基于物联网的智慧化校园架构设计——以九江职业大学为例

舒展

（九江职业大学信息工程学院，江西 九江 332000）

基于物联网的智慧化校园架构设计——以九江职业大学为例

舒展

（九江职业大学信息工程学院，江西 九江 332000）

以九江职业大学为例，基于该校目前校园信息化建设情况，以建设智慧化校园为研究设计目标，综合考虑高校教学、管理和生活服务等方面，从物联网的三层架构入手，设计了基于RFID（射频识别技术）、二维码、视频监控等感知技术和设备的物联网智慧化校园架构。

物联网；智慧化校园；架构

一、智慧化校园内涵

所谓“智慧化校园”是指在信息化背景下，将人的因素与设备因素、环境因素、社会因素相结合，所形成的一种以智能化教学系统为主的校园[1]。智慧化校园有三个核心特征：一是提供一个全面的智能感知环境和云服务平台，为在校师生和管理部门提供基于角色的个性化定制服务；二是将学校管理和学生生活各个领域的数据，经过统一接口进行数据处理，汇聚于云端的数据共享中心，实现互联和协作；三是通过智能感知环境和综合信息服务平台，为学校与外部世界提供一个相互交流和感知的接口[2]。

二、智慧化校园架构设计

国内很多高校已经开始尝试建设智慧化校园，例如，使用车牌识别技术进行校园车辆管理[4]，采用物联网技术对教学楼电器进行智能监控[5]，利用可视化管理推进校园管理建设[6]等，但对整体化的智慧化校园架构进行研究设计的，实例却比较少。九江职业大学2012年新校区建设开工，2014年搬迁，新校区在沿用已有的数字化平台基础上，还引入了教学在线平台、教学监控系统、教学白板系统、校园一卡通系统等，为智慧化校园建设提供了可靠的基础。

（一）系统功能分析

1.智能化人物互动系统

智能化人物互动系统，即存在人与物体相互交互操作的系统，且在系统的运行过程中，需要人进行相应的操作与控制等行为。此类系统可以根据交互操作的差别，分成以下三个类别：物品标识类、生物识别类以及终端操作类。

物品标识类主要使用可识别的标签，例如：RFID、二维码、条形码等，通过相关设备进行标签信息采集，随后，对标签所对应的系统数据库内相应条目信息进行操作。例如：修改、增删、日志记录等。生物识别类则主要是针对人体生物信息，例如：指纹识别、声纹识别、虹膜识别、手势操作识别、视线追踪等，对用户的个体特征信息进行采集和核对以及对用户的操作行为进行获取和处理。终端操作类指的是使用PC端或智能手机、平板等终端操作硬件，通过使用相关的软件程序，利用硬件本身所拥有的固件。例如：摄像头，GPS芯片、键盘鼠标或触屏等，采集所需的信息，根据采集的信息和指令进行信息传递、交换以及系统控制等操作。在本项目设计过程中，考虑到九江职业大学已有的系统和平台，以最优化利用为目标，故物品识别类选择使用已有的校园一卡通，生物识别类选择主流的指纹识别，终端操作类则是采用在以往的PC端数字化平台上增加手机智能终端接口模块来实现。

如图1所示，通过使用校园一卡通而实现门禁系统、消费系统、图书借阅等常归自助操作。指纹识别系统主要用于财务管理和实验室管理这些安全级别需求较高的地方，通过指纹识别核对身份，相比使用普通的钥匙或者简单密码而言，更加安全便捷。同时，指纹识别还具有特殊的独一无二的记录特性，这样不仅安全性能得到了提高，而且还十分便于管理。手机智能终端可使用各种配套研发的软件App，通过网络连接相关硬件来实现校园导航、远程监测控制、学生及教职工信息查询与网上选课等操作、在线手机移动办公等功能，还可以绑定一卡通生成二维码，为学生和教职工日常学习生活提供便捷服务。

图1　智慧化校园人物互动系统

2.无人化物物相连系统

无人化物物相连系统，即无需人工干涉操作，只需根据物体自身所获取的各种监测信息数据，通过编写好的相关设定程序，利用物联网进行自动控制操作的系统。此类系统通过各种传感器设备获取所需信息数据，例如：位置信息、光线强弱度、温度、湿度数据、红外线探测障碍物以及活体探测等，将这些数据经过对应的软件系统程序处理，输出相应的控制指令，通过物联网网络层传递，实现对其他物体的控制操作。

如图2所示，通过对校园内的各种公用设施，包括在教学楼、学校道路、实验室、学生宿舍等地方设置适当的传感器硬件。例如：光敏传感器、温度测量传感器、摄像头、RFID读取器、电流传感器、红外传感器等，在对传感器获取的信息进行分析和处理后，自动调用既定编写好的相应程序，实现相应具体功能。

（二）分层架构设计

物联网由感知层、网络层及应用层这三层构成，依次实现数据信息获取采集、数据传递交换、数据分析处理这三大功能。功能的不同，导致了每层的架构体系都存在着差异，同时，在具体项目施工的时候，传感层的传感组件、网络层的网络模块、应用层的应用软件也是由不同的施工单位来进行建设的。因此，在本项目中，将依次根据这三大层次的功能不同，对每层进行相应的架构设计。

图2　智慧化校园物物相连系统

1.感知层

感知层包括单向的信息采集和双向的信息读写。例如：测量空气温度、光线强度、监控视频、RFID标签及其内容、录入指纹信息、扫描二维码条形码等，这些都属于单向信息采集，只需要从硬件传递信息出来，不需要写入任何内容。而像是校园一卡通所采用的IC卡，由于其具备信息存储和消费功能，所以除了基本的信息采集外，还会存在信息写入的需求，属于双向信息传递。

图3　感知层构成图

2.网络层

网络层与现有的网络构架区别在于，新增了灵活性高、复杂度低、低功耗、低速率、低成本的多用于传感器等硬件设备之间进行数据传输的Zigbee网络，如图4所示。现在很多的路由和网关都有集成Zigbee组件，可直接使用Zigbee协议，除此以外，还可以使用专门的Zigbee模块铺设无线传感网，像WIFI一样灵活设置和使用，不受线路和空间的影响。由于物联网物物之间的数据传递和交换具有涉及设备多、传输数据量小、数据信息复杂度低等特点，采用Zigbee可以大大降低设备成本，而且还具有时延短、网络容量大、可靠安全等优势。

图4　网络层示意图

3.应用层

应用层主要由各种针对不同功能需求而编写的应用软件组成，根据应用平台的不同，包括PC端软件和移动端软件。根据面向对象的不同，划分为自动控制类（如路灯控制系统，以传感器设备为获取对象）、半自动化类（如图书管理系统，以人持有的标识物体为获取对象）、交互类（如办公类软件，以用户输入的信息数据为获取对象）这三大类别。

本项目以满足九江职业大学校园内的学生和教职工日常学习生活需求为基本目标，主要优先集中于智能便捷服务系统，按照应用系统平台的不同，搭建应用软件系统框架结构，如图5所示。同时，考虑到便利性、效率化且同时需要避免重复冗余数据，部分系统可以搭建面向不同终端的接口模块，采用共用的后台软件及数据库系统，提供适用于不同显示终端的接口模块，实现资源利用的最优化。

图5　应用层示意图

三、结语

建立和发展智慧化校园是未来教育和学校发展的必然方向，它不仅能高效合理的利用学校资源，还能优化简化校园生活和工作，具有数据信息共享、资源控制、安全管理等多方面的优势。当然，由于物联网还是一个较为新兴的技术，在应用方面和信息安全方面还是有很大的改进和进步的空间，在未来的研究中，将会集中关注在应用层软件研究以及zigbee网络安全保障方面。

[1]沈光美.高职智慧化校园建设的特点与趋势分析[J].兰州教育学院学报，2016（5）：105-107.

[2]智慧校园.[EB/OL].百度百科，[2014-7-3].http://baike.baidu.com/view/5478486.htm.

[3]廖吉江.关于车牌识别技术在高校校园车辆管理中的应用分析[J].经营管理者，2016（12）：1.

[4]李玉环,秦文华，等.基于物联网技术的教学楼电器智能监控系统设计[J].计算机测量与控制，2016（2）：122－125．

[5]蒋达央，姚琪.基于智慧校园的可视化管理的建设与发展研究[J].南京工业职业技术学院学报，2016（1）：30－33．

编辑 郑晶

Structure Design of Intelligent Campus in JJVU Based on IoT

SHU Zhan

（College of Electronical and Information Engineering JiuJiang Vocational University，JiuJiang JiangXi 332000，China）

The paper on the basis of the current informatization of Jiujiang vocational university aims to construct intelligent campus taking college teaching，management and life service into consideration．Starting from three level structure of IoT（Internet of Things）it tries to develop the sensing technology and hardware，such as RFID，QR code，Video surveillance and so on．

IoT；Intelligent campus；Structure design

F49

A

2095-8528（2016）06-049-03

2016-07-03

舒展（1982），女，江西九江人，硕士，讲师，研究方向为物联网，嵌入式系统，软件开发。