智慧校園開啟智慧服務(wù)

文/王偉林 陳松

智慧校園開啟智慧服務(wù)

文/王偉林 陳松

智慧校園是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合數(shù)字化校園平臺，設(shè)計開發(fā)智慧學(xué)習(xí)、智慧生活、智慧管理等應(yīng)用模塊，不僅方便學(xué)生及時掌握學(xué)習(xí)與校園生活信息，而且提高了教師的教學(xué)管理能力，也提高了學(xué)院管理部門的管理能力。

隨著高校信息化建設(shè)工作的不斷推進(jìn)，信息服務(wù)在學(xué)校教育教學(xué)、科研與管理中的作用越來越大。

通過智慧校園平臺，利用先進(jìn)信息技術(shù)手段，實現(xiàn)基于數(shù)字環(huán)境的應(yīng)用體系，使人們能夠快速、準(zhǔn)確地獲取校園中人、財、物和學(xué)、研、管業(yè)務(wù)過程中的信息，同時通過綜合數(shù)據(jù)分析為管理改進(jìn)和業(yè)務(wù)流程再造提供數(shù)據(jù)支持，推動學(xué)校進(jìn)行制度創(chuàng)新、管理創(chuàng)新，最終實現(xiàn)教育信息化、決策科學(xué)化和管理規(guī)范化；通過應(yīng)用服務(wù)的集成與融合來實現(xiàn)校園的信息獲取、信息共享和信息服務(wù)，從而推進(jìn)智慧化的教學(xué)、智慧化的科研、智慧化的管理、智慧化的生活以及智慧化的服務(wù)實現(xiàn)進(jìn)程。

智慧校園層次結(jié)構(gòu)

圖1為智慧校園設(shè)計層次結(jié)構(gòu)圖，智慧校園系統(tǒng)從低到高分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，感知層實現(xiàn)對校園內(nèi)人與物品的定位，信息的讀取和物品識別；網(wǎng)絡(luò)層通過現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐智慧校園業(yè)務(wù)應(yīng)用；應(yīng)用層則根據(jù)智慧校園不同應(yīng)用設(shè)計和開發(fā)不同的應(yīng)用模塊。在智慧校園層次結(jié)構(gòu)中，下層為上層提供服務(wù)，上層調(diào)用下層所提供的服務(wù)。

圖1 智慧校園層次結(jié)構(gòu)

感知層設(shè)計

感知層用于物體識別、信息讀取與定位。目前，基于RFID（射頻識別）傳感技術(shù)迅速發(fā)展，但是基于RFID的大規(guī)模應(yīng)用將會涉及到成本偏高、推廣難的問題。因此，設(shè)計主要采用二維碼、條形碼對物體進(jìn)行識別，采用Wi-Fi、GPS（全球定位系統(tǒng)）與移動基站信號進(jìn)行校園人員定位。

采用條形碼識別

常見的條形碼是由反射率相差很大的黑條（簡稱條）和白條（簡稱空）排成的平行線圖案。由于圖書館藏書量較大，設(shè)計采用廉價的條形碼作為標(biāo)簽標(biāo)識圖書信息，學(xué)生借還書籍只需要使用條形碼掃描器掃描貼在圖書上的條形碼,即可識別該圖書并完成圖書借還操作。

二維碼讀取

基于二維碼技術(shù)的智慧校園建設(shè)，其基本原理是對校內(nèi)各種對象的感知、定位與控制。通過對物資器材、基礎(chǔ)設(shè)施等資源進(jìn)行信息化改造，即對校園內(nèi)需要感知的對象進(jìn)行二維碼標(biāo)簽標(biāo)識，然后運用標(biāo)簽讀取器和智能手機(jī)等設(shè)備對二維碼標(biāo)簽進(jìn)行識別，直接獲取物品信息或跳轉(zhuǎn)到指定信息網(wǎng)頁瀏覽信息。采用基于二維碼的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得校園對象的感知能力極大加強(qiáng)，感知效率和范圍得到顯著提高。

Wi-Fi定位

目前校園無線AP（無線接入點設(shè)備）主要覆蓋辦公樓、實訓(xùn)樓、辦公樓、餐廳等樓宇，近期將和南京電信合作，將電信AP與學(xué)院自己布置的AP進(jìn)行無線資源整合，從而擴(kuò)大校園無線網(wǎng)的覆蓋范圍。由于學(xué)院采用“瘦AP”方案，即所有AP均采用統(tǒng)一AC（集中控制器）控制，通過AC可以直接看到每個AP所連接的無線用戶。由于每個無線AP實際覆蓋范圍不大（10多米），用戶使用智能手機(jī)連接校園無線網(wǎng)，設(shè)計根據(jù)用戶所連接AP位置對用戶進(jìn)行位置定位。采用此定位技術(shù)，充分地應(yīng)用了校園無線網(wǎng)資源，實現(xiàn)室內(nèi)用戶地理定位。

可以基于校園無線網(wǎng)定位技術(shù)的智慧校園用戶隨時隨地了解目前所在的位置，并且根據(jù)AP布置密度，可以精確到樓層。用戶只要打開智能手機(jī)Wi-Fi功能，并連接校園無線網(wǎng)信號，此時用戶已經(jīng)連接上無線AP，智慧校園系統(tǒng)通過用戶連接的AP就能獲取到用戶地理位置信息。

網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計

IP有線網(wǎng)

校園有線網(wǎng)絡(luò)覆蓋所有辦公與教學(xué)區(qū)域，而且還覆蓋了食堂、學(xué)生宿舍與商業(yè)街等生活區(qū)域，保證了智慧校園網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)母采w面。如圖2所示，有線網(wǎng)絡(luò)采用千兆骨干，百兆速率到桌面的架構(gòu)，其中學(xué)生宿舍區(qū)域采用EPON方式建設(shè)，其他區(qū)域采用核心層、匯聚層與接入層的三層以太網(wǎng)架構(gòu)模式。無論是EPON還是三層架構(gòu)的以太網(wǎng)都具有傳輸速率高，拓展性強(qiáng)的優(yōu)勢。

WLAN

學(xué)院在有線網(wǎng)絡(luò)布置的基礎(chǔ)上，從2009年開始建設(shè)校園無線網(wǎng)絡(luò)，采用瘦AP（無線接入點）與AC（無線控制器）架構(gòu)的方式，其中連接于校園骨干網(wǎng)絡(luò)的無線AC設(shè)備通過校園有線網(wǎng)與AP之間通信，不僅向AP下發(fā)網(wǎng)絡(luò)配置與運行指令，而且負(fù)責(zé)無線用戶數(shù)據(jù)傳輸。采用AP集中控制的無線布置方案，實現(xiàn)對校園無線網(wǎng)集中管理與控制。目前，校園無線網(wǎng)“njcit”信號已經(jīng)覆蓋了辦公區(qū)域、教學(xué)區(qū)域和公共場所區(qū)域（圖書館、食堂），方便用戶使用筆記本與智能手機(jī)連接到校園網(wǎng)。

應(yīng)用層設(shè)計

圖3所示是以學(xué)生為主題、以數(shù)字化校園平臺為核心的智慧校園邏輯結(jié)構(gòu)，主要包括智慧學(xué)習(xí)、智慧生活和智慧管理三個方面。其中，數(shù)字化校園平臺包含了所有學(xué)生、教工、課程、圖書等方面的總數(shù)據(jù)庫信息，智慧學(xué)習(xí)、智慧生活與智慧管理應(yīng)用數(shù)字化校園，作為共有平臺根據(jù)智慧校園應(yīng)用設(shè)計開發(fā)各自應(yīng)用功能模塊。

智慧學(xué)習(xí)

大學(xué)學(xué)習(xí)已經(jīng)不再是中學(xué)那樣被動式學(xué)習(xí)，沒有家長與教師的督促情況下學(xué)生更需要主動學(xué)習(xí)。通過智慧學(xué)習(xí)方便學(xué)生及時了解有關(guān)學(xué)習(xí)方面的信息，推進(jìn)學(xué)生積極參與大學(xué)學(xué)習(xí)，并通過智慧化的管理手段讓教師及時了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況。智慧學(xué)習(xí)主要包含智慧選課、智慧考勤、智慧圖書與期刊借閱、智慧講座參與和智慧交互實驗與作業(yè)5個功能模塊，如圖4所示。

圖2 南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園網(wǎng)架構(gòu)

圖3 智慧校園應(yīng)用層邏輯結(jié)構(gòu)

1.智慧選課。大學(xué)期間每個學(xué)生需要在畢業(yè)之前完成一定學(xué)分的選修課學(xué)習(xí)。在每學(xué)期初，學(xué)生登錄數(shù)字化校園選課系統(tǒng)進(jìn)行選課，由于每門課程學(xué)生人數(shù)的限制導(dǎo)致部分同學(xué)沒有選中自己意向課程而隨便選擇其他課程達(dá)到完成學(xué)分的目的，這部分學(xué)生不但學(xué)習(xí)沒有積極性，課程通過性也大打折扣。通過設(shè)計智慧選課系統(tǒng)，根據(jù)學(xué)生專業(yè)在選課之前將相關(guān)專業(yè)選修課推送給學(xué)生了解，并且如果學(xué)生一旦沒有選中自己意向的課程，系統(tǒng)也會自動推薦其他幾門沒有被選滿但是與該同學(xué)專業(yè)相關(guān)的課程。

2.智慧考勤。目前學(xué)生考勤主要通過教師直接或提問等間接性點名方式完成考勤操作，直接點名耽誤上課時間，間接點名又不能實現(xiàn)所有學(xué)生完全點到。設(shè)計智慧考勤系統(tǒng)，教師需要點名時在系統(tǒng)中生成二維碼并打印臨時貼在教室門口，要求學(xué)生上課用智能手機(jī)掃描該二維碼并聯(lián)網(wǎng)，智慧考勤系統(tǒng)就能自動完成該學(xué)生上課考勤簽到操作，既不耽誤老師上課時間，又實現(xiàn)全班快速點名操作，即使是在階梯教室，也可以在上課之前或課間快速完成100多名學(xué)生的點名操作。

3.圖書與期刊借閱智慧化。圖書館是校園較大的學(xué)生公共活動場所之一，目前借閱操作通過掃描粘貼在圖書上的條形碼，并結(jié)合一卡通系統(tǒng)完成。設(shè)計在每本圖書上增加二維碼標(biāo)簽，設(shè)計為館藏每本圖書生成并粘貼二維碼，圖書管理員掃描圖書二維碼能夠獲取書本所在書架的定位信息，方便圖書整理，用戶使用智能手機(jī)掃描圖書上的二維碼，手機(jī)在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下將直接跳轉(zhuǎn)到指定網(wǎng)頁，顯示該圖書的基本信息與借閱時間，方便用戶及時了解該書歸還時間，以免借閱超期。此外，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)不同，通過微信平臺定期向不同的學(xué)生推送專業(yè)相關(guān)新書，方便學(xué)生結(jié)合自己專業(yè)即時借閱適合書籍。

4.智慧講座參與。根據(jù)學(xué)生專業(yè)，通過微信平臺推送近期專業(yè)相關(guān)講座信息，并在每場講座門口生成并粘貼二維碼，學(xué)生通過智能手機(jī)掃描二維碼聯(lián)網(wǎng)，在智慧校園系統(tǒng)中實現(xiàn)聽講座考勤的操作。

圖4 智慧學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)

圖6 智慧管理結(jié)構(gòu)

5.智慧交互實驗與作業(yè)。大學(xué)學(xué)習(xí)除了學(xué)生聽講以外，教師在平時的學(xué)習(xí)過程中主要通過學(xué)生實驗與布置作業(yè)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。通過設(shè)計智慧交互實驗與作業(yè)功能，教師錄制實驗操作與步驟發(fā)布到智慧校園系統(tǒng)，供學(xué)生預(yù)習(xí)使用，學(xué)生實驗成功以后可以自行用智能手機(jī)錄制并上傳至智慧校園系統(tǒng)，教師登錄系統(tǒng)并可通過學(xué)生實驗視頻給予實驗成績評定，這種形象的方法比實驗報告更能夠體現(xiàn)出學(xué)生實驗的真實水平，尤其對于制作雙絞線RJ—45接口等對制作工藝有要求的實驗更加具有實驗指導(dǎo)與判定的作用。教師也可以通過智慧校園系統(tǒng)發(fā)布各種題型的作業(yè)，讓學(xué)生登錄系統(tǒng)完成并提交，對于畫圖等主觀題，學(xué)生可以通過智能手機(jī)將做在紙質(zhì)上的圖拍下來上傳至系統(tǒng)供老師評閱。

智慧生活

大學(xué)校園是一個小社會，大學(xué)生活亦然豐富多彩，設(shè)計智慧生活模塊，讓學(xué)生即時了解校園生活方面的信息。圖5所示是智慧生活結(jié)構(gòu)圖，學(xué)生校園生活主要包含一卡通消費、上網(wǎng)消費、智慧社團(tuán)活動參與三個方面。

圖7 能源監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案

1.校園一卡通消費智能化。目前學(xué)院一卡通消費系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋到了食堂、浴室、商業(yè)街等學(xué)生生活方面。設(shè)計通過Wi-Fi定位與即時消息推送相結(jié)合，學(xué)生攜帶智能手機(jī)打開Wi-Fi接入校園網(wǎng)，在食堂智慧校園系統(tǒng)根據(jù)該學(xué)生所處位置以消息方式推送當(dāng)前推薦的特色菜肴與食品優(yōu)惠信息，也可以推送一些健康飲食相關(guān)信息給學(xué)生以達(dá)到提高學(xué)生生活質(zhì)量目的。在商業(yè)街根據(jù)學(xué)生所處位置推送當(dāng)前各小賣部的優(yōu)惠活動信息，方便學(xué)生在校園內(nèi)的生活消費。學(xué)生通過智慧校園手機(jī)客戶端，聯(lián)網(wǎng)可以查詢自己校園一卡通消費信息。

2.上網(wǎng)消費智慧化。目前學(xué)生可以在宿舍以及學(xué)院公共場所通過有線無線上網(wǎng)方式連接校園網(wǎng)，并且通過上網(wǎng)自助服務(wù)系統(tǒng)查詢校園網(wǎng)賬號使用情況。但是上網(wǎng)資費優(yōu)惠以及相關(guān)活動信息學(xué)生目前只能通過校園BBS論壇平臺或者海報通告才能知曉，需要學(xué)生主動查詢優(yōu)惠活動信息。設(shè)計通過微信平臺向?qū)W生推送校園網(wǎng)優(yōu)惠信息以及網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)相關(guān)知識，通過智慧校園系統(tǒng)定期推送各學(xué)生上網(wǎng)賬號余額等信息，學(xué)生無需主動查詢并可得知校園網(wǎng)消費相關(guān)信息。

3.智慧社團(tuán)活動參與。學(xué)生加入不同社團(tuán)的微信公共賬號，及時了解該社團(tuán)相關(guān)活動并積極參與。

智慧管理

大學(xué)校園一般占地面積大，資源種類較多，涉及安全管理、后勤等多個部門的管理，通常這些部門不能即時掌握校園資源的使用狀況而造成能源浪費、資產(chǎn)流失的情況，通過設(shè)計智慧管理模塊，能夠提高學(xué)院資源與安全管理相關(guān)部門的管理能力。校園智慧管理主要從資產(chǎn)、能源、安全和車輛管理4個方面進(jìn)行設(shè)計，如圖6所示。

1.資產(chǎn)管理智慧化。目前學(xué)院國有資產(chǎn)處組織，結(jié)合各部分行政人員配合統(tǒng)計管理資產(chǎn)，配有一套資產(chǎn)管理系統(tǒng)，相關(guān)人員通過手動在資產(chǎn)管理系統(tǒng)中輸入或查閱，費時費力。設(shè)計國有資產(chǎn)處為新采購的資產(chǎn)設(shè)備（辦公電腦、實驗器材、桌椅等）生成并粘貼二維碼標(biāo)簽，同時在智慧校園系統(tǒng)編寫該設(shè)備相關(guān)資產(chǎn)信息進(jìn)行資產(chǎn)登記。資產(chǎn)管理人員和設(shè)備使用者今后只要使用智能手機(jī)掃描設(shè)備二維碼標(biāo)簽，聯(lián)網(wǎng)可以直接跳轉(zhuǎn)到指定頁面顯示該設(shè)備的資產(chǎn)信息。

2.智慧能源管理。學(xué)院能源主要包括水電氣的消耗，通過人工定期抄表的方式了解與統(tǒng)計能源消耗情況，此方式費時費力并且對于能源浪費的情況（如自來水龍頭沒有關(guān)，水管爆裂，或者辦公室大功率電器人員離開沒有及時關(guān)閉）不能及時知曉。設(shè)計能源監(jiān)測系統(tǒng)如圖7所示，如在電力方面，在目前學(xué)院各樓宇支干電路上安裝計量電表，并通過RS—485通訊線纜連接至各采集器，采集器通過雙絞線連入校園網(wǎng)并與能源監(jiān)測服務(wù)器通信，智慧校園系統(tǒng)與能源監(jiān)測服務(wù)系統(tǒng)對接，后勤部門相關(guān)人員在智慧校園系統(tǒng)中可以實現(xiàn)監(jiān)測與統(tǒng)計學(xué)院各位置的能源消耗情況，通過對能源消耗較大原因的分析并采取相關(guān)能源節(jié)約措施。

3.校園安全智慧管理。學(xué)院已經(jīng)招標(biāo)實施校園數(shù)字監(jiān)控布置，設(shè)計將數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)與智慧校園信息平臺對接，學(xué)院綜合安全管理部門人員通過信息平臺聯(lián)網(wǎng)能夠即時接收安全報警信息。此外，相關(guān)人員根據(jù)GPS定位，在智慧校園系統(tǒng)中還可以查詢目前該區(qū)域監(jiān)控探頭的位置信息。

4.智慧車輛管理。目前學(xué)院已經(jīng)實現(xiàn)教工車輛物聯(lián)網(wǎng)識別，在每個教工汽車粘貼RFID標(biāo)簽，車輛通過學(xué)院門口閘口會自動打開。設(shè)計將該物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與智慧校園系統(tǒng)對接，實現(xiàn)車輛管理智能化，不僅只是識別校園車輛，而且還可以通過識別教工車輛進(jìn)出記錄時間，實現(xiàn)汽車進(jìn)出校園自動完成上下班考勤的功能。

(作者單位為南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖文信息中心)