智慧校園的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

2021-03-17 | 2856

1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

  （1）物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)等傳統(tǒng)信息承載體，通過傳感設(shè)備，實時監(jiān)控、采集、交互信息，實現(xiàn)物與物、物與人的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)具有互聯(lián)化、自動化、感知化等特性，是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展，可以根據(jù)協(xié)議約定，把任何設(shè)備設(shè)施與網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)泛在感知、信息傳輸和智能處理等功能。

物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)架構(gòu)如下圖所示，可分為設(shè)備感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和平臺應(yīng)用層。

設(shè)備感知層相當(dāng)于人的感知器官，是物聯(lián)網(wǎng)識別物體和采集信息的關(guān)鍵要素。設(shè)備感知層主要包括二維碼、RFID標(biāo)簽、傳感器、攝像頭以及物聯(lián)網(wǎng)關(guān)、標(biāo)簽讀寫器，將采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息共享交互。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層相當(dāng)于人的大腦和神經(jīng)中樞，通過無線網(wǎng)、移動通信網(wǎng)和衛(wèi)星通信網(wǎng)，提供泛在的接入和互連，負(fù)責(zé)傳遞設(shè)備感知層獲取的信息。

平臺應(yīng)用層是基于行業(yè)需求，通過平臺中間件完成對設(shè)備、事件、空間、認(rèn)證等管理，提供豐富的應(yīng)用，實現(xiàn)智能分析與控制，實現(xiàn)廣泛智能化應(yīng)用。在青島智慧校園建設(shè)中，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用多樣，如：智慧教室、智慧實驗室、智慧圖書館、資產(chǎn)管理、能耗管控，實現(xiàn)資源的合理調(diào)度、校園的綠色節(jié)能，推動教學(xué)、科研、管理、生活和服務(wù)的智慧化進(jìn)程。

（2）物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用類型

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要可分為位置感知型、狀態(tài)查詢型、遠(yuǎn)程控制型、環(huán)境感知型、掃描驗證型等5類應(yīng)用。

位置感知是對人/物位置定位，根據(jù)定位技術(shù)區(qū)別，可實現(xiàn)室內(nèi)定位和全球定位。室內(nèi)定位常用到的技術(shù)有WI-FI、RFID、ZigBee、紅外線、藍(lán)牙和UWB超寬帶技術(shù)。全球定位則依托GPS，可在全球范圍內(nèi)追蹤位置信息，但是對室內(nèi)的定位精確度不夠，會存在較大誤差。在校園中常應(yīng)用于資產(chǎn)管理，實現(xiàn)對重要資產(chǎn)、實驗設(shè)備儀器的位置跟蹤。

狀態(tài)查詢是對設(shè)備數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，在青島智慧校園中主要應(yīng)用于機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)管，通過傳感器、儀表采集儀器、攝像頭等硬件實時感知校園給排水、電梯、空調(diào)、排風(fēng)、照明等基礎(chǔ)機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。在校園中常應(yīng)用于水電抄表、能耗監(jiān)測、智能井蓋等。

遠(yuǎn)程控制是基于網(wǎng)關(guān)下發(fā)控制指令，對空調(diào)、新風(fēng)、照明、灌溉等設(shè)備設(shè)施實現(xiàn)遠(yuǎn)程管控，同時可可結(jié)合環(huán)境、狀態(tài)類傳感器，實現(xiàn)全自動化。

環(huán)境感知是通過傳感器采集被觀測對象的各種信息，在環(huán)境要素種類上涵蓋水環(huán)境、大氣環(huán)境、土壤環(huán)境、聲環(huán)境、風(fēng)環(huán)境。

掃描驗證基于無線射頻識別技術(shù)，自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)身份的感知驗證，通過管理軟件，實現(xiàn)人員、車輛等身份識別和認(rèn)證，建立合理高效的安全認(rèn)證管理模式。廣泛用于門禁控制、手機(jī)錢包、高速收費、貨物跟蹤等。

2、青島智慧校園中常見的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

在物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展、應(yīng)用領(lǐng)域增多的趨勢下，校園也通過部署無處不在的傳感器組成物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)對校園信息的全面感知，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)對信息進(jìn)行智能分析、處理，并做出科學(xué)決策，提高校園教學(xué)、管理效率，創(chuàng)建一個綠色、幸福的青島智慧校園。智慧校園建設(shè)過程中在教學(xué)科研和綜合管理中都能充分應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，給學(xué)生、教師和管理者帶來非同凡響的感官。

（1）教學(xué)科研

教室、實驗室和圖書館是校園中學(xué)習(xí)和創(chuàng)造知識的主要場所，但是傳統(tǒng)教室仍存在很多亟待解決的問題。依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以打造智慧教室、智慧實驗室和智慧圖書館等智慧空間，實現(xiàn)空間節(jié)能、環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備運(yùn)維、資產(chǎn)管理等功能。

可通過部署環(huán)境傳感器，動態(tài)監(jiān)測室內(nèi)溫濕度、空氣潔凈度，與送排風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)動，通過物聯(lián)策略自動調(diào)節(jié)，確保教學(xué)環(huán)境處于舒適狀態(tài)；教師可遠(yuǎn)程控制教學(xué)設(shè)備開關(guān)運(yùn)行，根據(jù)課程安排提前開啟設(shè)備，系統(tǒng)自動診斷設(shè)備運(yùn)行情況，及時安排物業(yè)人員維修，防止因為設(shè)備故障影響正常上課，也可避免非教學(xué)時段設(shè)備長時間開啟、空轉(zhuǎn)；通過部署氣體傳感器（一氧化碳、二氧化硫、可燃/易揮發(fā)氣體等），監(jiān)測實驗室氣體，保障實驗室安全；通過部署一卡通系統(tǒng)，對進(jìn)出教室和實驗室的人員進(jìn)行考勤統(tǒng)計，可將缺勤、遲到、早退的學(xué)生信息反饋到教務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)教學(xué)過程跟蹤。

此外學(xué)校圖書館目前多采用磁條、條形碼的方式管理圖書，存在圖書查找、清點繁瑣耗時，磁條易消磁防盜效果差，自動化程度低等缺點。智慧圖書館使用RFID標(biāo)簽?zāi)艽嬖写艞l，可以一次讀取識別多個標(biāo)簽、重復(fù)使用，提高工作效率、加速流通速度，實現(xiàn)圖書自助借還、圖書定位、智慧盤點、智慧防盜等系列自動化、智能化管理功能。

（2）校園管理

校園管理涵蓋消防、安全、道路、綠化、照明、環(huán)衛(wèi)等多個對象，管理部門多，主要依靠人工管理，存在信息溝通不及時、管控比較被動、運(yùn)營難度大等問題。校園管理的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要包括智慧資產(chǎn)、智慧消防、智能環(huán)衛(wèi)、能耗監(jiān)測以及智慧灌溉等方面。

智慧資產(chǎn)是通過RFID標(biāo)簽+Zigbee的方式，對校園貴重資產(chǎn)進(jìn)行位置跟蹤，配合資產(chǎn)管理軟件、RFID掃描槍以及位置感應(yīng)器等軟硬件，實現(xiàn)資產(chǎn)一鍵盤點、智能統(tǒng)計，當(dāng)設(shè)備移動出預(yù)設(shè)范圍，第一時間報警通知管理員，查看設(shè)備實時位置。

智慧消防是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和GIS可視化相結(jié)合，通過部署智能視頻監(jiān)控、煙霧傳感器、溫度傳感器、自動消防噴淋以及智能消防栓，通過物聯(lián)網(wǎng)關(guān)獲取設(shè)備信息，并在地圖上進(jìn)行可視化展現(xiàn)，在發(fā)生異常情況時，可第一時間獲取事故地點、音視頻信息、環(huán)境信息以及消防水源情況，解決消防設(shè)施監(jiān)督不到位、消防水源狀況不清、火災(zāi)現(xiàn)場情況不明、指揮調(diào)度盲目等傳統(tǒng)消防管理弊端。

智能環(huán)衛(wèi)是依托GPS定位對垃圾車、環(huán)衛(wèi)工人的運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行智能監(jiān)管，同時可部署異味傳感器和滿溢傾倒傳感器實現(xiàn)智能垃圾桶管理，有效維護(hù)校園美化環(huán)境，降低環(huán)衛(wèi)運(yùn)營成本。

校園對水、電、氣的管理模式比較落后，經(jīng)常存在跑冒滴漏現(xiàn)象，造成的能耗消耗大、安全無保障的現(xiàn)象。通過在各樓層、樓棟部署智能的水電氣表，無線傳輸區(qū)域能耗數(shù)據(jù)，對學(xué)生宿舍、教室辦公室等重點區(qū)域監(jiān)測，提高能耗管理的精細(xì)度，響應(yīng)節(jié)能減排、綠色環(huán)保的號召。

校園綠植分散，景觀多樣化，學(xué)校仍采用人工灌溉方式，造成人力、物力浪費。智慧灌溉通過采集土壤溫濕度、天氣情況以及水壓水位信息，智能判斷植物狀況，自動開啟水泵灌溉綠植。

3、物聯(lián)網(wǎng)對青島智慧校園的意義

隨著教育信息化的發(fā)展和青島智慧校園的發(fā)展，如何有效地管理校園硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)是一個難題，如何利用青島智慧校園更好地提高學(xué)校的管理水平也是迫切需要解決的問題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以改變傳統(tǒng)校園的管理模式，減輕管理負(fù)擔(dān)，最大程度發(fā)揮設(shè)備設(shè)施的能效性，提高資源利用率，為師生提供智慧的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力與想象力。