智慧校園的物聯網應用

2021-03-17 | 3069

1、物聯網技術概述

  （1）物聯網架構

物聯網是基于互聯網等傳統信息承載體，通過傳感設備，實時監控、采集、交互信息，實現物與物、物與人的互聯互通。物聯網具有互聯化、自動化、感知化等特性，是在互聯網的基礎上進行拓展，可以根據協議約定，把任何設備設施與網絡連接，實現泛在感知、信息傳輸和智能處理等功能。

物聯網的技術架構如下圖所示，可分為設備感知層、網絡傳輸層和平臺應用層。

設備感知層相當于人的感知器官，是物聯網識別物體和采集信息的關鍵要素。設備感知層主要包括二維碼、RFID標簽、傳感器、攝像頭以及物聯網關、標簽讀寫器，將采集的數據通過網絡進行信息共享交互。

網絡傳輸層相當于人的大腦和神經中樞，通過無線網、移動通信網和衛星通信網，提供泛在的接入和互連，負責傳遞設備感知層獲取的信息。

平臺應用層是基于行業需求，通過平臺中間件完成對設備、事件、空間、認證等管理，提供豐富的應用，實現智能分析與控制，實現廣泛智能化應用。在青島智慧校園建設中，物聯網應用多樣，如：智慧教室、智慧實驗室、智慧圖書館、資產管理、能耗管控，實現資源的合理調度、校園的綠色節能，推動教學、科研、管理、生活和服務的智慧化進程。

（2）物聯網的應用類型

物聯網應用主要可分為位置感知型、狀態查詢型、遠程控制型、環境感知型、掃描驗證型等5類應用。

位置感知是對人/物位置定位，根據定位技術區別，可實現室內定位和全球定位。室內定位常用到的技術有WI-FI、RFID、ZigBee、紅外線、藍牙和UWB超寬帶技術。全球定位則依托GPS，可在全球范圍內追蹤位置信息，但是對室內的定位精確度不夠，會存在較大誤差。在校園中常應用于資產管理，實現對重要資產、實驗設備儀器的位置跟蹤。

狀態查詢是對設備數據的實時監控，在青島智慧校園中主要應用于機電設備狀態監管，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、排風、照明等基礎機電系統的運行狀態。在校園中常應用于水電抄表、能耗監測、智能井蓋等。

遠程控制是基于網關下發控制指令，對空調、新風、照明、灌溉等設備設施實現遠程管控，同時可可結合環境、狀態類傳感器，實現全自動化。

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

掃描驗證基于無線射頻識別技術，自動識別目標對象并獲取相關數據，可實現身份的感知驗證，通過管理軟件，實現人員、車輛等身份識別和認證，建立合理高效的安全認證管理模式。廣泛用于門禁控制、手機錢包、高速收費、貨物跟蹤等。

2、青島智慧校園中常見的物聯網應用

在物聯網快速發展、應用領域增多的趨勢下，校園也通過部署無處不在的傳感器組成物聯網，實現對校園信息的全面感知，結合大數據、云計算等技術對信息進行智能分析、處理，并做出科學決策，提高校園教學、管理效率，創建一個綠色、幸福的青島智慧校園。智慧校園建設過程中在教學科研和綜合管理中都能充分應用物聯網技術，給學生、教師和管理者帶來非同凡響的感官。

（1）教學科研

教室、實驗室和圖書館是校園中學習和創造知識的主要場所，但是傳統教室仍存在很多亟待解決的問題。依托物聯網技術，可以打造智慧教室、智慧實驗室和智慧圖書館等智慧空間，實現空間節能、環境監測、設備運維、資產管理等功能。

可通過部署環境傳感器，動態監測室內溫濕度、空氣潔凈度，與送排風系統和空調系統聯動，通過物聯策略自動調節，確保教學環境處于舒適狀態；教師可遠程控制教學設備開關運行，根據課程安排提前開啟設備，系統自動診斷設備運行情況，及時安排物業人員維修，防止因為設備故障影響正常上課，也可避免非教學時段設備長時間開啟、空轉；通過部署氣體傳感器（一氧化碳、二氧化硫、可燃/易揮發氣體等），監測實驗室氣體，保障實驗室安全；通過部署一卡通系統，對進出教室和實驗室的人員進行考勤統計，可將缺勤、遲到、早退的學生信息反饋到教務系統，實現教學過程跟蹤。

此外學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標簽能代替原有磁條，可以一次讀取識別多個標簽、重復使用，提高工作效率、加速流通速度，實現圖書自助借還、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、環衛等多個對象，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、運營難度大等問題。校園管理的物聯網應用主要包括智慧資產、智慧消防、智能環衛、能耗監測以及智慧灌溉等方面。

智慧資產是通過RFID標簽+Zigbee的方式，對校園貴重資產進行位置跟蹤，配合資產管理軟件、RFID掃描槍以及位置感應器等軟硬件，實現資產一鍵盤點、智能統計，當設備移動出預設范圍，第一時間報警通知管理員，查看設備實時位置。

智慧消防是將物聯網技術和GIS可視化相結合，通過部署智能視頻監控、煙霧傳感器、溫度傳感器、自動消防噴淋以及智能消防栓，通過物聯網關獲取設備信息，并在地圖上進行可視化展現，在發生異常情況時，可第一時間獲取事故地點、音視頻信息、環境信息以及消防水源情況，解決消防設施監督不到位、消防水源狀況不清、火災現場情況不明、指揮調度盲目等傳統消防管理弊端。

智能環衛是依托GPS定位對垃圾車、環衛工人的運轉情況進行智能監管，同時可部署異味傳感器和滿溢傾倒傳感器實現智能垃圾桶管理，有效維護校園美化環境，降低環衛運營成本。

校園對水、電、氣的管理模式比較落后，經常存在跑冒滴漏現象，造成的能耗消耗大、安全無保障的現象。通過在各樓層、樓棟部署智能的水電氣表，無線傳輸區域能耗數據，對學生宿舍、教室辦公室等重點區域監測，提高能耗管理的精細度，響應節能減排、綠色環保的號召。

校園綠植分散，景觀多樣化，學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、物聯網對青島智慧校園的意義

隨著教育信息化的發展和青島智慧校園的發展，如何有效地管理校園硬件設備和軟件系統是一個難題，如何利用青島智慧校園更好地提高學校的管理水平也是迫切需要解決的問題。物聯網技術可以改變傳統校園的管理模式，減輕管理負擔，最大程度發揮設備設施的能效性，提高資源利用率，為師生提供智慧的學習環境，激發學生的創造力與想象力。