基于物联网技术的智慧校园系统设计研究

韩雪

（徐州广播电视大学 电信系，江苏 徐州 221006）

随着互联网技术、全球定位系统、传感器技术的成熟发展，美国麻省理工学院创造性地提出基于EPC系统的“物联网”概念[1]，国际电信联盟于2005年发表了题为The Internet of Things的年度报告，标志着物联网时代即将到来。

1 物联网的概念及体系结构

物联网是通过射频识别RFID（Radio Frequency IDentification）标签、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把各种物体接入互联网，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理[2]。互联网是将计算机连接起来，形成网络，从而实现人与人的信息交互，而物联网是利用RFID技术、传感器技术以及通信技术，将任意时间、地点的一切事物连接到互联网中，以实现物品的自动识别，达到物与物、物与人之间的互联与信息共享及信息交互。

物联网是各种感知技术的广泛应用[4]。在所有需要的物体上装置EPC电子产品编码、海量的多种类型传感器等，利用射频识别技术扫描或传感技术捕获信息，并将此实时信息，通过各种有线或无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去，并在相应的网络数据处理中心进行信息共享、信息交互或信息智能处理，然后将已处理的的信息通过物联网传播，实现对物体实施智能控制。物联网将传感技术和人工智能相结合，利用云计算、模式识别等各种技术，从海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同领域、不同用户的各种需求[3]。物联网的体系结构可分为4个层次：

1）感知层 物联网对物理世界各种信息的全面感知，通过EPC、RFID、传感器、阅读器、智能机器人等技术进行数据采集，实现“物”的识别，感知技术是物联网的最底层技术，是物联网的核心技术之一；

2）网络层 把感知层感知到的信息通过互联网、有线/无线通信网等网络，实时、准确、安全可靠地进行传送。目前互联网、通信网等技术较成熟，基本能够满足物联网的数据传输。

3）处理层 将网络层收集到的信息传送到数据处理中心，通过云计算技术、人工智能技术等，进行信息存储、数据处理，以实现各种智能计算、信息的共享、交互及实时发布；

4）应用层 将处理层得到的信息施效于物理世界。实现跨行业、跨系统之间的应用。

其体系结构如图1所示。

2 物联网数据处理流程

物联网的数据处理流程图如图2所示。

3 智慧校园系统总体结构

图1 物联网体系结构图Fig.1 The system architecture of the internet of things

图2 物联网数据流程图Fig.2 The data flow diagram of the Internet of Things

2010年，在信息化“十二五”规划中，浙江大学提出建设一个令人激动的“智慧校园”[4-5]。智慧校园是利用物联网技术来改变校园各项资源的管理，教师、学生及校园资源的人与人、人与物、及物与物之间的交互方式，从而实现校园的智慧化服务和管理模式。

智慧校园是把EPC、RFID、各种传感器装配到教室、食堂、实验室、图书馆、浴室等各种设施里，通过智慧校园系统平台链接到一起，形成物联网，将各种信息融入学校的各个应用领域进行互联与协作，达到“智慧管理”校园的人与物。通过对校园各项资源及管理的分析归纳，现将智慧校园系统分为五个子系统，其总体结构如图3所示。

图3 智慧校园系统总体结构图Fig.3 The overall structure of The Intelligent Campus

3.1 智能消费管理系统

教师及学生的消费包含：日常吃饭消费、购物消费、洗浴消费等。每个教师和学生都拥有一张含有RFID电子标签的校园卡，卡里包含个人的资金信息，在食堂、超市、洗浴中心设置FRID阅读器，师生在阅读器上刷卡时，相应的信息就被读取出来，通过智能消费管理系统网络传递至数据处理中心，并通过对消费管理后台数据库的查询，读取卡上余额，将当前消费的金额扣除，并实时更新后台数据库。

射频技术以及数据库技术构成了消费管理系统的技术核心。

3.2 智能教学管理系统

智能教学管理包含：考勤管理、课程管理、实训管理。

教师对学生进行考勤，花费精力不说，还浪费了课堂教学的时间，智能考勤可以将教师解放出来。每次上课前，学生用含RFID标签的校园卡刷卡进教室，教室内的读卡器在接收到学生刷卡记录后，将数据发送到教学管理系统服务器上，并把数据自动更新到后台考勤数据库中。这样，教师就可以查询学生的出勤情况。

在实训教室里，安装上所需传感器，比如农林大学的种植基地，当温度湿度不适时，可以进行报警，减少不必要的损失，并将一学期的报警次数记录至RFID校园卡中，使教师能随时掌握学生的实训情况。

3.3 智能后勤管理系统

后勤管理主要是学校的照明管理及卫浴管理。在教室、厕所等场所安装上传感设备，利用无线遥感、声控等技术，自动进行照明并调节照明强度；在浴室装上读卡器，刷RFID卡后，喷头出水并进行流量计算，从而达到节能、节水的目的。

3.4 智能图书馆系统

对每本书设置RFID卡，将该书籍所属的分类、定位等信息记录下来，由智能机器人通过读卡器识别，根据该信息对书籍进行查询、定位、归架等操作，可方便的实现文献架位信息收藏、文献分类、新文献上架等功能，完全实现图书馆的无人化、智能化，极大地节省了人工及时间。

其核心技术包含：RFID技术、数据库技术、人工智能技术。

3.5 智能安防管理系统

在校园安防管理中，通过射频识别、图像识别、GPS、无线传导网络、遥感等技术，并结合日常的视频监控系统，全面感知校园的环境、人和物的变化，而计算机系统将这些感知信息进行汇总、处理，适时地进行提示或报警[6-7]。

当有人或物闯入校园的警戒区时，系统通过在这些区域的传感终端，判别闯入物体的具体位置，并通过安防系统调转相应的摄像头对该区进行监控，同时提醒信息也实时发送到安防管理系统中心和高校保卫人员的随身设备中，方便保卫人员进行现场处理。

4 智慧校园面临的问题

智慧校园是基于物联网技术的，目前物联网的发展刚刚起步，面临着许多的问题：

1）标准缺失：物联网应用于各个行业领域，每个领域的标准均不相同，目前物联网没有一个统一的标准，这很大程度上制约了它的发展；

2）个人的隐私、信息的安全可靠性如何保证：物联网本身具有跟踪、记录个人及物体信息的功能，如何保证隐私已成为物联网最大的问题，另外，信息在传送中很多时候需要用到无线网，而信息的安全可靠也应受到重视；

3）成本过高，资金投入有限。

5 结束语

文中论述了物联网的体系结构，把物联网技术运用到智慧校园系统中，设计了智慧校园的总体结构，探讨了物联网在教育中的应用。目前，智慧校园还在起步阶段，但其前景相当光明及广阔[8]。

[1]International Telecommunication Union.The Internet of Things[EB/OL].[2011-9-30]http://www.itu.int.

[2]张顺颐，宁向延.物联网管理技术的研究和开发[J].南京邮电大学学报:自然科学版，2010（4）:30-35.ZHANG Shun-yi，NING Xiang-yan.The research and development of the internet of things network management technology[J].Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications：Natural Science，2010（4）:30-35.

[3]宗平，朱洪波，黄刚，等.智慧校园设计方法的研究[J].南京邮电大学学报：自然科学版，2010（4）:15-19，51.ZONG Ping，ZHU Hong-bo，HUANG Gang，et al.Research and design of smart campus based on internet of things[J].Journal of Nanjing University of Posts and Telecommunications:Natural Science，2010（4）:15-19，51.

[4]王晓静，张晋.物联网研究综述[J].辽宁大学学报:自然科学版，2010，37（1）:37-38.WANG Xiao-jing，ZHANG Jin.Research on internet of things[J].Journal of Liaoning University:Natural Sciences Edition，2010，37（1）:37-38.

[5]李卢一，郑燕林.物联网在教育中的应用[J].现代教育技术，2010，20（2）:8-10.LI Lu-yi，ZHENG Yan-lin.The application of the internet of thingsineducation[J].Modern EducationalTechnology，2010，20（2）:8-10.

[6]王晴，王建华.物联网发展与高职教育之探讨[J].南通航运职业技术学院学报，2010（3）:98-101.WANG Qing，WANG Jian-hua.A probe into development of IOT and higher vocational education[J].Journal of Nantong Vocational&Technical Shipping College.2010（3）:98-101.

[7]牟龙芳.物联网技术前景展望 [J].信息技术与标准化，2010，51（4）:48-49.MOU Long-fang.Future development outlook for internet of things[J].Information Technology&Standardization，2010，51（4）:48-49.

[8]王志良.物联网现在与未来[M].北京:机械工业出版社，2010.