物聯網技術在中小學校園的應用探討

引言

近年來，隨著計算機技術、通信技術和無線傳感網技術 的飛速發(fā)展，代表著互聯網下一步發(fā)展方向的物聯網技術, 逐步由概念和理論邁向了實際的部署和應用。物聯網有著非常 廣泛的用途，遍及智能交通、環(huán)境保護、政府工作、公共安全、 平安家居、智慧社區(qū)、工業(yè)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、路燈照明管控、 老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監(jiān)測、食品溯源等多個 領域。將極大地改變我們的生活、工作和學習方式。目前，物 聯網在校園中的研究與應用雖尚處于起步階段，但這一問題的 探討將給教育帶來極大的變革。

“百年大計、教育為本”，中小學生的成長和教育問題，是 政府、學校、家長以及全社會廣泛關注的問題。如何優(yōu)化教 學配套設施、杜絕校園內的安全隱患，進一步提高教學質量, 成為了家長和學校急待解決的問題。聯網技術在這一領域也 發(fā)揮著十分重要的作用，目前，智慧校園的主戰(zhàn)場在于高校中, 而在自制能力比較差、自我保護意識薄弱的中小學生身邊物聯 網的應用更加迫切，中小學校園的建設更離不開物聯網技術, 以便為中小學生創(chuàng)建一個高質量的學習生活環(huán)境。物聯網的發(fā) 展能夠進一步推動我國現代化教育事業(yè)的發(fā)展，也能為我國 的物聯網行業(yè)提供廣闊的發(fā)展前景。

1校園物聯網的架構

物聯網是指通過RFID、紅外感應器、GPS、激光掃描器、 氣體感應器等信息傳感設備，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、 互動的物體或過程等各種需要的信息，與互聯網結合形成的 一個巨大網絡。其目的是實現物與物、物與人，所有的物品與 網絡的連接，方便識別、管理和控制。簡單來說，物聯網就是“物 物相連的互聯網”，如果把物聯網用人體做一個簡單比喻，傳 感器相當于人的眼睛、鼻子、皮膚等感官，網絡就是神經系統 用來傳遞信息，最后把感知到的信息送到大腦進行處理。

物聯網作為一個系統網絡，與其他網絡一樣，也有其內 部特有的架構。物聯網系統有三個層次。一是感知層，即利用 RFID、二維碼、傳感器等隨時隨地獲取物體的信息；二是網 絡層，通過各種電信網絡與互聯網的融合，將物體的信息實時 準確地傳遞出去；三是應用層，把感知層的得到的信息結合 云計算、數據存儲、平臺服務等技術對獲得的信息進行處理, 實現智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等實際應用。校園 物聯網的架構如圖1所示。

2校園物聯網關鍵技術

2.1 傳感器

傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所

需形式的信息輸出。

傳感器負責物聯網信息的采集，它是實現自動檢測和自 動控制的首要環(huán)節(jié)，是物聯網服務和應用的基礎。如果沒有傳 感器對被測信息進行捕獲和轉換，一切準確的測試與控制都 將無法實現。隨著技術的發(fā)展，傳感器廣泛的應用于工業(yè)生 產自動化、國防現代化、航空技術、航天技術、能源開發(fā)、環(huán) 境保護與生物科學等領域。

2.2無線傳感器網絡

無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSN)由 部署在監(jiān)測區(qū)域內大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無 線通信方式形成一個多跳自組織網絡。無線傳感器網絡是一種 全新的信息獲取平臺，能夠實時監(jiān)測和采集網絡分布區(qū)域內的 各種檢測對象的信息，并將這些信息發(fā)送到網關節(jié)點

一個典型的傳感器網絡結構通常由傳感器節(jié)點、接收發(fā) 送器(sink)、Internet或通信衛(wèi)星、任務管理節(jié)點等部分構成。 傳感器網絡節(jié)點包括傳感單元、處理單元、通信單元以及電源 部分。在傳感器網絡中，節(jié)點通過自組織方式構成無線網絡, 以協作的方式感知、采集和處理網絡覆蓋區(qū)域中特定的信息， 以實現對任意地點信息在任意時間的采集、處理和分析。傳感 節(jié)點之間可通過網關完成和公用Internet網絡的連接，具有快 速展開、抗毀性強等特點，在軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護理、 智能家居、工業(yè)生產控制以及商業(yè)等領域有著廣闊的應用前景。

2.3智能嵌入式技術

嵌入式技術是在Internet的基礎上產生和發(fā)展的，嵌入 式系統的Internet接入、Web服務器技術以及嵌入式Internet 安全技術，是嵌入式系統Internet技術的關鍵和核心。物聯網 技術中所采用的各類高靈敏度識別、專用信號代碼處理等裝置 的研發(fā)，將進一步推動智能嵌入技術在物聯網中的應用。嵌 入式系統以應用為中心，將軟件固化集成到硬件系統中，一般 由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統以及用 戶的應用程序等部分組成。21世紀后，各種家用電器如電冰箱、 自動洗衣機、數字電視機、數碼相機等廣泛應用這種技術。

3物聯網在中小學校園的應用

物聯網技術在中小學校園的建設中也越來越發(fā)揮著十分 重要的作用。本文以“四個系統-一個平臺”為核心設計理念, 構建了一套完整的物聯網智能校園體系。

3.1校園設施管理系統 管理系統，該系統將成為校園新的信息源，任何與校園有關 的設施信息都將給定位，并與空間數據聯系起來。用戶將可以 圖文并茂的查詢校園信息，給學校的設施維修工作帶來了很大 方便。

GIS數據庫中存儲所有的校園相關設施，對這些目標都 要進行數字化存儲建庫，對于每個設施，都可貼上唯一的電 子標簽，而標簽上的編碼也要記錄在每個目標的數據中，從而 使得基礎設施空間數據庫中的標簽數據與物聯網中的標簽數 據一致。一旦某個設施出現問題，傳感器會將故障部件位置 傳送到數據中心，維修人員可持便攜式移動終端前去維修，該 部分是集GPS定位和RFID讀寫功能于一體的設備，這時首 先依靠GPS進行宏觀定位的。在地下管網維修時，由于缺少 GPS信號的支持，借助于物聯網技術，可以利用RFID讀取 各個目標的標簽信息，然后通過該標簽信息從GIS數據庫中 找到相應的設施目標，從而實現RFID輔助下的目標精確定位。 從而實現對校園設施的快速維護，保證學校的正常運轉。

3.2校園安防管理系統

校園作為人員相對密集的地方，并且中小學生的安全防 范意識薄弱，自救能力差，所以在中小學校園中的安全管理 尤為重要，利用門禁、視頻監(jiān)控、電子圍欄等技術，合理部 署多級傳感器全面感知校園的環(huán)境、物品及外來入侵人員的變 化情況，及時提示或者報警。

門禁。在校園門口安裝射頻閱讀裝置對進出校園的 人員信息進行讀取，然后將自動采集的信息傳送到后端系統進 行存儲分析，當學生上學、放學在校園門口進出的時候，以及 學生乘坐校車上下學時可進行RFID人員檢測，系統自動以短 信的形式將學生的出入信息及時通知家長，方便家長隨時了解 孩子的動態(tài)信息。對于中學的學生宿舍門口也同樣安裝門禁裝 置，沒有權限的人員不可以進入宿舍，對外來人員進行拜訪登 記，確保學生的安全；

電子圍欄、視頻聯動。學校邊界建設脈沖電子圍欄, 學校重點部位部署紅外攝像頭，可以進行人員異常行為分析 檢測，實現主動防護，入侵報警，報警視頻聯動等功能，可 將企圖入侵者拒之于防區(qū)之外，提高學校的安全防范等級。并 把入侵信號送至報警主機，以保證值班人員及時了解防區(qū)信息 并作出快速的處理；

傳感器。通過在教室、走廊、宿舍安裝煙霧、溫度 感知裝置，當煙霧濃度和溫度超過危險值時，傳感系統自動 啟用滅火裝置進行滅火，同時發(fā)出警報將險情傳給安保中心 及時處理險情；

食材溯源。中小學生正處在身體成長發(fā)育的重要階段, 對食品質量衛(wèi)生狀況要求較高，基于物聯網的食堂食品安全是校園應用重要的一部分，通過在食堂安裝衛(wèi)生監(jiān)控系統進行 衛(wèi)生監(jiān)測、食材溯源，加強食堂飯菜監(jiān)管，讓學生健康的成長。

3.3智能教學系統

學校教室所處的環(huán)境中，電子電器設備日益增多，電器 的使用對教學的影響是越來越大。尤其中小學生自控能力較 差，為中小學生打造一個智能的教學環(huán)境對其養(yǎng)成良好的習慣， 增加學習興趣有著積極的作用。而傳統的課堂所用管理方法 還是人工被動管理，現在我們可以通過物聯網技術在教室中 構建成一個物聯網，讓所有的設備通過智能平臺進行智能管 理。學生或者老師一旦進入教室，光線識別系統自動判斷是 否需要啟動照明，實現對教室光線自動感應，通過實時數據 采集與數據發(fā)布，保證教室光線質量，溫度感應系統自動判 斷是否需要啟動空調等設備，人像識別系統開始工作，判斷如 果是老師則啟動相關多媒體設備，如果是學生則自動簽到，在 開始上課前將已簽到的學生信息反饋到教師多媒體設備上面。 3.4綠色校園系統

建設數字化節(jié)約型校園，是共同應對我國資源相對緊缺、 生態(tài)環(huán)境比較脆弱應擔當的國家責任。通過對各數據的智能 采集，把學校的電力消耗、水電資源消耗等情況集中到全實時 化的監(jiān)測管理平臺上來，管理人員可隨時隨地感知學校各系 統設備的能耗，并可以根據采集的數據建立數學模型，為學 校提供指標化管理的具體依據。同時結合傳感器實現對校園 的教室及其他重點部位的環(huán)境在線監(jiān)控，主要包括監(jiān)測點的 溫濕度、空氣中的CO、CO2等含量，從而為學校的“減碳排放” 和“低碳發(fā)展”，提供了技術基礎和平臺支持。

3.5校園物聯網綜合管理平臺

校園物聯網綜合管理平臺包括：設施管理系統、安防管 理系統、智能教學系統、綠色校園系統。整個平臺就是將各 種應用系統、數據資源和互聯網資源集成到一個信息管理平臺 之上，它把分類系統的不同功能有效地組織起來，為各類用 戶提供一個統一的信息服務入口。校園物聯網綜合管理平臺框 架如圖2所示。

教育局系統可以用專網接入學校物聯網綜合管理平臺, 使教育局可以遠程訪問到本學校的資源，為其更好地規(guī)劃調 整學校網點布局，管理學?；?、校舍和校產及教育用地提 供參考數據，同時對雙方傳送的文件可進行加密處理，防止教 育相關機密文件的泄露。

4結語

物聯網要在教育領域獲得廣泛的應用，目前仍有許多問 題需要解決，如費用問題、信息安全問題等。然而隨著物聯網 技術的不斷成熟和發(fā)展，其在中小學校園中的智能應用也會 進一步深入，最終將提升教育信息化水平，有利于教育質量的 提高。本文探討了物聯網在構建校園智能化設施管理、安防 管理、教學管理、綠色校園等方面的應用，但物聯網在構建智 能校園的作用中遠遠不止這些，在不久的將來，物聯網技術會 使我們的校園變得更加美好。

20211120_6198ebd8507cf__物聯網技術在中小學校園的應用探討