尹瑩瑩

[摘要]為建設(shè)高等農(nóng)業(yè)院校智慧實(shí)驗(yàn)田，解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)田目前存在的管理和服務(wù)難題，構(gòu)建高校智慧實(shí)驗(yàn)田體系結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)際需要提出了智慧實(shí)驗(yàn)田應(yīng)提供智慧學(xué)習(xí)、智慧管理、智慧安防、智慧數(shù)據(jù)和智慧控制五大服務(wù)，并對每一個服務(wù)內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)做了具體設(shè)計(jì)，為智慧實(shí)驗(yàn)田和智慧校園的建設(shè)研究提供了有益參考。

[關(guān)鍵詞]智慧校園；教育信息化；智慧實(shí)驗(yàn)田

[中圖分類號]G434 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

近幾年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、高速互聯(lián)網(wǎng)等計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和信息技術(shù)的疾速發(fā)展，當(dāng)前高等學(xué)校已經(jīng)建成的數(shù)字化校園已不能滿足學(xué)校工作和師生需求，正逐漸向智慧校園轉(zhuǎn)型。在這個轉(zhuǎn)變過程中，許多高校都根據(jù)自己學(xué)校的實(shí)際情況提出了適應(yīng)自身需求，具有專業(yè)特色的智慧校園體系結(jié)構(gòu)，高等農(nóng)業(yè)院校與其它高校相比，專業(yè)特色更為明顯，因此，在智慧校園體系構(gòu)建和智慧模塊設(shè)計(jì)時，更需要根據(jù)自己的特色特點(diǎn)，構(gòu)建符合自身需求的智慧校園體系結(jié)構(gòu)和智慧模塊。

1 高等農(nóng)業(yè)院校智慧實(shí)驗(yàn)田需求分析

在高等農(nóng)業(yè)院校中，很多農(nóng)業(yè)方面課程的學(xué)習(xí)研究都需要在實(shí)驗(yàn)田中進(jìn)行，而現(xiàn)有的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)田中都存在信息管理碎片化、設(shè)備管理人工化、安全管理非智能化、環(huán)境管理非低碳化、資源管理非共享化等諸多問題，因此，以物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、射頻識別、云技術(shù)等計(jì)算機(jī)新技術(shù)為基礎(chǔ)，打造一個泛在互聯(lián)、互動協(xié)作、高度開放、信息共享、智能化、可視化、低碳化、安全化的智能化實(shí)驗(yàn)環(huán)境和綜合信息管理系統(tǒng)，為師生提供一個服務(wù)更全面的學(xué)習(xí)和研究平臺，已經(jīng)成為高等農(nóng)業(yè)院校智慧校園體系構(gòu)建的一個重要研究內(nèi)容，這樣的智慧校園體系結(jié)構(gòu)才能全面滿足學(xué)校師生的學(xué)習(xí)科研需求。

總之，智慧實(shí)驗(yàn)田就是要利用新一代信息技術(shù)為廣大師生提供一個全面的智能感知實(shí)驗(yàn)環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)田的智能化、安全化和可視化管理，實(shí)現(xiàn)資源的互聯(lián)、人員的互動協(xié)作以及實(shí)驗(yàn)田中設(shè)備資源、教學(xué)資源和科研資源的高度信息共享等。達(dá)到以人為本，服務(wù)教育的智慧目標(biāo)。

2 智慧實(shí)驗(yàn)田體系結(jié)構(gòu)構(gòu)建

智慧實(shí)驗(yàn)田，重在智慧二字，因此，對智慧實(shí)驗(yàn)田的智慧性設(shè)計(jì)是構(gòu)建智慧實(shí)驗(yàn)田體系的首要工作，是智慧實(shí)驗(yàn)田最終智慧與否的關(guān)鍵所在。而在進(jìn)行智慧性設(shè)計(jì)時，首要的就是了解師生對智慧校園所提供的服務(wù)有哪些具體需求，再根據(jù)需求進(jìn)行智慧性設(shè)計(jì)，同時還要充分考慮到隨著發(fā)展而出現(xiàn)的需求變化，預(yù)留出足夠的擴(kuò)展空間。在以上對智慧實(shí)驗(yàn)田所提供的智慧服務(wù)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)實(shí)智慧校園體系構(gòu)建方法，構(gòu)建智慧實(shí)驗(yàn)田體系結(jié)構(gòu)

2.1 智慧實(shí)驗(yàn)田構(gòu)建目標(biāo)

在智慧實(shí)驗(yàn)田體系構(gòu)建時，要實(shí)現(xiàn)的終極目標(biāo)就是，任何儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)對象都可以與實(shí)驗(yàn)人員實(shí)現(xiàn)無縫連接，利用智慧實(shí)驗(yàn)田所提供的智慧服務(wù)，實(shí)驗(yàn)人員可以隨時隨地，不受任何限制和約束地對實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行管理和控制，提取自己所需要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)這一目標(biāo)需求，在構(gòu)建智慧實(shí)驗(yàn)田體系結(jié)構(gòu)時，要考慮以下幾點(diǎn)：第一，智慧實(shí)驗(yàn)田能夠隨時獲取到實(shí)驗(yàn)對象的實(shí)時數(shù)據(jù)，這就要求有一層感知層，具體由傳感器、致動器、可編程的邏輯控制器和分布式智能傳感器組成，主要職責(zé)是探測實(shí)驗(yàn)田的實(shí)時情況；第二，智慧實(shí)驗(yàn)田能夠隨時把所探測到的數(shù)據(jù)傳送給實(shí)驗(yàn)人員，這就要求有一層網(wǎng)絡(luò)層，具體由各種通信設(shè)備、通信鏈路和通信協(xié)議組成，主要職責(zé)是將感知層感知到的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單識別處理后傳輸給智慧層；第三，智慧實(shí)驗(yàn)田系統(tǒng)能夠具有相當(dāng)?shù)闹腔坌裕軌蚋鶕?jù)實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和決策，這就要求有一層智慧應(yīng)用層，利用一些數(shù)學(xué)算法和統(tǒng)計(jì)工具對獲取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取出其中的信息，控制相應(yīng)軟硬件設(shè)備來實(shí)現(xiàn)智慧管理、智慧安防、智慧數(shù)據(jù)和智慧控制等智慧服務(wù)。

2.2 智慧實(shí)驗(yàn)田體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)上述的智慧實(shí)驗(yàn)田設(shè)計(jì)目標(biāo)與服務(wù)宗旨，構(gòu)建智慧實(shí)驗(yàn)田體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，整個系統(tǒng)由三層組成，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層和智慧應(yīng)用層；感知層由各種傳感器構(gòu)成，負(fù)責(zé)感應(yīng)到實(shí)驗(yàn)田中的實(shí)時情況，再由網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)街腔蹜?yīng)用層，智慧應(yīng)用層對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，提取出其中的信息，作為智慧應(yīng)用和智慧決策的依據(jù)，并能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)人員做出的智慧決策控制實(shí)驗(yàn)田中的某些儀器，做到智慧控制。

3 智慧實(shí)驗(yàn)田系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述體系結(jié)構(gòu)，對智慧實(shí)驗(yàn)田模塊系統(tǒng)每一個功能的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

3.1 智慧學(xué)習(xí)服務(wù)模塊

高等農(nóng)業(yè)院校中很多專業(yè)的學(xué)生在大學(xué)期間都會開設(shè)一些在實(shí)驗(yàn)田中實(shí)地考察學(xué)習(xí)的課程，以往，這些課程的學(xué)習(xí)需要學(xué)生親自到實(shí)驗(yàn)田中觀摩學(xué)習(xí)，這樣的學(xué)習(xí)方式，既為學(xué)生增添了奔波勞累之苦，又限定了上課的人數(shù)，也為教師增添了大量的工作量，而且還要受到時間、天氣等其他客觀條件的影響，十分不便。智慧實(shí)驗(yàn)田系統(tǒng)可以利用網(wǎng)絡(luò)和虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，讓學(xué)生能夠不受時間地點(diǎn)的限制，在課堂就看到、感覺到要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，既減輕了教師的工作壓力，又提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

智慧學(xué)習(xí)服務(wù)設(shè)計(jì)：在課堂或是虛擬實(shí)驗(yàn)室中安裝能夠?yàn)閷W(xué)生提供視覺、聽覺、嗅覺和觸覺的虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)田中安裝溫度、濕度等傳感器和各種控制器，課堂和實(shí)驗(yàn)田間使用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，學(xué)生在課堂使用虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備能夠觀察、“觸摸”實(shí)驗(yàn)田中的作物，達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。

3.2 智慧管理服務(wù)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)田的基本功能就是為教師和學(xué)生的科研實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)提供服務(wù)，因此，智慧實(shí)驗(yàn)田要具有基本的管理服務(wù)功能，為來上課的學(xué)生提供自動考勤服務(wù)，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)田前進(jìn)行人臉識別，再根據(jù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，如果是本節(jié)課的學(xué)生則放行，否則不許進(jìn)入；對于來進(jìn)行研究的學(xué)生和教師則使用其他權(quán)限控制出入，并記錄下到達(dá)和離開時間，自動生成實(shí)驗(yàn)田的智慧日志。

3.3 智慧安防服務(wù)

農(nóng)業(yè)院校實(shí)驗(yàn)田一般占地面積都比較大，安全管理非常困難，溫室實(shí)驗(yàn)田由于本身是一個封閉區(qū)域，安防管理相對簡單一些，而大田實(shí)驗(yàn)田在管理時難度較高，傳統(tǒng)方法使用圍墻、護(hù)欄、鐵絲網(wǎng)等作為防護(hù)，但效果并不是很好，容易被惡意分子或野生動物闖入，智慧實(shí)驗(yàn)田的安防功能更為強(qiáng)大，在實(shí)驗(yàn)田周邊安裝視頻攝像頭，紅外感應(yīng)器等，可以對可能出現(xiàn)的安全問題進(jìn)行自動預(yù)警，充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來保證實(shí)驗(yàn)田的安全。

3.4 智慧數(shù)據(jù)服務(wù)

對于做農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)的教師和學(xué)生來說，一個很重要也很困難的工作就是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，這經(jīng)常要耗費(fèi)大量的時間和精力，智慧實(shí)驗(yàn)田能充分利用自身的技術(shù)優(yōu)勢，按照師生的需求為師生提供自動的數(shù)據(jù)收集服務(wù)，并且，還可以使用內(nèi)置的組件，完成簡單的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，減輕實(shí)驗(yàn)人員的工作強(qiáng)度。

3.5 智慧控制服務(wù)

智慧實(shí)驗(yàn)室利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和終端軟件為實(shí)驗(yàn)人員提供遠(yuǎn)程控制服務(wù)，例如，實(shí)驗(yàn)人員可以通過計(jì)算機(jī)或其它終端遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)室的溫度、濕度、光照等條件變化，甚至還可以結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程噴灌、遠(yuǎn)程施肥、遠(yuǎn)程修剪等技術(shù)難度更高的實(shí)驗(yàn)操作，從全面意義上實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)田的機(jī)械化、智慧化。

4 結(jié)論

智慧實(shí)驗(yàn)田作為高等農(nóng)業(yè)院校智慧校園體系結(jié)構(gòu)中必不可少的一部分，正隨著智慧校園的興起而迅速發(fā)展，文章探討了智慧實(shí)驗(yàn)田要實(shí)現(xiàn)的智慧服務(wù)功能，構(gòu)建了智慧實(shí)驗(yàn)田體系結(jié)構(gòu)，對體系結(jié)構(gòu)中的智慧模塊進(jìn)行了具體的實(shí)驗(yàn)研究，為智慧實(shí)驗(yàn)田和智慧校園的建設(shè)提供了有價值的參考。智慧實(shí)驗(yàn)田和智慧校園的建設(shè)不僅可以為校園學(xué)習(xí)工作服務(wù)，還能夠?yàn)檎麄€學(xué)校營造出良好的智慧氣氛，學(xué)生在學(xué)校體驗(yàn)到現(xiàn)代科技的先進(jìn)，能夠激發(fā)他們的創(chuàng)新能力，有助于培養(yǎng)出更優(yōu)秀的學(xué)生。

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