物聯網技術在高校智慧校園管理中的應用與發展研究

倪靜天，劉 力

沈陽師范大學，遼寧 沈陽110034

嚴棟在《基于物聯網的智慧圖書館》中寫到：“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，通過物聯網的系統化發展與應用，打造智慧校園?！盵1]（P8～10）本文結合當今高校建設智慧校園的實際情況，從校園資產管理、校園安全管理和校園生活三個方面分析，梳理出了其存在的問題，并利用物聯網技術提出切實可行解決問題的方案。

一、物聯網技術與智慧校園概述

（一）物聯網技術概述

1995年，“物聯網”的概念最早出現在比爾蓋茨所著的《未來之路》一書中。2005 年11 月17 日，國際電信聯盟（ITU）在突尼斯舉行的信息社會世界峰會（WSIS）上所發布的《ITU 互聯網報告2005：物聯網》中正式提出了“物聯網”的概念?！拔锫摼W（The Internet of Things，簡稱IOT）是指通過各種信息傳感器、射頻識別技術、全球定位系統、紅外感應器、激光掃描器等各種裝置與技術，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程，采集其聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等各種需要的信息，通過各類可能的網絡接入，實現物與物、物與人的泛在連接，實現對物品和過程的智能化感知、識別和管理。物聯網是一個基于互聯網、傳統電信網等的信息承載體，它讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象形成互聯互通的網絡”。[2]（P86）

（二）智慧校園概述

當今世界，物聯網技術極大地改變著人們的吃穿住行，那么高校的管理模式、大學生學習生活方式自然也受到物聯網技術影響。在智慧交通、智慧醫療等概念都已經深入人心的時候，智慧校園也漸漸地被大家所熟知了?！爸腔坌@指的是基于物聯網技術的智慧化的校園環境。這個環境將校園生活，工作與學習一體化，并且以各種應用服務系統為載體，將科研、管理、教學和校園生活充分的進行融合。”[2]（P86）

二、國內外物聯網高校智慧校園應用現狀

（一）國外智慧校園發展現狀

美國的斯坦福大學根據創建決策科學、可持續發展的環境友好型校園，研發了基于大數據分析的智慧校園模式；佛羅里達國際大學整合空間技術和人類空間思維，開發了空間賦能智慧校園模式。英國的倫敦商學院、肯特大學等20 多所大學為了實現考勤追蹤、移動支付、預測分析、KPI 儀表盤、咨詢服務、技術服務、訓練教育、發送解決辦法等功能，研發了Seats Vision 智慧校園系統。印度韋洛爾科技大學通過分析學習者的面部表情、學習速度、反應等數據研發了情感智能導師系統。由此可見國外的智慧校園建設進程已經取得了一定的進步，很多國外的知名高校已經初步實現了智慧校園的功能。

（二）我國智慧校園發展現狀

上海海事大學結合地理信息系統、物聯網、射頻識別、模式識別等信息技術，建設自己的智慧校園平臺——“感知校園”平臺；上海復旦大學江灣校區，為了實現快遞自提、充值繳費、銀行自助、勤工儉學申請、就業實習等線下和線上的20 項服務，運用信息技術建成了占地百平米的“智慧屋”。國內的智慧校園建設也已經開始起步，雖然與國外部分高校仍有差距，但是發展速度值得期待。

三、物聯網技術在高校智慧校園管理中的應用趨勢

（一）學校資產管理

伴隨著改革開放，我國經濟發展迅速，對教育的投入也逐年增加，學校設備更新換代十分迅速，很多昂貴的設備也逐漸被引進學校。隨之而來的就是校園資產的安全問題。

1.校園資產管理存在的主要安全問題。首先，很多學校依舊采用條形碼這種比較落后的方式進行資產管理。使用條形碼錄入資產信息的過程比較復雜，而且條形碼比較容易出現脫落和破損，導致無法精確地進行資產清算。甚至一些學校仍然采用人工記錄的方法，不僅效率低下，而且出錯率很高。其次，由于資產管理技術和方式的落后，導致管理人員的工作量很大，即便管理人員具備較高的職業素養、責任心，但仍然會經常面臨資產清算出錯的問題。

2.引入RFID 射頻識別標簽技術對學校資產進行管理。射頻識別（radio frequency identification），簡稱RFID，是“一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別過程無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。”[3]（P107～111）RFID 技術的功能和作用是“可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。RFID技術與互聯網、通訊等技術相結合，可實現全球范圍內物品跟蹤與信息共享”[3]（P107～111）引入RFID射頻識別標簽技術來輔助管理學校資產，將會有效地解決上文提到的問題。首先需要組建一個物聯網的環境，共分為三個部分，分別為感知層、網絡層和應用層。感知層包括RFID 標簽和RFID 讀寫設備（手持或固定），用來讀取和寫入資產信息（如實驗器材的名稱、使用方法、購入時間、負責人等）；網絡層可以使用學校的校園無線網，用來在感知層和應用層之間傳輸信息；應用層主要由特定的軟件系統組成，對通過感知層讀取和寫入的數據來進行存儲和管理。運用RFID射頻識別標簽技術來進行學校資產的管理，可以顯著地提高工作效率，降低錯誤率，對學校的資產保護起到很大的作用。

（二）學?？记诠芾?/h3>

1.傳統考勤制度存在的問題。學生的出勤狀況與課堂教學質量息息相關，也是教師非常關注的。為了保證課堂質量，學校明令禁止學生遲到、早退和曠課現象的發生。為了杜絕這些現象的發生，一般學校會采用教師點名的方式。但是這種方式不僅浪費課堂時間，降低課堂效率，在人數眾多的公共課中，也會存在學生投機取巧讓別人代替聽課，幫忙答到的現象。

2.引入人臉識別技術進行學?？记凇Ｓ嬎銠C人臉識別技術就是“利用計算機分析人臉圖象，進而從中提取出有效的識別信息，用來“辨認”身份的一門技術?！盵4]（P7～16）人臉識別技術應用的范圍比較廣泛，包括“可用于公安系統的罪犯身份識別、駕駛執照及護照等與實際持證人的核對、銀行及海關的監控系統及自動門衛系統等”。[4]（P7～16）現在常用的人臉識別考勤系統有兩種，即移動式人臉識別考勤系統、固定式人臉識別考勤系統。移動式人臉識別考勤系統，需要教師在系統中設置好考勤的時間，然后將攝像頭對準教室門口懸掛在房頂。當一個學生進入教室時，攝像頭在記錄其到達時間的同時，還能自動識別這個學生的個人信息。隨后，考勤系統會自動將學生名單和當日考勤情況進行比較，生成一份考勤情況統計表，包含按時到課、遲到以及曠課的學生信息。為方便之后有同學申述時考證，考勤系統還會保存每一個學生的照片。固定式人臉識別考勤系統是已經事先安裝于智慧教室的墻上的系統。不同之處在于，攝像頭會安裝在教室的正前方，對準的是整個教室所有的座位。教師需要提前在系統中設置好考勤的時間，攝像頭就會在上課的時間和其他的固定時間采集學生的人臉信息。同樣此系統在考勤結束后也會導出考勤情況統計表，然后對比學生名單分析當日的學生出勤狀況。它的優點在于可以收集早退學生信息。同時，此系統也會在課堂的不同時間點拍幾張高清照片，以供查證。人臉識別考勤系統的優點在于可以提高課堂效率，節約課堂時間，并且可以充分地避免學生代替聽課、幫忙點名的情況發生，對于提高學校的教學質量有很大的幫助。

（三）校園安全管理

1.目前校園中存在的安全問題。近年來隨著高校對社會開放程度的不斷提高，校園安全隱患也隨之而來。學生人身安全和學生個人財產安全問題尤為突出。近些年校園盜竊案和校內學生人身安全受到傷害的案件頻頻發生。造成校園安全問題的原因主要有三點。第一，管理人員能力不強。高校發展的重點在科研、教學等方面，往往對校園安全管理重視不夠，也疏忽了校園安全管理人員能力的提升。第二，校園安保技術智能化不夠。現在大部分學校依然采用槍支式攝像頭監控校園。這種攝像頭的缺點是只能監控一個點，有監控盲區，并且此類攝像頭缺少智能識別、錄音等功能，只能事后調取錄像，起不到預防、實時危險預警的作用。第三，有一些學校依然采用人工巡邏的方式進行校園日常安保工作。這種方式效率較低，覆蓋面很小，并且對安保人員的能力要求很高。

2.將安防機器人引入校園安全管理。“安防巡邏機器人屬于服務機器人的一種，其特征在于：提供包括且不限于指定場景巡視、圖像／視頻監控、異常情況探測、自動報警、遠程操控等功能，能夠部分或者全部代替人工執行安保任務。相較于傳統的人力安防，智能安防機器人更具有實時性和可靠性?！盵5]先對在校學生、教師以及臨時入校人員進行人臉拍照登記，對進入學校的機動車車牌也進行登記。安防機器人可以在校內24小時不間斷地巡邏，利用它自帶的攝像頭，可以隨時識別校內并未登記人臉的可疑人物和長時間逗留在學校的不明車輛，以及超速等違反交規的車輛，再配合學校的固定攝像頭進行識別，可以及時發現學校存在的安全隱患，然后由安保人員進行處理。把在校內有不良行為的人和車輛記錄在案，禁止其以后再次入校，對學校造成安全隱患。利用安防機器人和校內固定攝像頭輔助校園安保人員進行學校安全管理工作，將極大程度地提高學校的安保等級，降低安全風險，為師生提供一個安全的校園環境。

（四）校園生活

當今高校校園生活中，學生不論是去圖書館查閱文獻資料，還是去食堂就餐，亦或者是出入宿舍樓、實驗室等需要識別個人信息的地點，普遍都靠著一張磁卡式學生卡。

1.校園卡存在的弊端。當今校園卡一般都是磁卡，若保存不妥當，會發生消磁或丟失的情況。因為缺乏密保機制，如果卡片丟失，別人可以輕易盜刷，甚至冒充身份做違法的事情，給校園生活造成很多麻煩和不便。

2.將指紋識別技術引入校園生活中。指紋識別是“最古老的生物特征識別技術，在很多領域中都得到了成功的應用。指紋是指尖表面的紋路，紋路中表現出的斷點、分叉和轉折點等細節特征提供了指紋識別的信息。”[6]（P44～48）指紋識別技術的功能是“通過讀取指紋圖像，分析指紋的全局特征和局部特征，可以非?？煽康貋泶_認一個人的身份?！盵6]（P44～48）指紋識別的技術越來越成熟，國內外對指紋識別的研究成果也很多。[6]（P44～48）圖像易于提取，且設備小巧，成本低。指紋識別技術不僅在司法領域，而且在其他諸多領域都有廣泛應用。[6]（P44～48）師生需要先將自己的指紋錄入指紋識別系統中，生成電子校園卡。在學校的食堂檔口、圖書館、宿舍樓以及實驗室等需要認證個人信息的地方安裝指紋識別系統。識別指紋后，系統會在電子校園卡中提取相對應的個人信息，進行用餐扣費，以及獲得進入實驗室、宿舍樓的許可。圖書館的儲物柜亦可以使用指紋識別技術，方便學生存儲書籍、學習用品。將指紋識別系統和電子校園卡引入到校園生活中，可以去除磁卡式學生卡對于學生的束縛，方便學生的校園生活，不用再為丟失校園卡、忘記帶校園卡而煩惱。也可以更好地保護師生在校園卡內儲存的資金不被盜刷，身份不被盜用。

四、物聯網智慧校園思考

最近幾年，隨著物聯網技術的不斷發展，高校智能化建設的腳步也緊隨其后。各高校已經具備相對完善的建筑設備自動化（BA）、辦公自動化（OA）、通訊自動化（CA）系統以及統一的門戶網站。目前來看，各地高校利用物聯網技術對智慧校園的建設都有一定的進步。學校的科研、管理以及教學的改革都取得了不錯的成效。學生的校園生活變得更加便捷高效。高校的智能化建設雖然進步明顯，但是仍需不斷提升水平，仍存在許多亟待改進的問題。

首先，應加強智慧校園管理的科學性。智慧校園的設施多為專業的設備，需要建立專門的管理服務團隊來進行日常的管理維護工作。高校應重視智慧校園人才的培養和引進，增加資金投入，安排一些專業的人員對這些設備進行操作，使其充分地發揮設備的潛能，杜絕資源的浪費。其次，應提高智慧校園系統的使用率。很多教師和學生對于智慧校園系統的使用很陌生，導致智慧校園系統使用率較低。學校應組織專門的培訓，來普及系統的使用，讓智慧校園真正地服務于師生，使師生能在更加安全、更加便捷、更加智能化的校園中學習、工作、生活。

嚴大虎，陳明選在《物聯網在智慧校園中的應用》一文中指出：“智慧校園是通過物聯網來實現智慧化的校園服務和管理，它通過物聯網實現了校園內任何人、任何物、任何信息載體、任何時間、任何地點的互聯互通，海量信息在物聯網平臺的聚合而產生新的信息，從而給廣大師生提供了智慧化的業務和服務模式?！盵7]（P123～125）隨著“互聯網+”、大數據等物聯網技術不斷向教育領域縱深，建設智慧校園已經成為未來學校發展的必然趨勢，同時建設智慧校園也是優化教育環境、深化教育改革的重要途徑。智慧校園雖然有著光明美好的發展前景，但是也面臨著數據安全、教育觀念、資金投入等諸多挑戰。高校建設應該緊隨時代發展的潮流，將技術與教育深度融合，把未來的校園建設成便捷、智能、安全的智慧校園。但是高校的建設者也不能盲目跟從，應因校制宜，正確地認識智慧校園建設的初衷，積極開展智慧校園的建設和探索工作。