物联网技术在高校的应用与思考

李彦武

（张家口广播电视大学，河北 张家口 075000）

作者系张家口广播电视大学实验师。

一、物联网的内涵

上世纪九十年代，比尔盖茨在《未来之路》中最早提出了物联网这一概念。1999 年麻省理工学院提出了“万物皆可通过网络互联”的观点，即在计算机互联网的基础上利用RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）、无线通信等技术，构造一个覆盖世上万事万物的“物联网（Internet of Things，IOT）”，实现对事物的自动识别和信息共享。物联网是在互联网基础上的延伸和扩展，是物物相连的互联网，物联网的用户端可通过互联网延伸到任何物体。《中国物联网发展年度报告》将物联网定义为：物联网是指以感知为核心，实现物理空间和信息空间互动融合的综合信息系统。将传感器、射频识别、条码、全球定位系统、多媒体采集系统等信息感知设备部署于物理实体中，结合现有的基础网络设施，按照约定的协议采集、传输和处理信息，从而提升对物理世界的综合感知能力，实现智能化的决策和反馈控制，为人类社会提供智慧和集约的服务[1]。

从物联网在高校数字校园建设中的应用看，物联网利用射频识别技术、数据通信技术等对校园中的人和物进行感知识别和实时监控，通过互联网络传输数据，实现人与物、物与物的信息交互，构建以各种应用服务为载体的集教学、科研和管理为一体的智能环境，实现教师、学生和管理者互动协作的教育教学环境。

二、物联网的技术原理

RFID、ECP（Electronic Product Code，电子产品代码 ）和savant是物联网的主要技术。RFID是一种非接触式自动识别技术，无须人工干预，主要应用在电子标签和读写器；EPC电子编码封存在RFID标签中，可以唯一的标识物体；savant是位于标签阅读器和应用软件之间的软件，可提供各种计算功能[2]。信息采集主要通过传感器和电子标签等方式完成，因而物联网可区分为基于传感器的物联网和基于RFID的物联网。基于传感器的物联网，利用传感器实时采集热、光、声、位移等信息；基于RFID的物联网，利用读写器读取电子标签信息，然后将所获信息通过网络传送到远程终端，实现信息的处理、存储、查询和共享。

三、物联网的特征和体系结构

物联网的特征体现在三个方面：第一，是信息感知技术的广泛应用。物联网上部署各种类型的传感器和RFID标签，随时随地进行信息采集，将捕获的信息通过各种网络传输到远程智能处理终端。第二，是异构网络互通。物联网建立在互联网上，重要基础和核心是互联网，但能适应各种异构网络和协议的通信要求，将分散的信息和数据组织起来，形成基于物联网技术的信息系统。第三，是数据的智能化处理。物联网通过智能处理技术，对庞大的数据信息进行智能化分析处理，整合跨地域、跨行业的复杂数据，实施智能化跟踪、定位和控制[3]。

物联网的体系结构从上到下可分为三层：感知层、网络层和应用层。

感知层由各种传感器、RFID、GPS（Global Positioning System，全球定位系统）以及摄像头等终端设备，对物体及环境物理世界信息进行采集，包括物理对象的温度、湿度、粘度、浓度、速度、压力、位移和转速等。

网络层由局域网、互联网、无线移动通信网等实现数据的传递。物联网重点技术包括蜂窝移动通信技术和低功耗、低速率的近距离无线通信技术，可依托互联网和公众电信网，也可依托行业专用通信网络。

应用层则包括显示设备和管理设备，以及各种运行软件平台和应用软件，对所获取的数据进行处理，实现对物联网的智能化管理和应用[4]。

四、物联网在高校的应用

（一）智能学习环境

高校传统课堂教学的物理环境所包含的教学资源有限，现有的远程教育虚拟学习环境又缺乏与现实世界的交互。物联网的引入可使物理教学环境的每个物件都具有数字化、网络化、智能化特性，与远程虚拟学习环境进行无缝对接，充分利用丰富的网络资源，有效提高教学质量。

传统纸质教材加入物联网RFID标签，学生在学习过程中，可通过教室或图书馆的 RFID阅读器，将教材信息实时展现在远程终端，并利用物联网系统与远端的教学管理系统发生交互，随时得到数据库中的学习资源，或将问题发布到教学管理系统服务平台，由教师或其他学生在平台上进行解答。

将移动设备接入物联网，使物联网与现有教学平台集成，教师可以和学生进行移动环境下的远程交流，向远方的学生播放视频教学画面或提供电子教学资源，实现个性化学习和协作学习，且能监督学生的学习过程：如通过学生佩戴的传感器手表或眼镜等设备，捕捉学生生理信息，跟踪学生学习状态，根据所获信息调节教学内容和进程。

（二）智能实验环境

实验是教学的重要环节，如混合气体的燃爆性实验，海洋生物生长过程实验等，不做实验难以完成教学目标，但传统实验教学又有许多局限性：如安全问题、实验器材短缺、时间和经费制约等，使许多实验无法让学生亲手操作。而物联网可以为实验教学提供安全的仿真实验教学环境。物联网传感器材安装在实验器材上，实时采集温度、湿度、浓度、压力、频率、位移等数据，这些数据利用多媒体手段处理后，形成仿真数据通过网络实时传递给实验者，同时结合远端传来的实验场景，使实验者完成实验操作。仿真实验室突破时空限制，师生随时随地参与其中，对传统实验教学模式带来深刻影响。

在实验设备管理中，结合 RFID、GPS、智能传感器、网络技术实现高校实验设备智能化管理，提高实验设备利用率和管理水平。实验设备分配有 RFID标签，管理员使用RFID阅读器读取设备信息，迅速获知目标设备状态，提高盘点效率，将设备的闲置、维修、在用等状态及时写入标签，为设备更新调配提供决策依据，并对实验室的危险物品进行跟踪、监控和报警。

（三）智能校园安全

高校校园具有人多且杂、资源集中的特点。物联网在加强校园安全管理，推进平安校园建设过程中也发挥着重要作用。学生配戴植入个人资料信息的RFID标签，与GPS结合可以实现校园定位。教师可以实时掌握学生的出勤情况，监控学生出入各教学设施的情况及路线。可以监测学生键康状况，出现异常发出警报通知有关人员处置。在宿舍、实验室、教学楼、图书馆、食堂、电梯等场所布置探头进行视频监控，同时配置电控锁和读卡机等门禁管理设备，对进出人员进行安全控制，当访客进入RFID感测的管制区域时，自动开启监控视频警示相关人员。学生进入具有不安全因素的场合时，系统自动通知相关人员处理。

（四）智能图书管理

物联网技术为创建智能图书馆提供了基础。借阅者可利用各种终端设备如手机、移动电脑等快速查看图书信息，了解自己借阅起始时间、图书书目等情况。采用RFID架标和层标，读者可以轻松、准确地定位相关文献的物理存放位置[5]。借还图书时，无需管理员手工操作，读者只须将借书卡和图书放到感应区，利用RFID技术可快速完成图书借还手续。RFID标签还能通过电磁波追踪定位图书，图书出现异常情况时，能执行防盗报警、影像拍照功能[6]。

购进大批文献时，可利用 RFID技术将文献资料录入图书馆自动化管理系统，图书馆编目工作人员只需在图书后面贴上电子标签，就可借阅使用，提高文献的上架效率。还可在馆内设置环境感应设备对温度、湿度、照明度和烟雾等进行探测，配备摄像头对图书馆进行实时监控。物联网在图书馆管理方面的应用，可极大提高图书借阅效率，避免管理人员的浪费及图书管理的混乱。

（五）高校物联网的其他智能应用

高校物联网的应用还包括优化教学环境、校内消费管理、教学设备管理、机动车管理等许多方面。

1.优化教学环境。实时采集教学环境信息，对教学环境进行智能化控制，通过光线传感器自动调节教室内光源亮度和计算屏幕亮度，通过温度及湿度传感器，自动调节教室内温度湿度。

2.校内消费管理。师生通过在手机SIM卡芯片中集成RFID模块，使SIM卡具备非接触式感应功能，完成身份识别、消费支付和信息交互功能。在校内消费时，消费管理系统会记录消费值信息，从而提高师生校内消费的便捷性及安全性。

3.教学设备管理。学校的教学仪器、空调、计算机、投影仪、会议设备、体育器材等粘贴RFID标签或传感器进行统一管理。

4.机动车管理。即安装传感设备和 RFID标签，识别并控制机动车的进出，对进出校园的车辆和校园内车辆行驶速度、停靠时间、停靠位置等信息进行监督管理。

五、高校物联网应用的思考

（一）技术和标准层面的思考

物联网核心技术手段RFID芯片以及读写器模块高端产品主要靠进口，国内只能开发低端产品。国内核心技术的缺失，导致国外专利技术大行其道，我国在该领域的专利仅占美国6.5%，现有专利只在 RFID低端有一定竞争力。事实上在RFID标签的推广中，最大问题就是制作成本。目前每枚RFID标签的价格在0.3到0.6美元。高校物联网建设中，大量植入上述功能的芯片显然会增加巨额成本，有效解决这一问题还要依靠国内RFID技术的进步。

此外，缺乏统一的技术标准，也影响物联网的进一步发展。物联网各个层面的技术，不同国家和机构往往以各自利益为中心采用不同的技术方案，缺乏协调机制，没有统一标准，研发出的技术产品难以兼容，从而影响产品间的相互识别和感应。高校物联网的构建需要多技术、多设备、多领域进行整合，统一的标准化体系是高校物联网发展的前提。加强物联网关键标准的制定和实施，推动物联网关键技术研发，是政府部门、科研机构和高校的共同任务。

（二）伦理和道德层面的思考

长久以来，人们对技术过度关注，往往会忽略人类自身发展的需要。物联网技术使人和物品处于互联状态，其所构筑的行为空间比互联网更加复杂，物联网在给高校带来便利的同时，也产生了隐私、数据保护方面的风险，使高校面临着一系列的人文伦理与社会道德问题。在物联网射频识别系统中，任意一个标签或识别码都可能被远程非法扫描，使我们面临黑客和病毒的威胁，甚至被定位、跟踪[7]。美国学者理查德·A·斯皮内洛指出：“社会和道德方面通常很难跟上技术革命的迅猛发展。而像中国这样的发展中国家，在抓住信息时代机遇的同时，却并不总是能意识到和密切关注各种风险，为迅猛的技术进步所付出的日渐增长的社会代价。”高校面对物联网技术带来的伦理挑战，如何才能有效抵御和防范，确保信息安全和隐私不受侵犯，成为物联网应用中异常紧迫的问题。因而要研究高校物联网运行机制和内在规律，捕捉这一领域所出现的问题，构建高校物联网发展的伦理基础，积极参与物联网信息安全保护，树立正确的物联网伦理道德意识。

[1]周锡生. 2009-2010年中国物联网发展年度报告[R]. 新华通讯社，2010.

[2]沈苏彬，范曲立，宗平，等. 物联网的体系结构与相关技术研究[J]. 南京邮电大学学报（自然科学版），2009，（6）.

[3]孙其博，刘杰，等. 物联网：概念、架构与关键技术研究综述[J]. 北京邮电大学学报，2010，（6）.

[4]张飞舟，杨东凯，陈智. 物联网技术导论[M]. 北京：电子工业出版社，2010.

[5]冯禹丁. IBM抛砖“智慧的地球”[J]. 商务周刊，2009，（7）.

[6]刘志勇. 智慧服务—网络时代图书馆员的崭新职业理念[J]. 现代情报，2004，（2）.

[7]魏英敏. 伦理道德问题再认识[M]. 北京：北京大学出版社，1990.