基于物联网的智慧校园研究

摘　要：物联网是新一代信息技术发展的重要组成部分，是互联网后一次新的技术革命，是推动世界高速发展的重要力量。物联网的发展也将对学校的管理方式、教学方法和后勤保障的发展带来根本性变革，本文探讨了物联网在校园管理中的应用，提出了“智慧校园”系统的结构设计方案。

关键词：物联网；智慧校园

1.物联网发展背景

　　物联网（Internet of  Things）这个概念是美国麻省理工学院Auto-ID中心Ashton教授于1999年提出来的，其基本含义是：通过射频技术（RFID）等信息传感设备把所有物品和互联网连接起来，实现物品的智能化识别、管理和操作。 通过物联网可以使人、物、信息的相互联通和交流，实现人、物和计算机的智联。

　　作为新一代技术的标杆，物联网从诞生之时就成为了各国的宠儿，2005年，国际电信联盟（ITU）在其发布的《ITU互联网络报告2005》中首次对物联网的概念进行了详细的阐述，2009年，美国政府将物联网提升为国家战略，提出了“智慧地球”的概念，2004年日本提出了U-Japan计划，希望把日本建成全球ICT最先进的国家，韩国也在2004年提出了U-Korea计划，希望在2012年通过构建世界最先进的物联网基础设施，把韩国打造成未来广播通信融合领域超一流的强国。

　　我国政府高度重视物联网的发展，2009年8月温家宝总理在视察中科院无锡物联网产业研究所时，对于物联网应用也提出了一些看法和要求，提出了“感知中国”的概念。2009年11月，国家传感信息中心成立，12月，江苏省无锡市出台了《加快建设创新性经济领军城市的决定》，建立了我国首个“国家传感网创新示范区”。2009年11月，中关村物联网产业联盟在北京成立。物联网被我国正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟的。

2.物联网技术分析

　　物联网强调的是将所有的物连接到互联网络，它具广泛存在和广泛应用的特点，物联网不是简单的物物相连和人物相连，而是通过建立相关的连接构筑人、物、信息互动的智能系统，通过这一系统，可以实现人对物的定位、管理、控制，用户层可以基于这一系统开发泛在网络的系统软件。

　　2.1物的标准。物联网中的物的对象是指现实的所有物质和信息。王志良教授在《物联网——现在与未来》一书中谈到物联网中的“物”必须具备的9个条件：(1)信息接收器；(2)数据传输通路；(3)存储功能；(4)CPU；(5)操作系统；(6)专用程序；(7)信息发送器；(8)物联网的通信协议；(9)唯一ID号。我个人为人值得商榷，我认为物联网中的物必须具备其中的第一、二、六、七、八、九等六个条件，其他的条件不是必须条件，同时具备九个条件的物是物联网中的理想。

　　2.2物联网的层次模型

　　物联网包括感知层、网络层和应用层三个层次。感知层由传感器和传输网关构成，它嵌入到物联网的“物”中，承担物的信息接受、发送、控制功能，是物联网最底层。网络层负责将物联网中物的信息在不同网络中传输，是连接应用层和感知层的纽带。应用层是用户基于物联网开发的应用程序和软件，是物联网应用中心，用户通过应用层对物联网中的任意物下达指令，进行管理和控制。

图1-1 物联网层次模型

　　2.3关键技术分析

　　要实现物联网运行，在每个层面上都要解决一些关键问题。国际电信联盟在2005年的报告中提出了物联网的四个关键技术：射频识别技术(RFID- Radio Frequency Identification)、传感技术(Sensor technologies )、智能技术(Smart technologies)和纳米技术(Nano technology)，射频识别技术是一非接触式的自动识别技术，传感技术是探测物的状态和特征，生成有效数据并提供给应用层，而智能技术则在物的自动识别、智能操作等上发挥着重要作用，目前传感技术已经在向智能化迈进。纳米技术在物联网上主要是应用在感应设备的微缩化和可嵌入。

　　除此之外，我个人认为建立统一的物联网技术标准也是物联网发展的关键技术，每个物的ID号的统一分配和识别，三网合一的统一协议标准，应用层到网络层的统一接口，甚至包括感知层到物的统一嵌入，这些在物联网即将起航的当下，都是物联网要要解决的关键技术。

3.智慧校园物联网研究

　　智慧校园是物联网在学校教学管理、公共安全、后勤保障的具体应用，为学校构建智能化的学习和生活环境。

　　3.1感知校园物联网的应用。

　　物联网可以实现教学管理的智能化。学生步入教室，教室的窗帘会随着室内的光线自动开关，随身佩戴的RFID电子标签自动连接离自己最近的RFID基站，打开桌上的自动触摸系统，通过网络浏览今天老师要讲解的内容，并将自己存在的问题提交给老师。上课铃响，老师步入教室，打开教学管理系统，查看是否有学生缺勤，查看学生给自己留下的问题，老师通过触摸投影设备随心所欲的教授课程，解答学生的问题，同步将授课情景传送到网络。进入实验室，学生通过自动识别系统找到自己的实验设备，实验设备通过触摸感应系统对违规操作和危险操作进行报警并终止实验，实验设备如是记录实验的过程、实验数据并进行分析得出实验结论。老师通过阅读实验数据给予每个学生的评价，教学管理系统如实的收集每个学生的学习过程数据、自动建立学生学习档案并发送到每一个需要的人。

　　通过对学生的时时定位，可以确保学生的人身安全，通过每一个宿舍的水压检测器，可以确保学生的用水安全，通过智能感应电表，可以实现每一个宿舍的用电安全，通过烟孔感应系统和对每一个消防设施的定位，可以最大限度的减少火灾隐患。

　　在每一个教学管理设备进行嵌入电子标签，建立相应的教学设备管理系统，可以对使教学资源的利用率达到最大值，有效的节约办学成本，实现教学设备管理规范化、自动化和智能化。通过校园物联网智能系统的建立，实现水电、餐饮、图书借阅、校园通信、校园宿舍出入管理的一体化管理，实现智慧校园。

　　3.2感知校园物联网结构设计。

　　校园物联网的建设采用星形拓扑结构，在校园内布置若干个射频基站，物联网内的每个物都嵌入电子标签，采用射频技术去主动寻找距离最近的射频基站，实现物与物、人与物的通信连接每个基站连接到校园局域网上，实现物与互联网的通讯，通过三网合一，最终把物联网中的物和手机等通讯设备、有线电视等视频设 备实现通讯实现最高程度的智慧校园。

图1-2 校园物联网连接结构图

　　台湾利用物联网的核心技术RFID技术支持学校安全管理，包括八个方面的内容：上下学及在校行踪通知服务；学生保健服务；校外教学管理；危险区域管理服务；校园访客管理系统；教育设备管理服务；学校大型会议人员管理服务；运动设施使用人员管理服务．对于学生的日常管理方面，在学校的关键地方如教学大楼楼梯口、教室等处，架设RFID读取器，通过学生配戴的RFID标签读取相关信息，统计学生出勤情况，老师也可通过网络查询学生出勤情况及目前所在位置或行进路线。

　　4.小结

　　物联网的发展刚刚起步，它的建设和完善是一个漫长的过程，智慧校园的建设是未来校园建设必然趋势，如何有效的推动物联网在校园建设上发挥作用，促进教育教学发展，提高教学质量，为我国从人力资源大国迈向人力资源强国奠定坚实的基础，这是一个永恒的课题，所涉及的范围也不仅仅是技术问题，希望本文的探讨能够起到抛砖引玉的作用，为智慧校园的研究者提供一些参考。