智慧校园开启智慧服务

文/王伟林 陈松

智慧校园开启智慧服务

文/王伟林 陈松

智慧校园是应用物联网技术结合数字化校园平台，设计开发智慧学习、智慧生活、智慧管理等应用模块，不仅方便学生及时掌握学习与校园生活信息，而且提高了教师的教学管理能力，也提高了学院管理部门的管理能力。

随着高校信息化建设工作的不断推进，信息服务在学校教育教学、科研与管理中的作用越来越大。

通过智慧校园平台，利用先进信息技术手段，实现基于数字环境的应用体系，使人们能够快速、准确地获取校园中人、财、物和学、研、管业务过程中的信息，同时通过综合数据分析为管理改进和业务流程再造提供数据支持，推动学校进行制度创新、管理创新，最终实现教育信息化、决策科学化和管理规范化；通过应用服务的集成与融合来实现校园的信息获取、信息共享和信息服务，从而推进智慧化的教学、智慧化的科研、智慧化的管理、智慧化的生活以及智慧化的服务实现进程。

智慧校园层次结构

图1为智慧校园设计层次结构图，智慧校园系统从低到高分为感知层、网络层、应用层，感知层实现对校园内人与物品的定位，信息的读取和物品识别；网络层通过现代网络技术支撑智慧校园业务应用；应用层则根据智慧校园不同应用设计和开发不同的应用模块。在智慧校园层次结构中，下层为上层提供服务，上层调用下层所提供的服务。

图1 智慧校园层次结构

感知层设计

感知层用于物体识别、信息读取与定位。目前，基于RFID（射频识别）传感技术迅速发展，但是基于RFID的大规模应用将会涉及到成本偏高、推广难的问题。因此，设计主要采用二维码、条形码对物体进行识别，采用Wi-Fi、GPS（全球定位系统）与移动基站信号进行校园人员定位。

采用条形码识别

常见的条形码是由反射率相差很大的黑条（简称条）和白条（简称空）排成的平行线图案。由于图书馆藏书量较大，设计采用廉价的条形码作为标签标识图书信息，学生借还书籍只需要使用条形码扫描器扫描贴在图书上的条形码,即可识别该图书并完成图书借还操作。

二维码读取

基于二维码技术的智慧校园建设，其基本原理是对校内各种对象的感知、定位与控制。通过对物资器材、基础设施等资源进行信息化改造，即对校园内需要感知的对象进行二维码标签标识，然后运用标签读取器和智能手机等设备对二维码标签进行识别，直接获取物品信息或跳转到指定信息网页浏览信息。采用基于二维码的物联网技术，使得校园对象的感知能力极大加强，感知效率和范围得到显著提高。

Wi-Fi定位

目前校园无线AP（无线接入点设备）主要覆盖办公楼、实训楼、办公楼、餐厅等楼宇，近期将和南京电信合作，将电信AP与学院自己布置的AP进行无线资源整合，从而扩大校园无线网的覆盖范围。由于学院采用“瘦AP”方案，即所有AP均采用统一AC（集中控制器）控制，通过AC可以直接看到每个AP所连接的无线用户。由于每个无线AP实际覆盖范围不大（10多米），用户使用智能手机连接校园无线网，设计根据用户所连接AP位置对用户进行位置定位。采用此定位技术，充分地应用了校园无线网资源，实现室内用户地理定位。

可以基于校园无线网定位技术的智慧校园用户随时随地了解目前所在的位置，并且根据AP布置密度，可以精确到楼层。用户只要打开智能手机Wi-Fi功能，并连接校园无线网信号，此时用户已经连接上无线AP，智慧校园系统通过用户连接的AP就能获取到用户地理位置信息。

网络层数据传输设计

IP有线网

校园有线网络覆盖所有办公与教学区域，而且还覆盖了食堂、学生宿舍与商业街等生活区域，保证了智慧校园网络传输的覆盖面。如图2所示，有线网络采用千兆骨干，百兆速率到桌面的架构，其中学生宿舍区域采用EPON方式建设，其他区域采用核心层、汇聚层与接入层的三层以太网架构模式。无论是EPON还是三层架构的以太网都具有传输速率高，拓展性强的优势。

WLAN

学院在有线网络布置的基础上，从2009年开始建设校园无线网络，采用瘦AP（无线接入点）与AC（无线控制器）架构的方式，其中连接于校园骨干网络的无线AC设备通过校园有线网与AP之间通信，不仅向AP下发网络配置与运行指令，而且负责无线用户数据传输。采用AP集中控制的无线布置方案，实现对校园无线网集中管理与控制。目前，校园无线网“njcit”信号已经覆盖了办公区域、教学区域和公共场所区域（图书馆、食堂），方便用户使用笔记本与智能手机连接到校园网。

应用层设计

图3所示是以学生为主题、以数字化校园平台为核心的智慧校园逻辑结构，主要包括智慧学习、智慧生活和智慧管理三个方面。其中，数字化校园平台包含了所有学生、教工、课程、图书等方面的总数据库信息，智慧学习、智慧生活与智慧管理应用数字化校园，作为共有平台根据智慧校园应用设计开发各自应用功能模块。

智慧学习

大学学习已经不再是中学那样被动式学习，没有家长与教师的督促情况下学生更需要主动学习。通过智慧学习方便学生及时了解有关学习方面的信息，推进学生积极参与大学学习，并通过智慧化的管理手段让教师及时了解学生学习情况。智慧学习主要包含智慧选课、智慧考勤、智慧图书与期刊借阅、智慧讲座参与和智慧交互实验与作业5个功能模块，如图4所示。

图2 南京信息职业技术学院校园网架构

图3 智慧校园应用层逻辑结构

1.智慧选课。大学期间每个学生需要在毕业之前完成一定学分的选修课学习。在每学期初，学生登录数字化校园选课系统进行选课，由于每门课程学生人数的限制导致部分同学没有选中自己意向课程而随便选择其他课程达到完成学分的目的，这部分学生不但学习没有积极性，课程通过性也大打折扣。通过设计智慧选课系统，根据学生专业在选课之前将相关专业选修课推送给学生了解，并且如果学生一旦没有选中自己意向的课程，系统也会自动推荐其他几门没有被选满但是与该同学专业相关的课程。

2.智慧考勤。目前学生考勤主要通过教师直接或提问等间接性点名方式完成考勤操作，直接点名耽误上课时间，间接点名又不能实现所有学生完全点到。设计智慧考勤系统，教师需要点名时在系统中生成二维码并打印临时贴在教室门口，要求学生上课用智能手机扫描该二维码并联网，智慧考勤系统就能自动完成该学生上课考勤签到操作，既不耽误老师上课时间，又实现全班快速点名操作，即使是在阶梯教室，也可以在上课之前或课间快速完成100多名学生的点名操作。

3.图书与期刊借阅智慧化。图书馆是校园较大的学生公共活动场所之一，目前借阅操作通过扫描粘贴在图书上的条形码，并结合一卡通系统完成。设计在每本图书上增加二维码标签，设计为馆藏每本图书生成并粘贴二维码，图书管理员扫描图书二维码能够获取书本所在书架的定位信息，方便图书整理，用户使用智能手机扫描图书上的二维码，手机在联网状态下将直接跳转到指定网页，显示该图书的基本信息与借阅时间，方便用户及时了解该书归还时间，以免借阅超期。此外，根据学生的专业不同，通过微信平台定期向不同的学生推送专业相关新书，方便学生结合自己专业即时借阅适合书籍。

4.智慧讲座参与。根据学生专业，通过微信平台推送近期专业相关讲座信息，并在每场讲座门口生成并粘贴二维码，学生通过智能手机扫描二维码联网，在智慧校园系统中实现听讲座考勤的操作。

图4 智慧学习结构

图6 智慧管理结构

5.智慧交互实验与作业。大学学习除了学生听讲以外，教师在平时的学习过程中主要通过学生实验与布置作业了解学生的学习情况。通过设计智慧交互实验与作业功能，教师录制实验操作与步骤发布到智慧校园系统，供学生预习使用，学生实验成功以后可以自行用智能手机录制并上传至智慧校园系统，教师登录系统并可通过学生实验视频给予实验成绩评定，这种形象的方法比实验报告更能够体现出学生实验的真实水平，尤其对于制作双绞线RJ—45接口等对制作工艺有要求的实验更加具有实验指导与判定的作用。教师也可以通过智慧校园系统发布各种题型的作业，让学生登录系统完成并提交，对于画图等主观题，学生可以通过智能手机将做在纸质上的图拍下来上传至系统供老师评阅。

智慧生活

大学校园是一个小社会，大学生活亦然丰富多彩，设计智慧生活模块，让学生即时了解校园生活方面的信息。图5所示是智慧生活结构图，学生校园生活主要包含一卡通消费、上网消费、智慧社团活动参与三个方面。

图7 能源监测网络设计方案

1.校园一卡通消费智能化。目前学院一卡通消费系统已经覆盖到了食堂、浴室、商业街等学生生活方面。设计通过Wi-Fi定位与即时消息推送相结合，学生携带智能手机打开Wi-Fi接入校园网，在食堂智慧校园系统根据该学生所处位置以消息方式推送当前推荐的特色菜肴与食品优惠信息，也可以推送一些健康饮食相关信息给学生以达到提高学生生活质量目的。在商业街根据学生所处位置推送当前各小卖部的优惠活动信息，方便学生在校园内的生活消费。学生通过智慧校园手机客户端，联网可以查询自己校园一卡通消费信息。

2.上网消费智慧化。目前学生可以在宿舍以及学院公共场所通过有线无线上网方式连接校园网，并且通过上网自助服务系统查询校园网账号使用情况。但是上网资费优惠以及相关活动信息学生目前只能通过校园BBS论坛平台或者海报通告才能知晓，需要学生主动查询优惠活动信息。设计通过微信平台向学生推送校园网优惠信息以及网络业务相关知识，通过智慧校园系统定期推送各学生上网账号余额等信息，学生无需主动查询并可得知校园网消费相关信息。

3.智慧社团活动参与。学生加入不同社团的微信公共账号，及时了解该社团相关活动并积极参与。

智慧管理

大学校园一般占地面积大，资源种类较多，涉及安全管理、后勤等多个部门的管理，通常这些部门不能即时掌握校园资源的使用状况而造成能源浪费、资产流失的情况，通过设计智慧管理模块，能够提高学院资源与安全管理相关部门的管理能力。校园智慧管理主要从资产、能源、安全和车辆管理4个方面进行设计，如图6所示。

1.资产管理智慧化。目前学院国有资产处组织，结合各部分行政人员配合统计管理资产，配有一套资产管理系统，相关人员通过手动在资产管理系统中输入或查阅，费时费力。设计国有资产处为新采购的资产设备（办公电脑、实验器材、桌椅等）生成并粘贴二维码标签，同时在智慧校园系统编写该设备相关资产信息进行资产登记。资产管理人员和设备使用者今后只要使用智能手机扫描设备二维码标签，联网可以直接跳转到指定页面显示该设备的资产信息。

2.智慧能源管理。学院能源主要包括水电气的消耗，通过人工定期抄表的方式了解与统计能源消耗情况，此方式费时费力并且对于能源浪费的情况（如自来水龙头没有关，水管爆裂，或者办公室大功率电器人员离开没有及时关闭）不能及时知晓。设计能源监测系统如图7所示，如在电力方面，在目前学院各楼宇支干电路上安装计量电表，并通过RS—485通讯线缆连接至各采集器，采集器通过双绞线连入校园网并与能源监测服务器通信，智慧校园系统与能源监测服务系统对接，后勤部门相关人员在智慧校园系统中可以实现监测与统计学院各位置的能源消耗情况，通过对能源消耗较大原因的分析并采取相关能源节约措施。

3.校园安全智慧管理。学院已经招标实施校园数字监控布置，设计将数字监控系统与智慧校园信息平台对接，学院综合安全管理部门人员通过信息平台联网能够即时接收安全报警信息。此外，相关人员根据GPS定位，在智慧校园系统中还可以查询目前该区域监控探头的位置信息。

4.智慧车辆管理。目前学院已经实现教工车辆物联网识别，在每个教工汽车粘贴RFID标签，车辆通过学院门口闸口会自动打开。设计将该物联网系统与智慧校园系统对接，实现车辆管理智能化，不仅只是识别校园车辆，而且还可以通过识别教工车辆进出记录时间，实现汽车进出校园自动完成上下班考勤的功能。

(作者单位为南京信息职业技术学院图文信息中心)