高职院校智慧校园方案设计与实践

发布时间：2022-10-03 10:55 热度：

　　以无锡职业技术学院为例，从用户体验视角探讨基于新一代ＮＢ－ＩｏＴ窄带物联网技术的智慧校园管理服务平台的开发及对高职院校带来的实践效果。智慧校园平台通过大数据管理，实现人、物、校区各业务的泛在连接与管理，为决策提供数据支撑，促进校园治理能力和服务水平的提高，最后讨论了存在的问题并提出改进措施。

　　关键词：物联网；智慧校园；管理服务；设计与实践

　　目前，物联网技术方兴未艾，处于高速发展期。高校信息化建设由数字化校园阶段进入到智慧校园阶段。国家标准文件《智慧校园总体框架》指出：智慧校园是物理空间和信息空间的有机衔接，使任何人、任何时间、任何地点都能便捷地获取资源和服务［１］。智慧校园旨在通过建立数字化、网络化的校园环境，凭借物联网动态及全面的作用方式，人性化和智能化地开展校园管理工作［２］。新一代智慧校园的精髓所在是“以人为本”，重点关注“用户体验”和“用户服务”［３］。因此，有必要结合新一代物联网技术，提高校园管理服务的水平，改善“用户体验”和“用户服务”，充分提升资源和服务的使用绩效，把智慧校园建设落到实处、细处。

　　一、方案实施的可行性分析

　　经过多年的信息化建设，无锡职业技术学院网络基础设施、公共业务系统、校园智能卡、网站建设群等建设完备，开发了基于流程的网上“一站式”服务大厅，完成了教务系统、学习中心等９个核心业务系统全量数据的即时采集，智慧校园已粗具规模。但是在校园管理服务方面，还存在很多欠缺，如能源管理粗放、公寓环境监测缺乏、停车管理手段落后等，与智慧校园建设不匹配。无锡是中国物联网发展的首个试验区，无锡职业技术学院设有物联网技术学院，围绕长三角物联网产业培养高端技能人才。学校建成了全国首家国家级物联网技术应用实训基地，并牵头组建无锡市物联网职教集团，在进行基于新一代物联网的智慧校园研究方面具有优势。

　　二、方案建设目标和内容

　　（一）建设目标

　　基于新一代物联网的智慧校园管理服务平台，采用标准的接口方案，开发能耗监测、ＰＭ２．５和甲醛等检测、温湿度监控、井盖智能监控、停车场车辆数量监控、智能垃圾桶等业务系统，并实现与第三方业务的融合，全面整合校内外的资源，实现人、物、校区各业务的泛在连接与管理，实现真正的智慧校园管理服务。

　　（二）方案任务及内容

　　１．总体设计（１）总体框架。本次方案主要采用物联网的技术架构，分为３个层面。①感知层：主要应用各类传感器、ＲＦＩＤ、二维码和实时定位等技术，感知、采集各类物理数据，在此基础上实现数据的短距离传输、自洽组网以及协同处理。②网络层：通过感知层与无线通信、互联网等技术交融，把感知、采集到的信息，无损、高效、可靠地传送。经过高速发展以及技术迭代，新一代物联网及通信技术进入成熟阶段，能支持数据传输的高要求。③应用层：主要包含应用支撑平台子层和应用服务子层。应用支撑平台子层用于支撑跨门类、跨需求、跨体系之间的信息协调、分享、互通的功能。应用服务子层包括智能能源、智能环境、智能停车、智能电力、智能管理等行业应用，具体如图１所示。（２）网络协议本方案所采用的ＮＢ－ＩｏＴ窄带物联网，是基于时代发展的新型蜂窝网络。其特点是使用带宽很窄的Ｌｉｃｅｎｓｅ频段，根据使用场景可灵活选择带内、保护带或独立载波３种方式，可与现有移动网络直接融合使用，从而降低了成本，加快了推广步伐。本次方案中涉及的设备分布较广，无法通过少量的网关设备进行管理，因此将尽量采用ＮＢ－ＩｏＴ方式进行数据传输，直接将数据发送至管理平台，以减少项目的额外投入。２．建设内容（１）管理平台开发。本次方案管理平台，必须具备４个方面的功能：①多设备接入和多协议支持。可保障多设备的连接管理、数据计算和存储等高并发处理，灵活兼容ＭＱＴＴ、ＣｏＡＰ、ＴＣＰ、ＵＤＰ、ＲＥＳＴ／ＨＴＴＰ等传输协议。②开放的ＳＤＫ和ＡＰＩ。为设备提供极轻量的适配ＳＤＫ，占用内存小于２０Ｋ；提供丰富的ＡＰＩ接口，降低云端开发成本，更快地完成应用开发。③端到端安全防护体系。ＲＳＡ协议实施设备及Ａｐｐ连接验证；ＡＥＳ协议加密信令及数据传输过程；云端防护与加固，高效阻挡恶意攻击；数据自动灾备，避免误操作删除。④丰富的功能组件。提供丰富的ＩｏＴ功能组件及方案，包括账号体系、设备绑定管理、事件通知引擎、ＯＴＡ管理等。（２）应用开发业务。主要有９项业务，以下分别介绍应用需求及设备功能。①能耗监控。高校楼宇众多，教职员工和学生人口数量大，能耗总量大，管理模式较粗放，浪费现象严重。能耗数据的采集、传输、管理等子系统采取分项计量的方案，主要包括水、电、热量等，重点是电能。监测模块功能主要为电表配置信息、电表实时数据和电表历史数据３个方面的信息获取。②ＰＭ２．５、甲醛、温湿度监控。ＰＭ２．５浓度过高易造成呼吸系统疾病；甲醛对人的皮肤有强烈刺激作用；温度、湿度变化也影响居住舒适性和能耗管理。ＰＭ２．５的监测基于激光散射原理，甲醛浓度的监测基于电化学原理，通过检测芯片、检测温湿度，相关数据均以数字接口形式输出。③各类窨井盖监控。井盖被盗、破损、缺失的现象时有发生，造成安全隐患。最高人民法院、最高人民检察院、公安部２０２０年联合下发文件，依法惩治涉窨井盖犯罪。在井盖下安装基于无线通信的智能监测自动报警设备，支持行程距离传感器，ＲＦ电路外围功能模块化设计。当井盖出现异常时，自动上传报警数据到应用管理平台，实时监控。④停车场车辆数量监控。传统停车场存在进出场效率低、找车位难、寻车难、管理难、成本高等诸多问题。使用ＮＢ－ＩｏＴ地磁传感器，具有低成本、易安装、易维护、安装尺寸小、灵敏度高、施工量小、使用寿命长等特点，对路面的破坏少。⑤水质监控。水被污染以后富营养化，促进水中藻类滋生，使水体通气不良，溶解氧下降，水生植物大量死亡、发臭影响环境。水质在线检测设备的原理有光度法、电极法等，重点监测温度、ｐＨ值、溶解氧、浊度、总磷、总氮、水中油污等。⑥智能电柜设备。使用智能电柜设备可以更好地对用电量进行管理，也可以对危险进行预警和处理，避免各类人身、设备安全事故和火灾的发生。设备具有有功电能存储和计量功能，有功电能等于正向有功电能与反向有功电能之和。显示电表的用电量、剩余电量和买电量。当电能表一分钟平均电流大于设置的过载电流值时，报警灯闪烁，继电器自动断开。⑦消防管水压监测。消防栓数量众多、安装分散，消防设施被破坏、消防用水被盗用、消防管道压力不足甚至无水等问题层出不穷。对消防管水压进行远程、实时监测，并通过ＮＢ－ＩｏＴ网络实时发送给平台。解决传统人工巡检方式产生的误差大、效率低的弊端，同时也实现了远程实时监控。⑧汽车测速。使用设备对于校园内行驶的车辆进行测速监控，可以通过告警等方式提前获得信息，避免可能发生的事故。可使用市电或采用太阳能电池供电。车速在设定范围内均可显示，可设置不同的提示限速，同时适用３至４个车道，满足各种测试环境。⑨智能垃圾桶。现有的校园垃圾桶，由垃圾回收车按照固定日程和路线进行处理，造成处理回收效率低下，且对垃圾的溢满程度无法进行即时监测。对垃圾的溢满程度进行传感监测，在此信息基础上规划垃圾回收的路线及日程，可以提高回收清理效率，同时缩短垃圾回收车行走里程，节约成本。管理人员可通过网页或手机Ａｐｐ对垃圾箱进行相关功能设置，随时随地监测垃圾箱状态。３．方案的特色与创新一是实现了多元化的连接方式。支持无线射频、ＺＩＧＢＥＥ、ＷＩＦＩ、有线网、ＲＳ２３２、ＲＳ４８５、红外、继电器、ＧＰＩＯ、ＵＳＢ、电力载波等极其丰富的通信方式，可以根据学校的不同需求和现状，将各类传感器收集的基础信号传输到服务云端，保证了平台的兼容性、可扩展性。二是具有丰富的管理方式。平台支持现场管理、ＰＣ端远程管理（同时支持Ｗｉｎｄｏｗｓ、ＭＡＣ、Ｌｉｎｕｘ、Ｕｎｉｘ等操作系统）、手机移动端控制（同时支持Ａｎｄｒｏｉｄ和ＩＯＳ操作系统）、无线平板移动端控制（同时支持Ａｎｄｒｏｉｄ、ＩＯＳ、Ｗｉｎｄｏｗｓ等操作系统）。三是保证了平台的可操作性和便利性，实现了泛在网络的连接和管理。管理后端采用ｂｏｏｔ－ｓｔｒａｐ框架，达到自适应效果，在手机端也可以便捷操作。ＰＣ端采用原生ｈｔｍｌ＋ｃｓｓ＋ｅａｓｙｕｉ＋ｅｃｈａｒｔ等技术实现可视化页面，原生ｈｔｍｌ＋ｃｓｓ让页面适用性更广，ｅａｓｙｕｉ的ｉｆｒａｍｅ记录浏览历史让页面的操作更便捷，ｅｃｈａｒｔ的图表展示让统计内容更清晰明了，手机端采用了ｈｔｍｌ５技术，保证了良好的用户体验效果。同时平台软件使用ｊｆｉｎａｌ技术开发，采用集成缓存、定时任务方法，便于开发维护。

　　三、方案实践效果分析和改进措施

　　（一）效果分析

　　一是提高了校园治理能力和服务水平。通过１１１第５期宋静辉，俞昀，吴奇：用户体验视角下高职院校智慧校园方案设计与实践智慧校园管理平台，从科学管理角度出发，对相关管理服务工作的流程进行梳理、把控和整合，促进校园治理和服务改革向纵深发展，达到服务标准化、服务自动化、服务个性化的目标，从而优化服务流程，提高服务效率，提升服务水平。通过大数据汇总和分析，对相关问题和隐患进行排查和预警，及时发现和解决问题，并进行反馈和总结，提出优化方案，供学校决策参考，提升校园治理能力。二是进一步提升了智慧校园建设水平。本平台的推出，使得学校可以实时监测校园里的环境温度、湿度、照度、ＰＭ２．５浓度、电流、电压、功率、能耗、资产等各类基础数据信息，并打通了各业务子系统的数据通道。经过数据汇聚后，可以对数据进行各类智能化分析，找出其运行规律进而实现智慧化应用，有力打破了信息孤岛，实现了统一的布局和管理。三是促进了能源管理和节能示范校建设。本方案着重致力于智慧校园中各种能源的监控和管理，通过各类感知系统实时收集校园内各物联设备的能耗信息，重点监控空调等大功率、高能耗设备，通过数据统计和分析，管理者可以了解各类场所的详细能耗情况，从中找出不合理的能耗问题，实现了能源数据可视化，为能源管理和决策提供数据支撑。并通过智慧方案进行智能调节，最终达到节能减排目的，为绿色校园建设打下基础，学校被确认为全国节能示范单位。

　　（二）对存在问题的改进措施

　　一是完善智慧校园的系统顶层设计。顶层设计不足是个常见问题，而智慧校园建设是长期的系统工程，顶层设计尤为重要。首先要结合学校的发展历史、办学需求、事业规划和对智慧校园的建设要求，全面考虑，做好谋划。其次要立足现状、尊重现实，必须面向实际使用环境和现有条件进行信息化、智慧化改造，支撑实际业务的发展。最后要面向未来，灵活发展。信息化发展的速度很快，要科学研判和准确把握发展趋势，确保系统具有可扩展性和兼容性，满足未来需求。二是加强对利益相关者的协同管理。学校部分已建成业务系统不愿意开放接口，或者需要收取高额的接口费用，导致实现统一平台管理的难度大。首先需要学校人员与原厂商进行充分的沟通，使其尽量配合；同时可以根据情况降低要求，仅实现账号的单点登录管理和业务系统页面跳转，不被原平台或厂商绑架。其次智慧校园建设需要协调不同部门的不同流程和不同管理模式，通过协同管控，达到标准统一、相互协作、资源共享的目的。此外要加强系统的服务商、建设者、管理者、使用者之间的沟通和联系，确保不同人员在不同情境均能较好地使用，使系统良性发展。三是数据分析利用能力需提升。首先要确保各类数据的安全。系统产生的大量数据，涉及学校的各类基础信息和人员隐私，数据存储安全最为重要，要确保学校对数据的存储和使用具有自主权。在此基础上，要完善各类基础数据，为分析、处理数据提供基础条件。加强数据的分类统计和分时统计，建立各类数据库和分析模型。校园管理者要增强大数据思维，在管理服务过程中充分利用大数据，提高管理和服务水平。

　　四、结语

　　智慧校园平台搭建了管理者、服务提供者与师生用户之间的快捷、高效的服务桥梁，在高职院校加以推广应用，将达到广泛的社会及经济效益。目前智慧校园建设仍处于高速发展阶段，展望未来，如何以更贴近实际的设计思维、更先进的技术手段、更低的投入成本、更高的使用效率、更好的服务体验，解决师生的需求痛点和难点，提升校园治理能力和服务水平，是一个需要不断认真思考、研究探索的课题。

　　参考文献：

　　［１］国家市场监督管理总局，中国国家标准化管理委员会．智慧校园总体框架非书资料：ＧＢ／Ｔ３６３４２—２０１８［Ｓ］．北京：中国质检出版社，２０１８．

　　［２］杨少朋．物联网在智慧校园的应用探讨［Ｊ］．计算机产品与流通，２０１９（１）：２３９．

　　［３］樊铁成．高等学校智慧校园应用案例集：第一辑［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２０１７．

　　作者：宋静辉 俞昀 吴奇