用户体验视角下高职院校智慧校园方案设计与实践

宋静辉，俞 昀，吴 奇

(无锡职业技术学院，江苏 无锡 214121)

目前，物联网技术方兴未艾，处于高速发展期。高校信息化建设由数字化校园阶段进入到智慧校园阶段。国家标准文件《智慧校园总体框架》指出：智慧校园是物理空间和信息空间的有机衔接，使任何人、任何时间、任何地点都能便捷地获取资源和服务[1]。智慧校园旨在通过建立数字化、网络化的校园环境，凭借物联网动态及全面的作用方式，人性化和智能化地开展校园管理工作[2]。新一代智慧校园的精髓所在是“以人为本”，重点关注“用户体验”和“用户服务”[3]。因此，有必要结合新一代物联网技术，提高校园管理服务的水平，改善“用户体验”和“用户服务”，充分提升资源和服务的使用绩效，把智慧校园建设落到实处、细处。

一、方案实施的可行性分析

经过多年的信息化建设，无锡职业技术学院网络基础设施、公共业务系统、校园智能卡、网站建设群等建设完备，开发了基于流程的网上“一站式”服务大厅，完成了教务系统、学习中心等9个核心业务系统全量数据的即时采集，智慧校园已粗具规模。但是在校园管理服务方面，还存在很多欠缺，如能源管理粗放、公寓环境监测缺乏、停车管理手段落后等，与智慧校园建设不匹配。

无锡是中国物联网发展的首个试验区,无锡职业技术学院设有物联网技术学院，围绕长三角物联网产业培养高端技能人才。学校建成了全国首家国家级物联网技术应用实训基地，并牵头组建无锡市物联网职教集团，在进行基于新一代物联网的智慧校园研究方面具有优势。

二、方案建设目标和内容

(一)建设目标

基于新一代物联网的智慧校园管理服务平台，采用标准的接口方案，开发能耗监测、PM2.5和甲醛等检测、温湿度监控、井盖智能监控、停车场车辆数量监控、智能垃圾桶等业务系统，并实现与第三方业务的融合，全面整合校内外的资源，实现人、物、校区各业务的泛在连接与管理，实现真正的智慧校园管理服务。

(二)方案任务及内容

1.总体设计

(1) 总体框架。本次方案主要采用物联网的技术架构，分为3个层面。① 感知层：主要应用各类传感器、RFID、二维码和实时定位等技术，感知、采集各类物理数据，在此基础上实现数据的短距离传输、自洽组网以及协同处理。② 网络层：通过感知层与无线通信、互联网等技术交融，把感知、采集到的信息，无损、高效、可靠地传送。经过高速发展以及技术迭代，新一代物联网及通信技术进入成熟阶段，能支持数据传输的高要求。③ 应用层：主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。应用支撑平台子层用于支撑跨门类、跨需求、跨体系之间的信息协调、分享、互通的功能。应用服务子层包括智能能源、智能环境、智能停车、智能电力、智能管理等行业应用，具体如图1所示。

图1 方案技术架构图

(2) 网络协议

本方案所采用的NB-IoT窄带物联网，是基于时代发展的新型蜂窝网络。其特点是使用带宽很窄的License频段，根据使用场景可灵活选择带内、保护带或独立载波3种方式，可与现有移动网络直接融合使用，从而降低了成本，加快了推广步伐。

本次方案中涉及的设备分布较广，无法通过少量的网关设备进行管理，因此将尽量采用NB-IoT方式进行数据传输，直接将数据发送至管理平台，以减少项目的额外投入。

2.建设内容

(1) 管理平台开发。本次方案管理平台，必须具备4个方面的功能：① 多设备接入和多协议支持。可保障多设备的连接管理、数据计算和存储等高并发处理，灵活兼容MQTT、CoAP、TCP、UDP、REST/HTTP等传输协议。② 开放的SDK和API。为设备提供极轻量的适配SDK，占用内存小于20K；提供丰富的API接口，降低云端开发成本，更快地完成应用开发。③ 端到端安全防护体系。RSA协议实施设备及App连接验证；AES协议加密信令及数据传输过程；云端防护与加固，高效阻挡恶意攻击；数据自动灾备，避免误操作删除。④ 丰富的功能组件。提供丰富的IoT功能组件及方案，包括账号体系、设备绑定管理、事件通知引擎、OTA管理等。

(2) 应用开发业务。主要有9项业务，以下分别介绍应用需求及设备功能。① 能耗监控。高校楼宇众多，教职员工和学生人口数量大，能耗总量大，管理模式较粗放，浪费现象严重。能耗数据的采集、传输、管理等子系统采取分项计量的方案，主要包括水、电、热量等，重点是电能。监测模块功能主要为电表配置信息、电表实时数据和电表历史数据3个方面的信息获取。② PM2.5、甲醛、温湿度监控。PM2.5浓度过高易造成呼吸系统疾病；甲醛对人的皮肤有强烈刺激作用；温度、湿度变化也影响居住舒适性和能耗管理。PM2.5的监测基于激光散射原理，甲醛浓度的监测基于电化学原理，通过检测芯片、检测温湿度，相关数据均以数字接口形式输出。③ 各类窨井盖监控。井盖被盗、破损、缺失的现象时有发生，造成安全隐患。最高人民法院、最高人民检察院、公安部2020年联合下发文件，依法惩治涉窨井盖犯罪。在井盖下安装基于无线通信的智能监测自动报警设备,支持行程距离传感器，RF电路外围功能模块化设计。当井盖出现异常时，自动上传报警数据到应用管理平台，实时监控。④ 停车场车辆数量监控。传统停车场存在进出场效率低、找车位难、寻车难、管理难、成本高等诸多问题。使用NB-IoT地磁传感器，具有低成本、易安装、易维护、安装尺寸小、灵敏度高、施工量小、使用寿命长等特点，对路面的破坏少。⑤ 水质监控。水被污染以后富营养化，促进水中藻类滋生，使水体通气不良，溶解氧下降，水生植物大量死亡、发臭影响环境。水质在线检测设备的原理有光度法、电极法等，重点监测温度、pH值、溶解氧、浊度、总磷、总氮、水中油污等。⑥ 智能电柜设备。使用智能电柜设备可以更好地对用电量进行管理，也可以对危险进行预警和处理，避免各类人身、设备安全事故和火灾的发生。设备具有有功电能存储和计量功能，有功电能等于正向有功电能与反向有功电能之和。显示电表的用电量、剩余电量和买电量。当电能表一分钟平均电流大于设置的过载电流值时，报警灯闪烁，继电器自动断开。⑦ 消防管水压监测。消防栓数量众多、安装分散，消防设施被破坏、消防用水被盗用、消防管道压力不足甚至无水等问题层出不穷。对消防管水压进行远程、实时监测，并通过NB-IoT网络实时发送给平台。解决传统人工巡检方式产生的误差大、效率低的弊端，同时也实现了远程实时监控。⑧ 汽车测速。使用设备对于校园内行驶的车辆进行测速监控，可以通过告警等方式提前获得信息，避免可能发生的事故。可使用市电或采用太阳能电池供电。车速在设定范围内均可显示，可设置不同的提示限速，同时适用3至4个车道，满足各种测试环境。⑨ 智能垃圾桶。现有的校园垃圾桶，由垃圾回收车按照固定日程和路线进行处理，造成处理回收效率低下，且对垃圾的溢满程度无法进行即时监测。对垃圾的溢满程度进行传感监测，在此信息基础上规划垃圾回收的路线及日程，可以提高回收清理效率，同时缩短垃圾回收车行走里程，节约成本。管理人员可通过网页或手机App对垃圾箱进行相关功能设置，随时随地监测垃圾箱状态。

3.方案的特色与创新

一是实现了多元化的连接方式。支持无线射频、ZIGBEE、WIFI、有线网、RS232、RS485、红外、继电器、GPIO、USB、电力载波等极其丰富的通信方式，可以根据学校的不同需求和现状，将各类传感器收集的基础信号传输到服务云端，保证了平台的兼容性、可扩展性。

二是具有丰富的管理方式。平台支持现场管理、PC 端远程管理(同时支持Windows、MAC、Linux、Unix等操作系统)、手机移动端控制(同时支持 Android和IOS操作系统)、无线平板移动端控制(同时支持 Android、IOS、Windows等操作系统)。

三是保证了平台的可操作性和便利性，实现了泛在网络的连接和管理。管理后端采用bootstrap框架，达到自适应效果，在手机端也可以便捷操作。PC端采用原生html+css+easyui+echart等技术实现可视化页面，原生html+css让页面适用性更广，easyui的iframe记录浏览历史让页面的操作更便捷，echart的图表展示让统计内容更清晰明了，手机端采用了html5 技术，保证了良好的用户体验效果。同时平台软件使用jfinal技术开发，采用集成缓存、定时任务方法，便于开发维护。

三、方案实践效果分析和改进措施

(一)效果分析

一是提高了校园治理能力和服务水平。通过智慧校园管理平台，从科学管理角度出发，对相关管理服务工作的流程进行梳理、把控和整合，促进校园治理和服务改革向纵深发展，达到服务标准化、服务自动化、服务个性化的目标，从而优化服务流程，提高服务效率，提升服务水平。通过大数据汇总和分析，对相关问题和隐患进行排查和预警，及时发现和解决问题，并进行反馈和总结，提出优化方案，供学校决策参考，提升校园治理能力。

二是进一步提升了智慧校园建设水平。本平台的推出，使得学校可以实时监测校园里的环境温度、湿度、照度、PM2.5浓度、电流、电压、功率、能耗、资产等各类基础数据信息，并打通了各业务子系统的数据通道。经过数据汇聚后，可以对数据进行各类智能化分析，找出其运行规律进而实现智慧化应用，有力打破了信息孤岛，实现了统一的布局和管理。

三是促进了能源管理和节能示范校建设。本方案着重致力于智慧校园中各种能源的监控和管理，通过各类感知系统实时收集校园内各物联设备的能耗信息，重点监控空调等大功率、高能耗设备，通过数据统计和分析，管理者可以了解各类场所的详细能耗情况，从中找出不合理的能耗问题，实现了能源数据可视化，为能源管理和决策提供数据支撑。并通过智慧方案进行智能调节，最终达到节能减排目的，为绿色校园建设打下基础，学校被确认为全国节能示范单位。

(二)对存在问题的改进措施

一是完善智慧校园的系统顶层设计。顶层设计不足是个常见问题，而智慧校园建设是长期的系统工程，顶层设计尤为重要。首先要结合学校的发展历史、办学需求、事业规划和对智慧校园的建设要求，全面考虑，做好谋划。其次要立足现状、尊重现实，必须面向实际使用环境和现有条件进行信息化、智慧化改造，支撑实际业务的发展。最后要面向未来，灵活发展。信息化发展的速度很快，要科学研判和准确把握发展趋势，确保系统具有可扩展性和兼容性，满足未来需求。

二是加强对利益相关者的协同管理。学校部分已建成业务系统不愿意开放接口，或者需要收取高额的接口费用，导致实现统一平台管理的难度大。首先需要学校人员与原厂商进行充分的沟通，使其尽量配合；同时可以根据情况降低要求，仅实现账号的单点登录管理和业务系统页面跳转，不被原平台或厂商绑架。其次智慧校园建设需要协调不同部门的不同流程和不同管理模式，通过协同管控，达到标准统一、相互协作、资源共享的目的。此外要加强系统的服务商、建设者、管理者、使用者之间的沟通和联系，确保不同人员在不同情境均能较好地使用，使系统良性发展。

三是数据分析利用能力需提升。首先要确保各类数据的安全。系统产生的大量数据，涉及学校的各类基础信息和人员隐私，数据存储安全最为重要，要确保学校对数据的存储和使用具有自主权。在此基础上，要完善各类基础数据，为分析、处理数据提供基础条件。加强数据的分类统计和分时统计，建立各类数据库和分析模型。校园管理者要增强大数据思维，在管理服务过程中充分利用大数据，提高管理和服务水平。

四、结语

智慧校园平台搭建了管理者、服务提供者与师生用户之间的快捷、高效的服务桥梁，在高职院校加以推广应用，将达到广泛的社会及经济效益。目前智慧校园建设仍处于高速发展阶段，展望未来，如何以更贴近实际的设计思维、更先进的技术手段、更低的投入成本、更高的使用效率、更好的服务体验，解决师生的需求痛点和难点，提升校园治理能力和服务水平，是一个需要不断认真思考、研究探索的课题。