基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設方案初探

江雪蕓

蘭州交通大學博文學院，甘肅 蘭州 730000

物聯(lián)網(wǎng)（IOT）是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，即“互聯(lián)網(wǎng)中的物物相連”，是互聯(lián)網(wǎng)的一種延伸和擴展，它將各種信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡，存在于任何時間與任何地點，是人、機、物的信息互聯(lián)互通的智慧網(wǎng)絡[1]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用在智慧城市管理、智能家居、智能電網(wǎng)、智慧交通、智慧物流、農(nóng)業(yè)、環(huán)境、醫(yī)療、金融保險業(yè)、公共安全等方面有著非常關(guān)鍵的作用。在信息技術(shù)的快速發(fā)展中，物聯(lián)網(wǎng)在各高校的應用將提高師生、相關(guān)工作人員的工作、學習及生活的質(zhì)量和效率。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識別（RFID）、傳感器、GPS 全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)連接，進行信息交換和通信，實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡[2]。 物聯(lián)網(wǎng)主要解決物品與物品、人與物品、人與人之間的互聯(lián)，許多學者在討論物聯(lián)網(wǎng)時，經(jīng)常會引入人與人、人與機器、機器與機器的概念。 以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的“智慧校園”建設引入高校，同時利用物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、智能控制對校園進行多方位感知識別，通過各類網(wǎng)絡等傳輸互聯(lián)使管理、教學、科研等結(jié)合，實現(xiàn)人與物、物與物的信息交互與無縫鏈接。 同時通過計算、處理和知識挖掘，將IT 轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，做到高效率的工作以及對校園物理環(huán)境的實時控制，達到精確管理和科學決策的目的[3]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)及各層的主要技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)從網(wǎng)絡系統(tǒng)架構(gòu)上可分為三個層次，感知層、網(wǎng)絡層和應用層。感知層由各類傳感器構(gòu)成，主要功能是識別物體、采集信息來源，感知技術(shù)是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)；網(wǎng)絡層由接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、業(yè)務網(wǎng)組成，接入網(wǎng)主要通過大量各類傳感器節(jié)點組成的自治網(wǎng)絡傳感網(wǎng)來感知整個物理世界，核心網(wǎng)是網(wǎng)絡層的核心承載網(wǎng)絡，承擔物聯(lián)網(wǎng)感知層與應用層之間的數(shù)據(jù)通信業(yè)務;應用層由各種應用服務器組成，其主要功能是對采集的數(shù)據(jù)進行匯聚、轉(zhuǎn)換、分析等，為用戶提供物聯(lián)網(wǎng)接口，利用云計算實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的可擴展性、有效性、低成本性。

2 智慧校園方案可行性分析

2.1 智慧校園的特點

智慧校園的主要特點是“物聯(lián)網(wǎng)與教育”相結(jié)合，提供不同的個性化服務，實現(xiàn)及時性響應。校園建設以科學發(fā)展觀為主，以先進科學技術(shù)為輔，以科學化管理思想為導向，以滿足師生的智能需求為宗旨。利用云計算、大數(shù)據(jù)讓智慧校園在整合研究、學習、生活、信息資源、感知等方面展現(xiàn)出智能的特色。

2.2 智慧校園建設目的

（1）讓高校管理部門增強感知、及時獲取比以往更高質(zhì)量數(shù)據(jù)。如節(jié)能水電表等傳感器可以持續(xù)收集各部門供求信息。RFID 電子標簽、激光、紅外線、超聲波、圖像傳感器、內(nèi)嵌IC 芯片等為高校的精準化服務提供了全方位、多層次數(shù)據(jù)依據(jù)。

（2）在智慧校園建設后，讓互聯(lián)互通在高校信息化服務管理中高效地提供信息獲取和處理的方式。如儀器、設備、多媒體教室等實體與信息服務管理系統(tǒng)之間的通信和協(xié)調(diào)，讓信息采集、獲取、資源共享、處理能夠快速實現(xiàn)[4]，并在資源不足時提供模擬仿真系統(tǒng)方式補充等。

（3）讓高校決策者具有可預見性。 利用大數(shù)據(jù)、云計算、互聯(lián)互通為基礎(chǔ)，將海量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有效數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)挖掘分析，提供給決策者有價值的數(shù)據(jù)，作出正確的高校建設決策。

（4）通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)高校信息服務平臺的整體管理能力、資源整合及節(jié)能減排。 網(wǎng)絡通信層建成后，利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、移動網(wǎng)、校園內(nèi)的網(wǎng)絡等可使移動設備在校園的每個位置可用，讓工作不受時間和地點制約，師生和員工隨時隨地通過各類設備，對校園相關(guān)信息數(shù)據(jù)在信息平臺上進行統(tǒng)一處理。整合服務器資源統(tǒng)一提供服務，同步實現(xiàn)各單位信息的更新共享、分配規(guī)劃和合理使用，達到節(jié)能減排，低碳生活、學習的同時增強動態(tài)管理的目的。

2.3 智慧校園建設可行性分析

2.3.1 智慧校園建設的必要性

（1）智慧校園建設是教育信息化發(fā)展的必然趨勢

信息是一種客觀事物，它與材料、能源一樣，都是社會的基礎(chǔ)資源。 但理性認識信息卻只有幾十年的歷史。信息論創(chuàng)始人克勞德·艾爾伍德·香農(nóng)在對通信理念進行研究的基礎(chǔ)上，提出了信息的概念，他指出了信息是能夠消除不確定性的東西，并給出了信息的定量單位——比特。 而所謂信息化在不同的語境中有不同的含義。 用作名詞，通常指現(xiàn)代信息技術(shù)應用，特別是促成應用對象或者領(lǐng)域發(fā)生的轉(zhuǎn)變過程。 此語境中的“校園信息化”不僅僅是指在校園中應用信息技術(shù)，更重要的是通過深入應用信息技術(shù)，促成高校教育的各業(yè)務模式、組織架構(gòu)、教育教學培養(yǎng)戰(zhàn)略與科研發(fā)生革新或轉(zhuǎn)變。 用作形容詞的“信息化”是指應用對象或領(lǐng)域因為信息技術(shù)的深入應用達到并形成新的形態(tài)或狀態(tài)。 此語境中的“信息化校園”是指信息技術(shù)應用到一定程度后達成的校園形態(tài)，它包含了許多只有充分應用現(xiàn)代信息技術(shù)才能達成的新特征[5]。 發(fā)展高校教育信息化是把信息素養(yǎng)納入教育目標，培養(yǎng)適應信息社會的人才，并對高校教育信息資源進行開發(fā)和利用。 信息社會的高度發(fā)展要求高等教育必須要培養(yǎng)面向信息化的創(chuàng)新型人才，以適應社會高度信息化的需求，高校信息化建設是將高校的各方面產(chǎn)生的數(shù)據(jù)作為整個智慧校園平臺系統(tǒng)的基本構(gòu)成要素，并在教學科研管理的各個領(lǐng)域廣泛地利用信息整合和信息技術(shù)手段，去促進高等教育的現(xiàn)代化。

我國教育信息化發(fā)展從無到有、從弱到強，高校經(jīng)過較長時間的前期探索與研究發(fā)展形成了許多信息孤島，各信息資源間沒有達成共享、整合、清洗和過濾，使得信息化隊伍建設滯后，教育信息資源分散和優(yōu)質(zhì)資源短缺，教育信息化的軟硬件投資量與信息化應用帶來的效益還不能成正比，這是現(xiàn)今信息化進程中的主要矛盾。校園教育信息化不應僅是教育工具，更應該是教育理念、體制等切切實實的變革。高校信息化建設管理標準朝著統(tǒng)一的方向邁進，不斷完善教育信息化評估體系，形成良性循環(huán)，為高校各管理系統(tǒng)形成管理建設大數(shù)據(jù)平臺、數(shù)字化校園向智慧校園邁進助力，是教育信息化建設和教育現(xiàn)代化的必然過程。

（2）智慧校園建設是教育發(fā)展戰(zhàn)略的需求

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020 年）》是中國進入21 世紀之后的第一個教育規(guī)劃，也是今后一個時期指導全國教育改革和發(fā)展的綱領(lǐng)性文件[6]。

（3）智慧校園建設是解決校園節(jié)能減排的有效途徑之一

科學發(fā)展要做到節(jié)約資源和環(huán)境友好，即低排放、低污染、低消耗、高效率的經(jīng)濟模式，實現(xiàn)節(jié)能減排。校園節(jié)能減排建設以先進科學技術(shù)為依托，以科學管理理念為先導，以師生員工文明行為為基礎(chǔ)，以配套制度為支撐，以合理利用資源為核心。

2.3.2 智慧校園建設的可行性

（1）符合國家的規(guī)劃部署

2018 年，教育部印發(fā)《教育信息化2.0 行動計劃》（簡稱《行動計劃》），《行動計劃》提出教育信息化2.0 行動計劃是順應智能環(huán)境下教育發(fā)展的必然選擇，是推進“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的具體實施計劃。人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)迅猛發(fā)展，將深刻改變?nèi)瞬判枨蠛徒逃螒B(tài)。 智能環(huán)境不僅改變了教與學的方式，而且已經(jīng)開始深入影響到教育的理念、文化和生態(tài)。 通過實施教育信息化2.0 行動計劃，到2022 年基本實現(xiàn)教學應用覆蓋全體教師、學習應用覆蓋全體適齡學生、數(shù)字校園建設覆蓋全體學校，信息化應用水平和師生信息素養(yǎng)普遍提高，建成“互聯(lián)網(wǎng)+教育”大平臺，推動從教育專用資源向教育大資源轉(zhuǎn)變、從提升師生信息技術(shù)應用能力向全面提升其信息素養(yǎng)轉(zhuǎn)變、從融合應用向創(chuàng)新發(fā)展轉(zhuǎn)變，努力構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的人才培養(yǎng)新模式、發(fā)展基于互聯(lián)網(wǎng)的教育服務新模式、探索信息時代教育治理新模式。

（2）基礎(chǔ)資源配置基本能夠滿足智慧校園的需求

在校園信息化建設的基礎(chǔ)上，通過采用數(shù)字化、傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等工程技術(shù)集成創(chuàng)新、頂層設計，達到感知校園和智慧監(jiān)控的目的。

（3）智慧校園建設使用的技術(shù)成熟并能夠充分利用現(xiàn)有教學資源

2009 年8 月，我國創(chuàng)建“感知中國”中心，從國家到地方，從科研院所到企業(yè)，都加快了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的研發(fā)。2009 年11 月，由中國移動、大唐一定、同方股份、中科院軟件所、清華大學、北京郵電大學等科研院所和企業(yè)共同組建了中關(guān)村物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。2010 年1 月，江蘇昆山傳感器產(chǎn)業(yè)基地建成。廣東成立了無線射頻識別技術(shù)標準化技術(shù)委員會。2010 年3 月，我國政府工作報告第一次寫入“加快物聯(lián)網(wǎng)的研究應用”。2010 年7 月，上海啟動建設“上海物聯(lián)網(wǎng)中心”。除此之外，還有上海交通大學的“三網(wǎng)合一”、南京大學的“感知生命”、南京信息工程學院的“感知氣象” 、電子科技大學的“光纖傳感器”等。劍橋大學、麻省理工學院等世界知名高校的科研人員也已進駐無錫的國家物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)示范基地。從現(xiàn)階段的發(fā)展趨勢來看，物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生和應用必然推動智慧校園建設。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)智慧校園建設方案

3.1 智慧校園含義

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在校園中的綜合應用就是所謂的智慧校園。智慧校園建設主要包括以下幾個部分：（1）通過傳感器或信息采集設備全方位、多層次獲取城市系統(tǒng)數(shù)據(jù)。（2）通過網(wǎng)絡將校園數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、融合、處理、分析為信息。（3）通過充分共享、智能挖掘?qū)⑿畔⒆兂芍R。（4）結(jié)合信息技術(shù)，把知識應用到各個領(lǐng)域形成智能應用。智能校園建設模型包含的關(guān)系有五個層次和三個支撐，如圖1 所示。

圖1 智慧校園建設參考模型

3.2 智慧校園建設

3.2.1 功能層

物聯(lián)感知層提供對校園環(huán)境的智能感知能力，通過各種信息采集設備、各類傳感器、監(jiān)控攝像機、RFID 標簽、GPS 終端等實現(xiàn)對校園范圍內(nèi)的基礎(chǔ)設施、交通、公共安全等方面信息采集、識別和監(jiān)測。

網(wǎng)絡通信層利用互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)、移動網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、校園網(wǎng)等，完成末梢節(jié)點的組網(wǎng)控制和數(shù)據(jù)融合與匯聚。

計算與存儲層包括服務信息資源、存儲資源和運算數(shù)據(jù)資源，保障決策者對智慧校園數(shù)據(jù)匯聚的需求。

數(shù)據(jù)及服務支撐層利用面向服務的體系架構(gòu)（SOA）、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)挖掘、云計算等技術(shù)，把數(shù)據(jù)和服務有機結(jié)合，并承擔支撐智慧應用層的應用、資源共享及各類服務任務。

智慧應用層包含各種基于行業(yè)或領(lǐng)域的智慧應用及應用整合，如智慧教育、智慧科研、智慧管理、智慧生活、智慧服務等，為校園師生、家長、企業(yè)、校園管理者等提供整體的信息化應用和服務。

3.2.2 三個支撐體系

安全保障體系是建立智慧校園統(tǒng)一的安全平臺，實施統(tǒng)一的入口、認證、授權(quán)和日志記錄服務。

建設和運營管理體系，保障智慧校園整體的運行維護管理及可持續(xù)發(fā)展。

標準規(guī)范體系對我國使用數(shù)據(jù)用戶進行指導、對各行業(yè)信息系統(tǒng)應用進行規(guī)劃建設，為加強規(guī)范和指導智慧城市、智慧校園等發(fā)展提供統(tǒng)一規(guī)范，便于互聯(lián)互通和擴展[6]。

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)將更全面的感知，多方位、多層次的互聯(lián)互通和智能化融入高校工作系統(tǒng)和流程中，融入高校管理涉及的具體對象中，融入高校教職工和學生的學習和生活中，推動高校不斷發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)給高校的管理帶來質(zhì)的改變，使高校信息化數(shù)字化建設有了重大了突破。并提高管理、科研的質(zhì)量和效率。智慧校園將為教育事業(yè)創(chuàng)造美好的發(fā)展前景和理論實踐意義。本文對于基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園建設方案進行了初探，同時結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)對整個體系搭建提出設想，實現(xiàn)師生與物理系統(tǒng)的整合，必將為高校工作精細化、動態(tài)管理提供有力保障。