基于物联网的智慧校园建设与发展研究

2023-01-12

物联网技术通过将网络与现实相连接, 为人们提供了更加智能的生活方式, 为生产生活提供了更加精准的管理控制模式, 其技术应用遍布于各个领域中。在校园教育领域, 物联网为推动由“数字校园”发展为“智慧校园”的转变, 带来了科学高效的方法。

1 物联网概念及关键技术

物联网是指借助无线射频识别技术、红外感应、激光扫描等多种感应及通信技术, 根据相应的协议完成信息的传递和处理, 从而实现物与物、物与人之间数据交互、信息识别的网络连接。物联网的网络体系和构架大致可分为感知层、网络层、应用层三个层次。感知层是指通过各种感应器、扫描仪等感知设备获取相关信息。网络层主要是借助网关、路由等将数据传输至网络, 实现数据交互和通信。应用层即为依托数据库、身份识别等服务技术提供相对应的技术服务。

物联网对于推动“智能校园”到“智慧校园”的转变具有重要意义, 其相关的核心技术主要包括以下几个方面。

1.1 传感器技术

传感器是指能具有感受被测量的能力, 并且能够按照一定的规律转变为可用于输出信号的设备或装置。传感器将感应的光、温度、声音等信息进行传输、分析、处理, 生成可供使用的有效数据传达至应用层。其中, 校园设备中的视频监控等装置即为物联网技术的应用。

1.2 射频识别技术 (RFID)

射频识别技术借助于射频信号能够准确识别目标, 其实质是通过空间耦合所产生的信号磁场, 完成信息传递并使用有效信息进行目标对象的识别射频识别技术系统主要由读卡器和射频标签两部分组成。在校园中, 射频识别技术主要用于身份识别等功能。

1.3 M2M (Machine-to-Machine/man) 平台

M2M指的是无线平台与通信相结合, 借助于隐藏网络的异构性来对应用的开发进行良好的优化和升级, M2M的功能以开放的接口形式为各式各样的应用程序提供相对应的功能。M2M平台的重要价值是利用无线通信技术, 为师生搭建综合信息平台, 提供稳定的一体化服务。

1.4 数据库

数据库的建设不仅包括全校师生所有的信息记录, 更是对所有使用者的行为、业务流程的资源、以及支持整个系统操作的信息。为了实现智慧校园中不同内容不同板块的功能, 数据库需要进行完善的建设和良好的维护, 才能使得智慧校园系统稳定的运行。

2 物联网在智慧校园中的作用

2.1 实现可视化管理

传统的校园管理中, 由于缺少智能识别等多种技术的支持, 管理多依赖于普通的监控设备以及人孔操作, 因此在管理过程中容易存在许多管理盲区以及管理效率低下等问题。智慧校园利用物联网的多项先进技术, 通过对校园内环境的多方位感知, 实现全面实时的动态监控反馈, 创造了可视化管理环境。在可视化的管理下, 管理者可以便捷的查找需要的信息, 进行智能控制, 在提高管理效率的同时, 减少管理盲区, 为校园的教学秩序和安全保障提供可视化检测。

2.2 创建现代化智能教学环境

在网络技术发展迅速的今天, 人们可以通过远程教育、资源共享等方式获取教育资源, 获得所需的教育服务。但传统的网络化教学存在虚拟性, 无法真实触碰与感受, 物联网技术可以将虚拟网络与真实空间相连接, 使得教学过程中的场景和物件数字化、可视化, 创建更加立体更加真实的教学场景, 极大地促进了人与设备, 人与环境的交互, 增加了师生之间已经学生之间的交流, 加深学生对课堂内容的感知和接受。现代化智能教学环境对提高教学质量, 丰富教学方式具有积极的影响。

2.3 平衡教育资源

在现今的教育制度下, 发达地区与欠发达地区、高收入人群与低收入人群存在着严重的教育资源不平衡问题。发达区域内优质的教师, 现今的多媒体设备以及丰富的教学资源都是欠发达地区难以获得的, 由此形成了教育不公平现象。而基于物联网技术的智慧校园, 可以将教育资源进行整合, 各个学校进行资源共享, 人们可以利用最低的成本获取最丰富的教育资源, 从而实现教育资源均衡问题。基于物联网技术的智慧校园对于消除各学校各地区的教育水平差距, 提高教学效率、降低成本具有重要的异议。

3 物联网智慧校园的具体应用

3.1 身份管理

在校园里管理中, 全校师生的身份信息认证管理是一个重要的部分。在智慧校园系统中, 利用物联网技术可以对身份进行统一的验证和管理。目前移动手机已经成为校园师生中广泛使用的通信设备, 因此可以通过将师生的完整个人信息以射频标签的形式写入SIM卡中, 并且记录在数据库内进行认证管理。新生入学毕业, 教师入职离职都可通过SIM卡的信息进行登记或者更改。基于物联网的身份识别功能, 师生在校期间, 所有的信息都可同步记录, 减少重复登记冗杂的行政事务, 同时还可以可以通过射频标签对其考勤、成绩等各方面活动进行动态管理, 提高管理效率及准确性。

3.2 智能教学

作为校园内最重要的任务之一, 教学是智慧校园最重要的一个模块。智慧校园通过对教室、设备、课堂、考核等方面的综合管理, 促使学校教学任务更加科学高效的进行。首先, 智慧教室可精确的感应到环境的变化、师生的状态、设备的运行情况, 并根据感知的数据, 根据不同的教学内容和形式, 利用现代化教学手段及设备, 呈现出更加丰富的情景式教学, 以加深学生对教学内容的认知, 从而提高学校的教学质量。其次, 传统的教室设备是相互独立操作的, 在智慧校园中, 设备与设备之间相互连接, 师生可以便捷的使用多媒体设备, 解决以往设备使用效率低的问题。再者, 物联网的身份识别技术可以对学生的课堂出勤、课堂表现进行综合的考核, 在节约教师教学时间的同时, 也能够做到公平公正的考核。

3.3 智慧后勤

目前, 我国各高校的规模持续扩大, 对后勤管理而言, 增加了一定的难度。物联网技术的介入, 可以使得后勤管理更加科学有序。智慧后勤主要包括校园安全、设备管理以及师生生活。第一, 安全管理部门利用GPS定位技术、身份识别技术、传感技术等对校园内师生人身财产安全、消防安全等问题进行全面监控, 以保证校内教学秩序的正常进行。第二, 对于各种水电及其他设备可以进行实时监控, 在无人使用状态下停止工作已达到节能减排的目的, 同时, 系统还需检测设备的异常情况确保正常作业。第三, 师生的消费、出入校园都可利用FRID标签进行统一管理, 人们可以通过一卡通进行缴费消费, 并根据学生的消费记录对当前学生的消费状况进行调研。

摘要：随着信息化程度的不断提升, 物联网技术水平也有了长足的进步, 人们所处的物质世界实现了高度的网络化、数字化, 物联网技术更是以传感方式将虚拟网络和现实世界连接在一起, 提供了更加现代化更加便利的生活方式。同时, 物联网的实际应用也渗透在各个领域, 其中校园的建设依托于物联网更是实现了智慧校园的管理与发展, 为教学与师生生活提供了更加综合的信息平台。本文从物联网的内涵及层次出发, 分析基于物联网的智慧校园建设的方向及存在的问题。

关键词：物联网,射频识别技术 (RFID) ,智慧校园,身份识别