高校“智慧校園”建設(shè)框架初探

鄔鵬飛 賈宇博

（1.海軍軍醫(yī)大學(xué)教研保障中心，上海 200090；2.海軍工程大學(xué)作戰(zhàn)運(yùn)籌與規(guī)劃系，湖北 武漢 430033）

0 引言

目前，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能為智慧生活和城市奠定了基礎(chǔ)。智慧校園是信息化時(shí)代的一種新興趨勢(shì)，是教育機(jī)構(gòu)將智能技術(shù)與物理基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合，以改善教學(xué)服務(wù)、組織決策、校園可持續(xù)性等問(wèn)題的新路徑[1]。在智慧校園的框架下，校園層面已經(jīng)實(shí)施了各種解決方案，例如智能微電網(wǎng)、智能教室，通過(guò)人臉識(shí)別、智能卡等方式考查學(xué)生出勤等。

教育部門從數(shù)字技術(shù)中受益匪淺，并創(chuàng)建了一些應(yīng)用程序，旨在改善從幼兒園到中學(xué)再到高等教育的各個(gè)層次的教學(xué)和學(xué)習(xí)體驗(yàn)。另一方面，智能應(yīng)用[2]正被廣泛用于校園中控制電器和互聯(lián)設(shè)備，例如監(jiān)控?cái)z像頭、燈、門禁控制、加熱系統(tǒng)等。此類智能解決方案可有效調(diào)動(dòng)和使用所需資源，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)、生活質(zhì)量，減輕環(huán)境壓力。物聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)的集成已經(jīng)徹底改變了高校教育和教學(xué)管理，越來(lái)越多的信息化技術(shù)正在開(kāi)發(fā)中，旨在為學(xué)生提供便利。

雖然這些小規(guī)模的解決方案在一定程度上有助于智慧校園的實(shí)現(xiàn)，但智慧校園的通用模型尚未建立。因此，本文基于智慧城市概念提出了智慧校園的初步框架，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)及微電網(wǎng)、人員管理模塊進(jìn)行了初步分析。

1 高校智慧校園基本框架

由于智慧校園的概念主要集中在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上，故將框架任務(wù)分為高、中、低三個(gè)優(yōu)先級(jí)。利用傳統(tǒng)的資源分配方法擴(kuò)展到智慧校園領(lǐng)域，并提供相應(yīng)解決方案，彌補(bǔ)理論模型和實(shí)際系統(tǒng)之間的差距，并有可能實(shí)現(xiàn)智慧校園。全國(guó)高校都在如火如荼地開(kāi)展與智慧校園相關(guān)的論證和計(jì)劃，各類方案不計(jì)其數(shù)，有些方案別具特色。例如，對(duì)位于雨水很少和高溫的干旱地區(qū)的校園來(lái)說(shuō)，收集太陽(yáng)能比建立收集和儲(chǔ)存雨水的基礎(chǔ)設(shè)施更貼近需求。對(duì)于面積較大的大學(xué)，要優(yōu)先考慮智能電網(wǎng)[3]、智慧出行等。

很多高校在智慧出行、智慧教室等部分啟動(dòng)了智慧校園相關(guān)項(xiàng)目，但仍缺乏智慧校園的整體觀。因此，基于大學(xué)的通用結(jié)構(gòu)，適用于大多數(shù)情況，本文提出了智慧校園的初步框架，如表1所示。

表1 高校智慧校園建設(shè)的初步框架

2 智慧校園網(wǎng)絡(luò)及微電網(wǎng)

智慧電網(wǎng)是智慧校園的主要支柱，能夠在智慧校園背景下順利運(yùn)營(yíng)。儀表板上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可幫助管理人員對(duì)校園是否運(yùn)行平穩(wěn)進(jìn)行管理。此外，網(wǎng)格提供了一個(gè)觀測(cè)校園的能源使用模式。雖然智能電網(wǎng)的作用如此重要，但他并不能替代智慧校園的主體。

智能微電網(wǎng)集發(fā)電和輸送服務(wù)于一體。校園通常是節(jié)能的低壓配電系統(tǒng)。校園中的大多數(shù)設(shè)備都得到了改進(jìn)，能夠根據(jù)負(fù)載以各種速度運(yùn)行。這種情況允許系統(tǒng)適應(yīng)負(fù)載并降低處理器速度。當(dāng)工作負(fù)載低并關(guān)閉/休眠未使用的/系統(tǒng)中不必要的部分時(shí)，閉環(huán)控制系統(tǒng)有助于通過(guò)微電網(wǎng)等進(jìn)行控制。例如，太陽(yáng)能有助于提高適應(yīng)氣候變化的系統(tǒng)效率。

支持物聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)不斷與智能電網(wǎng)通信并交換數(shù)據(jù)，例如智能停車產(chǎn)生的電力及其對(duì)電力的使用[4]。安裝在停車場(chǎng)的燈和其他設(shè)備這些停車場(chǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施可以在白天為安裝在場(chǎng)所內(nèi)的設(shè)備收集太陽(yáng)能，并可以儲(chǔ)存額外的能量以供夜間使用。通過(guò)智能計(jì)量系統(tǒng)，智能基礎(chǔ)設(shè)施之間保持持續(xù)通信，收集此類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并相應(yīng)地分配給各網(wǎng)格儀表板。

通過(guò)使用人工智能，可以預(yù)測(cè)未來(lái)的需求。隨著海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，可以通過(guò)深度學(xué)習(xí)分析可用的數(shù)據(jù)，以獲得更多準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

例如，校園監(jiān)測(cè)“噪聲水平”并沒(méi)有明確受益于微電網(wǎng)，而是隱含地向終端儀表板提供統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以進(jìn)行測(cè)量校園對(duì)氣候變化的適應(yīng)能力。當(dāng)校園噪聲水平超過(guò)閾值水平時(shí)應(yīng)發(fā)出警報(bào)，即一間教室中的噪聲會(huì)影響在另一個(gè)相鄰的教室里講課。

總之，大學(xué)校園的微電網(wǎng)主要目標(biāo)是提供優(yōu)質(zhì)教育，檢測(cè)到或解決掉任何其他異常情況。智能微電網(wǎng)直接促進(jìn)了智慧校園從資源利用、節(jié)能、知情決策到改進(jìn)服務(wù)和風(fēng)險(xiǎn)緩解的全過(guò)程。

3 智慧校園人員管理框架

大學(xué)的戰(zhàn)略規(guī)劃應(yīng)與社區(qū)相關(guān)服務(wù)密切相關(guān)，并相應(yīng)地納入他們的意見(jiàn)，以確定校園未來(lái)的方向。

所有智慧校園服務(wù)，包括終端大廳主儀表板的微電網(wǎng)和校園管理，都可以隨時(shí)隨地了解校園活動(dòng)。對(duì)儀表板的訪問(wèn)可以僅限于授權(quán)用戶，并且可以為不同級(jí)別的管理定義訪問(wèn)級(jí)別。

儀表板中顯示的信息有助于校園管理決策和設(shè)計(jì)機(jī)制，確保業(yè)務(wù)連續(xù)性。各種利益相關(guān)者都可以訪問(wèn)儀表板，并且可以根據(jù)校園政策和標(biāo)準(zhǔn)操作程序授予對(duì)數(shù)據(jù)的許可/訪問(wèn)權(quán)限。在允許訪問(wèn)權(quán)限的同時(shí)，需要保護(hù)用戶隱私，并且應(yīng)該在需要知道的基礎(chǔ)上授予訪問(wèn)權(quán)限。資源使用情況的清晰視圖可以幫助校園管理人員安排資源分配以提高利用率。

促進(jìn)教學(xué)和學(xué)習(xí)是高校最重要的活動(dòng)，因此，任何校園都應(yīng)該優(yōu)先考慮擁有智能可靠的解決方案來(lái)增強(qiáng)教學(xué)和學(xué)習(xí)效果。教學(xué)和學(xué)習(xí)工具可以與物理基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合，以提供更好的服務(wù)。

例如，考勤系統(tǒng)[5]可以從教室智能攝像頭讀取數(shù)據(jù)，并通過(guò)在教室中安裝的攝像頭識(shí)別學(xué)生并進(jìn)行標(biāo)記。類似地，可以為教師生成關(guān)于學(xué)生在課堂上的參與度報(bào)告。所有這些步驟都有助于節(jié)省教師用于教學(xué)和實(shí)現(xiàn)課程學(xué)習(xí)成果的時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

智慧校園源于智慧城市的概念，可以通過(guò)利用人工智能技術(shù)在校園內(nèi)生成數(shù)據(jù)，在節(jié)能、便利和降低成本方面存在巨大潛力。當(dāng)前智慧校園的普及程度越來(lái)越高，各高校在信息化建設(shè)的同時(shí)也都在統(tǒng)籌謀劃智慧校園建設(shè)，對(duì)智慧校園的重視程度也在不斷提高，我國(guó)智慧校園建設(shè)的成果已經(jīng)開(kāi)始顯現(xiàn)，智慧校園的應(yīng)用系統(tǒng)也已初具規(guī)模，并且形成了龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，智慧校園建設(shè)相應(yīng)的硬件設(shè)施也在逐步完善中。