物联网技术在开放大学智慧校园建设中的应用

2020-08-12陆征

广西广播电视大学学报 2020年4期

关键词：智慧校园物联网资源

[摘要]物联网是现代信息核心技术的集中体现。物联网的各种技术在学校中的应用，促进了数字化向智能化校园的升级和发展，文章以开放大学为例，探讨物联网在智慧校园建设中的应用。

[关键词]物联网;智慧校园;资源

[中图分类号]G434 [文献标识码]A [文章编号]1008-7656（2020）04-0045-04

引言

物联网是现代信息核心技术的集中体现。物联网平台主要基于Internet技术。近年来，“智慧校园”的新产品是将信息结构1.8升级到其他更高版本。物联网技术在教育中的应用促进了“数字化”向“智慧校园”的同步升级和发展[1]。

在国内普通高校中，物联网技术的应用已经非常广泛，主要体现在校园一卡通的使用。然而，物联网技术在开放大学的应用受到环境和管理规模相对较小的影响，只停留在基本的管理层面，在实践中应用的案例并不多。在“十三五”期间，根据中国物联网的规划和发展现状，物联网产业已成为新的支柱核心产业，直接进入第三次信息产业浪潮，被列为国家新兴产业发展的重点建设项目。

一、智慧校园建设中的应用

智慧校园是基于物联网的智能化校园工作、学习和生活集成环境，该集成环境以各种应用服务系统为载体，将教学、科研、管理和校园生活融合在一起。

（一）物联网应用的优势

1.智慧管理

物联网的核心技术可以帮助校园内特定对象信息的互连互通，有效提高智能管理水平，它可以随时采集和分析各种信息，包括实时数据和控制反馈信息，能够便捷地完成师生身份识别和考勤管理，可以通过安装各种传感器，以感测校园人员的活动、光照情况，甚至个人的声音和温度，监督管理专业教学环境和生活环境，能连接到网络传输层并实施控制以提高智慧校园的日常管理[2]。它降低了人力和物力的成本，并使响应更加及时和准确。

2.智慧教学环境

物联网技术可以使现实世界中的物体相互连接，实现物理空间与数字信息空间的连接，使现实空间与虚拟学习环境更加有效地融合。物联网与现有教学平台的融合，为远程实践教学活动提供了广阔的空间和智能化的管理服务。

3.促进资源高效利用

物联网技术可以提高校园资源的有效利用，通过各种传感器设备和识别标签，可以更有效地对资源信息进行系统地整理和分析，缩短信息传递的时间，同时减少不必要的资源浪费，科学地利用资源，实现不同学校之间教育资源的交流，充分利用各种高质量的教育教学资源，从而实现资源共享的最终目标。

4.拓展学习空间

物联网技术可以扩大学习空间，提供类型丰富的学习服务，促进学生将课堂学习的理论知识与相关实例相结合，解决理论知识与实践之间缺乏联系的问题，利用物联网技术连接校园内的教育资源，借助对口公司和企业拥有的相关资源，建立校企之间的双向互动和互补伙伴关系，对提高教学质量、培养学生的创新意识和应用能力具有重要意义[3]。

（二）在智慧校园建设中应用

1.整体设计思路及技术路线

利用RFID、蓝牙、WiFi、LoRa等物联网技术构建一个校园物联管理平台，集中存储和管理园教师、学生的相关数据，并提供相应的数据服务。当前，有的开放大学已建设好信息化系统，但是存在着不同操作系统、不同应用软件、不同网络硬件环境和不同数据结构的现象。各种不同技术架构相互交织，既要保证不影响现存的应用程序对于当前业务流程的处理，又要对新建的业务做出快速反应，因此校园物联平台在整体的设计思路上应采用面向服务的架构（SOA）设计模式，形成一个基于SOA服务组件的、提供标准化服务接口、松耦合的、易于扩展的信息应用平台。通过标准的XML格式文件以Web Service方式提供与各教学管理相关应用系统的数据共享与交换。

2.智慧校园总体设计（见图1）

（1）应用环境

主要是校园各个活动场所，形成闭环模式。

（2）物联网设备

物联网设备由各种智能控制、传感和仪表设备组成，包括三种类型的设备：一类是传感设备，例如智能门锁，温湿度传感器等;第二类是控制器设备，包括用于控制灯光的智能开关，用于控制空调的空调控制模块，用于大屏幕控制的红外网关，用于窗帘控制的数据收集器，用于风扇控制器的开关致动器等;第三类是测量类设备，例如带能耗收集的智能插座，智能空气开关等。智能传感/控制层主要完成信息的收集和控制命令的执行。

（3）数据传输

数据传输主要由智能物联网网关LoRa网关/数据收集器组成。物联网网关主要负责网络信号与TCP/IP网络的连接，控制指令的发布以及设备状态报告的上载。物联网设备及其物联网的基本信息、终端设备管理、场景策略的核心功能成功设置后，网关会汇总传感器收集的信息，并根据地址将控制命令分配给相应的传感器设备。

（4）监控平台

私有云物联网平台主要在相关的智能教室场景中提供应用程序，例如，设备的统一管理、智能链接策略、远程信息推送和警报;同时，该平台可以开放接口连接到第三方平台，并支持移动终端和WEB终端访问控制，集成管理和控制网关，传感器终端和其他物联网设备，以创建智能教室感应控制、智能火灾控制、智能访问控制、智能功耗、智能环境监控和其他场景应用解决方案。

3.物联网技术在智慧校園中的应用

（1）校园卡

借助物联网技术，建立校园卡系统，即一卡通系统，将水电卡、图书卡、餐饮卡、考勤卡等各类卡的应用功能结合起来，形成统一的智能卡。同时，智能卡还涉及身份认证和银联支付等功能，使信息能够及时传输，实现资源共享，充分利用各种资源信息。校园一卡通可以满足多用途一卡通的实际需求，在教学、门禁、后勤以及师生的日常生活等方面应用数字技术，通过对个人信息的识别和管理，同时开通支付功能，使学校形成统一的数据管理系统，提高师生工作和生活的便利性，实现校园管理系统的联动。校园卡系统提高了校园的整体管理水平。

（2）教学管理

物联网技术在课程教学管理、阅览室日常管理，其他人员工作等方面的应用，可以提高工作效率和质量。物联网技术的运用，可以创造智慧课堂，创造感知课堂，实现线上、线下教学的协同，将书本知识与现实社会结合起来，使教学内容更加生动，帮助学生更好地理解教学内容，激发学生学习兴趣、提高教学质量[4]。不仅如此，通过物联网技术，我们还可以打造一个全新的智慧图书馆。借助智能化的日常管理和服务，实现图书与图书、图书与人的联系，为学校师生借书提供越来越多的便利。在技术方面，可以制作一张包含射频的校园卡，通过该卡，学生的出勤率可以进行检查和自动统计。

（3）学生管理

通过使用物联网技术的感知学习模式，我们可以建立一个虚拟的、个人的、小组的和现实的学习框架，为学生的日常学习和课外实践提供很多技术支持，帮助他们更好地进行分工合作，让他们从实践活动中学到更多知识，并提高他们的沟通能力和创新能力。同时，学生可以从物联网获取最新信息，将传统的被动式教学模式转变为主动探究式学习模式，有利于学生的自主学习和积累更多的技能和经验，从而提高学生的学习能力、网络应用能力、数据分析能力和科研探索能力。此外，物联网还可以用于管理学生的行为，例如，记录和借阅书籍、宿舍出入、上课前自动识别和签到、校门验证等。

（4）后勤保障

安全是学校管理的重要组成部分，关系到师生的人身健康和财产安全。物联网技术在后期保障方面有多种方式的实践应用，如校园停车场智能应用管理模式、消防系统自动报备、实时数据摄像机监控、水电消耗统计、智能照明软件系统等。各类相关设备的监控可及时发现异常现象，及时了解校园当前情况，使教师和工作人员能够及时获取和反馈信息，确保校园安全，并为师生提供安全的学习和生活环境。此外，通过在教学楼、图书馆、宿舍、操场和实验室等人口稠密地区安装视频监控器，烟雾传感器以及温度和湿度传感器，一旦发现异常情况可立即报告。实时的监控能改善校园环境，为师生营造一个有保障有安全感的校园氛围。物联网技术的使用还可以有效地创建智能照明，节省能源并减少费用支出。

（5）资源共享

通过物联网的各项技术应用，我们可以在互联网构建一个平台，实现实践课程和其他科研活动的联系，实现教学设备和科研设备的共享。同时，利用物联网技术可以使学生学习到更多的技能，并将他们的学习与日常生活知识所关联，从而可以有效地将理论知识与实践活动相结合，学习内容和课外活动相结合，有利于更好地理解每个知识点的内涵。此外，物联网技术可以形成学校与学校、学校与企业之间的联盟，促进相关的资源交换，从而使学校的教育活动具有更高的质量，整合各类资源以弥补学校自身的不足，实现资源共享和共同发展。

二、物联网智慧校园建设的实践

在智慧校园的智慧教室、电子围篱、智慧广播、智慧图书馆、智慧餐厅等多个实践中，我们以智慧教室举例说明。

课堂教学是学生接受系统教育的最重要环节。做好教学互动是掌握教学环节质量、提高教学水平的关键之一。传统的教学方法难以满足现代教学的需要。基于物联网技术，集成了智能教学、人员出勤、环境调节、视频监控和远程控制的新型现代智能教室系统，正在逐步推广和应用。

智慧教室系统是基于物联网技术，应用于新型教育场景的智能体系，既可实现创新实验，又可开展科学研究。物联网智慧教室系统通过实现从环境、资源到应用的全部数字化，提升传统校园的运行效率，最终实现教育过程的全面信息化，提高办学质量和管理水平。

物联网智慧教室系统主要包括以下内容。

（一）教学系统

教学系统由一台多媒体教学会议一体机、调音台、音箱、麦克风、拾音器、功放机及配套软件组成。通过多媒体教学会议一体机，可以实现电子白板教学、多媒体教学、校园会议、教学互动功能。教学互动是教学系统的一个突出特色，任课教师通过座位号对学生进行提问，被提问学生的头像在显示屏中显示，能吸引学生注意力;反之学生按问答器，学生头像在显示屏显示，也能引起任课教师的注意，实现师生交互良好的课堂教学。

（二）显示系统

显示系统由一台32寸电视机和相应的广告发布控制管理软件组成，通过校园物联网平台数据反馈，实时显示相应教室号的课程名称、教师信息、课堂人数、缺勤名单、室内外温度及其他环境数据等。

（三）考勤管理系统

考勤系统由RFID考勤机、校园卡、红外感应器和配套控制软件构成。首先通过安装RFID考勤机在教室前后门，学生通过刷校园卡签到，实现对学生考勤统计;其次通过红外感应器，考勤数据与RFID统计数据进行准确比对，避免顶替打卡行为。

（四）灯光管理系统

灯光管理系统由灯光控制器、光照传感器、人体传感器、窗帘控制系统和配套控制软件组成。通过人体传感器来识别教室内区域是否有人，经过数据层传输后，灯光控制系统及窗帘控制系统根据相应的数据分析后，实现开和关的状态。

（五）空调管理系统

空调管理系统由系统控制中心、数据传输处理器、空调智能终端和显示平台组成。根据开门时间、关门时间、房间内实时温度、负离子含量等不同的需求，实时智能启动相应的程序，实现空调的功能设定、计划、控制、统计、分析、记录、查询、提示、警报等。

（六）可视化管理系统

可视化管理系统由海康摄像头和相应的配套监控软件组成。视频监控可为安防系统、人员进出、物品进出情况等提供查询依据。在教室周边及教室内四周对角各安装一个摄像头，全方位监控人员进出、物品进出、教室内部教学秩序实时情况，所采集的视频经由远端射频单元传送至校园物联管理平台，提供实时的监控数据。

三、结论

物联网技术是“智慧校园”建设的基础技术。它有助于实现对校园内各种物理设备的实时动态监控，采集传统智能校园无法采集的教学过程等数据。通过物联网技术，我们可以改变各个系统相互作用的方式，使之更便捷、更有效率，更好地为学习和生活服务。