物联网技术在中小学校园的应用探讨

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。

2校园物联网关键技术

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

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 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。

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。

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；

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；

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；

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、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。

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。

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