物聯網技術在開放大學智慧校園建設中的應用

[摘 要]物聯網是現代信息核心技術的集中體現。物聯網的各種技術在學校中的應用，促進了數字化向智能化校園的升級和發展，文章以開放大學為例，探討物聯網在智慧校園建設中的應用。

[關鍵詞]物聯網;智慧校園;資源

[中圖分類號]G434 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-7656（2020）04-0045-04

引言

物聯網是現代信息核心技術的集中體現。物聯網平臺主要基于Internet技術。近年來，“智慧校園”的新產品是將信息結構1.8升級到其他更高版本。物聯網技術在教育中的應用促進了“數字化”向“智慧校園”的同步升級和發展[1]。

在國內普通高校中，物聯網技術的應用已經非常廣泛，主要體現在校園一卡通的使用。然而，物聯網技術在開放大學的應用受到環境和管理規模相對較小的影響，只停留在基本的管理層面，在實踐中應用的案例并不多。在“十三五”期間，根據中國物聯網的規劃和發展現狀，物聯網產業已成為新的支柱核心產業，直接進入第三次信息產業浪潮，被列為國家新興產業發展的重點建設項目。

一、智慧校園建設中的應用

智慧校園是基于物聯網的智能化校園工作、學習和生活集成環境，該集成環境以各種應用服務系統為載體，將教學、科研、管理和校園生活融合在一起。

（一）物聯網應用的優勢

1.智慧管理

物聯網的核心技術可以幫助校園內特定對象信息的互連互通，有效提高智能管理水平，它可以隨時采集和分析各種信息，包括實時數據和控制反饋信息，能夠便捷地完成師生身份識別和考勤管理，可以通過安裝各種傳感器，以感測校園人員的活動、光照情況，甚至個人的聲音和溫度，監督管理專業教學環境和生活環境，能連接到網絡傳輸層并實施控制以提高智慧校園的日常管理[2]。它降低了人力和物力的成本，并使響應更加及時和準確。

2.智慧教學環境

物聯網技術可以使現實世界中的物體相互連接，實現物理空間與數字信息空間的連接，使現實空間與虛擬學習環境更加有效地融合。物聯網與現有教學平臺的融合，為遠程實踐教學活動提供了廣闊的空間和智能化的管理服務。

3.促進資源高效利用

物聯網技術可以提高校園資源的有效利用，通過各種傳感器設備和識別標簽，可以更有效地對資源信息進行系統地整理和分析，縮短信息傳遞的時間，同時減少不必要的資源浪費，科學地利用資源，實現不同學校之間教育資源的交流，充分利用各種高質量的教育教學資源，從而實現資源共享的最終目標。

4.拓展學習空間

物聯網技術可以擴大學習空間，提供類型豐富的學習服務，促進學生將課堂學習的理論知識與相關實例相結合，解決理論知識與實踐之間缺乏聯系的問題，利用物聯網技術連接校園內的教育資源，借助對口公司和企業擁有的相關資源，建立校企之間的雙向互動和互補伙伴關系，對提高教學質量、培養學生的創新意識和應用能力具有重要意義[3]。

（二）在智慧校園建設中應用

1.整體設計思路及技術路線

利用RFID、藍牙、WiFi、LoRa等物聯網技術構建一個校園物聯管理平臺，集中存儲和管理園教師、學生的相關數據，并提供相應的數據服務。當前，有的開放大學已建設好信息化系統，但是存在著不同操作系統、不同應用軟件、不同網絡硬件環境和不同數據結構的現象。各種不同技術架構相互交織，既要保證不影響現存的應用程序對于當前業務流程的處理，又要對新建的業務做出快速反應，因此校園物聯平臺在整體的設計思路上應采用面向服務的架構（SOA）設計模式，形成一個基于SOA服務組件的、提供標準化服務接口、松耦合的、易于擴展的信息應用平臺。通過標準的XML格式文件以Web Service方式提供與各教學管理相關應用系統的數據共享與交換。

2.智慧校園總體設計（見圖1）

（1）應用環境

主要是校園各個活動場所，形成閉環模式。

（2）物聯網設備

物聯網設備由各種智能控制、傳感和儀表設備組成，包括三種類型的設備：一類是傳感設備，例如智能門鎖，溫濕度傳感器等;第二類是控制器設備，包括用于控制燈光的智能開關，用于控制空調的空調控制模塊，用于大屏幕控制的紅外網關，用于窗簾控制的數據收集器，用于風扇控制器的開關致動器等;第三類是測量類設備，例如帶能耗收集的智能插座，智能空氣開關等。智能傳感/控制層主要完成信息的收集和控制命令的執行。

（3）數據傳輸

數據傳輸主要由智能物聯網網關LoRa網關/數據收集器組成。物聯網網關主要負責網絡信號與TCP/IP網絡的連接，控制指令的發布以及設備狀態報告的上載。物聯網設備及其物聯網的基本信息、終端設備管理、場景策略的核心功能成功設置后，網關會匯總傳感器收集的信息，并根據地址將控制命令分配給相應的傳感器設備。

（4）監控平臺

私有云物聯網平臺主要在相關的智能教室場景中提供應用程序，例如，設備的統一管理、智能鏈接策略、遠程信息推送和警報;同時，該平臺可以開放接口連接到第三方平臺，并支持移動終端和WEB終端訪問控制，集成管理和控制網關，傳感器終端和其他物聯網設備，以創建智能教室感應控制、智能火災控制、智能訪問控制、智能功耗、智能環境監控和其他場景應用解決方案。

3.物聯網技術在智慧校園中的應用

（1）校園卡

借助物聯網技術，建立校園卡系統，即一卡通系統，將水電卡、圖書卡、餐飲卡、考勤卡等各類卡的應用功能結合起來，形成統一的智能卡。同時，智能卡還涉及身份認證和銀聯支付等功能，使信息能夠及時傳輸，實現資源共享，充分利用各種資源信息。校園一卡通可以滿足多用途一卡通的實際需求，在教學、門禁、后勤以及師生的日常生活等方面應用數字技術，通過對個人信息的識別和管理，同時開通支付功能，使學校形成統一的數據管理系統，提高師生工作和生活的便利性，實現校園管理系統的聯動。校園卡系統提高了校園的整體管理水平。

（2）教學管理

物聯網技術在課程教學管理、閱覽室日常管理，其他人員工作等方面的應用，可以提高工作效率和質量。物聯網技術的運用，可以創造智慧課堂，創造感知課堂，實現線上、線下教學的協同，將書本知識與現實社會結合起來，使教學內容更加生動，幫助學生更好地理解教學內容，激發學生學習興趣、提高教學質量[4]。不僅如此，通過物聯網技術，我們還可以打造一個全新的智慧圖書館。借助智能化的日常管理和服務，實現圖書與圖書、圖書與人的聯系，為學校師生借書提供越來越多的便利。在技術方面，可以制作一張包含射頻的校園卡，通過該卡，學生的出勤率可以進行檢查和自動統計。

（3）學生管理

通過使用物聯網技術的感知學習模式，我們可以建立一個虛擬的、個人的、小組的和現實的學習框架，為學生的日常學習和課外實踐提供很多技術支持，幫助他們更好地進行分工合作，讓他們從實踐活動中學到更多知識，并提高他們的溝通能力和創新能力。同時，學生可以從物聯網獲取最新信息，將傳統的被動式教學模式轉變為主動探究式學習模式，有利于學生的自主學習和積累更多的技能和經驗，從而提高學生的學習能力、網絡應用能力、數據分析能力和科研探索能力。此外，物聯網還可以用于管理學生的行為，例如，記錄和借閱書籍、宿舍出入、上課前自動識別和簽到、校門驗證等。

（4）后勤保障

安全是學校管理的重要組成部分，關系到師生的人身健康和財產安全。物聯網技術在后期保障方面有多種方式的實踐應用，如校園停車場智能應用管理模式、消防系統自動報備、實時數據攝像機監控、水電消耗統計、智能照明軟件系統等。各類相關設備的監控可及時發現異常現象，及時了解校園當前情況，使教師和工作人員能夠及時獲取和反饋信息，確保校園安全，并為師生提供安全的學習和生活環境。此外，通過在教學樓、圖書館、宿舍、操場和實驗室等人口稠密地區安裝視頻監控器，煙霧傳感器以及溫度和濕度傳感器，一旦發現異常情況可立即報告。實時的監控能改善校園環境，為師生營造一個有保障有安全感的校園氛圍。物聯網技術的使用還可以有效地創建智能照明，節省能源并減少費用支出。

（5）資源共享

通過物聯網的各項技術應用，我們可以在互聯網構建一個平臺，實現實踐課程和其他科研活動的聯系，實現教學設備和科研設備的共享。同時，利用物聯網技術可以使學生學習到更多的技能，并將他們的學習與日常生活知識所關聯，從而可以有效地將理論知識與實踐活動相結合，學習內容和課外活動相結合，有利于更好地理解每個知識點的內涵。此外，物聯網技術可以形成學校與學校、學校與企業之間的聯盟，促進相關的資源交換，從而使學校的教育活動具有更高的質量，整合各類資源以彌補學校自身的不足，實現資源共享和共同發展。

二、物聯網智慧校園建設的實踐

在智慧校園的智慧教室、電子圍籬、智慧廣播、智慧圖書館、智慧餐廳等多個實踐中，我們以智慧教室舉例說明。

課堂教學是學生接受系統教育的最重要環節。做好教學互動是掌握教學環節質量、提高教學水平的關鍵之一。傳統的教學方法難以滿足現代教學的需要。基于物聯網技術，集成了智能教學、人員出勤、環境調節、視頻監控和遠程控制的新型現代智能教室系統，正在逐步推廣和應用。

智慧教室系統是基于物聯網技術，應用于新型教育場景的智能體系，既可實現創新實驗，又可開展科學研究。物聯網智慧教室系統通過實現從環境、資源到應用的全部數字化，提升傳統校園的運行效率，最終實現教育過程的全面信息化，提高辦學質量和管理水平。

物聯網智慧教室系統主要包括以下內容。

（一）教學系統

教學系統由一臺多媒體教學會議一體機、調音臺、音箱、麥克風、拾音器、功放機及配套軟件組成。通過多媒體教學會議一體機，可以實現電子白板教學、多媒體教學、校園會議、教學互動功能。教學互動是教學系統的一個突出特色，任課教師通過座位號對學生進行提問，被提問學生的頭像在顯示屏中顯示，能吸引學生注意力;反之學生按問答器，學生頭像在顯示屏顯示，也能引起任課教師的注意，實現師生交互良好的課堂教學。

（二）顯示系統

顯示系統由一臺32寸電視機和相應的廣告發布控制管理軟件組成，通過校園物聯網平臺數據反饋，實時顯示相應教室號的課程名稱、教師信息、課堂人數、缺勤名單、室內外溫度及其他環境數據等。

（三）考勤管理系統

考勤系統由RFID考勤機、校園卡、紅外感應器和配套控制軟件構成。首先通過安裝RFID考勤機在教室前后門，學生通過刷校園卡簽到，實現對學生考勤統計;其次通過紅外感應器，考勤數據與RFID統計數據進行準確比對，避免頂替打卡行為。

（四）燈光管理系統

燈光管理系統由燈光控制器、光照傳感器、人體傳感器、窗簾控制系統和配套控制軟件組成。通過人體傳感器來識別教室內區域是否有人，經過數據層傳輸后，燈光控制系統及窗簾控制系統根據相應的數據分析后，實現開和關的狀態。

（五）空調管理系統

空調管理系統由系統控制中心、數據傳輸處理器、空調智能終端和顯示平臺組成。根據開門時間、關門時間、房間內實時溫度、負離子含量等不同的需求，實時智能啟動相應的程序，實現空調的功能設定、計劃、控制、統計、分析、記錄、查詢、提示、警報等。

（六）可視化管理系統

可視化管理系統由海康攝像頭和相應的配套監控軟件組成。視頻監控可為安防系統、人員進出、物品進出情況等提供查詢依據。在教室周邊及教室內四周對角各安裝一個攝像頭，全方位監控人員進出、物品進出、教室內部教學秩序實時情況，所采集的視頻經由遠端射頻單元傳送至校園物聯管理平臺，提供實時的監控數據。

三、結論

物聯網技術是“智慧校園”建設的基礎技術。它有助于實現對校園內各種物理設備的實時動態監控，采集傳統智能校園無法采集的教學過程等數據。通過物聯網技術，我們可以改變各個系統相互作用的方式，使之更便捷、更有效率，更好地為學習和生活服務。

[參考文獻]

[1]沈文杰.物聯網技術在智慧校園建設中的應用探討[J].信息記錄材料，2018（10）.

[2]羅夏，劉羽.基于物聯網技術的高校智慧校園建設應用研究[J].科技視界，2019（17）.

[3]葉寧.物聯網技術在智慧校園建設中的應用現狀與發展研究[J].科技資訊，2019（17）.

[4]吳有龍，楊忠，徐楠，等.基于物聯網技術的智慧校園建設與研究[J].物聯網技術，2020（1）.

[作者簡介]陸征（1981-），男，壯族，廣西來賓人，廣西廣播電視大學助理工程師，研究方向：遠程教育。

[責任編輯 肖志明]