高校“智慧校园”建设框架初探

邬鹏飞 贾宇博

（1.海军军医大学教研保障中心，上海 200090；2.海军工程大学作战运筹与规划系，湖北 武汉 430033）

0 引言

目前，物联网、大数据和人工智能为智慧生活和城市奠定了基础。智慧校园是信息化时代的一种新兴趋势，是教育机构将智能技术与物理基础设施相结合，以改善教学服务、组织决策、校园可持续性等问题的新路径[1]。在智慧校园的框架下，校园层面已经实施了各种解决方案，例如智能微电网、智能教室，通过人脸识别、智能卡等方式考查学生出勤等。

教育部门从数字技术中受益匪浅，并创建了一些应用程序，旨在改善从幼儿园到中学再到高等教育的各个层次的教学和学习体验。另一方面，智能应用[2]正被广泛用于校园中控制电器和互联设备，例如监控摄像头、灯、门禁控制、加热系统等。此类智能解决方案可有效调动和使用所需资源，以提高学生学习、生活质量，减轻环境压力。物联网和智能手机的集成已经彻底改变了高校教育和教学管理，越来越多的信息化技术正在开发中，旨在为学生提供便利。

虽然这些小规模的解决方案在一定程度上有助于智慧校园的实现，但智慧校园的通用模型尚未建立。因此，本文基于智慧城市概念提出了智慧校园的初步框架，并对网络及微电网、人员管理模块进行了初步分析。

1 高校智慧校园基本框架

由于智慧校园的概念主要集中在基础设施建设上，故将框架任务分为高、中、低三个优先级。利用传统的资源分配方法扩展到智慧校园领域，并提供相应解决方案，弥补理论模型和实际系统之间的差距，并有可能实现智慧校园。全国高校都在如火如荼地开展与智慧校园相关的论证和计划，各类方案不计其数，有些方案别具特色。例如，对位于雨水很少和高温的干旱地区的校园来说，收集太阳能比建立收集和储存雨水的基础设施更贴近需求。对于面积较大的大学，要优先考虑智能电网[3]、智慧出行等。

很多高校在智慧出行、智慧教室等部分启动了智慧校园相关项目，但仍缺乏智慧校园的整体观。因此，基于大学的通用结构，适用于大多数情况，本文提出了智慧校园的初步框架，如表1所示。

表1 高校智慧校园建设的初步框架

2 智慧校园网络及微电网

智慧电网是智慧校园的主要支柱，能够在智慧校园背景下顺利运营。仪表板上的实时数据可帮助管理人员对校园是否运行平稳进行管理。此外，网格提供了一个观测校园的能源使用模式。虽然智能电网的作用如此重要，但他并不能替代智慧校园的主体。

智能微电网集发电和输送服务于一体。校园通常是节能的低压配电系统。校园中的大多数设备都得到了改进，能够根据负载以各种速度运行。这种情况允许系统适应负载并降低处理器速度。当工作负载低并关闭/休眠未使用的/系统中不必要的部分时，闭环控制系统有助于通过微电网等进行控制。例如，太阳能有助于提高适应气候变化的系统效率。

支持物联网的服务不断与智能电网通信并交换数据，例如智能停车产生的电力及其对电力的使用[4]。安装在停车场的灯和其他设备这些停车场的基础设施可以在白天为安装在场所内的设备收集太阳能，并可以储存额外的能量以供夜间使用。通过智能计量系统，智能基础设施之间保持持续通信，收集此类统计数据并相应地分配给各网格仪表板。

通过使用人工智能，可以预测未来的需求。随着海量数据的产生，可以通过深度学习分析可用的数据，以获得更多准确的预测。

例如，校园监测“噪声水平”并没有明确受益于微电网，而是隐含地向终端仪表板提供统计数据以进行测量校园对气候变化的适应能力。当校园噪声水平超过阈值水平时应发出警报，即一间教室中的噪声会影响在另一个相邻的教室里讲课。

总之，大学校园的微电网主要目标是提供优质教育，检测到或解决掉任何其他异常情况。智能微电网直接促进了智慧校园从资源利用、节能、知情决策到改进服务和风险缓解的全过程。

3 智慧校园人员管理框架

大学的战略规划应与社区相关服务密切相关，并相应地纳入他们的意见，以确定校园未来的方向。

所有智慧校园服务，包括终端大厅主仪表板的微电网和校园管理，都可以随时随地了解校园活动。对仪表板的访问可以仅限于授权用户，并且可以为不同级别的管理定义访问级别。

仪表板中显示的信息有助于校园管理决策和设计机制，确保业务连续性。各种利益相关者都可以访问仪表板，并且可以根据校园政策和标准操作程序授予对数据的许可/访问权限。在允许访问权限的同时，需要保护用户隐私，并且应该在需要知道的基础上授予访问权限。资源使用情况的清晰视图可以帮助校园管理人员安排资源分配以提高利用率。

促进教学和学习是高校最重要的活动，因此，任何校园都应该优先考虑拥有智能可靠的解决方案来增强教学和学习效果。教学和学习工具可以与物理基础设施相结合，以提供更好的服务。

例如，考勤系统[5]可以从教室智能摄像头读取数据，并通过在教室中安装的摄像头识别学生并进行标记。类似地，可以为教师生成关于学生在课堂上的参与度报告。所有这些步骤都有助于节省教师用于教学和实现课程学习成果的时间。

4 结语

智慧校园源于智慧城市的概念，可以通过利用人工智能技术在校园内生成数据，在节能、便利和降低成本方面存在巨大潜力。当前智慧校园的普及程度越来越高，各高校在信息化建设的同时也都在统筹谋划智慧校园建设，对智慧校园的重视程度也在不断提高，我国智慧校园建设的成果已经开始显现，智慧校园的应用系统也已初具规模，并且形成了庞大的数据库，智慧校园建设相应的硬件设施也在逐步完善中。