智慧校园的物联网应用

智慧校园的物联网应用

2021-03-17 | 2892

1、物联网技术概述

  （1）物联网架构

物联网是基于互联网等传统信息承载体，通过传感设备，实时监控、采集、交互信息，实现物与物、物与人的互联互通。物联网具有互联化、自动化、感知化等特性，是在互联网的基础上进行拓展，可以根据协议约定，把任何设备设施与网络连接，实现泛在感知、信息传输和智能处理等功能。

物联网的技术架构如下图所示，可分为设备感知层、网络传输层和平台应用层。

设备感知层相当于人的感知器官，是物联网识别物体和采集信息的关键要素。设备感知层主要包括二维码、RFID标签、传感器、摄像头以及物联网关、标签读写器，将采集的数据通过网络进行信息共享交互。

网络传输层相当于人的大脑和神经中枢，通过无线网、移动通信网和卫星通信网，提供泛在的接入和互连，负责传递设备感知层获取的信息。

平台应用层是基于行业需求，通过平台中间件完成对设备、事件、空间、认证等管理，提供丰富的应用，实现智能分析与控制，实现广泛智能化应用。在青岛智慧校园建设中，物联网应用多样，如：智慧教室、智慧实验室、智慧图书馆、资产管理、能耗管控，实现资源的合理调度、校园的绿色节能，推动教学、科研、管理、生活和服务的智慧化进程。

（2）物联网的应用类型

物联网应用主要可分为位置感知型、状态查询型、远程控制型、环境感知型、扫描验证型等5类应用。

位置感知是对人/物位置定位，根据定位技术区别，可实现室内定位和全球定位。室内定位常用到的技术有WI-FI、RFID、ZigBee、红外线、蓝牙和UWB超宽带技术。全球定位则依托GPS，可在全球范围内追踪位置信息，但是对室内的定位精确度不够，会存在较大误差。在校园中常应用于资产管理，实现对重要资产、实验设备仪器的位置跟踪。

状态查询是对设备数据的实时监控，在青岛智慧校园中主要应用于机电设备状态监管，通过传感器、仪表采集仪器、摄像头等硬件实时感知校园给排水、电梯、空调、排风、照明等基础机电系统的运行状态。在校园中常应用于水电抄表、能耗监测、智能井盖等。

远程控制是基于网关下发控制指令，对空调、新风、照明、灌溉等设备设施实现远程管控，同时可可结合环境、状态类传感器，实现全自动化。

环境感知是通过传感器采集被观测对象的各种信息，在环境要素种类上涵盖水环境、大气环境、土壤环境、声环境、风环境。

扫描验证基于无线射频识别技术，自动识别目标对象并获取相关数据，可实现身份的感知验证，通过管理软件，实现人员、车辆等身份识别和认证，建立合理高效的安全认证管理模式。广泛用于门禁控制、手机钱包、高速收费、货物跟踪等。

2、青岛智慧校园中常见的物联网应用

在物联网快速发展、应用领域增多的趋势下，校园也通过部署无处不在的传感器组成物联网，实现对校园信息的全面感知，结合大数据、云计算等技术对信息进行智能分析、处理，并做出科学决策，提高校园教学、管理效率，创建一个绿色、幸福的青岛智慧校园。智慧校园建设过程中在教学科研和综合管理中都能充分应用物联网技术，给学生、教师和管理者带来非同凡响的感官。

（1）教学科研

教室、实验室和图书馆是校园中学习和创造知识的主要场所，但是传统教室仍存在很多亟待解决的问题。依托物联网技术，可以打造智慧教室、智慧实验室和智慧图书馆等智慧空间，实现空间节能、环境监测、设备运维、资产管理等功能。

可通过部署环境传感器，动态监测室内温湿度、空气洁净度，与送排风系统和空调系统联动，通过物联策略自动调节，确保教学环境处于舒适状态；教师可远程控制教学设备开关运行，根据课程安排提前开启设备，系统自动诊断设备运行情况，及时安排物业人员维修，防止因为设备故障影响正常上课，也可避免非教学时段设备长时间开启、空转；通过部署气体传感器（一氧化碳、二氧化硫、可燃/易挥发气体等），监测实验室气体，保障实验室安全；通过部署一卡通系统，对进出教室和实验室的人员进行考勤统计，可将缺勤、迟到、早退的学生信息反馈到教务系统，实现教学过程跟踪。

此外学校图书馆目前多采用磁条、条形码的方式管理图书，存在图书查找、清点繁琐耗时，磁条易消磁防盗效果差，自动化程度低等缺点。智慧图书馆使用RFID标签能代替原有磁条，可以一次读取识别多个标签、重复使用，提高工作效率、加速流通速度，实现图书自助借还、图书定位、智慧盘点、智慧防盗等系列自动化、智能化管理功能。

（2）校园管理

校园管理涵盖消防、安全、道路、绿化、照明、环卫等多个对象，管理部门多，主要依靠人工管理，存在信息沟通不及时、管控比较被动、运营难度大等问题。校园管理的物联网应用主要包括智慧资产、智慧消防、智能环卫、能耗监测以及智慧灌溉等方面。

智慧资产是通过RFID标签+Zigbee的方式，对校园贵重资产进行位置跟踪，配合资产管理软件、RFID扫描枪以及位置感应器等软硬件，实现资产一键盘点、智能统计，当设备移动出预设范围，第一时间报警通知管理员，查看设备实时位置。

智慧消防是将物联网技术和GIS可视化相结合，通过部署智能视频监控、烟雾传感器、温度传感器、自动消防喷淋以及智能消防栓，通过物联网关获取设备信息，并在地图上进行可视化展现，在发生异常情况时，可第一时间获取事故地点、音视频信息、环境信息以及消防水源情况，解决消防设施监督不到位、消防水源状况不清、火灾现场情况不明、指挥调度盲目等传统消防管理弊端。

智能环卫是依托GPS定位对垃圾车、环卫工人的运转情况进行智能监管，同时可部署异味传感器和满溢倾倒传感器实现智能垃圾桶管理，有效维护校园美化环境，降低环卫运营成本。

校园对水、电、气的管理模式比较落后，经常存在跑冒滴漏现象，造成的能耗消耗大、安全无保障的现象。通过在各楼层、楼栋部署智能的水电气表，无线传输区域能耗数据，对学生宿舍、教室办公室等重点区域监测，提高能耗管理的精细度，响应节能减排、绿色环保的号召。

校园绿植分散，景观多样化，学校仍采用人工灌溉方式，造成人力、物力浪费。智慧灌溉通过采集土壤温湿度、天气情况以及水压水位信息，智能判断植物状况，自动开启水泵灌溉绿植。

3、物联网对青岛智慧校园的意义

随着教育信息化的发展和青岛智慧校园的发展，如何有效地管理校园硬件设备和软件系统是一个难题，如何利用青岛智慧校园更好地提高学校的管理水平也是迫切需要解决的问题。物联网技术可以改变传统校园的管理模式，减轻管理负担，最大程度发挥设备设施的能效性，提高资源利用率，为师生提供智慧的学习环境，激发学生的创造力与想象力。