物联网技术在中小学校园的应用探讨

1、    物联网技术在中小学校园的应用探讨    马爱霞+常爱玲+陈兆飞摘 要：随着对物联网技术的深入研究，物联网技术的应用越来越广泛，中小学生的自控能力和安全意识都比较差，迫切需要物联网技术为其打造一个更加安全、舒适的、良好的学习环境，文章结合物联网的概念，重点讨论了物联网在校园设施、校园安防、智能教学和绿色校园等方面的应用，以期为中小学生和老师提供一个更好的教育环境。关键词：物联网；中小学；校园教育；智慧校园中图法分类号：tp393 ：a ：2095-1302（2014）04-0069-030 引 言近年来，随着计算机技术、通信技术和无线传感网技术的飞

2、速发展，代表着互联网下一步发展方向的物联网技术，逐步由概念和理论迈向了实际的部署和应用。物联网有着非常广泛的用途，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居、智慧社区、工业监测、环境监测、路灯照明管控、老人护理、个人健康、花卉栽培、水系监测、食品溯源等多个领域。将极大地改变我们的生活、工作和学习方式。目前，物联网在校园中的研究与应用虽尚处于起步阶段，但这一问题的探讨将给教育带来极大的变革。“百年大计、教育为本”，中小学生的成长和教育问题，是政府、学校、家长以及全社会广泛关注的问题。如何优化教学配套设施、杜绝校园内的安全隐患，进一步提高教学质量，成为了家长和学校急待解决的问题。联网技术

3、在这一领域也发挥着十分重要的作用，目前，智慧校园的主战场在于高校中，而在自制能力比较差、自我保护意识薄弱的中小学生身边物联网的应用更加迫切，中小学校园的建设更离不开物联网技术，以便为中小学生创建一个高质量的学习生活环境。物联网的发展能够进一步推动我国现代化教育事业的发展，也能为我国的物联网行业提供广阔的发展前景。1 校园物联网的架构物联网是指通过rfid、红外感应器、gps、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。简单来说，物联网

4、就是“物物相连的互联网”，如果把物联网用人体做一个简单比喻，传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官，网络就是神经系统用来传递信息，最后把感知到的信息送到大脑进行处理。物联网作为一个系统网络，与其他网络一样，也有其内部特有的架构。物联网系统有三个层次。一是感知层，即利用 rfid、二维码、传感器等随时随地获取物体的信息；二是网络层，通过各种电信网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是应用层，把感知层的得到的信息结合云计算、数据存储、平台服务等技术对获得的信息进行处理，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等实际应用。校园物联网的架构如图1所示。图1 校园物联网架构2 校园物联网关

5、键技术2.1 传感器传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出。传感器负责物联网信息的采集，它是实现自动检测和自动控制的首要环节，是物联网服务和应用的基础。如果没有传感器对被测信息进行捕获和转换，一切准确的测试与控制都将无法实现。随着技术的发展，传感器广泛的应用于工业生产自动化、国防现代化、航空技术、航天技术、能源开发、环境保护与生物科学等领域。2.2 无线传感器网络无线传感器网络（wireless sensor networks， wsn）由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳自组

6、织网络。无线传感器网络是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点。一个典型的传感器网络结构通常由传感器节点、接收发送器（sink）、internet或通信卫星、任务管理节点等部分构成。传感器网络节点包括传感单元、处理单元、通信单元以及电源部分。在传感器网络中，节点通过自组织方式构成无线网络，以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信息，以实现对任意地点信息在任意时间的采集、处理和分析。传感节点之间可通过网关完成和公用internet网络的连接，具有快速展开、抗毁性强等特点，在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生产

7、控制以及商业等领域有着广阔的应用前景。2.3 智能嵌入式技术嵌入式技术是在internet的基础上产生和发展的，嵌入式系统的internet接入、web服务器技术以及嵌入式internet安全技术，是嵌入式系统internet技术的关键和核心。物联网技术中所采用的各类高灵敏度识别、专用信号代码处理等装置的研发，将进一步推动智能嵌入技术在物联网中的应用。嵌入式系统以应用为中心，将软件固化集成到硬件系统中，一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等部分组成。21世纪后，各种家用电器如电冰箱、自动洗衣机、数字电视机、数码相机等广泛应用这种技术。3 物联网在中小学校园的应用

8、物联网技术在中小学校园的建设中也越来越发挥着十分重要的作用。本文以“四个系统·一个平台”为核心设计理念，构建了一套完整的物联网智能校园体系。3.1 校园设施管理系统随着学校面积的不断扩大，多地办校的情况增加，其设施管理工作的成本及管理难度日益增加，而物联网技术在这有更大的使用空间。由于校园设施，包括：道路、通讯、电力、环保、水系等领域的基础设施，都是按照一定的地理空间分布的，因此可以利用gis技术结合物联网技术来建立其信息管理系统，该系统将成为校园新的信息源，任何与校园有关的设施信息都将给定位，并与空间数据联系起来。用户将可以图文并茂的查询校园信息，给学校的设施维修工作带来了很大方便

9、。 gis数据库中存储所有的校园相关设施，对这些目标都要进行数字化存储建库，对于每个设施，都可贴上唯一的电子标签，而标签上的编码也要记录在每个目标的数据中，从而使得基础设施空间数据库中的标签数据与物联网中的标签数据一致。一旦某个设施出现问题，传感器会将故障部件位置传送到数据中心，维修人员可持便携式移动终端前去维修，该部分是集gps定位和rfid读写功能于一体的设备，这时首先依靠gps进行宏观定位的。在地下管网维修时，由于缺少gps信号的支持，借助于物联网技术，可以利用rfid读取各个目标的标签信息，然后通过该标签信息从gis数据库中找到相应的设施目标，从而实现rfid 辅助下的目标精确定位。从

10、而实现对校园设施的快速维护，保证学校的正常运转。3.2 校园安防管理系统校园作为人员相对密集的地方，并且中小学生的安全防范意识薄弱，自救能力差，所以在中小学校园中的安全管理尤为重要，利用门禁、视频监控、电子围栏等技术，合理部署多级传感器全面感知校园的环境、物品及外来入侵人员的变化情况，及时提示或者报警。（1）门禁。在校园门口安装射频阅读装置对进出校园的人员信息进行读取，然后将自动采集的信息传送到后端系统进行存储分析，当学生上学、放学在校园门口进出的时候，以及学生乘坐校车上下学时可进行rfid人员检测，系统自动以短信的形式将学生的出入信息及时通知家长，方便家长随时了解孩子的动态信息。对于中学的学

11、生宿舍门口也同样安装门禁装置，没有权限的人员不可以进入宿舍，对外来人员进行拜访登记，确保学生的安全；（2）电子围栏、视频联动。学校边界建设脉冲电子围栏，学校重点部位部署红外摄像头，可以进行人员异常行为分析检测，实现主动防护，入侵报警，报警视频联动等功能，可将企图入侵者拒之于防区之外，提高学校的安全防范等级。并把入侵信号送至报警主机，以保证值班人员及时了解防区信息并作出快速的处理；（3）传感器。通过在教室、走廊、宿舍安装烟雾、温度感知装置，当烟雾浓度和温度超过危险值时，传感系统自动启用灭火装置进行灭火，同时发出警报将险情传给安保中心及时处理险情；（4） 食材溯源。中小学生正处在身体成长发育的重要

12、阶段，对食品质量卫生状况要求较高，基于物联网的食堂食品安全是校园应用重要的一部分，通过在食堂安装卫生监控系统进行卫生监测、食材溯源，加强食堂饭菜监管，让学生健康的成长。3.3 智能教学系统学校教室所处的环境中，电子电器设备日益增多，电器的使用对教学的影响是越来越大。尤其中小学生自控能力较差，为中小学生打造一个智能的教学环境对其养成良好的习惯，增加学习兴趣有着积极的作用。而传统的课堂所用管理方法还是人工被动管理，现在我们可以通过物联网技术在教室中构建成一个物联网，让所有的设备通过智能平台进行智能管理。学生或者老师一旦进入教室，光线识别系统自动判断是否需要启动照明，实现对教室光线自动感应，通过实时

13、数据采集与数据发布，保证教室光线质量，温度感应系统自动判断是否需要启动空调等设备，人像识别系统开始工作，判断如果是老师则启动相关多媒体设备，如果是学生则自动签到，在开始上课前将已签到的学生信息反馈到教师多媒体设备上面。3.4 绿色校园系统建设数字化节约型校园，是共同应对我国资源相对紧缺、生态环境比较脆弱应担当的国家责任。通过对各数据的智能采集，把学校的电力消耗、水电资源消耗等情况集中到全实时化的监测管理平台上来，管理人员可随时随地感知学校各系统设备的能耗，并可以根据采集的数据建立数学模型，为学校提供指标化管理的具体依据。同时结合传感器实现对校园的教室及其他重点部位的环境在线监控，主要包括监测点

14、的温湿度、空气中的co、co2等含量，从而为学校的“减碳排放”和“低碳发展”，提供了技术基础和平台支持。3.5 校园物联网综合管理平台校园物联网综合管理平台包括：设施管理系统、安防管理系统、智能教学系统、绿色校园系统。整个平台就是将各种应用系统、数据资源和互联网资源集成到一个信息管理平台之上，它把分类系统的不同功能有效地组织起来，为各类用户提供一个统一的信息服务入口。校园物联网综合管理平台框架如图2所示。图2 校园物联网综合管理平台框架教育局系统可以用专网接入学校物联网综合管理平台，使教育局可以远程访问到本学校的资源，为其更好地规划调整学校网点布局，管理学校基建、校舍和校产及教育用地提供参考数

15、据，同时对双方传送的文件可进行加密处理，防止教育相关机密文件的泄露。4 结 语物联网要在教育领域获得广泛的应用，目前仍有许多问题需要解决，如费用问题、信息安全问题等。然而随着物联网技术的不断成熟和发展，其在中小学校园中的智能应用也会进一步深入，最终将提升教育信息化水平，有利于教育质量的提高。本文探讨了物联网在构建校园智能化设施管理、安防管理、教学管理、绿色校园等方面的应用，但物联网在构建智能校园的作用中远远不止这些，在不久的将来，物联网技术会使我们的校园变得更加美好。参 考 文 献1刘岚，翟鸿雁，陈宁.物联网技术在中小学校园j.科技视界，2012（19）：175-177.2马士玲，刘志丹. 物

16、联网技术在智能校园中的应用j. 物联网技术，2012，2（6）：76-77.3王宏岳，张峰国，刘忠武. 基于双频rfid的“校园卫士”技防管理系统设计j. 物联网技术，2011，1（10）：35-38，43.4顾宏久. 物联网在教育的应用模式探析j. 科学咨询（科技·管理），2011（5）：104-105.5马士玲. 物联网技术在智慧城市建设中的应用j. 物联网技术，2012，2（2）：70-72. gis数据库中存储所有的校园相关设施，对这些目标都要进行数字化存储建库，对于每个设施，都可贴上唯一的电子标签，而标签上的编码也要记录在每个目标的数据中，从而使得基础设施空间数据库中的标签

17、数据与物联网中的标签数据一致。一旦某个设施出现问题，传感器会将故障部件位置传送到数据中心，维修人员可持便携式移动终端前去维修，该部分是集gps定位和rfid读写功能于一体的设备，这时首先依靠gps进行宏观定位的。在地下管网维修时，由于缺少gps信号的支持，借助于物联网技术，可以利用rfid读取各个目标的标签信息，然后通过该标签信息从gis数据库中找到相应的设施目标，从而实现rfid 辅助下的目标精确定位。从而实现对校园设施的快速维护，保证学校的正常运转。3.2 校园安防管理系统校园作为人员相对密集的地方，并且中小学生的安全防范意识薄弱，自救能力差，所以在中小学校园中的安全管理尤为重要，利用门禁

18、、视频监控、电子围栏等技术，合理部署多级传感器全面感知校园的环境、物品及外来入侵人员的变化情况，及时提示或者报警。（1）门禁。在校园门口安装射频阅读装置对进出校园的人员信息进行读取，然后将自动采集的信息传送到后端系统进行存储分析，当学生上学、放学在校园门口进出的时候，以及学生乘坐校车上下学时可进行rfid人员检测，系统自动以短信的形式将学生的出入信息及时通知家长，方便家长随时了解孩子的动态信息。对于中学的学生宿舍门口也同样安装门禁装置，没有权限的人员不可以进入宿舍，对外来人员进行拜访登记，确保学生的安全；（2）电子围栏、视频联动。学校边界建设脉冲电子围栏，学校重点部位部署红外摄像头，可以进行人

19、员异常行为分析检测，实现主动防护，入侵报警，报警视频联动等功能，可将企图入侵者拒之于防区之外，提高学校的安全防范等级。并把入侵信号送至报警主机，以保证值班人员及时了解防区信息并作出快速的处理；（3）传感器。通过在教室、走廊、宿舍安装烟雾、温度感知装置，当烟雾浓度和温度超过危险值时，传感系统自动启用灭火装置进行灭火，同时发出警报将险情传给安保中心及时处理险情；（4） 食材溯源。中小学生正处在身体成长发育的重要阶段，对食品质量卫生状况要求较高，基于物联网的食堂食品安全是校园应用重要的一部分，通过在食堂安装卫生监控系统进行卫生监测、食材溯源，加强食堂饭菜监管，让学生健康的成长。3.3 智能教学系统学

20、校教室所处的环境中，电子电器设备日益增多，电器的使用对教学的影响是越来越大。尤其中小学生自控能力较差，为中小学生打造一个智能的教学环境对其养成良好的习惯，增加学习兴趣有着积极的作用。而传统的课堂所用管理方法还是人工被动管理，现在我们可以通过物联网技术在教室中构建成一个物联网，让所有的设备通过智能平台进行智能管理。学生或者老师一旦进入教室，光线识别系统自动判断是否需要启动照明，实现对教室光线自动感应，通过实时数据采集与数据发布，保证教室光线质量，温度感应系统自动判断是否需要启动空调等设备，人像识别系统开始工作，判断如果是老师则启动相关多媒体设备，如果是学生则自动签到，在开始上课前将已签到的学生信

21、息反馈到教师多媒体设备上面。3.4 绿色校园系统建设数字化节约型校园，是共同应对我国资源相对紧缺、生态环境比较脆弱应担当的国家责任。通过对各数据的智能采集，把学校的电力消耗、水电资源消耗等情况集中到全实时化的监测管理平台上来，管理人员可随时随地感知学校各系统设备的能耗，并可以根据采集的数据建立数学模型，为学校提供指标化管理的具体依据。同时结合传感器实现对校园的教室及其他重点部位的环境在线监控，主要包括监测点的温湿度、空气中的co、co2等含量，从而为学校的“减碳排放”和“低碳发展”，提供了技术基础和平台支持。3.5 校园物联网综合管理平台校园物联网综合管理平台包括：设施管理系统、安防管理系统、

22、智能教学系统、绿色校园系统。整个平台就是将各种应用系统、数据资源和互联网资源集成到一个信息管理平台之上，它把分类系统的不同功能有效地组织起来，为各类用户提供一个统一的信息服务入口。校园物联网综合管理平台框架如图2所示。图2 校园物联网综合管理平台框架教育局系统可以用专网接入学校物联网综合管理平台，使教育局可以远程访问到本学校的资源，为其更好地规划调整学校网点布局，管理学校基建、校舍和校产及教育用地提供参考数据，同时对双方传送的文件可进行加密处理，防止教育相关机密文件的泄露。4 结 语物联网要在教育领域获得广泛的应用，目前仍有许多问题需要解决，如费用问题、信息安全问题等。然而随着物联网技术的不断

23、成熟和发展，其在中小学校园中的智能应用也会进一步深入，最终将提升教育信息化水平，有利于教育质量的提高。本文探讨了物联网在构建校园智能化设施管理、安防管理、教学管理、绿色校园等方面的应用，但物联网在构建智能校园的作用中远远不止这些，在不久的将来，物联网技术会使我们的校园变得更加美好。参 考 文 献1刘岚，翟鸿雁，陈宁.物联网技术在中小学校园j.科技视界，2012（19）：175-177.2马士玲，刘志丹. 物联网技术在智能校园中的应用j. 物联网技术，2012，2（6）：76-77.3王宏岳，张峰国，刘忠武. 基于双频rfid的“校园卫士”技防管理系统设计j. 物联网技术，2011，1（10）：

24、35-38，43.4顾宏久. 物联网在教育的应用模式探析j. 科学咨询（科技·管理），2011（5）：104-105.5马士玲. 物联网技术在智慧城市建设中的应用j. 物联网技术，2012，2（2）：70-72. gis数据库中存储所有的校园相关设施，对这些目标都要进行数字化存储建库，对于每个设施，都可贴上唯一的电子标签，而标签上的编码也要记录在每个目标的数据中，从而使得基础设施空间数据库中的标签数据与物联网中的标签数据一致。一旦某个设施出现问题，传感器会将故障部件位置传送到数据中心，维修人员可持便携式移动终端前去维修，该部分是集gps定位和rfid读写功能于一体的设备，这时首先依靠

25、gps进行宏观定位的。在地下管网维修时，由于缺少gps信号的支持，借助于物联网技术，可以利用rfid读取各个目标的标签信息，然后通过该标签信息从gis数据库中找到相应的设施目标，从而实现rfid 辅助下的目标精确定位。从而实现对校园设施的快速维护，保证学校的正常运转。3.2 校园安防管理系统校园作为人员相对密集的地方，并且中小学生的安全防范意识薄弱，自救能力差，所以在中小学校园中的安全管理尤为重要，利用门禁、视频监控、电子围栏等技术，合理部署多级传感器全面感知校园的环境、物品及外来入侵人员的变化情况，及时提示或者报警。（1）门禁。在校园门口安装射频阅读装置对进出校园的人员信息进行读取，然后将自

26、动采集的信息传送到后端系统进行存储分析，当学生上学、放学在校园门口进出的时候，以及学生乘坐校车上下学时可进行rfid人员检测，系统自动以短信的形式将学生的出入信息及时通知家长，方便家长随时了解孩子的动态信息。对于中学的学生宿舍门口也同样安装门禁装置，没有权限的人员不可以进入宿舍，对外来人员进行拜访登记，确保学生的安全；（2）电子围栏、视频联动。学校边界建设脉冲电子围栏，学校重点部位部署红外摄像头，可以进行人员异常行为分析检测，实现主动防护，入侵报警，报警视频联动等功能，可将企图入侵者拒之于防区之外，提高学校的安全防范等级。并把入侵信号送至报警主机，以保证值班人员及时了解防区信息并作出快速的处理

27、；（3）传感器。通过在教室、走廊、宿舍安装烟雾、温度感知装置，当烟雾浓度和温度超过危险值时，传感系统自动启用灭火装置进行灭火，同时发出警报将险情传给安保中心及时处理险情；（4） 食材溯源。中小学生正处在身体成长发育的重要阶段，对食品质量卫生状况要求较高，基于物联网的食堂食品安全是校园应用重要的一部分，通过在食堂安装卫生监控系统进行卫生监测、食材溯源，加强食堂饭菜监管，让学生健康的成长。3.3 智能教学系统学校教室所处的环境中，电子电器设备日益增多，电器的使用对教学的影响是越来越大。尤其中小学生自控能力较差，为中小学生打造一个智能的教学环境对其养成良好的习惯，增加学习兴趣有着积极的作用。而传统的课堂所用管理方法还是人工被动管理，现在我们可以通过物联网技术在教室中构建成一个物联网，让所有的设备通过智能平台进行智能管理。学生或者老师一旦进入教室，光线识别系统自动判断是否需要启动照明，实现对教室光线自动感应，通过实时数据采集与数据发布，保证教室光线质量，温度感应系统自动判断是否需要启动空调等设备，人像识别系统开始工作，判断如果是老师则启动相关多媒体设备，如果是学生则自动签到，在开始上课前将已签到的学生信息反馈到教师多媒体设备上面。3.4 绿色校园系统建设数字化节约型校园，是共同应对我国资源相对紧缺、生态环境比较脆弱应担当的国家责任。通过对各数据的智能采集，把学校的电力消耗、水电资源消