物聯網與云計算技術在高校智慧校園建設中的應用

賴于樹 楊成龍 李秋月 席光文

［摘? ? ? ? ? ?要］? 隨著“互聯網+教育”計劃的不斷實踐以及智慧校園建設的積極推進，高校迎來了更加智能的信息技術。融合物聯網和云計算的優勢，并結合實際情況，重點研究了物聯網與云計算技術在智慧校園安全管理、智慧校園車輛管理、智慧學生信息管理、智慧圖書館、智慧教室、智慧食堂、智慧宿舍、智慧實驗室和智慧科研等方面的應用。這將實現校園內各種設施和管理的智能化和自動化，提高校園管理的效率和安全性，為學生和教職員工提供更好的服務和學習環境。

［關? ? 鍵? ?詞］? 物聯網；云計算；高校；智慧校園

［中圖分類號］? G647? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ［文獻標志碼］? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ［文章編號］? 2096-0603（2023）13-0109-04

一、引言

智慧校園建設作為高校教育現代化的重要組成部分，以信息技術為基礎，將校園物理空間與數字空間深度融合于師生在校的教學、科研和生活中，肩負著校園治理、教學改革、人才培養、科研創新、校園安全和師生服務的多重責任，是對傳統校園建設發展的一次革新[1]。物聯網技術作為智慧校園建設的重要組成部分，可以將傳感器、智能設備等物理設備連接起來，實現對校園內環境、設備、資源等的監測和管理。而云計算技術則可以為智慧校園提供強大的計算和存儲能力，同時也可以實現數據的高效共享和分析。因此，將物聯網和云計算技術應用到高校智慧校園建設中，不僅可以提升校園的智能化水平，更可以為師生和管理者提供更加便利和高效的服務和工具，推動高校教育和管理的創新和發展。

二、物聯網及云計算技術

（一）物聯網技術

物聯網技術是一種將物理世界與數字世界連接起來的技術，它融合了傳感器技術、射頻識別技術、嵌入式系統技術、智能技術和納米技術等多種技術手段。通過信息傳感設備，物聯網可以將各種物體與網絡按照約定的協議連接起來，從而實現物體信息之間的交換和通信，為校園管理和教育教學提供全面、便捷、高效的服務[2]。為了更好地描述物聯網的結構和功能，可以將物聯網的體系架構劃分為三個層次：感知層、網絡層和應用層。物聯網的三層架構是相互關聯、相互作用的。感知層提供了信息的獲取和感知能力，網絡層提供了數據傳輸和安全保障，應用層實現了各種應用場景，三層相互協同工作，構成了物聯網的完整體系[3]。

感知層是物聯網的基礎層，主要有傳感器、智能卡、RFID、條形碼、閱讀器、人機接口等多種信息感知設備，能夠識別和獲取物理世界中發生的各類物理事件和數據信息，從而實現對物理世界各種信息的全面感知。

網絡層是物聯網的中間層，它的主要功能是將感知層獲取到的經過初步處理的信息通過互聯網、移動通信網絡等網絡傳輸到遠程終端的應用服務層。網絡層對數據傳輸速度、穩定性和安全性提出了高要求，因此在網絡層需要應用一系列技術手段，如數據傳輸協議、網絡拓撲結構、安全防護等，以保證數據的準確傳輸和信息的安全性。

應用層是物聯網的遠程終端層，它負責將網絡層傳輸而來的數據進行各種應用類型的處理，并將處理后的數據在各種設備間進行交互。應用層是物聯網的關鍵，通過應用層的處理，數據可以被轉換為有用的信息，進而服務于各種應用場景，實現跨行業、跨系統之間的應用，為人們的生產、生活帶來了極大的便利。

在校園中，物聯網技術可以實現任何物品、人和互聯網的連接，實現人與人、人與物、物與物之間的全面互聯互通、互動和信息交換。例如，在教育教學方面，物聯網技術可以實現學生課堂表現的數據采集和分析，為教師提供更全面的評價和教學反饋；在校園管理方面，物聯網技術可以實現對校園設施的自動化控制和監測，進一步提高設施的使用效率和安全性，同時也為校園安全提供了更加全面的保障。

（二）云計算技術

云計算是一種基于互聯網的計算模式，通過將計算機處理能力、存儲能力、應用軟件和數據等資源進行虛擬化和集中化，提供給用戶按需使用，實現計算資源的共享和高效利用。云計算具有彈性伸縮、按需付費、高可靠性、易管理等特點。其架構包括三個主要層次：基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）和軟件即服務（SaaS）[4]。

IaaS層面上，云計算提供了一種虛擬的計算基礎設施，包括虛擬計算機、存儲和網絡等資源，用戶可以根據自己的需求租用這些資源，并且可以根據自己的需要進行擴展或收縮。

PaaS層面上，云計算提供了一些開發、測試、運行和管理應用程序的平臺，用戶可以使用這些平臺來開發自己的應用程序，而無須購買自己的基礎設施。

SaaS層面上，云計算提供了一些已經開發好的應用程序，用戶可以通過互聯網來使用這些應用程序，而無須安裝和維護這些應用程序。

在云計算平臺上，師生可以利用云端的相關資源進行學習，無須增加軟硬件設施。只要通過互聯網連接手機、電腦等終端設備，就可以訪問云端的各種資料。此外，學生還可以將自己的學習資料上傳到云端，從而為云空間增加更多的內容，使其變得更加豐富多彩。這樣一來，學習資源就會變得越來越多樣化，師生在學習中將擁有更加廣闊的選擇空間，可以更加靈活地應對各種學習需求和挑戰。

（三）物聯網與云計算的融合

物聯網與云計算的融合是指將物聯網技術與云計算技術有機地結合起來，形成一種新的技術模式。在這種模式下，物聯網設備可以通過網絡將數據上傳到云端，云端再對數據進行存儲、計算和分析處理，提供各種智能化服務。同時，云計算平臺也可以為物聯網設備提供資源調度、安全保障、管理監控等功能，從而使得物聯網系統更加智能、高效、可靠。在融合過程中，可以使用不同的模式進行實現。[5]

第一種稱為單中心多終端模式。這種模式主要用于小范圍的物聯網應用。核心思想在于云計算中心為用戶提供一致的操作接口，以處理由各種物聯網終端所獲取的信息，使得用戶可以輕松地訪問云端的相關資料，并上傳自己的資料，從而實現數據的共享和協同處理。

第二種稱為多中心多終端模式。這種模式主要用于大范圍的物聯網應用，如區域跨度大的企業和單位。其核心思想在于提供公共云和私有云等多種云計算中心，為不同種類的感知信息提供智能化的互聯服務。這種模式可以解決數據難以共享的問題，并提高數據的處理能力和安全性。

第三種稱為分層處理海量終端模式。其核心思想是合理分配資源，將物聯網終端設備按照不同的層次進行分類和處理，從而實現資源的有效利用和信息的高效傳輸。這種模式主要為需要處理分布范圍廣、數據及信息種類多、安全性級別要求不一等復雜場景的用戶提供各種服務。

物聯網與云計算的融合可以實現更加智能化和高效化的數據處理和應用服務，對于推動信息化和數字化發展具有重要的意義。

三、智慧校園

（一）智慧校園的概念

智慧校園是一種基于現代信息技術的高校數字化、信息化建設的新型校園管理和服務模式。通過建立數字化校園基礎設施和信息平臺，實現學生、教師和校園資源的全面信息交互、管理和服務，進而實現校園管理的智能化、智慧化和系統化，提高校園運行效率和服務質量的一種現代化校園模式[6]。在智慧校園中，學生可以通過移動設備隨時隨地獲取教育資源、參與學術交流；教師可以通過數字化平臺管理課程和教學資料、與學生和同事進行互動交流；校園管理者可以通過大數據和智能化技術進行實時監控和管理，提高管理效率和決策水平；校園服務部門可以通過智能化的服務平臺提供更加便捷、高效的服務，滿足學生和教師的多元化需求。智慧校園是高校信息化建設的重要方向，也是推動現代高等教育發展的重要途徑[7]。

（二）智慧校園的特點

智慧校園作為一種創新型的教育模式，具有以下幾個特點：

全方位的信息化服務：智慧校園利用物聯網、大數據和云計算等先進技術，將學生、教師和校園資源的信息進行全方位、多層次的交互和共享，為校園內的每個角落提供全方位的信息化服務。

智能化的管理和服務：智慧校園通過數據的采集、分析和處理，實現了對校園內各類資源的智能化管理和服務，包括人員管理、課程管理、校園安全、后勤服務等方面，提升了校園的運行效益和管理水平。

便捷的移動化應用：智慧校園提供了便捷的移動化應用，學生、教師和管理人員可以通過手機、平板電腦等設備隨時隨地獲取和處理校園內的信息，實現了信息的便捷化和流動化。

系統化的集成應用：智慧校園將各類信息化應用進行了系統化的集成和管理，形成了統一的信息化平臺，包括校園門戶、課程管理、教務管理、后勤管理等方面，實現了信息化應用的互聯互通和協同管理。

智能化的學習環境：智慧校園提供了智慧化的學習環境，包括智慧教室、數字圖書館、在線課程等方面，為學生提供了更加便捷、豐富、個性化的學習資源和學習方式，促進了教育教學的創新。[8]

四、基于物聯網與云計算技術的智慧校園應用

（一）智慧校園安全管理

物聯網技術可以實現對校園安全數據的實時采集和分析，將安防設備和云計算平臺通過互聯網連接起來，形成一個智能校園安全網絡，實現校園安全監控的實時掌控、安防設備的智能管理和安全事件的智能預警，從而提高校園安全保障效果和應急管理能力。首先，可以通過云計算平臺實現安全數據的集中存儲和分析，從而更好地把握整個校園的安全形勢，提高安全保障效果和應急管理能力。同時，通過物聯網技術的實時數據采集和分析，可以對校園內的安全風險進行實時預警，避免安全事件的發生或降低其給校園帶來的影響。其次，智能校園安全網絡可以實現安防設備的智能管理，如智能視頻監控系統可以根據學校特點和安全需求進行設置，實現實時監控、自動報警等功能。智能門禁系統可以實現對學生和教職工出入校園的管控和記錄，提高校園出入口的安全性。另外，智能校園安全網絡還可以與社會安全管理平臺進行聯動，實現信息共享和協同管理，提高校園和社會安全的整體管理水平。

（二）智慧校園車輛管理

利用物聯網技術，校園內的停車場可以實現智能化管理，為學生和教職工提供便利的停車服務。借助移動設備，他們可以輕松地預約車位，避免浪費時間和精力在尋找空余停車位上。同時，停車場內的傳感器可以實時監測車位的使用情況，精準地掌握車位占用情況，有效避免車位浪費和擁堵。此外，基于云計算技術的車輛管理系統還可以實現停車收費、車輛管理等功能，為校園車輛管理提供更加全面的服務。通過物聯網技術的智能化管理，校園停車場將實現高效、智能、便捷的停車服務，為校園師生和工作人員提供更好的出行體驗。

（三）智慧學生信息管理

通過物聯網技術，可以將學生信息管理系統與學校內各個設備進行連接并實時傳輸至云端，方便對學生進行監控、追蹤和管理。同時，利用云計算技術，對學生數據進行處理和分析，實現數據的可視化展示和預測分析，為學生管理提供決策支持。教師可以方便地查詢學生的相關信息，如學生的基本信息、選修的課程、成績和出勤情況等。同時，教師還可以通過該系統對學生進行評價，提供針對性的建議和指導。學生也可以通過該系統的選修課程、查詢成績和出勤情況等功能，從而更好地掌握自己的學習情況。此外，學生信息管理系統還可以通過與其他系統的聯動實現更多的應用，如與圖書館管理系統的聯動可以實現圖書借閱和歸還的自動化管理，與校園卡管理系統的聯動可以實現校園卡充值和消費的一體化管理。

（四）智慧圖書館

通過物聯網技術，將圖書館內的書籍、借閱機器、自助還書機等設備進行連接，實現自動化的借閱和還書服務，使借閱過程變得更加高效和便捷。此外，利用云計算技術對師生的閱讀數據進行分析處理，圖書館工作人員可以更加全面地了解師生的閱讀需求和偏好，從而為讀者提供更加精準的閱讀推薦服務，進一步提高服務質量和用戶滿意度。通過數據分析，圖書館管理人員可以及時地掌握讀者的閱讀狀況，對不同類型的圖書進行更精準的采購和管理，提高圖書館管理的效率。同時，這種智能化的圖書管理系統也可以減輕圖書館工作人員的工作壓力，從而為其提供更好的工作環境。

（五）智慧教室

通過物聯網技術，將教室內的多媒體設備、照明設備、空調等進行連接，教室環境將自動適應不同的教學需求和情境，為教學提供更加高效和舒適的環境。同時，利用云計算技術對教學過程中的數據進行分析處理，教師可以獲得更加智能化的教學輔助服務，從而提高教學效率和教學水平。例如，教師可以根據學生的學習情況和反饋，調整教學內容和方式，使教學更加貼近學生的需求和實際情況。此外，通過對教學數據的分析，教師還可以更好地掌握學生的學習進展和表現，及時對學生進行個性化的教學輔導和指導，提高學生的學習效果。通過物聯網技術的智能化應用，教學環境將更加智能化和高效化，提高教學質量和效率，為師生提供更好的學習和教學體驗。

（六）智慧食堂

物聯網技術可用于食堂內，通過將食堂內的點餐機、食品加工設備、收銀機等進行連接，使食堂內的點餐、食品加工和結算過程變得更加高效、準確和便捷。同時，利用云計算技術對食堂食品供應數據進行分析處理，食堂工作人員可以更好地了解師生的飲食需求和偏好，提供更加個性化的飲食推薦服務，從而提供更加豐富、健康、方便的飲食選擇。例如，食堂工作人員可以根據師生的個人口味和營養需求，為其提供更加符合其口味和營養需求的食品，提高食品的質量和滿意度。此外，通過對食品供應數據的分析，食堂工作人員還可以更好地掌握食品的庫存狀況和消費趨勢，優化采購和生產計劃，降低浪費和成本，提高經濟效益。通過物聯網技術的智能化應用，食堂將更加高效化和人性化，提高餐飲服務質量和用戶滿意度。

（七）智慧宿舍

通過物聯網技術，將宿舍內的門鎖、照明設備、空調等進行連接，實現智能化的宿舍環境控制。通過連接設備，學生可以通過智能手機等移動設備遠程控制宿舍內的設備，從而實現遠程開鎖、控制照明和調節室溫等。同時，利用云計算技術對學生生活習慣和健康數據進行分析處理，提供更加貼心的生活服務。例如，通過監測學生的睡眠質量和起床時間，可以自動調節宿舍環境，為學生提供更加舒適的睡眠和起床體驗。另外，學生的作息規律和健康狀況也可以通過云計算技術進行分析，從而為學生提供健康指導和個性化的生活建議，提升生活質量。此外，物聯網技術的應用還可以提高宿舍的安全性，如連接門鎖可以實現智能化的門禁管理，有效防止不法侵入和盜竊事件。通過物聯網技術的智能化應用，宿舍生活將變得更加舒適、便捷、安全，為學生提供更加人性化的生活體驗。

（八）智慧實驗室

物聯網技術的應用可以在實驗室內實現對設備和環境數據的實時采集和分析。實驗室設備可以通過互聯網連接到云計算平臺，從而實現智能化實驗室網絡的構建。該網絡能夠實現遠程監控和控制實驗室設備、智能分析和處理實驗數據、自動化控制實驗過程等功能。這一智能化實驗室網絡能夠為科研人員提供更加便捷、高效、精準的實驗環境和實驗手段，促進科學研究的進步和創新。此外，物聯網技術還可以為實驗室管理者提供更加全面的實驗室設備監控和管理，以提高實驗室安全性和管理效率。

（九）智慧科研

物聯網技術可以實現科研項目的智能管理，將科研項目與云計算平臺相連，形成一個智能科研項目管理網絡，實現科研項目全程管理、資源的智能配置和調度、項目進度的實時監控等功能。同時，該技術可以為科研人員提供高效、精準的科研管理方式，從而促進科研成果的產生和推廣。此外，云端展示平臺和在線推廣等方式也可以用于科研成果的宣傳和推廣，提高成果的影響力和傳播效果。通過物聯網技術和云計算技術的結合，科研項目管理將變得更加智能化、高效化，有助于提高科研成果的質量和數量。

五、結語

物聯網和云計算技術的發展在智慧校園的建設中扮演了關鍵角色。在這個數字化時代，物聯網技術可以實現學校內各種設備的互聯互通，并進一步提高這些設備的智能化程度，從而更好地支持教學和學習活動。物聯網技術還可以實現校園的智能化管理，從而提高校園的安全性、便捷性和舒適度。云計算技術可以為學校提供強大的數據處理和存儲能力，幫助學校實現信息化管理。通過云計算技術，學校可以輕松地處理和存儲海量數據，這不僅提高了學校管理效率，還為教學和科研活動提供了有力支持。此外，云計算技術還可以支持數字化校園中的后勤管理和資源調度，幫助學校更好地適應數字化時代的發展趨勢。綜合來看，云計算和物聯網的應用將推動智慧校園建設朝著更加智能、高效、便捷的方向發展。未來，這兩種技術還將不斷創新和應用，為高校信息化發展帶來更多可能性和機遇。因此，高校應積極探索和應用這些新技術，以更好地服務于教育事業和社會發展的需要。

參考文獻：

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◎編輯 栗國花