基于物联生态的智慧感知校园的实现

吕敬 黄晔华

收稿日期：2023-05-10

基金项目：江苏省现代教育技术研究2022年度智慧校园专项立项课题（2022-R-107189）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2023.22.035

摘  要：随着物联网技术的不断发展，智慧感知校园已成为传统校园转型升级的重要方向。文章分析了基于物联生态的智慧感知校园的特点和优势，并提出了基于物联生态的智慧感知校园的设计框架。该框架包括综合感知系统的构建、数据处理与分析、智能决策与控制、以及应用服务等内容。通过建设智慧感知校园，可以实现资源的高效配置，优化学习和生活环境，并确保校园运行的安全和保障。此外，文章还分析了智慧感知校园实现所面临的挑战和机遇，并对基于物联生态的智慧感知校园的未来发展提出了一些建议。

关键词：物联网技术；感知校园；业务整合

中图分类号：TP39  文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）22-0161-04

Implementation of Smart Perception Campus Based on Internet of Things Ecosystem

—Taking Wuxi Vocational Institute of Arts & Technology as an Example

LYU Jing， HUANG Yehua

（Wuxi Vocational Institute of Arts & Technology， Wuxi  214206， China）

Abstract： With the continuous development of IoT technology， smart perception campus has become an important direction for the transformation and upgrading of traditional campus. This paper analyzes the characteristics and advantages of smart perception campus based on the IoT ecosystem， and proposes a design framework for smart perception campus based on the IoT ecosystem. This framework includes the construction of a comprehensive perception system， data processing and analysis， intelligent decision-making and control， and application services. Through the construction of a smart perception campus， it can achieve efficient resource allocation， optimize the learning and living environment， and ensure the safety and security of campus operations. In addition， this paper also analyzes the challenges and opportunities faced by the implementation of a smart perception campus， and puts forward some suggestions for the future development of smart perception campus based on the IoT ecosystem.

Keywords： IoT technology; perception campus; business integration

0  引  言

物聯网技术的应用是智慧校园建设的重要手段，借助于物联网这个载体所将校园中的事物和人进行相互关联，可以有效促进校园智慧化管理。在智慧校园的建设过程积极通过物联网的建设来打造新型的智慧环境，形成整体感知、可靠传输和智能处理的校园智慧化管理是感知校园建设的核心，如图1所示。

1  物联网建设情况

1.1  物联网基础建设

学院在推进智慧校园建设中，积极开展新技术、新应用的推广，物联网无线门锁系统就是其中之一，我院无线门锁经过多年扩建发展，已实现了对学生宿舍全覆盖，教学楼、实训楼、机房、办公室等重要场所基本覆盖，依托ZigBee技术所有门锁实时联网，数据的上传、下载实时可控、可查、可追溯，同时还提供了提供NFC、APP、微信H5等多种开门方式，丰富了开门手段，提升了便捷性。与大数据平台相结合后，通过数据统计分析，可以为管理决策提供依据，也可以结合校园安防系统提供宿舍区的综合安全管理。

电子门锁系统如图2所示，以无线门锁系统为纽带，为教学、科研、管理和校园生活提供一种更智慧的管理手段，在便利性、安全性和管理的时效性上体现出了优势，提升学校管理信息化水平。在物联生态建设进程的不断推进过程中，学校积极探索物联网技术在教学中的扩展应用，目前已建成130余间智慧教室，把地理隔离的各教学楼内多媒体教室内所有感知点统一接入传感网络，进而连入校园网，实现教室多媒体设备校级统一管控，支持无人化管理，实现所有教室应用系统和设备（智慧黑板、功放音响、空调、灯光等设备）的统一物联管控，根据课程表自动开关机，后台统计所有系统的设备的使用数据（功耗、状态、日志等），形成柱状图有效保障节能、安全，营造开放式空间。为积极响应“节能校园”建设需求，学校结合物联生态建设，上线能源管理监测平台，在建筑能耗分项计量基础上，通过部署大量能耗采集器，对校园楼宇水电能耗进行实时监测、集中管理，为能源管理改进工作提供数据和技术支持。

1.2  物联生态整合应用

通过数据中心与其他第三方业务系统对接、数据融合，实现多系统数据的共享共用，用物联网生态整合了校园一卡通、迎新、宿管、教务、房产、多媒体教学等系统数据，形成有效的数据链，在此链路上各系统业务处理能力得到有效提升。解决原宿舍管理过程中入住、调宿、退宿等业务的办理效率，钥匙的配置与分发繁杂、住宿数据不准、人员协调复杂、业务办理低效等问题，实现人与门的关联，提升了宿舍服务信息化水平，与人脸识别通道结合，进一步提升宿舍的安全性。通过与教务系统课表联动，即可开通相应教室权限进入并刷卡使用各种多媒体及空调、灯光等环境设备，数据实时传输到平台留底。满足了师生员工在教学、科研过程中对不同教学场所的使用需求，有效提升了教室维护效率和设备管理的科学化。能耗平台通过分布在各楼宇间的采集设备，实现能源的可靠、稳定、清洁、高效供应，降低系统运行维护成本[1]。

1.3  信息统计

通过收集大量的开门记录、人员出入、多媒体设备使用等数据，结合校园大数据平台，进行数据分析、挖掘和清洗，最终得到有效数据，可以了解多媒体教室、机房、实训室等教学资源利用情况，为学校教师有目的、计划、针对性地开展学生教学工作提供科学数据，对学生成长成果进行科学评价，有效提升管理决策的科学化。能耗平台通过分区域水平衡计算、管网漏损在线监测，实现校园内能源供应、传输与消耗的全过程可视化。同时结合实时采集的能源网络监测数据，有效跟踪并分析实际用能情况，为运行人员提供辅助决策能力[1]。数据中心数据交换流程如图3所示。

2  物联网网络安全建设

作为基于互联网技术发展的物联网技术的诞生以及应用，虽然极大程度地改善了传统教学方式和方法，大大提升了信息内容的共享共存。但是也伴随着一系列安全问题，随着科技水平的发展，网络信息的安全性也受到了威胁，对于物联网技术的应用以及发展都带来了较大的制约[2]。

首先设备安全性不足，很多物联网设备由于设计时未考虑安全因素，或是使用了安全性较低的组件，因此容易受到黑客攻击。此外，一些设备制造商忽视更新安全补丁和修补程序，导致设备的安全漏洞无法及时得到修复。

其次网络安全标准化不足，目前物联网设备的生产商众多，标准化程度不足，从目前产业发展来看，我国现有物联网安全标准还未能满足物联网全方位安全保障的需求，物联网基础安全标准体系需进一步建立和完善，需要重点推进基础通用、关键技术、试验方法技术研究和标准制定工作，支撑物联网产业发展[3]。

另外数据隐私泄露缺乏安全意识，物联网设备的普及和数据的收集使用导致数据隐私泄露问题严重。由于许多设备缺乏足够的安全性能和协议，使得黑客可以轻松窃取个人信息和敏感数据。一些用户和企业在使用物联网设备时，没有意识到网络安全的重要性，没有做好设备的安全管理，如更改默认密码、不定期更新软件等，导致设备被攻击和数据泄露。随着物联网的普及新型攻击手段的出现，如DDoS攻击、勒索软件攻击等也不断出现，对物联网的安全构成了新的威胁。

面對如此挑战，在物联网网络安全建设方面，应紧紧抓住已下几点核心：

加强物联网设备的安全性，设备制造商应加强对物联网设备的安全性设计，以防止恶意攻击和数据泄露等问题。此外，用户也应保证设备的安全，如更改默认密码、及时更新软件等。建立统一物联网安全标准，物联网安全需要标准化，制定适用于各种物联网设备和网络的统一安全标准和协议。这将有助于保持网络的安全，同时也能使安全专业人员更容易识别和缓解安全威胁。加强网络安全技术研发，针对物联网网络安全，需要不断加强网络安全技术的研发，以提高网络安全的水平。如采用先进的加密技术、网络防火墙、入侵检测等，以防止黑客攻击。加强管理和监管，运营商和政府应加强对物联网网络的管理和监管，防止恶意攻击和数据泄露等问题的发生。此外，也应建立相关的法律法规，明确各方面的责任和义务。

总之，物联网网络安全是当前面临的重要挑战之一，需要采取多种应对措施来保障网络的安全。只有通过各方面的协作，才能构建更加安全可靠的物联网网络。

3  物联网建设经验总结

基于物联生态的智慧感知校园实现既面临着挑战，也蕴含着机遇。只有积极应对挑战，充分发挥机遇，才能够实现智慧感知校园的可持续发展。在案例中充分利用 RFID、GIS、传感器技术等多种智能感应技术和设备全面化收集智慧校园内的多种数据，主要包括横向维度的个体数据、环境数据、空间运动数据和资源数据，以及纵向维度的历史数据和实时数据，从而为学习分析、追踪定位、三维建模、全生命周期交互、智慧决策等提供数据支持[4]。在这个过程中，面临着比较大的挑战。

首先技术难度大，慧感知校园需要涉及各种物联网技术、传感器技术、大数据技术、人工智能技术等，这些技术的复杂度和应用难度都是不可忽视的。其次数据难题，现智慧感知校园需要大量的数据支持，数据的采集、存储、传输、处理、分析等环节都需要面临着数据质量、数据安全、数据共享等问题。物联网技术的日益发展，在使用过程中会生成大量非结构数据，这些数据数量庞大、具有较强的复杂性。相对传统的数据采集、分析、存储和处理技术已经日显疲态。在感知校园的建设中，大量的数据存储、融合、查询、挖掘、智能决策等都起到了技术支持和促进作用。在各类采集器将数据传输至数据管理平台后，如何利用有效的数据挖掘与分析手段，进行综合分析，并对其进行相应的建模与算法。在此过程中，要实现如此海量的数据存储，必须依靠新型的数据库技术、云计算技术、云存储技术和数据存储技术[5]。最后安全隐患，感知校园需要涉及众多的数据和设备，网络安全、信息安全、设备安全等都需要得到充分的保障和防范。

智慧感知校园是一种新型的校园管理模式，能够有效地实现校园数字化、智能化、信息化等转型升级。智慧感知校园通过自动化、智能化的手段，能够提升校园管理的效率和质量，提高教育教学的水平和效果。智慧感知校园可以通过实时监测、预警、处理等手段，能够有效地增强校园的安全性和可控性，降低各种安全风险和隐患。

针对基于物联生态的智慧感知校园的实现，以下是一些具体的建议：

加强技术研发，建立专业的技术研发团队，积极推进物联网、大数据、人工智能等技术的研究和应用，实现各种设备、传感器、平台、系统之间的互联互通。确立数据标准，建立统一的数据标准和规范，规定数据的采集、传输、处理、存储、共享等环节的标准和要求，保证数据的质量和安全性。强化安全保障，加强网络安全、信息安全、设备安全等方面的保障，建立完善的安全管理体系，确保数据和设备的安全可控。加强师生培训，开展智慧感知校园相关技术和管理方面的培训，提高师生对智慧感知校园的认知和应用能力，加强对校园安全、数据隐私等方面的教育和培养。

4  结  论

物联网时代的到来给高校智慧校园系统带来了一次新的机遇与挑战，基于物联网的感知校园将成为未来高校信息化的主要发展方向．感知校园可获得更透彻的感知、更全面的互联互通、更深入的智能化，可以有效推进智慧教育，可以将物联网、人工智能等技术与教育教学相结合，打造更加智能、高效、人性化的教育模式，提高教育教学的质量和效果。加强合作共建，建立学校、企业、政府等多方合作的机制，共同推进智慧感知校园的建设和应用，实现资源共享和互利共赢。总之，基于物联生态的智慧感知校园需要综合应用各种技术和管理手段，需要学校、政府、企业等多方的协同合作，才能够實现可持续发展。

参考文献：

[1] 吕培明，许秀锋，曹同成，等.基于云平台管控的大学校园能源精细化管理系统构建 [J].实验室研究与探索，2021，40（10）：261-265.

[2] 杨东平，张涛，师远渊，等.物联网计算机网络安全及其远程控制技术 [J].数字技术与应用，2023，41（2）：240-242.

[3] 王庆升，尹秀兰，胡彬，等.网络安全标准对物联网系统安全保障作用浅析 [J].中国自动识别技术，2022（5）：68-72.

[4] 钱小龙，宋子昀，黄蓓蓓.沉浸式大学智慧校园的整体实现：理论构建与实践探析 [J/OL].重庆高教研究：1-16[2023-05-06].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/50.1028.G4.20230111.1742.001.html.

[5] 恩和门德.基于物联网的智慧高校信息化建设分析 [J].互联网周刊，2023（6）：72-74.

作者简介：吕敬（1983—），男，汉族，江苏宜兴人，工程师，本科，主要研究方向：物联网、智慧校园；黄晔华（1982—），女，汉族，江苏南通人，高级工程师，工程硕士，主要研究方向：网络及网络安全、智慧校园。