一方面利用5G網絡實現高清AR/VR視頻的傳輸。借由AR/VR云平臺的建設，開發諸如虛擬琴房、虛擬舞蹈教室、虛擬藝術史空間等富有藝術院校特色的AR/VR云化應用。將藝術類知識轉化為數字化的、可觀察可交互的虛擬事物，讓學生能夠在更為真實的空間中去直觀了解所要學習的內容，并可對數字化學習對象進行實際操作。

3.3.2? 應用場景的價值

采用AR/VR，教學內容與教學形式將更加生動形象。藝術院校的課程往往具有較強實踐性，且對現場感悟的要求比較高。例如舞蹈、書畫、樂器修造等專業，傳統的網絡視頻教學方式很難展現細節，學習效果將大打折扣，而借助AR/VR 技術，課堂形式將由2D變為3D，內容更為直觀、形象。這種真實情境的體驗有助于提升學生的認知和理解，也能夠增強學生的互動性與參與性，同時，在AR/VR的學習場景中，學生還可以自由選擇學習內容，隨時暫停或重復，增強學習的交互性，不僅如此，AR/VR更可以和游戲教學相結合，寓教于樂，大幅增強學生的學習意愿，更能滿足藝術院校學生的學習需求。

3.4? 智慧科研

3.4.1? 場景說明

（1）采用云端大數據分析，個性推薦最適合教師申報的藝術類課題，同時推薦最合適的科研合作者。（2）云端存儲海量研究資源，可利用5G的高帶寬直接下載至移動智能終端，且能根據申報課題及教師自身特點，借由云端大數據分析進行資源的個性化推薦。（3）借由智慧教室、智能終端等實現藝術類資源的數字化，并可利用5G網絡即時上傳至教師的校內個人云存儲空間。（4）利用云端計算功能，對科研數據進行分析、統計及匯總。

3.4.2? 應用場景的價值

科研信息化是數字化校園多年未能解決好的問題，智慧校園建設將極大改變此現狀。對于藝術院校的科研而言，無論是課題選取，課題前期參考藝術類資源獲取或是科研中期藝術類數字化數據的獲取都有較大難度，而后期的項目管理也沒有可用的智能應用工具，科研數據的分析統計和匯總等工作基本只能依靠手工進行，效率極為低下。采用5G、大數據和云計算相結合的智能藝術類科研支持，能夠幫助藝術類院校教師獲得課題申報、科研合作、科研資源獲取、課題分析研究等一系列的高效智慧支持。

4? 結? 論

智慧校園的建設將是大勢所趨，智能化、網絡化、數字化、開放化、社交化與個性化已成為教育信息化的新要求。5G時代的到來將大大推動智慧校園建設的進程，而5G也將成為各種新技術落地與運用的助力，而這些新興信息技術將大大促進高校的教育信息化，可以說，5G與智慧校園的融合將改變高校教育、教學與管理的格局。5G也將使藝術院校智慧校園的建設展現全新的面貌，智慧安防、智慧藝術教室、VR藝術課程等應用場景將會逐一實現。

參考文獻：

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作者簡介：吳艷潔（1982-），女，漢族，江蘇南京人，講師，碩士，研究方向：信息技術、教育信息化。