物联网在教育装备中的应用

雷静

教育部教学仪器研究所 北京100080

物联网在教育装备中的应用

雷静

教育部教学仪器研究所 北京100080

介绍物联网的定义及特征，分析物联网的体系结构以及国内外发展现状，探讨物联网在教育装备中的几种应用模式。

物联网；教育装备；资源库

1 物联网的定义及特征

众所周知，“物联网”这一名词来源于麻省理工学院的AutoID Lab，也就是麻省理工自动识别实验室。最早提出“物联网”也就是“Internet of Things”这一名词的是作为AutoID Lab奠基人之一的Kevin Ashton。

随着计算机应用技术及其相关学科的发展，物联网的概念也在不断地被发展和扩充。目前，大家普遍认为物联网指的是将各种信息传感设备，如射频识别（Radio Frequency Identif ication，RFID）设备、各种传感装置、全球定位系统、激光扫描器等装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是搭建这样一个可以连接一切事物的网络，实现范围内全部信息技术的升华，织就未来互联网的整体平台，其中网络可以无处不在，各种网络可以自我发展、扩展其疆界实现互通互联，应用间将不但可以具有高级别的互操作性，而且可以实现最大程度上的自我处理、自主决策、自动完成能力。物联网中非常重要的技术包括射频识别技术、传感技术、智能处理以及纳米技术。

物联网的4个主要特征分别为连通性、技术性、智能性和嵌入性。连通性是指人与物、人与人、物与物之间可以随时、随地进行信息交换和通讯；技术性是指物联网是技术变革的产物，其发展依赖于众多技术的支持；智能性是指物联网具有智能化的感知性，使得物物之间以智能化方式关联起来；嵌入性表现在物联网提供的网络服务全面嵌入人们的日常工作与生活中。

2 物联网的体系结构

物联网通过传感器、射频识别技术等方式获取信息，然后通过无线网络、互联网、移动通信网等各种通信网络传递交互，从而感知世界。因此，从技术上讲，物联网的体系结构可以分为感知层、网络层和应用层三层。

感知层就是采集所有物体信息的一个过程，由数据采集子层、短距离通信技术和协同信息处理子层组成。数据采集子层通过各种类型的传感器获取物理世界中发生的物理事件和数据信息，如各种物理量、标识、音视频多媒体数据。物联网的数据采集涉及传感器、RFID、多媒体信息采集、二维码和实时定位等技术。短距离通信技术和协同信息处理子层将采集到的数据在局部范围内进行协同处理，以提高信息的精度，降低信息冗余度，并通过具有自组织能力的短距离传感网接入广域承载网络。

网络层将来自感知层的各类信息通过基础承载网络传输到应用层，包括移动通信网、互联网、卫星网、广电网、行业专网及形成的融合网络等。根据应用需求，可作为透传的网络层，也可升级以满足未来不同内容传输的要求。经过10余年的快速发展，移动通信、互联网等技术已比较成熟，在物联网的早期阶段基本能够满足物联网中数据传输的需要。

应用层为各类业务提供统一的信息资源支撑，通过建立、实时更新可重复使用的信息资源库和应用服务资源库，使得各类业务服务根据用户的需求随需组合，使得物联网的应用系统对于业务的适应能力明显提高。该层提升了对应用系统资源的重用度，为快速构建新的物联网应用奠定基础，满足在物联网环境中复杂多变的网络资源应用需求和服务。

3 物联网的国内外发展现状

美国非常重视物联网的战略地位。在美国国家情报委员会发表的《2025对美国利益潜在影响的关键技术》报告中，将物联网列为6种关键技术之一。2009年2月17日，奥巴马总统签署生效的《2009年美国恢复与再投资法案》中提出，在同物联网技术直接相关的智能电网、卫生医疗信息技术应用和教育信息技术等领域进行大量投资。

2009年6月，欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了《欧盟物联网行动计划》，以确保欧洲在构建物联网的过程中起主导作用。欧盟在物联网应用方面主要涉及药品、食品、能源等方面。

2009年7月，日本政府提出“I-Japan战略2015”，强化了物联网在交通、医疗、食品、教育和环境监测等领域的应用。

韩国政府于2009年10月通过了《物联网基础设施构建基本规划》，将物联网市场确定为新增长动力，确定了构建物联网基础设施、发展物联网服务、研发物联网技术、营造物联网扩散环境等4大领域、12项详细课题。

中国科学研究院早在1999年就启动了物联网核心技术——传感器网络方面的研究，在智能传感器、网络通信技术、微型传感器、传感器终端机等方面取得重大进展，目前已拥有从材料、技术、器件、系统到网络的完整产业链。在世界物联网领域，中国与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定的主导国之一。温家宝总理在2010年政府工作报告中明确提出要加快发展物联网建设。当前，我国把物联网产业的发展提升到国家发展的战略高度，各地政府纷纷启动城市安全、智能交通、水质监测、食品安全等“感知城市”示范工程，以及IBM“智慧的地球”系列解决方案。

4 物联网在教育装备中的应用模式

教育装备主要指各级各类学校及教育机构用于教育教学、行政管理和后勤服务的硬件设备、软件资源、图书及学生用品。物联网能改变教育装备的应用环境，促进教育全面电子化、信息化、智能化，尤其在校园安全、仪器设备配置、教务管理等方面有极大的应用空间。物联网在教育装备中的应用模式有以下几种

4.1 实施教育装备信息追溯

随着教育优先发展战略地位的确定，中央财政对教育经费的投入逐年加大。2012年，中央财政已按全国财政性教育经费支出占国内生产总值的4%编制预算，将有大量经费投入到教育装备领域。教育装备工作面临着前所未有的机遇，但同时也面临着新的挑战。近年来，我国教育装备质量安全问题时有出现，教育经费投入尚未发挥出应有的效益，教育装备产品缺乏有力的安全监管。基于物联网的教育装备信息追溯，能够利用物联网优势，实现对教育装备的流通全流程追溯，帮助管理部门完成对产品质量的监管、实施责任追究；帮助企业查找弊端，实现对问题产品的可召回，实现对产品、管理漏洞的升级和完善；帮助学校分辨真伪、分清伪劣。

4.2 支持数字化校园建设

物联网可以用于学校安全管理、学校固定资产管理、实验室管理、图书智能管理等,实现校园管理全面数字化。

1)学校安全管理。利用物联网的核心技术RFID技术，在学校的校门、教室、走廊、大楼入口等出入区域架设RFID读卡器，为学生配备RFID标签，能够为家长提供学生上下学及在校行踪通知，教师可以通过物联网查询学生出勤情况及目前所在的位置。当学生处于危险区域时，物联网系统能够自动发出语音进行现场警示，同时发出警报信息通知相关人员进行即时处理。

2）学校固定资产管理。将学校的固定资产设备嵌入RFID标签，标签注明资产设备的类型、使用情况和归属单位等信息，通过建设遍布校园的物联网络，实现对固定资产设备的感知监控。例如在物品使用的时候，可以通过校园内部的网络对使用设备进行定位，设备管理人员可以随时了解设备的位置、使用动态和使用者的相关信息。

3）实验室管理。实验室物品多且杂，长期以来实验室物品都是依靠标签、人工记录进行管理，效率低且工作繁琐。利用物联网技术能改进实验室管理，降低劳动强度，提高工作效率。将实验室物品嵌入电子标签，电子标签里存储实验物品的基本信息，通过读写器即可方便地获取使用物品的相关信息并且可以通过网络进行管理。另外，利用物联网技术可以对实验设备进行实时的跟踪管理，能够动态地掌握这些设备的流向。运用物联网技术还可以实现对实验设备的安全监管，防止盗窃或意外事故发生。

4）图书馆管理。应用物联网技术对图书馆进行管理，能够实现图书的借还自助化。由于电子标签采用的是无线电感应技术，用电子标签代替图书上的磁条，能实现对馆藏图书的自动清点，及时发现错架图书，有效地防止馆藏丢失，提高图书馆管理水平。

4.3 丰富实验教学环境

实验教学是培养学生动手能力和创新思维能力的重要教学手段，但由于实验器材缺乏或存在安全性问题，许多实验无法让学生亲自动手做。利用物联网技术可以为实验教学提供一个安全、共享、智能化的实验教学环境。将信息传感设备安装在实验器材上，学生通过无线传感器网可以感知实验器材的连接状态、相对位置及工作状况；学生可以远程控制异地纳入物联网的实验器材，完成实验；实验过程数据可以被实时采集并通过网络传递给学生，从而实现实验教学的数字化、网络化与智能化。

5 总结

目前，我国对物联网的应用研究主要集中在交通、环保、城市公共安全、农业和林业等领域，在教育领域的探讨不多，但随着物联网技术的日益成熟，其在教育中的应用将会逐渐深入。物联网技术的引入能够增强校园安全，提高仪器设备、实验室管理效率和质量，革新教育装备的管理、配备和应用手段，提高教育装备投入的效益。

[1]朱晓荣,孙君,等.物联网[M].北京:人民邮电出版社,2010.

[2]2010年政府工作报告[R/OL].ht tp://www.china.com.cn/policy/txt/2010-03/15/content_19612372.htm.

[3]朱洪波,杨龙祥,等.物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报:自然科学版,2011(1):1-9.

G48

B

1671-489X(2012)22-0004-02

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.22.004

*全国教育科学“十二五”规划2011年度课题“中国教育技术装备发展史研究”（项目批准号：DCA110188）项目征文。