陳建新

摘要：該文首先分析物聯(lián)網(wǎng)的概念和應用，然后分析了智慧校園和關鍵能力，提出物聯(lián)網(wǎng)技術支撐的智慧校園信息系統(tǒng)的總體框架，進而探討智慧校園信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲，最后給出了智慧校園常見的應用。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智慧校園；感知識別

中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)16-3796-05

The Application of the Internet of Things in Smart Campus

CHEN Jian-xin

(Computer Science Department of Pinghu Campus of Jiaxing University, Jiaxing 314200,China)

Abstract: First, this paper analyzes the concept and application of the Internet of things ,then analyzes the smart campus and the key abili? ty , and puts forward the overall frame of the smart campus information system with the support of the Internet of things technology, and then probes into the network topology of the smart campus information system. Finally, it comes out the common application of the smart campus.

Key words: the internet of things ; smart campus ; perception recognition

信息化時代瞬息萬變，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)技術方興未艾，他們的發(fā)展速度超出我們的想象。互聯(lián)網(wǎng)應用從一開始的以只能讀取內容為主的Web 1.0時代發(fā)展，逐步推進到了我們大家可以參與共享內容的Web 2.0時代，再悄悄的邁進了智能化的Web 3.0時代。信息化管理應用從一開始的關注部門內部事務處理到逐步梳理內部工作流程，進而到現(xiàn)在向部門內外協(xié)同工作的訴求發(fā)展。我們的信息化生活和生產活動正在逐漸從封閉環(huán)境、單一功能走向開放性、智能化，并正朝著協(xié)同處理、信息智能、智慧處理的時代邁進。

校園是學生生活和學習的場所，隨著信息技術的發(fā)展，學校也在不斷的信息化革命，逐步的產生了具備智能的校園信息系統(tǒng)。信息產業(yè)新技術融合的產物——智慧校園系統(tǒng)，為學生的學習與生活和教師的教育教學活動提供控制與協(xié)同服務，使我們的生活、學習、教學更加便捷、和諧、高效、智慧。

2009年8月中國國家領導人在考察無錫物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)時，提出了“感知中國”，此后物聯(lián)網(wǎng)技術被我國各個階層所關注，物聯(lián)網(wǎng)相關技術逐漸步入我們平常生活。在社會各界的關注下，物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展是非常快速的，物聯(lián)網(wǎng)相關聯(lián)的技術和物聯(lián)網(wǎng)相關聯(lián)的外圍設施設備也在快速的完善和成熟。物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展，對現(xiàn)代智能校園的建設與發(fā)展起到了重大影響，也為我們建設智慧校園、智慧城市提供了技術、設施、設備保障。

1物聯(lián)網(wǎng)技術

1.1什么是物聯(lián)網(wǎng)

簡單的說，物聯(lián)網(wǎng)的本質還是互聯(lián)網(wǎng)，只是在以往以電腦終端為最終接入設備，擴展到了以一個物體、一個人、一件事為終端接入的互聯(lián)網(wǎng)絡。現(xiàn)在我們所提及的物聯(lián)網(wǎng)包含二重概念，首先，物聯(lián)網(wǎng)的實質還是互聯(lián)網(wǎng)絡，是一個拓展了的互聯(lián)網(wǎng)。其次，物聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)設備從以前的電腦，擴展到了現(xiàn)在的電腦、手機、以及其它安裝了身份識別裝置的物體，從原來的電腦與電腦之間的信息交換擴展到了電腦與電腦，電腦與物體，物體與電腦、以及其它具有身份識別、智能處理的儀器之間的信息交換和通信。

因此，我們嚴格的給物聯(lián)網(wǎng)下個定義：物聯(lián)網(wǎng)是通過物體識別卡（RFID射頻卡）、條形碼、指紋、虹膜、影像及其它特征識別體，通過射頻卡讀寫器、紅外線描器、GRP定位系統(tǒng)、激光槍、攝錄像機等設備，在指定的通訊協(xié)議下，把需要接入物聯(lián)網(wǎng)的物品接入互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)連網(wǎng)，并進行物品與物品、物品與網(wǎng)絡、物品與人、人與物品……等多元信息交換和通信，最后，達到能對物品進行智能化識別、對物品所處位置進行GPS定位、對移動物體進行跟蹤、對監(jiān)管物體進行監(jiān)控與管理的一種網(wǎng)絡體系。

1.2物聯(lián)網(wǎng)的體系架構

物聯(lián)網(wǎng)是一個復雜的網(wǎng)絡，可以分三個次層，分別是感知層、網(wǎng)絡層、應用層。我們根據(jù)從高到低的順序可以概括為如圖1所示。

圖1物聯(lián)網(wǎng)三層架構

感知層主要由包括條碼、二維條碼、RFID標簽、攝像頭等各種傳感器以及類傳感器構成，主要負責物體識別，信息采集，把識別和采集到的信息傳遞到網(wǎng)絡中；網(wǎng)絡層主要是互聯(lián)網(wǎng)、有線局域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、去計算平臺等網(wǎng)絡設施構造的網(wǎng)絡架構。對來自感知層的信息進行傳遞、處理、存儲。應用層主要是各類業(yè)務系統(tǒng)，是用戶與物聯(lián)網(wǎng)的接口，與各類應用需要相結合，是智慧網(wǎng)絡實現(xiàn)的關鍵，也是物聯(lián)網(wǎng)智能應用的媒介，它與行業(yè)需求結合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應用。

1.3物聯(lián)網(wǎng)的特點

1）連通性

要想讓物聯(lián)網(wǎng)具有真正的意義，物體必須處于“連通”狀態(tài)，在讓物體處理于連通狀態(tài)的過程，我們可以使用有線網(wǎng)絡、也可以使用無線網(wǎng)絡，也可以使用感應技術，最終還必須接入互聯(lián)網(wǎng)絡，讓這些個物體在互聯(lián)網(wǎng)上隨時處于“連通”狀態(tài)。

2）物物相聯(lián)

為了實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，我們必須使物物相聯(lián)。為實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上人與人的交流，我們將電腦聯(lián)入網(wǎng)絡。為實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中物體間的交流，我們必須將物體連入網(wǎng)絡，一般來講電腦是通過網(wǎng)絡接口卡連入網(wǎng)絡，物體是通過傳感器、射頻識別卡、條形碼、影像等技術實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。物體的接入網(wǎng)絡，由此也實現(xiàn)了從虛擬世界向現(xiàn)實世界的連接轉變。

3）智能化

建設物聯(lián)網(wǎng)的主要目的就是實現(xiàn)智能化。所謂智能化就是利用先進的計算機技術、無線傳感技術和對設備的控制技術進行的智能控制。物聯(lián)網(wǎng)技術可以讓人們感知周圍的環(huán)境，支持人們更好地使用各種環(huán)境，并對環(huán)境做出正確的判斷與控制。

2智慧校園

“智慧地球”概念第一次提出是在2008年11月，由美國IBM公司正式提出，次年1月，晉升為美國國家戰(zhàn)略。學校是我們傳遞知識的重要場所，同時學校也是科技研究和信息技術的前沿陣地，尤其是高校院校。因此我們應該抓住這次信息技術大發(fā)展的機遇，改造我們現(xiàn)有學校的管理模式，充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術，通過深入的研究與應用，建設理想的“智慧校園”

智慧校園是以智慧技術、智慧教育、智慧人文、智慧服務、智慧管理、智慧生活為特征的校園發(fā)展新模式，是學校信息化建設向更高層次發(fā)展的具體體現(xiàn)，并且提供更強大的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，因此，智慧校園具有很強的發(fā)展?jié)摿?，尤其是利用智慧校園進行的創(chuàng)新管理。

智慧校園是基于物聯(lián)網(wǎng)技術，對教師與學生在和學校內各種教學資源和學校管理系統(tǒng)進行互動的一種應用，通過這種應用加強互動的精確性、正確性，促進互動的靈活性和提高互動的反應速度，從而達到讓我們的校園更具智慧性，構建一種更加智慧的教學、智慧的服務、智慧的管理的先進校園管理模式。如果說把物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的應用說的更具體點，其實質是物聯(lián)網(wǎng)技術中的識別器件，如射頻卡、IC卡、條形碼、身份影像等安裝到食堂、寢室、教學場所、圖書資料室、供水供電系統(tǒng)、實驗中心等各種場所中，然后通過物聯(lián)網(wǎng)技術，將這些器物通過無線、有線的方式構建成一個網(wǎng)絡，也就是我們常稱的基礎物聯(lián)網(wǎng)。然后我們再把這個基礎網(wǎng)絡連接到我們現(xiàn)有的校園網(wǎng)，通過校園網(wǎng)絡融入英特網(wǎng)，把教學資源、生活資源以及其它校園資源進行智慧的整合，達到智慧化的服務與智慧化的管理。

智慧校園是物聯(lián)網(wǎng)具體應用的一種綜合性集成，通過感知數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集中管理、海量信息的智能化處理，最終構成的用于學校管理、教育與服務的一種應用模式，并圍繞學校的可持續(xù)發(fā)展，提供全面感知的、優(yōu)質教育、高效管理和優(yōu)良服務。

一個完善的智慧校園應該提供以下三個信息化關鍵處理能力：

1）信息的全面感知能力

將大量的感知終端布置在校園中，通過感知終端中的傳感器，并接入網(wǎng)絡，通過傳感器和感知終端捕獲到學校里關于教學、生活、管理和校園環(huán)境的各種信息數(shù)據(jù)。

2）海量的數(shù)據(jù)處理能力

能夠對跨部門、跨行業(yè)異構數(shù)據(jù)的海量數(shù)據(jù)具有存儲能力，具有對海量異構數(shù)據(jù)進行高速計算、高效分析、實時處理的能力，同時可以構建基于數(shù)據(jù)分析和知識管理的數(shù)據(jù)智能化應用能力。

3）智能的管理服務能力

建立面向智能應用的智慧校園支撐平臺，建立面向綜合應用的智慧校園統(tǒng)一公共管理平臺，建立面向師生生活和學習的智慧校園的應用與服務平臺。

3物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的典型應用

射頻卡技術最早在校園中的典型應用是飯卡系統(tǒng)，該系統(tǒng)在校園中已經存在多年，但是作為拓展后的基于物聯(lián)網(wǎng)技術在校園應用中的整合還處于起步階段，尤其是提升到智慧校園的應用中還處于研究、建設中。筆者就常見應用，從校園生活、教學管理和安防監(jiān)控三個方面進行舉例介紹。

3.1校園生活

1）一卡通商務收費

采用非接觸式智能卡作為電子錢包進行食堂就餐收費，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的用現(xiàn)金、磁卡、接觸卡、光電卡等收費方式，學生先在學校的管理中心預先充入一定金額到校園卡中，就餐時售飯員在售飯機上輸入收費額，學生在售飯機感應區(qū)的有效距離內出示卡，售飯機認可后便可完成收費。操作簡單、方便、快捷，減少等待的時間。

一卡通商務收費子系統(tǒng)主要涉及學院內的各收銀點，如食堂、超市、小賣部等計額收費的場所。

商務收費子系統(tǒng)由各類POS機組成，通過應用管理中心、會計賬務系統(tǒng)的配合，實現(xiàn)了就餐收費項目的交易數(shù)據(jù)采集、營業(yè)參數(shù)下發(fā)等管理和服務工作，實現(xiàn)了營業(yè)管理、營業(yè)控制、營業(yè)報表等功能，每個結算周期，商務收費系統(tǒng)中的各個營業(yè)實體、出納與賬戶管理中心進行財務結算。

商務收費子系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖2

2）水控管理

學生通過采用預付費的方式進行水控制管理，控水系統(tǒng)基于射頻卡實現(xiàn)。

智能控水系統(tǒng)使用流程如下：

①學生將已發(fā)行充值的用戶卡插入節(jié)能控制器上，節(jié)能控制器自動判斷該卡是否為合法有效卡。若卡合法有效，則允許使用該節(jié)能控制器。若為非法卡和無效卡則報警，且不允許使用該節(jié)能控制器。（使用次數(shù)和使用時間由設置卡來設置）。

②學生需要用水時，只需按動該節(jié)能控制器的開始按鈕，則控水裝置立即放水，計時開始。節(jié)能控制器顯示使用時間。

③使用完畢，學生將用戶卡從節(jié)能控制器里抽出，則控水裝置立即斷水。并且使開始按鈕失效，直至下一次插卡使用。

④如果用戶卡中消費金額已扣完，則控水裝置立即斷水，按鈕失效，必須等到第二天后方可繼續(xù)使用。

學校通過電腦聯(lián)網(wǎng)采集節(jié)能控制器內的收費數(shù)據(jù)。用戶卡發(fā)卡、換卡、回收等卡片管理由智能卡中心統(tǒng)一處理。

3）寢室查更考勤

學生寢室晚上查寢是一項費時費力的工作，同時也是一項非常重要的工作，偶爾的疏忽可能會給學生管理帶來很大被動。利用當前先進的射頻卡及其它智慧設備，輔助進行管理，將可以帶來極大的方便。

基于RFID技術的寢室查寢工作流程：基于學生一卡通，當前大都學校都有一卡通，每個學生都有一張電子身證識別卡。輔導員收集、統(tǒng)計所轄學生的信息，通過發(fā)卡、配卡、導入的等方式，建立考勤名冊。為防止學生冒名頂替現(xiàn)象的產生，事先收集每個學生標準證件照片和學生的生活照片，存入系統(tǒng)。在需要考勤的學生寢室，安裝帶有拍照功能的考勤機。并適當根據(jù)場景配備照明燈光。在需要考勤的時間點上，學生通過刷手機、刷學生卡等身份識別介質，至考勤機上刷卡，考勤機接受刷卡后，觸發(fā)攝像頭，拍取刷卡者照片，學生考勤結束。至固定時間點，輔導員登錄考勤系統(tǒng)，統(tǒng)計考勤情況，實時打印學生在寢情況，對于缺席的即刻進行原因的查詢。在管理系統(tǒng)里，對已經刷卡的學生進行照片比對。基本模式為左1標準證照片、左2學生生活照片、第3張為上一次考勤照片，最右邊為本次考勤刷卡抓取照片。然后進行快速人工比對，如若發(fā)現(xiàn)明顯不符者，進行細節(jié)比對，以此進行防止學生冒名頂替的發(fā)生。經筆者學校試用，每100名學生，輔導大約需要化費3-5分鐘時，從管理角度基本可以接受。

4）智能照明

當前，學校場所多，照明設備也是非常的多，大多數(shù)學校存在嚴重的能源浪費，白天燈火通明?；谖锫?lián)網(wǎng)技術的智能照明系統(tǒng)，有效的對學校內的燈進行控制，實現(xiàn)照明智慧化。具體的實現(xiàn)原理是：每一盞大功率的燈具上安裝一個測光元件和控制器，通過無線組網(wǎng)。通過網(wǎng)絡，控制中心可以對教室、道路上的每一盞燈進行控制，同時控制中心也可以通過網(wǎng)絡及系統(tǒng)檢測，獲取每一盞燈的當前狀態(tài)，然后根據(jù)環(huán)境光線強度、當前燈光狀態(tài)和時間段，調節(jié)燈光照明的亮度。同時在公共開放教室安裝感應器，夜間，當發(fā)現(xiàn)教室內無人時，自動關閉燈光，當教室內人數(shù)很少，集中在某區(qū)域時，也可以自動關閉無人區(qū)域的燈光，實現(xiàn)能源的最優(yōu)利用。

3.2教學管理

1）日常教學管理

引入物聯(lián)網(wǎng)技術后，通過原有網(wǎng)絡教學平臺和教務管理系統(tǒng)，對原有教學體系進行改造，構建一套全新基于全方位的教學管理體系。在物聯(lián)網(wǎng)技術的支持下，依托身份識別技術，重組體系結構，構建新的教學評價體系，建立完善的教學質量監(jiān)控體系。通過智慧校園系統(tǒng)，構建主動推送的智慧教育架構，學校在教學平臺中構建知識庫，學生在主動學習的基礎上，系統(tǒng)自動發(fā)現(xiàn)學生的知識興趣、學習興趣，從系統(tǒng)中提取學生的知識點，通過郵箱、短信、微信等現(xiàn)代通訊手段，主動向學生推送學習的興趣點，從而全方位培養(yǎng)學生。

2）智慧圖書館

智慧圖書館的實現(xiàn)主要是學生對圖書借閱的智慧管理和圖書本身的智慧管理。圖書館的智慧化管理主要還是通過RFID電子標簽來實現(xiàn)，最理想的智慧化圖書館是無需人工服務。借閱、取書、還書、上架等系列工作由立體倉庫實現(xiàn)，然而根據(jù)當前人力成本以及設施設備的造價，在學校里建設立體倉儲式的圖書館還不太現(xiàn)實，我們當前推薦的智慧圖書館主要還是輔以部分人工場景。

圖書的借閱主要還是依托學生的一卡通來實現(xiàn)，學生在登記處通過刷卡進入圖書館，尋找自己書籍，至服務窗口，通過刷卡，掃描圖書的方式進行自助式借書。還書的時候，只需要直接掃描書本，系統(tǒng)自動辦理還書手續(xù)，并將書本置入電子書車。工作人員在電子書車的指引下，依次、科學路徑的將書車上的圖書歸還架位。

智慧圖書館的另一個功能是智慧圖書推薦，系統(tǒng)根據(jù)學生的專業(yè)、學生歷史借閱記錄、學生考試成績、同專業(yè)學生學習記錄，尋找學生的興趣點，及時的尋找學生關注的圖書，并通過短信、郵件、微信等手段向學生進行主動推薦。

3）實驗室管理

高校中，實驗室中的設備相對比較的復雜，尤其是部分設備比較的昂貴。通過RFID電子標簽，對實驗設備進行管理，在電子標簽上存儲實驗設備的基本屬性等信息，通過電子標簽閱讀器和網(wǎng)絡系統(tǒng)，對設備進行統(tǒng)一管理。

3.3安防監(jiān)控

安防監(jiān)控包括重大設備的防盜、校園天眼系統(tǒng)和無障礙智能通道系統(tǒng)。

1)重大設備的防盜

高校，一般都是開放型校園，校園內人員混雜，對于防盜也有新的要求。智慧校園設計中，對校內一些重要設備、易遺失設備貼上電子標簽，在進出口上安裝檢測設備，當人員通過檢測口，如若攜帶、夾帶管控器物時，系統(tǒng)實現(xiàn)自動報警。對于更重要的設備，可以通過布置WIFI無線監(jiān)控網(wǎng)絡，對設備進行監(jiān)控定位，當設備有移動跡象，系統(tǒng)自動通過網(wǎng)絡向保衛(wèi)處報警，提示保安到場清查，在現(xiàn)場安裝有信號復位機制，只有保安到場才到清除報警信號，督促保安親臨查看，確保重要資產的遺失。

2）校園天眼系統(tǒng)

校園天眼系統(tǒng)實質就是基于網(wǎng)絡的數(shù)字化的高清監(jiān)控系統(tǒng)，通過分布于校園內密集的監(jiān)控攝像頭，保安處可以實時，全方位的了解學校內發(fā)生的一切，有助于及時處置各類事件。本系統(tǒng)集成至智慧校園中，增加圖像的識別功能，更可以精準的發(fā)現(xiàn)情況。通過遍布校園的攝像頭和感應點，能夠自動對在校園中活動的人員進行身份區(qū)分，并對進入重要區(qū)域的可疑人員進行重點監(jiān)控，確保校園安全。

3）無障礙智能通道系統(tǒng)

當學生上下課的時候會有大量學生同時進入宿舍，如何在這個時間段對每一個到學校的人員進行準確的身份識別，怎么來防止外來人員尾隨本學校學生進入學校宿舍。而在這個時候工作人員也根本無法知道有尾隨進入。

如何做到讓宿舍的管理人員，在高峰期的時候對每個學生進行準確的身份識別，而且還不會使學生產生排隊、擁堵的情況發(fā)生。無障礙智能通道系統(tǒng)的應用便可以解決這個問題。

設備安裝于通道口，學生至通道口后通過刷卡進入寢室，非本幢寢室授權學生在通過通道口時自動進行聲光報警，告知公寓的管理人員“有人闖入，敬請核實”，同時系統(tǒng)主動抓拍該人員的高清影像，為事后核查提供佐證資料。系統(tǒng)通過紅外線感應功能，對人員通過通道機進行計數(shù)，當發(fā)現(xiàn)一卡多人時進行聲光報警，防止尾隨。系統(tǒng)可以對任何情況下的人員出入進行抓拍通過時的照片資料，利用高清影像設備及臉部檢測系統(tǒng)，對臉部進行聚焦，確保每一張照片人員臉部的清晰可辨，在抓拍的過程，記錄事件發(fā)生時間，用于事后查證。抓拍的圖片可以壓縮存貯在遠程服務器或本地微機，并可以設定保留時間，為保證存儲系統(tǒng)的利用率，系統(tǒng)可以根據(jù)時間，自動刪除過期照片。學生在通過通道機時，可以使用遠距離自動刷卡或近距離主動刷卡。遠距離刷卡是指學生只需要在身上或書包內攜帶已經注冊并授權的卡片，不需要主動拿出卡片進行刷卡，自然通過即可，提高通道的通過速度和效率。近距離主動刷卡是指學生在通過通道機時，需要拿出卡片，在機器進行刷卡方能合法通過。通道機因為使用感應技術，無需滾閘，進出沒有任何障礙，當發(fā)生意外情況時，不會影響到人員的疏散。學生在通過通道時，通過刷卡進行身份識別后，可以在寢室電子屏幕上顯示該學生的一些特定信息，如包裹、信件等信息，并可以遠程發(fā)布通知。

4結束語

智慧校園依托先進的物聯(lián)網(wǎng)技術，依托網(wǎng)絡，構建更為先進的拓展網(wǎng)絡，通過已經拓展了的校園網(wǎng)絡，達到智慧化的校園服務和校園管理，通過物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)對人、物、信息載體互聯(lián)互通，海量的信息在聚合產生更多的新信息，最終為師生提供智慧化服務。

智慧校園在實際的使用中，為教師、學生、管理人員提供了極大的便利，但同時也還存在一些問題與挑戰(zhàn)。首先是建設經費，要想建設一個完善的智慧校園是需要龐大的資金、技術平臺的支持，同時也需要完善的無線、有線校園網(wǎng)絡的支持；其次是隱私安全問題，物聯(lián)網(wǎng)技術在很大的程序上將我們用戶聯(lián)入了網(wǎng)絡，對用戶在大量信息進行了收集，信息的過渡集中容易導致師生隱私的泄露。最后，管理機制尚不完備，如何更好的管理好如此龐大的網(wǎng)絡、復雜的網(wǎng)絡是也很大的問題，因為我們的物聯(lián)網(wǎng)涉及方方面面。未來校園是智慧的校園，基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧校園建設也勢在必行。

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