基于5G技術的智慧校園應用探討

陳大海

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

近年來，第五代移動通信技術（5th Generation Mobile Communication Technology，5G）作為新一代蜂窩移動通信網絡技術，以超高速率、低時延、大容量、高可靠以及泛在連接等特點，在工業制造、車聯網、自動駕駛、遠程醫療以及智慧城市等領域實現了非常成功的應用并創造了相應價值[1,2]。在教育領域，結合人工智能、大數據、云計算、物聯網以及虛擬仿真等新技術，圍繞“5G+智慧校園”的應用場景不斷推出，相關的應用也越來越成熟，例如5G直播互動、5G虛擬仿真實驗和培訓等，基于5G的智能應用為學校管理、虛擬體驗等提供有效支撐[3]。基于此，本文將重點探討高職類院校中“5G+智慧校園”的應用和建設方案。

1 智慧校園建設對5G技術的需求

為了推進《5G應用“揚帆”行動計劃（2021-2023年）》實施，促進5G和教育創新融合，工業和信息化部、教育部聯合開展了關于“5G+智慧教育”應用試點的工作[4]。在“5G+智慧校園”建設內容中，要求構建校園5G、光纖、無線局域網融合的校園網絡體系，通過5G技術、移動互聯網、云計算等的應用，逐步從數字化校園向智慧校園過渡，從而真正實現新型智慧校園建設[5]。

通過基于5G網絡環境的智慧校園建設為廣大師生提供教學的新方法和新模式，不斷促進科技與教育的融合。隨著5G技術在智慧校園中智慧教室、校園云平臺等多個方面的創新應用，有效解決了數字校園面臨的問題和困境，從而更好地滿足新時代教育需求，為實現教育信息化2.0行動計劃提供助力。智慧校園是高等教育校園信息化發展的必然趨勢，高校數字化轉型、自動化辦公等都離不開新一代信息通信技術的支持[6]。

2 5G+智慧校園建設方案

充分利用5G技術，結合智慧校園建設需求打造基于云計算的5G+智慧校園應用框架，包括基礎設施、支撐服務、智慧應用3層架構以及統一的標準規范體系、安全保障體系、運維管理系統3大體系，如圖1所示[7]。

圖1 5G+智慧校園應用框架

通過5G技術對現有校園智能化與智慧化建設進行改造，在校園范圍內開展5G技術示范應用，如5G+自動駕駛、5G+智慧物流、5G+智能工程等應用場景[8]。基于場景和應用等多個維度，圍繞“云管端”專業應用架構建設5G技術應用實訓基地，通過信息和通信技術（Information and Communications Technology，ICT）協調創新服務，為基于5G的復合型人才培養教學提供支撐[9]。

本建設方案遵循“頂層規劃、創新引領、改建并舉、融合提升”的原則，通過完整的建設規范設計保障智慧校園建設的順利實施。對“5G+智慧校園”應用進行頂層規劃，制定與實際需求相適應的總體設計方案，明確相關的建設路徑、建設步驟，確保智慧校園建設整體的統一性和合理性。以創新思維推動智慧園區建設，重點突出5G在智慧場景中的應用，推進產教融合，同時探索教學、教務、實訓等領域的新模式，打造優勢互補、溝通順暢以及管理高效的智慧場景應用。充分利用已有建設基礎，節約建設資源，適當改造，對部分必要的5G設備設施進行新建，有效推動5G網絡基礎設施建設。通過完善信息基礎設施，構建統一高效的應用平臺和智慧應用體系，打造“5G+行業應用”的智慧校園應用和5G技術應用實訓基地，提升院校職業教育水平，優化實訓環境，為培養基于5G技術的應用型人才提供強大支撐。以下圍繞智慧校園智能化建設、5G技術應用、智慧信息桿柱建設、綜合應用平臺建設展開探討。

2.1 智慧校園智能化建設

一般而言，高等院校的校園信息化和智能化建設已經具備一定的規模，基于節約投資考慮可以進行利舊使用和適當改造。智慧校園智能化圍繞校園安全、日常管理服務，按照學校的定位及實際需求進行取舍，建設內容主要包括視頻監控、人臉門禁、電子班牌、智能會議室以及5G網絡機房等。

視頻監控作為智慧校園建設的一個重要組成部分，負責為校園安全提供基礎保障。視頻監控一般分為室內和室外，室外通常在常規道路、邊界、重點區域布置視頻監控，室內一般在大廳、機房、實訓教室以及會議室等布置視頻監控。監控攝像類型包括人臉識別攝像機、無線攝像機、半球攝像機、人臉點名攝像機等。監控系統如圖2所示。

圖2 視頻監控系統

視頻監控系統主要由前端信號獲取、中間信號傳輸及后端信號還原處理3大部分構成。前端設備負責信號的采集，主要包括攝像機、鏡頭、防護罩、支架等。后端設備的作用是對前端已采集到的信號進行處理，主要包括視頻信號的切換、顯示和記錄等。前端和后端設備的中間部分為信號傳輸系統，通過電信部署的WiFi網絡進行傳輸，通過電信CPE主機進行信息回傳。

人臉門禁系統建設包括人臉門禁設備、人臉庫采集、管理平臺等，可以對校園重要區域（如實訓教室、實驗室、會議室以及機房等）進行嚴密監控。該系統支持不同區域門禁權限設置和活體檢測，對驗證準確率、比對時間、無感開門均有較高要求。此外，在電子班牌、智能會議室、5G網絡機房等建設過程中也需要充分考慮現有資源的利用或升級改造。

2.2 5G技術應用建設

基于5G技術進行實訓教學服務建設，可以建設相應的5G智慧實訓教室、實驗室、實訓基地等。基于5G技術的前瞻性、實用性以及融合性等特點，結合物聯網、移動互聯網、大數據等技術提供場景化的應用。5G智慧實訓教室建設由場景展示區域和實訓區域組成，其中場景區域要求能快速模擬微型應用場景，支持搭建“5G+智慧應用”的微型應用場景，支持現場終端與智慧校園平臺、操作設備實現高速互聯。在實訓區域建設并配置相應的實訓操作臺，滿足實訓操作需求，支撐應用場景推送至實訓操作臺，可根據現場要求進行操作，包括場景搭建、拆解、安裝以及流程模擬等，通過實訓操作掌握相關技術的實際應用。基于5G技術構建實訓基地，將虛擬實訓模擬與真實實訓操作相結合，基于仿真軟件還原真實場景，通過虛實結合的多元化5G實訓為教學內容改革和應用技術的研究提供全方位支持。

2.3 基于5G的智能信息桿柱建設

智能信息桿柱是集多種通信方式于一體的智能化設備體系。本文主要討論基于5G技術的智能信息桿柱在智慧校園中的應用，主要包括信息發布屏、智能照明設備、視頻監控設備、空氣監測設備、智能充電設備、數字廣播設備、呼叫報警設備以及5G微型基站等，如圖3所示[10]。

圖3 智能信息桿柱功能示意圖

基于智能信息桿柱的一體化集成，加載智能化設備，并實現設備間的信息互聯互通，可有效減少投資，促進資源得到充分利用。智能信息桿柱建設主要為5G智慧校園的室外5G通信連接、5G+自動駕駛應用以及物聯網應用等提供基礎支撐，同時也可兼顧照明、空氣監測、信息發布、應急廣播以及智能充電等功能需求，具體建設時需要考慮應用場景的實際情況。

2.4 5G綜合應用平臺建設

5G智慧校園建設除了前端智能設備和應用場景建設外，還需要配套建設相應的綜合應用平臺。通過綜合應用平臺對新建的5G應用數據進行接入、共享及分析，同時也要集成智慧校園的安防、實訓、日常管理以及信息共享等內容。

與此同時，綜合應用平臺要實現綜合態勢分析、智慧安防、智慧實訓、物聯感知以及綜合管理等功能建設。其中綜合態勢分析基于5G網絡大帶寬、低時延的優勢，匯聚校園內的物聯設備、視頻監控、實訓監測場景等相關數據，展現校園園區全景，實現可視化分析。智慧安防基于5G和人工智能等技術，將校園的安防數據實時接入到平臺中進行分析，為校園的安防提供支撐。智慧實訓基于5G技術實現對實訓區域的監測和管理，包括通過5G通信技術實現各類監測和控制數據、門禁數據、電子版本數據、實訓操作數據等與平臺的互通。物聯感知是基于5G技術實現超大規模數據、超高時延要求的物聯網數據接入，打破目前移動通信網絡技術無法支撐部分服務的限制[11]。綜合管理是通過綜合應用平臺實現數據業務等權限設置以及對用戶、日志等的管理要求[12]。

3 結 論

以高職院校的5G+智慧校園應用建設為例，闡述了智慧校園建設過程中5G技術應用的場景，提出了部分5G應用場景的建設建議及其實現的對應功能。隨著5G、物聯網等多網融合的推進，智能互聯基礎設施建設將為新一代智慧校園建設奠定基礎。實用型新技術在智慧校園中應用并服務于校園管理和教育，為保障校園安全、促進教育的發展以及培養高素質人才提供基礎保障。