基于5G技术的智慧校园应用探讨

陈大海

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

近年来，第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology，5G）作为新一代蜂窝移动通信网络技术，以超高速率、低时延、大容量、高可靠以及泛在连接等特点，在工业制造、车联网、自动驾驶、远程医疗以及智慧城市等领域实现了非常成功的应用并创造了相应价值[1,2]。在教育领域，结合人工智能、大数据、云计算、物联网以及虚拟仿真等新技术，围绕“5G+智慧校园”的应用场景不断推出，相关的应用也越来越成熟，例如5G直播互动、5G虚拟仿真实验和培训等，基于5G的智能应用为学校管理、虚拟体验等提供有效支撑[3]。基于此，本文将重点探讨高职类院校中“5G+智慧校园”的应用和建设方案。

1 智慧校园建设对5G技术的需求

为了推进《5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）》实施，促进5G和教育创新融合，工业和信息化部、教育部联合开展了关于“5G+智慧教育”应用试点的工作[4]。在“5G+智慧校园”建设内容中，要求构建校园5G、光纤、无线局域网融合的校园网络体系，通过5G技术、移动互联网、云计算等的应用，逐步从数字化校园向智慧校园过渡，从而真正实现新型智慧校园建设[5]。

通过基于5G网络环境的智慧校园建设为广大师生提供教学的新方法和新模式，不断促进科技与教育的融合。随着5G技术在智慧校园中智慧教室、校园云平台等多个方面的创新应用，有效解决了数字校园面临的问题和困境，从而更好地满足新时代教育需求，为实现教育信息化2.0行动计划提供助力。智慧校园是高等教育校园信息化发展的必然趋势，高校数字化转型、自动化办公等都离不开新一代信息通信技术的支持[6]。

2 5G+智慧校园建设方案

充分利用5G技术，结合智慧校园建设需求打造基于云计算的5G+智慧校园应用框架，包括基础设施、支撑服务、智慧应用3层架构以及统一的标准规范体系、安全保障体系、运维管理系统3大体系，如图1所示[7]。

图1 5G+智慧校园应用框架

通过5G技术对现有校园智能化与智慧化建设进行改造，在校园范围内开展5G技术示范应用，如5G+自动驾驶、5G+智慧物流、5G+智能工程等应用场景[8]。基于场景和应用等多个维度，围绕“云管端”专业应用架构建设5G技术应用实训基地，通过信息和通信技术（Information and Communications Technology，ICT）协调创新服务，为基于5G的复合型人才培养教学提供支撑[9]。

本建设方案遵循“顶层规划、创新引领、改建并举、融合提升”的原则，通过完整的建设规范设计保障智慧校园建设的顺利实施。对“5G+智慧校园”应用进行顶层规划，制定与实际需求相适应的总体设计方案，明确相关的建设路径、建设步骤，确保智慧校园建设整体的统一性和合理性。以创新思维推动智慧园区建设，重点突出5G在智慧场景中的应用，推进产教融合，同时探索教学、教务、实训等领域的新模式，打造优势互补、沟通顺畅以及管理高效的智慧场景应用。充分利用已有建设基础，节约建设资源，适当改造，对部分必要的5G设备设施进行新建，有效推动5G网络基础设施建设。通过完善信息基础设施，构建统一高效的应用平台和智慧应用体系，打造“5G+行业应用”的智慧校园应用和5G技术应用实训基地，提升院校职业教育水平，优化实训环境，为培养基于5G技术的应用型人才提供强大支撑。以下围绕智慧校园智能化建设、5G技术应用、智慧信息杆柱建设、综合应用平台建设展开探讨。

2.1 智慧校园智能化建设

一般而言，高等院校的校园信息化和智能化建设已经具备一定的规模，基于节约投资考虑可以进行利旧使用和适当改造。智慧校园智能化围绕校园安全、日常管理服务，按照学校的定位及实际需求进行取舍，建设内容主要包括视频监控、人脸门禁、电子班牌、智能会议室以及5G网络机房等。

视频监控作为智慧校园建设的一个重要组成部分，负责为校园安全提供基础保障。视频监控一般分为室内和室外，室外通常在常规道路、边界、重点区域布置视频监控，室内一般在大厅、机房、实训教室以及会议室等布置视频监控。监控摄像类型包括人脸识别摄像机、无线摄像机、半球摄像机、人脸点名摄像机等。监控系统如图2所示。

图2 视频监控系统

视频监控系统主要由前端信号获取、中间信号传输及后端信号还原处理3大部分构成。前端设备负责信号的采集，主要包括摄像机、镜头、防护罩、支架等。后端设备的作用是对前端已采集到的信号进行处理，主要包括视频信号的切换、显示和记录等。前端和后端设备的中间部分为信号传输系统，通过电信部署的WiFi网络进行传输，通过电信CPE主机进行信息回传。

人脸门禁系统建设包括人脸门禁设备、人脸库采集、管理平台等，可以对校园重要区域（如实训教室、实验室、会议室以及机房等）进行严密监控。该系统支持不同区域门禁权限设置和活体检测，对验证准确率、比对时间、无感开门均有较高要求。此外，在电子班牌、智能会议室、5G网络机房等建设过程中也需要充分考虑现有资源的利用或升级改造。

2.2 5G技术应用建设

基于5G技术进行实训教学服务建设，可以建设相应的5G智慧实训教室、实验室、实训基地等。基于5G技术的前瞻性、实用性以及融合性等特点，结合物联网、移动互联网、大数据等技术提供场景化的应用。5G智慧实训教室建设由场景展示区域和实训区域组成，其中场景区域要求能快速模拟微型应用场景，支持搭建“5G+智慧应用”的微型应用场景，支持现场终端与智慧校园平台、操作设备实现高速互联。在实训区域建设并配置相应的实训操作台，满足实训操作需求，支撑应用场景推送至实训操作台，可根据现场要求进行操作，包括场景搭建、拆解、安装以及流程模拟等，通过实训操作掌握相关技术的实际应用。基于5G技术构建实训基地，将虚拟实训模拟与真实实训操作相结合，基于仿真软件还原真实场景，通过虚实结合的多元化5G实训为教学内容改革和应用技术的研究提供全方位支持。

2.3 基于5G的智能信息杆柱建设

智能信息杆柱是集多种通信方式于一体的智能化设备体系。本文主要讨论基于5G技术的智能信息杆柱在智慧校园中的应用，主要包括信息发布屏、智能照明设备、视频监控设备、空气监测设备、智能充电设备、数字广播设备、呼叫报警设备以及5G微型基站等，如图3所示[10]。

图3 智能信息杆柱功能示意图

基于智能信息杆柱的一体化集成，加载智能化设备，并实现设备间的信息互联互通，可有效减少投资，促进资源得到充分利用。智能信息杆柱建设主要为5G智慧校园的室外5G通信连接、5G+自动驾驶应用以及物联网应用等提供基础支撑，同时也可兼顾照明、空气监测、信息发布、应急广播以及智能充电等功能需求，具体建设时需要考虑应用场景的实际情况。

2.4 5G综合应用平台建设

5G智慧校园建设除了前端智能设备和应用场景建设外，还需要配套建设相应的综合应用平台。通过综合应用平台对新建的5G应用数据进行接入、共享及分析，同时也要集成智慧校园的安防、实训、日常管理以及信息共享等内容。

与此同时，综合应用平台要实现综合态势分析、智慧安防、智慧实训、物联感知以及综合管理等功能建设。其中综合态势分析基于5G网络大带宽、低时延的优势，汇聚校园内的物联设备、视频监控、实训监测场景等相关数据，展现校园园区全景，实现可视化分析。智慧安防基于5G和人工智能等技术，将校园的安防数据实时接入到平台中进行分析，为校园的安防提供支撑。智慧实训基于5G技术实现对实训区域的监测和管理，包括通过5G通信技术实现各类监测和控制数据、门禁数据、电子版本数据、实训操作数据等与平台的互通。物联感知是基于5G技术实现超大规模数据、超高时延要求的物联网数据接入，打破目前移动通信网络技术无法支撑部分服务的限制[11]。综合管理是通过综合应用平台实现数据业务等权限设置以及对用户、日志等的管理要求[12]。

3 结 论

以高职院校的5G+智慧校园应用建设为例，阐述了智慧校园建设过程中5G技术应用的场景，提出了部分5G应用场景的建设建议及其实现的对应功能。随着5G、物联网等多网融合的推进，智能互联基础设施建设将为新一代智慧校园建设奠定基础。实用型新技术在智慧校园中应用并服务于校园管理和教育，为保障校园安全、促进教育的发展以及培养高素质人才提供基础保障。