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智慧校园建设未来可期

智慧校园建设未来可期

2008年11月,IBM公司正式提出“智慧地球”理念,2009年1月,“智慧地球”成为美国国家战略的一部分。2009年8月7日,国务院总理温家宝在无锡视察时,指示要迅速在无锡建立中国的“感知中国”中心。基于这种“智慧”的理念,学校作为知识与信息服务机构的前沿,应该抓住机遇,通过物联网的系统化发展与应用,打造智慧校园。
  
  智慧校园是通过结合安防技术来改变师生和校园资源相互交互的方式,以便提高交互的明确性、灵活性和响应速度,从而实现智慧化服务和管理的校园模式。具体的说,智慧校园是把感应器嵌入和装备到食堂、教室、图书馆、供水系统、实验室等各种物体中,并且被普遍连接,形成“安防群体”,然后将“安防群体”与现有的互联网整合起来,实现教学、生活与校园资源和系统的整合。
  
  长久以来,校园的信息化发展由于缺乏统一的规划和领导部门,每个校园内部各部门之间形成了很多自己的应用系统和信息孤岛,这些信息孤岛已经形成稳定的数据源,但各个子系统之间的数据又不能充分共享,非常不利于提供统一的数据查询和应用服务。智慧校园的应用基础是要建立统一的数据服务平台,这就要充分整合利用现有的应用系统和数据。智慧校园建设的核心基础之一就是数据融合平台的建立,其重要作用主要体现在整合数据资源,统一信息管理,提供融合服务。由于智慧校园工程所涉及的数据与信息服务不仅源自于学校业务管理部门,也源自于那些与学校教育教学相关的其他实体。不同实体之间存在着异构数据源和不同的管理机制,如果缺乏统一的共享机制就无法支撑融合的服务,只有建设一个统一的、完备的、共享的、标准的数据融合平台才能有效地支撑智慧校园的建设工作。
  
  在信息化“十二五”规划中,浙江大学提出建设一个“令人激动”的“智慧校园”。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。简而言之,“要做一个安全、稳定、环保、节能的校园。”
  
  智慧校园特征
  
  智慧校园的三个核心的特征:一是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;二是将基于计算机网络的信息服务融入学校的各个应用于服务领域,实现互联和协作;三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。
  
  智慧校园具备功能
  
  经过前期“平安校园”“数字校园”的铺垫,不少院校已经建设了校园监控系统,配发和研制了各种信息系统,使得校园的可视化管理和信息化建设有了长足的进步,但仍存在着不足,如监控系统的投入使用在一定程度上提高了校园的可视化管理水平,但由于感知手段单一,存在不少死角和过多的人工参与,造成安保人员看到的时候可视,看不到的时候就是盲区,离智能化相差甚远;各种信息系统的使用提高了信息化程度,但尚存在兼容问题。
  
  基于物联网技术的智慧校园建设,其基本原理是对校园内各种对象的感知、定位与控制。通过要对校园内人员、车辆、物资器材、基础设施等资源进行信息化改造,即通过综合利用二维码技术、RFID技术、嵌入式技术、无线传感器技术、卫星定位等技术手段,对校园内需要感知的对象进行标识;接着利用标签读写器、智能终端设备、手持接收终端、无线感应器等信息识别设备,对上述标识信息进行识别,得到感知对象的数字信息;通过有线、无线网络技术将这些信息及时、准确地传送到信息处理中心处理中心对收到的信息进行汇总、融合等处理后,传输到校园的指挥信息系统中去;指挥信息系统通过对获取的信息进行综合分析、智能处理,从而使校园管理部门、各级安保单位等实时掌握各感知对象的详细信息,为形成正确的决策提供依据。物联网技术使得校园对象感知能力极大加强,感知的速度、精度和范围得到了极大的提高,这是其他技术所不能代替的。
  
  (1)人员可视化管理。为校园人员配备管理卡(可以与借书卡、饭卡、浴卡等功能合并,形成一卡通,该卡可以远距离读取),通过各门禁系统和遍布校园的感应点,可以实现对所属人员24小时不间断、全校园不留死角、全自动实时感知与定位。学院安保单位、各系辅导员、班主任可以通过智慧校园管理平台实时了解到所属人员在位情况。借助此卡,还可以实现对学生、职工的日常管理、电子签到、定位等,对学生、职工的在位、外出情况进行有效管控、实现电子点名、智能查岗等可视化管理。
  
  (2)智能化保密措施。为重要资料、机密文件、办公电脑及其他需要保密的设备贴上二维码或嵌入射频卡,可以实时感知其所在位置,防止带出时管理失控而导致泄密,确保重要文件、资料、设备等的保密安全管理。
  
  (3)智慧图书馆。为馆藏图书安装被动式射频标签,取代原来的条形码,通过使用书架感应器或手持智能终端,可以实现对图书资料所在的书架进行快速定位,方便借阅和管理。
  
  (4)车辆精细化管理。通过为校园的车辆、重点装备设备等安装电子标签、嵌入传感器、卫星定位装置等,实现对交通工具、各种装备设备进行准确定位和实时跟踪,并通过嵌入的各类智能传感器,监控其工作状态、完好情况等,从而实现对其精细化管理。
  
  (5)智能化后勤保障。为仓库、物资安装包含其型号、种类、数量等状态信息的电子标签,使得后勤物资的发放更加智能和快捷;为草皮配备温度、湿度传感器,使得灌溉更加合理;为路灯安装光学传感器使其更节能。
  
  (6)电子岗哨。为财务、油库及校园的其他重点区域安装智能传感器,实现对其24小时不间断地安全检测,一旦发现可疑情况,可由感应点自动调整摄像头的方向进行视频监控,并向值班人员发出通知或巡视提醒,以便及时处理。
  
  (7)智能安保。通过遍布校园重要区域的摄像头和感应点,能够自动对在校园中活动的人员进行身份区分,并对进入重要区域的可疑人员进行重点监控,确保校园安全。
  
  校园物联网的意义和价值
  
  物联网在智慧校园中的应用主要包括校园生活和教学管理两方面,
  
  校园生活包括食堂管理、浴室水控管理、考勤管理、智能照明控制等。
  
  (1)食堂管理
  
  食堂管理是智慧校园重要组成部分,基于RFID技术的食堂管理系统主要分成三部分:含RFID电子标签的饭卡:师生每人拥有一张这样的饭卡,卡里面包含了用户信息。RFID阅读器:在每个食堂售饭窗口安置一个RFID阅读器,将读到的信息传至后台数据库查询,读取卡上金额,并扣除消费金额。
  
  后台数据库管理系统:将用户的注册信息存储在数据库中,可以方便管理员对食堂消费业务的查询。
  
  (2)浴室水控管理
  
  基于RFID技术的浴室水控管理,可以实现用水自动化管理,主要功能以:
  
  信息数据实时显示:当RFID卡位于阅读器感应区时,阅读器就显示卡上余额,然后可立即进入用水计费状态。
  
  消费模式:消费模式采用实时计费模式,即读卡就出水,并根据用水量实时进行扣费;计费方式:按使用的流量计费,即外接脉冲流量表,可根据计算产生的流量进行计费。
  
  (3)考勤管理
  
  学生考勤是学校日常教学过程中必不可少的一个组成部分。常规考勤工作主要都由教师承担,花费教师额外的时间与精力。
  
  基于RFID技术的考勤管理工作流程:每次上课前,学生用含RFID标签的校园卡(或手机卡)刷卡进教室,教室内的设备在接收到读卡器发送来的学生刷卡记录数据后,将数据发送到远程服务器;远程服务器接收到数据后,将数据存储到数据库中;然后,教务人员或者教师通过浏览器登录到考勤查询网站,可以实时地远程查询某一节课或某一位学生或某个教室在某一段时间内的考勤情况;学期结束时,每门课程学生的出勤情况或者某个学生在一个学期的出勤情况可以自动统计出来。
  
  (4)智能照明
  
  智能照明是利用物联网技术,使校园内的灯能够无线自主组网,使每一盏灯都能遥测和遥控,教室和道路的灯接受控制中心的命令,反馈灯的各种状态,根据光强度和时段自动调节照明亮度。例如对教室照明智能控制,当教室光照比较暗,灯自动亮;当光照比较强时,灯自动关,如果发现教室里没人,可以远程控制灯的开关。
  
  教学管理包括日常教学、智慧图书馆和实验室管理等
  
  (1)日常教学
  
  利用物联网技术有利于建立全面和主动的教学管理体系,利用RFID技术的支持,可以完善教学管理的组织系统、评价和考核系统,从而对教学的质量建立保障和监控体系;有利于拓展学习空间、培养学习者自主学习能力,物联网能为学生的自主学习、合作学习等提供支撑环境。例如,无锡市感知生长校园数字化农植园系统,就是让学生通过“感知”动植物生长情况,利用计算机及网络收集、处理和发布观测信息,交流种植经验,展示研究成果,从而提升学生的科学素养。
  
  (2)智慧图书馆
  
  智慧图书馆通过物联网来实现智慧化的服务和管理。它的理想模式就是无需人工服务。目前物联网在图书馆中的应用,主要是RFID电子标签的应用,以智能书车为例来说明。智能书车是一种移动式RFID文献归架管理设备,具有查询、定位、书架智能导航等功能,可实现文献架位信息收藏、文献分拣、新文献上架等功能。具体流程:书籍拣到书车上,通过阅读器识别书籍的RFID中存储的信息,记录并显示文献在书车上的位置,同时根据获取的书籍存储架位信息,将需要进行上架工作的位置和书车上对应的书的存放档位对应起来,并在书车的显示屏幕上按照书库的位置将该车书的具体上架位置显示和指引出来,方便工作人员进行高效率归架。
  
  (3)实验室管理
  
  物联网应用到实验室中主要包括设备管理、实验过程管理和智能插座等。
  
  设备管理:RFID存储实验设备的基本属性等信息,利用阅读器方便地获取相关信息,然后再利用网络进行统一管理。
  
  实验过程管理:首先,RFID可以帮助学生方便地获取实验步骤、操作要点、使用帮助等信息。其次,在实验过程中,使用不当时能自动警告并中断实验过程,避免不必要的损失。另外,实验数据可以被实时采集并以适当的方式提供给实验者,实现实验教学的数字化、网络化与智能化。
  
  智能插座除了拥有传统电源插座功能外,它能够将各个实验设备的耗电量信息实时反馈给实验室管理员,管理员能随时开关插座,实现插座与人的对话,起到高效节能的作用。
  
  安防在智慧校园中的重要应用
  
  视频监控
  
  从各地学校在技防的投入情况看,不管是大、中小学无一例外,校园内都有一定数量的监控系统,可以说,视频监控系统是学校安防中使用最多、最普遍的系统之一。从发挥的作用看,监控系统在校园内的应用主要有两种:一种是用来作为校园安全的保安监控,监控点主要分布在学校主要通道、重要场所(如实验所、计算机中心、财务处等)、围墙、各建筑物出入口等。由于校园的一个特点就是人员密集、面积大,尤其是大学校园更是如此,区域广、建筑规模大,楼又多,相应地也就需要大量且分散的监控点,这也是监控系统在各安防子系统中所占比例最多的因素之一。
  
  高校面积大,楼多,使得安防系统的应用相对复杂,安防系统的设计多为多种方式综合应用,多级网络设计、多能授权管理工作、多系统集成平台。在传输上,多以数模结合为主,因为模拟技术比较成熟。从实际应用来看,学校安防设备易受环境影响,并且施工难度一般较大。校园监控设备多在室外,在南方湿润的地方容易漏电短路,而在干燥的地方又容易产生静电。此外,一些高校建筑,往往具有历史文化价值,不允许破坏,而且从美观角度来说,也需要尽量保持校园原貌,这给安防施工带来了一定的难度,因此我们在高校经常可以看到路边与环境相融的登高支架,上面安装了各式的摄像设备。
  
  另一种是用来监考、教学、远程管理,其中考场监控是近些年兴起的一大热点应用;此外,在幼儿园还有“宝宝在线”系统的应用。而在视频传输方面,大部分学校是利用现有的校园网,将视频信号通过校园网传送到各级监控中心,也有些学校如广州大学城,因为监控点较多是自己铺设光纤,但铺设光纤投资大、施工也有一定难度,并不是每所学校都能接受。
  
  考场监控有其自身的特点。对于考场监控来说,多为几个学校联网的,比如我们非常关注的高考考场监控。用“忽如一夜春风来,千树万树梨花开”来形容考场监控系统全国范围内的推广和应用一点都不为过。此外,考场安防还会用到金属探测器、信号屏蔽设备等等,这些就不再多说。
  
  视频监控、监听系统方面主要有一般安装于办公室内的半球型摄像机,安装于走廊位置及出入口的枪式摄像机,安装于室外围墙的红外低照度摄像机,通常用于教室内及室外操场的220倍一体化摄像机,配合变倍一体化摄像机用的室内中型云台/或一体化球型云台护罩,用于云台解码器控制的rs485总线传输器,操作需要、大容量存储需要、多用户远程访问需要、灵活扩展需要的工控式硬盘录像机,教室内环境状况监听的高解析监听器,用于监控室多画面切换及多屏显示的专业高解像crt电视墙,用于支持多画面、多音频切换/及线路环通的多路音视频矩阵主机,用于对信号一分二或一分多路、功能只限于信号分配的多路音视频分配器,用于画面分割,即在同一个监视器上同时显示多个信号画面、节省甲方设备成本投入及减少机房空间占用的多画面分割器,用于配合外部授权用户访问dvr主机、或和教育局联网的大流量网络交换机,功率足、带稳压、输出纯净的集中供电方便管理,功率足、带稳压、输出纯净的集中供电方便管理,在停电情况下维持一定时间电力供应的在线式ups不间断电源等。
  
  入侵报警系统
  
  入侵报警系统主要有:通常用于办公室和机房的红外入侵探测器,通常用于围墙周界及部份通道的多光束红外对射探测器,通常用于办公室和机房的门磁感应器,用于报警信号联动的睿丝强光灯,用于报警提示的声光警号器,用于联动外部设备如联动关门的继电器模块,用于报警主机联动拨号通知管理人员的电话拨号器,对所有前端探测器编程控制的报警控制主机等。
  
  防盗报警装置是校园安防中最实用和基础的组成部分,它可以在发生意外时让教师及时与外界联系,得到援助,也因此,北京等部分城市将其作为必备的安防设备。从安装范围看,防盗报警装置主要是分布在学校围墙、电教室、财务室、化学实验室等重点部位。在一些安全事故多发的地点,如大门口、学生宿舍门口、自行车存放处、学校财务室等地安装报警器,发生意外时可以迅速连接到学校的保卫处和附近的110接警中心,学校一旦遇险,学校值守人员可手工启动报警。在第一时间得到帮助,避免更大悲剧的发生。同时,由于中小学生好奇心强而自控能力差,报警系统在设计和安装时应注意避免“恶作剧”式的报警发生。
  
  车牌识别--校园内的电子警察
  
  接送过孩子的家长都知道,进出学校的车辆必须要登记,在智慧校园就省去了这一麻烦,但这并不意味着不安全了,反而是更安全了。
  
  因为有了车牌识别系统就像多了很多的电子眼,能全天候的从出入的视频数据中抓拍车辆出入并登记,但它更先进的是,能够根据车辆出入的方向和系统设定好的黑白名单决定应该不应该放这辆车进入校园。而且系统中心数据随时更新,你可以很清晰的看到校园内共有多少辆车,分别是什么时候进入校园的,不但提高了管理人员的工作质量和效率,更增加了校园的安全性。
  
  访客系统--提升管理质量和效率
  
  进出学校都要登记,但以前都由人工完成,在智慧校园都将由智能访客系统代替保安查看身份证件、登记、记录离开时间等一系列繁琐的程序。前来学校造访的人员只需拿着证件,在电子识别器上轻轻一按,访客信息就能瞬间获得,并出具访客单,大幅度加快访客登记及离开流程。
  
  智慧校园的建设是一项长期、复杂、艰巨的系统工程,也是一个发展变化的过程。要制定一个科学、合理、可操作的信息化规划,需要关注的维度很多。首先,需要关注高校多元化的利益相关者,从利益相关者的各个层次来了解不同的需求并加以合理整合。早期的高校信息化建设,以管理人员的需求为中心,而忽视了大学的核心利益相关者——教师和学生的安全与需求。智慧校园建设要形成规划制订及执行的有效组织结构,充分整合信息化建设的各项资源,以确保规划的科学制订、合理变更和高效执行。

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