物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的應用

[摘要]文章探討物聯(lián)網(wǎng)的內涵與特征，提出智慧校園的概念，并闡述物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的應用。

[關鍵詞]物聯(lián)網(wǎng)：智慧校園；感知識別

[中圖分類號]G40-057 [文獻標識碼]A [論文編號]1009-8097(2011)06-0123-03

引言

2009年8月溫家寶總理提出“感知中國”以來，物聯(lián)網(wǎng)受到了全社會極大的關注。物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展以及相關技術的不斷成熟，將會對傳統(tǒng)校園的發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。一物聯(lián)網(wǎng)的內涵與特征

1 物聯(lián)網(wǎng)的內涵

從字面含義看，物聯(lián)網(wǎng)是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，這句包含了二層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展的網(wǎng)絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。因此，物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識別(ILFID，Radio FrequencyIdentification)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。

物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡層和應用層，如圖1所示。感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關構成，其主要功能是識別物體，采集信息，并且將信息傳遞出去；網(wǎng)絡層負責傳遞和處理感知層獲取的信息；應用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，它與行業(yè)需求結合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應用。

物聯(lián)網(wǎng)運行過程：

(1)標識物體屬性，屬性有靜態(tài)和動態(tài)屬性，靜態(tài)屬性直接存儲在RFID標簽中，動態(tài)屬性可由傳感器檢測：

(2)由閱讀器讀取物體的屬性，同時將信息轉換為適合網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式；

(3)將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行模儆商幚碇行耐瓿晌矬w通信的相關計算。

2 物聯(lián)網(wǎng)的特征

(1)連通性

連通性是物聯(lián)網(wǎng)的基礎。無論是專網(wǎng)、無線、有線或者是感知物體，都必須體現(xiàn)“連通”狀態(tài)，并且和互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，這樣才能體現(xiàn)出真正意義上的物聯(lián)網(wǎng)。國際電信聯(lián)盟認為，物聯(lián)網(wǎng)的“連通性”有四個維度：一是任意時間的連通性：二是任意地點的連通性；三是任意物體的連通性：四是任何人的連通性。

(2)物物相聯(lián)

在互聯(lián)網(wǎng)中，人們利用電腦實現(xiàn)人與人之間相互交流：物聯(lián)網(wǎng)通過傳感器、射頻識別技術、全球定位系統(tǒng)等技術實現(xiàn)物與物的交流。互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)人與人的遠程交流，而物聯(lián)網(wǎng)完成了人與物、物與物的即時互動，從而實現(xiàn)了由虛擬世界向現(xiàn)實世界的連接轉變。

(3)智能化

智能化是利用計算機技術、傳感技術和控制技術對系統(tǒng)中各個對象能夠智能監(jiān)控和智能控制，從這個角度看，物聯(lián)網(wǎng)是智能化的重要環(huán)節(jié)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將推動智能化的進程。它使得世界中的物體不僅以傳感方式也可以智能化方式關聯(lián)起來。物聯(lián)網(wǎng)具有智能化感知性，它可以感知人們所處的環(huán)境，最大限度地支持人們更好地洞察、利用各種環(huán)境資源以便做出正確的判斷。

二 智慧校園

2008年11月，IBM公司正式提出“智慧地球”理念，2009年1月，“智慧地球”成為美國國家戰(zhàn)略的一部分。2009年8月7日，國務院總理溫家寶在無錫視察時，指示要迅速在無錫建立中國的“感知中國”中心。基于這種“智慧”的理念，學校作為知識與信息服務機構的前沿，應該抓住機遇，通過物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)化發(fā)展與應用，打造智慧校園。

智慧校園是通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術來改變師生和校園資源相互交互的方式，以便提高交互的明確性、靈活性和響應速度，從而實現(xiàn)智慧化服務和管理的校園模式。具體的說，智慧校園是把感應器嵌入和裝備到食堂、教室、圖書館、供水系統(tǒng)、實驗室等各種物體中，并且被普遍連接，形成“物聯(lián)網(wǎng)”，然后將“物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來，實現(xiàn)教學、生活與校園資源和系統(tǒng)的整合。

三 物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的應用

物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的應用主要包括校園生活和教學管理兩方面，如圖2所示。

1 校園生活

包括食堂管理、浴室水控管理、考勤管理、智能照明控制等。

(1)食堂管理

食堂管理是智慧校園重要組成部分，基于RFID技術的食堂管理系統(tǒng)主要分成三部分：

含RFID電子標簽的飯卡：師生每人擁有一張這樣的飯卡，卡里面包含了用戶信息。

RFID閱讀器：在每個食堂售飯窗口安置一個RFID閱讀器，將讀到的信息傳至后臺數(shù)據(jù)庫查詢，讀取卡上金額，并扣除消費金額。

后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：將用戶的注冊信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，可以方便管理員對食堂消費業(yè)務的查詢。

(2)浴室水控管理

基于RFID技術的浴室水控管理，可以實現(xiàn)用水自動化管理，主要功能以：

信息數(shù)據(jù)實時顯示：當RFID卡位于閱讀器感應區(qū)時，閱讀器就顯示卡上余額，然后可立即進入用水計費狀態(tài)。

消費模式：消費模式采用實時計費模式，即讀卡就出水，并根據(jù)用水量實時進行扣費；

計費方式：按使用的流量計費，即外接脈沖流量表，可根據(jù)計算產(chǎn)生的流量進行計費。

(3)考勤管理

學生考勤是學校日常教學過程中必不可少的一個組成部分。常規(guī)考勤工作主要都由教師承擔，花費教師額外的時間與精力。

基于RFID技術的考勤管理工作流程：每次上課前，學生用含RFID標簽的校園卡(或手機卡)刷卡進教室，教室內的設備在接收到讀卡器發(fā)送來的學生刷卡記錄數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程服務器；遠程服務器接收到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中；然后，教務人員或者教師通過瀏覽器登錄到考勤查詢網(wǎng)站，可以實時地遠程查詢某一節(jié)課或某一位學生或某個教室在某一段時間內的考勤情況；學期結束時，每門課程學生的出勤情況或者某個學生在一個學期的出勤情況可以自動統(tǒng)計出來。

(4)智能照明

智能照明是利用物聯(lián)網(wǎng)技術，使校園內的燈能夠無線自主組網(wǎng)，使每一盞燈都能遙測和遙控，教室和道路的燈接受控制中心的命令，反饋燈的各種狀態(tài)，根據(jù)光強度和時段自動調節(jié)照明亮度。例如對教室照明智能控制，當教室光照比較暗，燈自動亮；當光照比較強時，燈自動關，如果發(fā)現(xiàn)教室里沒人，可以遠程控制燈的開關。

2 教學管理

包括日常教學、智慧圖書館和實驗室管理等

(1)日常教學

利用物聯(lián)網(wǎng)技術有利于建立全面和主動的教學管理體系，利用RFID技術的支持，可以完善教學管理的組織系統(tǒng)、評價和考核系統(tǒng)，從而對教學的質量建立保障和監(jiān)控體系；有利于拓展學習空間、培養(yǎng)學習者自主學習能力，物聯(lián)網(wǎng)能為學生的自主學習、合作學習等提供支撐環(huán)境。例如，無錫市感知生長校園數(shù)字化農(nóng)植園系統(tǒng)，就是讓學生通過“感知”動植物生長情況，利用計算機及網(wǎng)絡收集、處理和發(fā)布觀測信息，交流種植經(jīng)驗，展示研究成果，從而提升學生的科學素養(yǎng)。

(2)智慧圖書館

智慧圖書館通過物聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)智慧化的服務和管理。它的理想模式就是無需人工服務。目前物聯(lián)網(wǎng)在圖書館中的應用，主要是RFID電子標簽的應用，以智能書車為例來說明。

智能書車是一種移動式RFID文獻歸架管理設備，具有查詢、定位、書架智能導航等功能，可實現(xiàn)文獻架位信息收藏、文獻分揀、新文獻上架等功能。具體流程：書籍揀到書車上，通過閱讀器識別書籍的RFID中存儲的信息，記錄并顯示文獻在書車上的位置，同時根據(jù)獲取的書籍存儲架位信息，將需要進行上架工作的位置和書車上對應的書的存放檔位對應起來，并在書車的顯示屏幕上按照書庫的位置將該車書的具體上架位置顯示和指引出來，方便工作人員進行高效率歸架。

(3)實驗室管理

物聯(lián)網(wǎng)應用到實驗室中主要包括設備管理、實驗過程管理和智能插座等。

設備管理：RFID存儲實驗設備的基本屬性等信息，利用閱讀器方便地獲取相關信息，然后再利用網(wǎng)絡進行統(tǒng)一管理。

實驗過程管理：首先，RFID可以幫助學生方便地獲取實驗步驟、操作要點、使用幫助等信息。其次，在實驗過程中，使用不當時能自動警告并中斷實驗過程，避免不必要的損失。另外，實驗數(shù)據(jù)可以被實時采集并以適當?shù)姆绞教峁┙o實驗者，實現(xiàn)實驗教學的數(shù)字化、網(wǎng)絡化與智能化。

智能插座除了擁有傳統(tǒng)電源插座功能外，它能夠將各個實驗設備的耗電量信息實時反饋給實驗室管理員，管理員能隨時開關插座，實現(xiàn)插座與人的對話，起到高效節(jié)能的作用。

四 結束語

智慧校園是通過物聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)智慧化的校園服務和管理，它通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)了校園內任何人、任何物、任何信息載體、任何時間、任何地點的互聯(lián)互通，海量信息在物聯(lián)網(wǎng)平臺的聚合而產(chǎn)生新的信息，從而給廣大師生提供了智慧化的業(yè)務和服務模式。

毫無疑問，智慧校園為師生帶來了極大便利，同時也面臨著許多挑戰(zhàn)。首先是成本問題，建設智慧校園首先要有一個統(tǒng)一的基礎設施平臺，包括有線與無線雙網(wǎng)覆蓋的網(wǎng)絡環(huán)境；其次是師生隱私安全問題，由于物聯(lián)網(wǎng)可以跟蹤用戶的行動、習慣以及偏好等，信息資源及師生隱私如何得到保護成為創(chuàng)建智慧校園亟待解決的問題；最后，管理機制尚不完備，物聯(lián)網(wǎng)如何維護、如何管理、如何使用都是很大的問題。目前，智慧校園還處于摸索階段，前景不明朗，但從長遠來看，由于物聯(lián)網(wǎng)應用前景相當廣闊，智慧校園一定會像浙江大學在信息化“十二五”規(guī)劃中描繪的那樣：無處不在的網(wǎng)絡學習、融合創(chuàng)新的網(wǎng)絡科研、透明高效的校務治理、豐富多彩的校園文化、方便周到的校園生活。

參考文獻

[1]The Internet of Things[EB／OL].

[2][15]李青校園物聯(lián)網(wǎng)的風向標[J].中國教育網(wǎng)絡，2010，(12)：43-44.

[3]王曉靜，張晉物聯(lián)網(wǎng)研究綜述[J].遼寧大學學報：自然科學版，2010，37(1)：37-38.

[4]李盧一，鄭燕林物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應用[J].現(xiàn)代教育技術，2010，20(2)：8-10.

[5]李一，陳火峰，關于物聯(lián)網(wǎng)的研究思考[J].價值工程，2010，(8)：126-127.

[6][11][14]嚴棟，基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧圖書館[J].圖書館學刊，2010，(7)：8-10.

[7]何印，劉施羽等淺談RFID技術在高校食堂管理中的應用[J].科技資訊，2009，(26)：212-213.

[8]王斌基于RFID的水控管理系統(tǒng)[J].中國電子商務，2009，(12)：28.

[9]浦敏，李云飛等，基于物聯(lián)網(wǎng)的無線照明控制系統(tǒng)[J].照明工程學報，2010，21(2)：86-87.

[10]鄧趙紅，桑慶兵，物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應用與思考[J].無錫職業(yè)技術學院學報，2010，9(4)：48-51.

[12]王瑾基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗室管理技術[J].電腦知識與技術，2010，21(6)：5471-5472.

[13]金逸超.力娟等，物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能插座的設計[J].計算機研究與發(fā)展，2010，47(增刊)：321.326.