基于物聯生態的智慧感知校園的實現

呂敬 黃曄華

收稿日期：2023-05-10

基金項目：江蘇省現代教育技術研究2022年度智慧校園專項立項課題（2022-R-107189）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2023.22.035

摘? 要：隨著物聯網技術的不斷發展，智慧感知校園已成為傳統校園轉型升級的重要方向。文章分析了基于物聯生態的智慧感知校園的特點和優勢，并提出了基于物聯生態的智慧感知校園的設計框架。該框架包括綜合感知系統的構建、數據處理與分析、智能決策與控制、以及應用服務等內容。通過建設智慧感知校園，可以實現資源的高效配置，優化學習和生活環境，并確保校園運行的安全和保障。此外，文章還分析了智慧感知校園實現所面臨的挑戰和機遇，并對基于物聯生態的智慧感知校園的未來發展提出了一些建議。

關鍵詞：物聯網技術；感知校園；業務整合

中圖分類號：TP39? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）22-0161-04

Implementation of Smart Perception Campus Based on Internet of Things Ecosystem

—Taking Wuxi Vocational Institute of Arts & Technology as an Example

LYU Jing， HUANG Yehua

（Wuxi Vocational Institute of Arts & Technology， Wuxi? 214206， China）

Abstract： With the continuous development of IoT technology， smart perception campus has become an important direction for the transformation and upgrading of traditional campus. This paper analyzes the characteristics and advantages of smart perception campus based on the IoT ecosystem， and proposes a design framework for smart perception campus based on the IoT ecosystem. This framework includes the construction of a comprehensive perception system， data processing and analysis， intelligent decision-making and control， and application services. Through the construction of a smart perception campus， it can achieve efficient resource allocation， optimize the learning and living environment， and ensure the safety and security of campus operations. In addition， this paper also analyzes the challenges and opportunities faced by the implementation of a smart perception campus， and puts forward some suggestions for the future development of smart perception campus based on the IoT ecosystem.

Keywords： IoT technology; perception campus; business integration

0? 引? 言

物聯網技術的應用是智慧校園建設的重要手段，借助于物聯網這個載體所將校園中的事物和人進行相互關聯，可以有效促進校園智慧化管理。在智慧校園的建設過程積極通過物聯網的建設來打造新型的智慧環境，形成整體感知、可靠傳輸和智能處理的校園智慧化管理是感知校園建設的核心，如圖1所示。

1? 物聯網建設情況

1.1? 物聯網基礎建設

學院在推進智慧校園建設中，積極開展新技術、新應用的推廣，物聯網無線門鎖系統就是其中之一，我院無線門鎖經過多年擴建發展，已實現了對學生宿舍全覆蓋，教學樓、實訓樓、機房、辦公室等重要場所基本覆蓋，依托ZigBee技術所有門鎖實時聯網，數據的上傳、下載實時可控、可查、可追溯，同時還提供了提供NFC、APP、微信H5等多種開門方式，豐富了開門手段，提升了便捷性。與大數據平臺相結合后，通過數據統計分析，可以為管理決策提供依據，也可以結合校園安防系統提供宿舍區的綜合安全管理。

電子門鎖系統如圖2所示，以無線門鎖系統為紐帶，為教學、科研、管理和校園生活提供一種更智慧的管理手段，在便利性、安全性和管理的時效性上體現出了優勢，提升學校管理信息化水平。在物聯生態建設進程的不斷推進過程中，學校積極探索物聯網技術在教學中的擴展應用，目前已建成130余間智慧教室，把地理隔離的各教學樓內多媒體教室內所有感知點統一接入傳感網絡，進而連入校園網，實現教室多媒體設備校級統一管控，支持無人化管理，實現所有教室應用系統和設備（智慧黑板、功放音響、空調、燈光等設備）的統一物聯管控，根據課程表自動開關機，后臺統計所有系統的設備的使用數據（功耗、狀態、日志等），形成柱狀圖有效保障節能、安全，營造開放式空間。為積極響應“節能校園”建設需求，學校結合物聯生態建設，上線能源管理監測平臺，在建筑能耗分項計量基礎上，通過部署大量能耗采集器，對校園樓宇水電能耗進行實時監測、集中管理，為能源管理改進工作提供數據和技術支持。

1.2? 物聯生態整合應用

通過數據中心與其他第三方業務系統對接、數據融合，實現多系統數據的共享共用，用物聯網生態整合了校園一卡通、迎新、宿管、教務、房產、多媒體教學等系統數據，形成有效的數據鏈，在此鏈路上各系統業務處理能力得到有效提升。解決原宿舍管理過程中入住、調宿、退宿等業務的辦理效率，鑰匙的配置與分發繁雜、住宿數據不準、人員協調復雜、業務辦理低效等問題，實現人與門的關聯，提升了宿舍服務信息化水平，與人臉識別通道結合，進一步提升宿舍的安全性。通過與教務系統課表聯動，即可開通相應教室權限進入并刷卡使用各種多媒體及空調、燈光等環境設備，數據實時傳輸到平臺留底。滿足了師生員工在教學、科研過程中對不同教學場所的使用需求，有效提升了教室維護效率和設備管理的科學化。能耗平臺通過分布在各樓宇間的采集設備，實現能源的可靠、穩定、清潔、高效供應，降低系統運行維護成本[1]。

1.3? 信息統計

通過收集大量的開門記錄、人員出入、多媒體設備使用等數據，結合校園大數據平臺，進行數據分析、挖掘和清洗，最終得到有效數據，可以了解多媒體教室、機房、實訓室等教學資源利用情況，為學校教師有目的、計劃、針對性地開展學生教學工作提供科學數據，對學生成長成果進行科學評價，有效提升管理決策的科學化。能耗平臺通過分區域水平衡計算、管網漏損在線監測，實現校園內能源供應、傳輸與消耗的全過程可視化。同時結合實時采集的能源網絡監測數據，有效跟蹤并分析實際用能情況，為運行人員提供輔助決策能力[1]。數據中心數據交換流程如圖3所示。

2? 物聯網網絡安全建設

作為基于互聯網技術發展的物聯網技術的誕生以及應用，雖然極大程度地改善了傳統教學方式和方法，大大提升了信息內容的共享共存。但是也伴隨著一系列安全問題，隨著科技水平的發展，網絡信息的安全性也受到了威脅，對于物聯網技術的應用以及發展都帶來了較大的制約[2]。

首先設備安全性不足，很多物聯網設備由于設計時未考慮安全因素，或是使用了安全性較低的組件，因此容易受到黑客攻擊。此外，一些設備制造商忽視更新安全補丁和修補程序，導致設備的安全漏洞無法及時得到修復。

其次網絡安全標準化不足，目前物聯網設備的生產商眾多，標準化程度不足，從目前產業發展來看，我國現有物聯網安全標準還未能滿足物聯網全方位安全保障的需求，物聯網基礎安全標準體系需進一步建立和完善，需要重點推進基礎通用、關鍵技術、試驗方法技術研究和標準制定工作，支撐物聯網產業發展[3]。

另外數據隱私泄露缺乏安全意識，物聯網設備的普及和數據的收集使用導致數據隱私泄露問題嚴重。由于許多設備缺乏足夠的安全性能和協議，使得黑客可以輕松竊取個人信息和敏感數據。一些用戶和企業在使用物聯網設備時，沒有意識到網絡安全的重要性，沒有做好設備的安全管理，如更改默認密碼、不定期更新軟件等，導致設備被攻擊和數據泄露。隨著物聯網的普及新型攻擊手段的出現，如DDoS攻擊、勒索軟件攻擊等也不斷出現，對物聯網的安全構成了新的威脅。

面對如此挑戰，在物聯網網絡安全建設方面，應緊緊抓住已下幾點核心：

加強物聯網設備的安全性，設備制造商應加強對物聯網設備的安全性設計，以防止惡意攻擊和數據泄露等問題。此外，用戶也應保證設備的安全，如更改默認密碼、及時更新軟件等。建立統一物聯網安全標準，物聯網安全需要標準化，制定適用于各種物聯網設備和網絡的統一安全標準和協議。這將有助于保持網絡的安全，同時也能使安全專業人員更容易識別和緩解安全威脅。加強網絡安全技術研發，針對物聯網網絡安全，需要不斷加強網絡安全技術的研發，以提高網絡安全的水平。如采用先進的加密技術、網絡防火墻、入侵檢測等，以防止黑客攻擊。加強管理和監管，運營商和政府應加強對物聯網網絡的管理和監管，防止惡意攻擊和數據泄露等問題的發生。此外，也應建立相關的法律法規，明確各方面的責任和義務。

總之，物聯網網絡安全是當前面臨的重要挑戰之一，需要采取多種應對措施來保障網絡的安全。只有通過各方面的協作，才能構建更加安全可靠的物聯網網絡。

3? 物聯網建設經驗總結

基于物聯生態的智慧感知校園實現既面臨著挑戰，也蘊含著機遇。只有積極應對挑戰，充分發揮機遇，才能夠實現智慧感知校園的可持續發展。在案例中充分利用 RFID、GIS、傳感器技術等多種智能感應技術和設備全面化收集智慧校園內的多種數據，主要包括橫向維度的個體數據、環境數據、空間運動數據和資源數據，以及縱向維度的歷史數據和實時數據，從而為學習分析、追蹤定位、三維建模、全生命周期交互、智慧決策等提供數據支持[4]。在這個過程中，面臨著比較大的挑戰。

首先技術難度大，慧感知校園需要涉及各種物聯網技術、傳感器技術、大數據技術、人工智能技術等，這些技術的復雜度和應用難度都是不可忽視的。其次數據難題，現智慧感知校園需要大量的數據支持，數據的采集、存儲、傳輸、處理、分析等環節都需要面臨著數據質量、數據安全、數據共享等問題。物聯網技術的日益發展，在使用過程中會生成大量非結構數據，這些數據數量龐大、具有較強的復雜性。相對傳統的數據采集、分析、存儲和處理技術已經日顯疲態。在感知校園的建設中，大量的數據存儲、融合、查詢、挖掘、智能決策等都起到了技術支持和促進作用。在各類采集器將數據傳輸至數據管理平臺后，如何利用有效的數據挖掘與分析手段，進行綜合分析，并對其進行相應的建模與算法。在此過程中，要實現如此海量的數據存儲，必須依靠新型的數據庫技術、云計算技術、云存儲技術和數據存儲技術[5]。最后安全隱患，感知校園需要涉及眾多的數據和設備，網絡安全、信息安全、設備安全等都需要得到充分的保障和防范。

智慧感知校園是一種新型的校園管理模式，能夠有效地實現校園數字化、智能化、信息化等轉型升級。智慧感知校園通過自動化、智能化的手段，能夠提升校園管理的效率和質量，提高教育教學的水平和效果。智慧感知校園可以通過實時監測、預警、處理等手段，能夠有效地增強校園的安全性和可控性，降低各種安全風險和隱患。

針對基于物聯生態的智慧感知校園的實現，以下是一些具體的建議：

加強技術研發，建立專業的技術研發團隊，積極推進物聯網、大數據、人工智能等技術的研究和應用，實現各種設備、傳感器、平臺、系統之間的互聯互通。確立數據標準，建立統一的數據標準和規范，規定數據的采集、傳輸、處理、存儲、共享等環節的標準和要求，保證數據的質量和安全性。強化安全保障，加強網絡安全、信息安全、設備安全等方面的保障，建立完善的安全管理體系，確保數據和設備的安全可控。加強師生培訓，開展智慧感知校園相關技術和管理方面的培訓，提高師生對智慧感知校園的認知和應用能力，加強對校園安全、數據隱私等方面的教育和培養。

4? 結? 論

物聯網時代的到來給高校智慧校園系統帶來了一次新的機遇與挑戰，基于物聯網的感知校園將成為未來高校信息化的主要發展方向．感知校園可獲得更透徹的感知、更全面的互聯互通、更深入的智能化，可以有效推進智慧教育，可以將物聯網、人工智能等技術與教育教學相結合，打造更加智能、高效、人性化的教育模式，提高教育教學的質量和效果。加強合作共建，建立學校、企業、政府等多方合作的機制，共同推進智慧感知校園的建設和應用，實現資源共享和互利共贏?？傊?，基于物聯生態的智慧感知校園需要綜合應用各種技術和管理手段，需要學校、政府、企業等多方的協同合作，才能夠實現可持續發展。

參考文獻：

[1] 呂培明，許秀鋒，曹同成，等.基于云平臺管控的大學校園能源精細化管理系統構建 [J].實驗室研究與探索，2021，40（10）：261-265.

[2] 楊東平，張濤，師遠淵，等.物聯網計算機網絡安全及其遠程控制技術 [J].數字技術與應用，2023，41（2）：240-242.

[3] 王慶升，尹秀蘭，胡彬，等.網絡安全標準對物聯網系統安全保障作用淺析 [J].中國自動識別技術，2022（5）：68-72.

[4] 錢小龍，宋子昀，黃蓓蓓.沉浸式大學智慧校園的整體實現：理論構建與實踐探析 [J/OL].重慶高教研究：1-16[2023-05-06].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/50.1028.G4.20230111.1742.001.html.

[5] 恩和門德.基于物聯網的智慧高校信息化建設分析 [J].互聯網周刊，2023（6）：72-74.

作者簡介：呂敬（1983—），男，漢族，江蘇宜興人，工程師，本科，主要研究方向：物聯網、智慧校園；黃曄華（1982—），女，漢族，江蘇南通人，高級工程師，工程碩士，主要研究方向：網絡及網絡安全、智慧校園。