基于物联网与大数据的智慧校园建设研究

谭华 马静莉

摘   要：在如今的大数据时代背景下，人们需要以更加创新和敢于应用新技术的思维方式来进行高校智慧校园的建设。鉴于此，文章将物联网技术与大数据技术相结合，以智慧校园信息化建设需求为目标，研究构建了一个基于物联网与大数据的智慧校园服务建设模型，并对该模型进行了阐述，结合智慧校园建设实际需求，对智慧教学管理服务、智慧校园生活服务及智慧信息共享服务的建设进行了论述。

关键词：物联网;大数据;智慧校园;建设研究

2010年，浙江大学在信息化“十二五”规划中首次提出“智慧校园”的建设蓝图。这幅蓝图描绘的是：无处不在的网络学习、融合创新的网络科研、透明高效的校务治理、丰富多彩的校园文化、方便周到的校园生活。随着网络和信息技术的不断发展，将物联网应用于智慧校园建设中、建构基于物联网的智慧校园[1-2]逐渐成为高校教育信息化建设的发展趋势。但在如今的大数据背景下，人们需要以更加创新思维的方式对高校智慧校园进行建设。鉴于此，本文对基于物联网与大数据相结合的智慧校园建设进行了研究。

1    智慧校园及相关支撑技术介绍

1.1  智慧校园

智慧校园是将人、信息技术、教学资源及环境以及社会性要素有机整合在一起的一种独特的校园系统。它是数字校园的进一步发展和提升，是教育信息化的更高级形态。例如，黄荣怀教授认为，智慧校园是一种以面向师生个性化服务为理念，提供无缝互通的网络通信、有效支持教学过程分析、评价和智能决策的开放教育教学环境[3]。

智慧校园的3个核心的特征[4]：（1）为广大师生提供一个全面的智能感知环境和综合信息服务平台，提供基于角色的个性化定制服务。（2）是将基于计算机网络的信息服务融入学校的各个应用与服务领域，實现互联和协作。（3）是通过智能感知环境和综合信息服务平台，为学校与外部世界提供一个相互交流和相互感知的接口。

1.2  物联网技术

物联网是通过智能传感器、射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）等信息传感设备，按照约定的通信方式和协议，把物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[5]。当前，物联网已广泛应用于智能家居、仓储物流、交通控制、能源电力、医疗等领域，对促进国民经济的发展和社会生活的改善发挥了巨大作用。

物联网的基本架构包括3层，即感知层、网络层、应用层。感知层主要用于利用各类传感器设备对物理世界的各类物品进行感知识别和信息采集。网络层主要是利用WiFi、以太网、互联网等网络对感知层采集到的数据信息进行传输。应用层将感知层采集的数据与根据实际应用需求，实现智能化的应用。

1.3  大数据技术

大数据技术[6]是包括大数据采集、大数据存储、大数据分析等技术。其中，大数据处理技术是指对数据进行抽取、清洗和转换，使分散、零乱、标准不统一的数据整合到一起。大数据存储主要是借助大规模并行数据库、分布式数据库、云计算平台对大数据进行存储。大数据分析技术是利用一些数学计算、统计方法和数据挖掘算法等对海量数据进行统计、归纳、分类和整合，从而获取数据信息中隐藏的潜在的有价值的信息。

2    智慧校园建设需求

根据每个学校的实际情况不同，智慧校园的建设需求[7]也会有所不同。但总体建设需求基本一致，主要体现在3个方面：（1）基础资源建设主要包括硬件设施和网络资源建设，在建设时，还要考虑相关设备的安全性、可靠性、容错性、兼容性以及可拓展性。以保障硬件设备和网络资源具有良好的预见性。（2）信息资源建设，也即数据平台建设，主要根据学校发展要求，做好信息资源管理的规划和顶层设计，建立标准化要求的信息资源中心数据库，同时，要保障信息资源数据库的可靠性和安全性，因为信息资源是学校的宝贵财富，直接影响到学校的创新发展。（3）智慧化服务建设，是智慧校园建设的主要目的，也是智慧校园建设的重要内容。

3    智慧校园建设体系架构

在深入研究物联网技术和大数据技术要素的基础上，结合智慧校园信息化建设的需求，构建了如下基于物联网与大数据的智慧校园建设体系架构模型，如图1所示。

该模型自下而上分为4层，分别为智能感知层、网络传输层、平台数据层、应用服务层。

（1）智能感知层是利用传感器网、视频采集卡、射频识别、二维码等智能感知设备和终端对物品进行全面感知，用于完成物体的识别及信息的采集。同时，借助短距离传输技术、自组织网络、协同信息处理技术等对信息做进一步的信息处理，以完成信息数据的标准化要求。

（2）网络传输层是实现对感知层采集的数据信息在机器对机器（Machine to Machine，M2M）架构网、异构网、移动通信网、互联网等网络上进行实时、准确的传输，以实现数据信息交互和通信。网络传输层对应于智慧校园建设中的网络硬件设施，它由互联网、移动通信网和无线通信网、M2M架构网等异构网及网络管理系统组成，在智慧校园中起到信息传输的作用。

（3）平台数据层是智慧服务的数据支撑平台，对网络层传输的传感器数据、元数据、分布式数据进行存储和管理，同时，建立基于云计算、大数据分析、数据挖掘的数据支撑平台。为应用服务层的智慧服务提供数据支持。

（4）应用服务层是智慧校园体系架构的顶层，也是智慧校园建设的核心，它是基于平台数据层，根据学校业务需求，来建立相应的智慧应用服务。而且这些应用服务能够以业务流程的方式来对智能感知层、网络传输层和平台数据层的服务及能力进行整合，从而实现智慧管理业务模式，进而提升学校的整体运营效率，并且降低运营与管理成本。

4    智慧校园服务建设

智慧校园建设最为核心的就是各类智慧服务建设，主要包括：（1）智慧教学管理服务。（2）智慧校园生活服务。（3）智慧信息共享服务。

4.1  智慧教学管理服务

智慧教学管理服务主要包括：智慧教学、智慧实验室、智慧图书馆等。

（1）智慧教学是以大数据为基础，利用数据统计分析技术，打造个性化的学习环境、挖掘学生发展潜力、优化教学资源配置。如在教室里，通过智能摄像头对上课人数进行统计，来判断选课学生人数及学生参与课程的积极性，从而决定该课程未来的安排与设置，为课程评估管理提供量化的依据。

（2）智慧实验室利用无线射频技术融合门禁管理，当师生进出实验室的时候，通过RFID校园卡进行身份识别和门禁控制。同时，利用物联网信息系统实现对实验人员、实验设备及实验过程的科学管理。

（3）智慧图书馆打造基于电子标签的图书定位管理，以提高图书的查找效率，以及通过RFID标签实现图书的智慧借阅和归还。还有根据图书借阅人员的专业、历史借阅和图书查询等记录信息，挖掘借阅者的兴趣和爱好，以短信等方式主动向借阅者推荐可能感兴趣的图书。

4.2  智慧校园生活管理

智慧校园生活服务主要包括：智慧校园消费、智慧学生管理、智慧后勤保障和智慧校园环境等。

（1）智慧校园消费通过含有RFID的校园卡进行校内日常消费，当师生在食堂、超市、茶水房等刷卡消费时，相应的金额信息就被读取出来，扣除当前消费额并保存余额，同时，消费记录可以以短信息的方式发送给卡主。

（2）智慧学生管理主要是借助校园网络在校门、教室、操场等场地设置RFID接收器，学生出入相应区域时其信息被自动记录，并形成学生的运动轨迹，有效掌握学生的方位，便于对突发事件进行及时处理。同样使用无线射频识别技术，要求学生在进出入宿舍时需要进行身份识别。可以防止不法人员趁机潜入，有效保护学生的财产及人身安全。

（3）智慧后勤服务主要是采用物联网技术实现后勤管理的智慧化，如物联网技术对某区域的水电使用情况进行监测管理，以实现节能减排。通过定位技术和传感技术对校园火灾等事故地点进行自动定位和感知，并及时通知消防人员到达处理现场。还有通过对校内车辆放置RFID识别卡，来对校园车辆进行定位识别管理，以保障校园行车安全。

（4）智慧校园环境通过在校园环境的路灯上安装测光元件及控制器，建立基于物联网的智能照明系统，可根据时间、天气、环境光线强度等来实时智能控制和管理。同时，部署摄像头及RFID接收器在教学区、图书馆等重要场所，实现区域监控和人物识别。方便安防管理人员实时监控、报警及应急处置。

4.3  智慧信息共享服务

建立智慧信息共享服务是也高校信息化建设最为重要的内容之一。它可以提供许多关于教学、科研、管理、生活中的学习资源，为师生自主学习提供高品质的学习资源，同时，它也是非常重要的信息发布渠道，例如发布考试信息、发布教学信息、发布学生活动等。

5    结语

智慧校园是高校信息化建设的最终目标。但目前，智慧校园的建设仍处在摸索实践阶段，还存在建设标准不统一、新技术应用不夠成熟等问题。其建设也不能一蹴而就，应该充分认识功能内涵，并结合新技术逐步展开实践探索，因地适宜，以达到智慧校园信息化建设的可持续发展。

[参考文献]

[1]刘苗苗，张永生.基于物联网的智慧校园建设方案应用探索[J].大庆师范学院学报，2016（6）：20-23.

[2]谢静思.基于物联网的智慧校园平台建设研究[J].现代信息科技，2017（1）：135-136.

[3]黄荣怀，张进宝，胡永斌，等.智慧校园：数字校园发展的必然趋势[J].开放教育研究，2012（8）：12-17.

[4]宗平，朱洪波，黄刚，等.智慧校园设计方法的研究[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2010（4）：15-19，51.

[5]杨恒.最新物联网使用开发技术[M].北京：清华大学出版，2012.

[6]程学旗，靳小龙，王元卓，等.大数据系统和分析技术综述[J].软件学报，2014（9）：1889-1903.

[7]胡金萍.基于大数据的智慧校园建设研究[J].科学技术创新，2018（8）：72-73.

Research on intelligent campus construction based on Internet of Things and big data

Tan Hua1， Ma Jingli2

（1. Nanning College for Vocational Technology， Nanning 453000， China;

2. Guangxi College for Preschool Education， Nanning 530022， China）

Abstract：In the background of the big data age， people need to construct the intelligent campus of colleges and universities with more innovative and dare to apply the new technology. In view of this， this paper combines the Internet of Things technology with big data technology. With the aim of building intelligent campus informatization， a model of smart campus service construction based on the Internet of Things and big data is constructed， and the model is expounded. The construction of intelligent teaching management service， intelligent campus life service and intelligent information sharing service are discussed based on the actual needs of intelligent campus construction.

Key words：Internet of Things; big data; smart campus; construction research