物联传感：用“智慧”营造绿色教育环境

本刊编辑整理/张缘舒



物联传感：
用“智慧”营造绿色教育环境

本刊编辑整理/张缘舒

编者按：教育环境是对教育的生存和发展起制约和调控作用的各种条件和因素的总和，“百年大计、教育为本”，学生的成长和教育环境已经成为政府、学校、家长乃至全社会广泛关注的重要问题。安全、无污染、优质、和谐的绿色教育环境有利于学生在校园的健康成长和知识获取，有利于保证学校教育工作活动的开展。相反，不稳定的教育环境将大大限制学生受教育的质量。

一、教育环境所面临的挑战

安全不仅是学校教育永恒的话题，也是学校工作的重中之重，只有在确保在校学生健康成长的条件下，才可以顺利地开展教学活动。自1996年起，我国就建立了全国中小学生安全教育日制度，将每年3月最后一周的星期一定为全国“中小学生安全教育日”。然而，由于目前许多校园管理制度仍不够完善、整个教学生活环境不够透明化等原因，学校教育环境仍然存在三个方面的主要问题。

一是安全指数有待提升。纵观目前校园安防现状，由于大多数的幼儿园和中小学校乃至高校学生自我安全防护意识比较薄弱，再加上学校缺乏有效的安全防范系统，近年来某些极端案例仍然存在，校园暴力和一些意外伤害事件的频繁发生让家长和学校防不胜防，为青少年的健康成长带来了不和谐音符。

二是环境污染不容忽视。当今世界由于工业化发展、城市人口膨胀、气候变化、化学产品应用和环境污染等，使得儿童的身体健康遭受着严重威胁。据统计，全球每年300万儿童死于环境污染。国外研究表明，环境污染或致儿童自闭症增加，而儿童恶性肿瘤发病率迅速上升也与环境污染息息相关。环境污染已经让儿童不堪重负，教育环境管理中环境污染可能带来的危害不容忽视。

三是传统的教育环境保护方案不能有效解决实质问题。目前，市场上有关校园的监管系统存在一定的漏洞，不少监控系统和报警系统相互独立，不能互相共享，不能实现联动，致使漏报、误报等问题得不到有效解决，难以全方位立体地解决问题。另外，传统的监控系统仅限于幼儿园单方面的内部管理，缺少一个家长参与监督、交流的平台，无法发挥安防系统最大的防范功能。

教育环境问题急需新的解决之道，如何建立一套有效的安全防范系统，杜绝校园内的安全隐患，营造科学合理的教育环境，成为了家长和学校急待解决的问题。随着信息技术的迅猛发展、信息化与互联网的深度融合，人类正在步入一个崭新的智慧时代，作为智慧城市建设的重要组成部分，智慧教育逐渐成为一种解决教育环境问题的全新方式。

二、物联传感智慧教育建设框架

智慧教育是以云概念为基础，以物联网和互联网为支撑，构建一个基础教育的智能化校园管理平台，以优质教育资源共建、共享和应用以及资源整合为中心，融入到教学、学习、管理等工作领域，最终实现教育公平、教育质量提高的目标，推动教育教学改革的发展。为了营造更加安全、健康、稳定的教育环境，物联传感通过智慧教育建设的实践，结合时下校园教育环境现状和特点，利用物联网、云存储、云计算、大数据等技术手段，创新性地提出了重点围绕校园绿色教育环境的智慧教育系统框架。

物联传感智慧教育系统依托智慧校园运营管理平台，构建了一套完整的基于物联网、云计算架构的监管系统体系，建立了基于智慧建筑的整体数据标准和评估体系；同时，集成智能化功能系统、通信集成系统、安全监控系统、绿色环境管理系统等，构建了统一的以绿色教育环境为基础的校园信息平台。监管系统内设置有各个校园视频监控管理数据库，监管系统中央控制服务器的一端通过互联网系统与终端所有移动通信设备和监管系统相连接。通过该系统可以让每位管理人员不管在什么地方都能通过手机、平板电脑等移动终端设备，远程实时精准地查看所管理的一切校园情况，从而改善校园智能化水平，提高校园整体安全性，以及现代化、科学化和智能化管理水平。

该系统是以云技术为引擎，以校园教育环境大数据为支撑，利用先进的物联网技术、计算机技术、网络通信技术，依照心理学原理，融合个性需求，并将家长与学校、学生各方实时有机地结合在一起，通过物联网技术进行综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新校园综合监管系统。该系统以建立完善的校园安全防护机制为宗旨，重在为幼儿园、中小学校以及高校营造安全、健康、和谐的绿色教育环境，为学校管理者和家长提供一个共同参与监督和交流的平台。该系统主要有以下特点。

1.系统无线设计，更节约。系统设备安装无需布线，无需开墙凿洞，更加节省经济成本和时间成本；同时系统基于SmartRoom无线技术的无线节点使用电池供电，采用SmartRoom+策略节能技术，工作周期短、收发信息功耗较低，并能保证设备在没有指令信号的状况下处“休眠”状态，功耗更低（更长电池寿命），无线传感器的普通电池供电时间可达两年以上，长于基于ZigBee技术设备的6个月至2年时间。

2.采用最先进的SmartRoom技术，更稳定，更可靠。SmartRoom高级无线技术是在ZigBee技术基础上，优化后而产生的新一代无线通信技术规范。它对ZigBee技术的网络层、应用层等内容进行了完善，使MESH网络更稳定，网络自愈性更好。另外，其所采用的128 k的AES高级对称加密技术是一项高级数据加密标准，加密强度是目前银行加密算法强度的10倍以上，在全球没有被破解先例，进一步增强了系统的安全性、稳定性和可靠性。

3.云平台解决方案，更智能。云计算，作为一种基于互联网的大众参与的计算模式，是在互联网对低成本海量数据存储以及大规模并行计算需求快速增长的背景下出现的新型IT服务架构。云计算服务不仅包括网络上以应用方式提供的服务，还包括以提供数据中心的硬件或者系统软件为内容的服务。所有的服务均放置于服务器端，用户可以通过网络按需使用。云平台解决方案拥有强大的数据信息存储、分析和处理能力，能够保证家长或学校管理者随时查看学生在校的学习和生活情况。

4.系统网络容量大，可扩展性强。系统无线网络SmartRoom拥有星型网、树状网、网状网及混合网（星状＋网状）等的多种组网方式，支持点对点、点对多点、对等和Mesh网络，组网能力强大，适合于大面积布网，使用越广泛稳定性能越佳，并在理论上能达到65000多个设备。而网关测试结果表明，外挂2500个传感器延时仅需1.2 s。这种特点可以保证系统在校园布防的最大覆盖面。

三、物联传感智慧教育案例

物联传感本着用“智慧”营造绿色教育环境的理念，通过智能幼儿园监管系统，联合都江堰政府打造了实用新型都江堰幼儿园项目。该项目主要目的是加强都江堰幼儿园有效监管，提升校园教育环境质量，保证儿童安全健康成长，让学校管理者及家长能够通过移动终端实时了解儿童的学习生活情况。

（一）都江堰幼儿园监管解决方案

物联传感都江堰幼儿园监管解决方案基于云平台进行应用部署，形成一张无形的教育环境防护网，其主要包括中央监管系统和视频监控系统、环境监测系统和安全防护系统，能为管理者和家长提供对儿童的安全监督服务，为儿童提供环境监测和改善服务，家长、老师或其他管理者通过手机或平板电脑等移动终端对儿童教育环境进行随时随地查看。该方案所架构的防护网主要由以下设备节点构成。

1.中央控制设备：无线网关（云主机）——整个监管系统的“大脑”。它是系统的控制中枢，各个子系统通过它的控制和互联网的传输，实现与各个终端设备进行准确的实时信息对接。

2.远程视频监控系统：无线云智能摄像机——整个监管系统的“眼睛”。实时记录儿童的一切情况，并对视频监控进行实时存储建立管理数据库，以供家长或管理者通过移动终端设备进行随时查看。另外，该系统具有的可视对讲功能，支持家长和管理者与儿童的对话。

3.环境监测系统：无线空气质量探测器、无线温度湿度传感器、粉尘探测器等是整个监管系统的“鼻子”。无线空气质量探测器时刻探测空气中有害气体浓度，让家长和管理者随时都能了解教室内的空气质量，让儿童拥有优质空气环境；无线温度湿度传感器可实时精准地掌握校园里的温度、湿度状况，让儿童拥有一个更加适宜的环境；粉尘探测器可有效探测教室内空气中PM2.5含量，一旦超标便能实现本地端实时报警，同时将报警信息传输到云平台及家长和管理者的手机等移动终端设备。

4.安全防护系统：云红外入侵探测器、太阳能无线红外电子栅栏等是监管系统中的校园电子“警察”，在非法入侵时能够自动本地端报警，并向家长及管理者的手机发送相应的报警信息。云红外入侵探测器主要用于预防不法分子非法入侵和家长实时视频监管孩子到校和离校的情况；太阳能无线红外电子栅栏主要用于预防不法分子非法入侵。当有不法分子非法入侵时，每个移动通信终端设备都会同时收到报警，并可以打开监控视频及时了解准确的实际情况，第一时间做出相应处理。

（二）功能强大的安全防护网

在这张安全防护网中，基于物联网的幼儿园监管系统的中央控制设备主要安装于幼儿园的院长办公室内，其他子系统和设备节点分别布置于其他办会室、教室以及其他儿童经常出入场所。该系统通过移动终端设备，可让家长和老师们随时了解孩子的一切情况及幼儿园内信息，包括孩子上下学情况、在幼儿园内的学习情况、活动情况、生活情况、休息情况、就餐情况、与其他孩子们的相处情况、幼儿园内的环境信息及园内是否有不法分子入侵等不安全事件的发生等。此外，该系统还具有以下功能特点。

1.远程实时查看。该系统支持家长和学校管理者通过手机、平板电脑等设备远程查看儿童的学习、生活及安全情况等信息，且不受时空限制。

2.联动控制和信息共享。与传统监管系统不同的是，该系统支持所有视频监控设备、环境监测设备、安全防护设备以及报警设备的联动。当其中任意一个设备监测到异常情况时，可触发相应的报警设备，同时用户移动终端可及时收到报警信息。

3.及时报警。整个系统也可作为一个报警系统，系统软件可对异常的情况进行报警，报警记录可供用户查询。另外，该系统的可扩展性还支持其添加声光报警器等采用同一标准协议的智能报警设备，以达到最佳报警效果，减少漏报、误报等问题。

（三）幼儿园监管系统优势和价值

家长方面：可以让每位家长轻松享受工作、生活，不管上班还是外出，孩子就像是在自己的身边，每个幼儿家长也可以在任何地方通过手机、平板电脑来实现远程实时观察孩子在幼儿园的各种情况。

学校管理者方面：日常巡查和专项检查中，监管人员在任何地方，通过移动通信设备对管辖的幼儿园进行远程实时查看，便可了解到该幼儿园是否有违反有关幼儿教育的法律和法规的行为；上级部门领导也可以随时随地掌握监管的进度和动态，可防止虚报、假报，使日常巡查有了真实的量化考核指标；该系统可让管监人员在脚不出户的实际巡查中建档，并提供实时精确监管的方式，让监管人员把巡查、建档、取证三个工作合为一体，既减轻了工作量，又确保了建档信息的真实性和准确性；该系统可以对探视点的场景进行实时录像，并将录像资料存储，老师可根据录像资料制订出适合孩子们的教育方式，积极地开发孩子们的内在潜能，提高师资水平和教学质量。

此外，利用物联网技术，能实时监测室内空气质量、舒适度，并能根据需要自动进行新风或净化处理，以及实现平台的健康饮食等智慧化应用，营造一个最舒适、最适宜的教育环境；真正提高各项工作效率、效果和效益，实现教育的信息化和现代化，满足时代教育的需要，让老师有责任心，孩子开心，家长放心，领导舒心。

该幼儿园综合监管系统的应用有利于加快中国教育系统在幼儿园行政管理信息化中的一体化步伐，有助于实现信息化与幼儿园管理的深度整合应用，使传统的幼儿园管理工作得到质的提升，有助于教育主管部门和幼儿园有关领导更快捷、更高效的管理，提升全国幼儿教育系统服务经济社会发展的能力和水平。

“在教育领域全面深入地运用现代信息技术来促进教育改革与发展的过程，是教育现代化的必由之路和重要标志。”作为智慧城市重要篇章，智慧教育的发展能为提升市民的信息化接受和利用水平打下基础，同时可为智慧城市的发展提供相关培训服务。当然，智慧教育不仅仅是教育环境的智能化、科学化，还包括教育资源的合理配置和有效管理等，智慧教育的发展和推进需要跨产业合作以及明确的整体运作战略。物联传感将持续以先进的物联网、云、大数据等技术推动智慧教育的发展，进而为智慧城市的建设贡献更大的力量，造福社会。