物联网技术在智能校园中的应用和设计大学论文

物联网技术在智能校园中的应用和设计
21世纪是知识经济的时代，也是信息化、智能化的时代，而智能化建设更是在当前掀起阵阵波澜。

不论是温家宝总理的江苏无锡视察，还是美国总统奥巴马的圆桌会议都能体现出智能网络的重要性。

不光如此，高校教育领域的智能化发展一向是国家智能化发展的风向标，而实现这一标准主要便是通过物联网技术。

1、现有高校的智能化建设现状
目前的信息化平台依然没有让高校达到智能化的程度。

虽然现在很多高职院校都建立了自己的校园信息化平台。

随着校园信息化平台的建立，越来越多的老师和同学认识到信息化平台管理的方便性，也让越来越多的教育教学工作依靠于信息化平台来完成。

例如：老师通过平台与同事、学生进行交流，通过平台处理相关工作事宜。

学生通过平台对老师提问，通过平台提供自身知识水平。

然而，现在普遍使用的校园信息化平台中，大多数还只能对教育教学数据的处理，仅仅还是处于信息虚拟的阶段，远远没有对具体实物的控制及处理的能力。

而因为这样的障碍，使得更多本来可以纳入信息化平台管理的工作不能管理，造成了许多不必要的浪费。

当前，随着高职院校校园面积不断的扩大，办学成本由于距离的影响不断增高。

学校管理人员迫切的需要通过网络平台将学校的面积变“小”。

努力实现让人们的心灵距离变近外更能够让人们的“身体”距离变得更近。

2、用物联网技术建立智能化校园的具体应用
2.1通过物联网技术构建智能教学环境
教学环境对教学质量具有非常大的影响。

随着时代的发展，现在教室所处的环境中，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。

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。

例如：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，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。

设备一旦出现故障，传感器接受到设备故障会主动发送信息到管理人员uPDA（物联网个人数字助手），通知管理人员进行维护。

而有些特殊、贵重甚至危险的实验仪器只能由指定人员使用时，我们也可以把设备开关做成传感器，通过指定的uPDA来进行开关。

2.2通过物联网技术构建智能的学生学习生活系统
物联网技术可以广泛的应用在学生学习生活中。

在校园公共场所安装人像识别系统，并且在系统上加装红外温度感应系统，如果有发热人员进入公共区域则即时报警；并且人像系统可识别一定范围内的规模人员聚集，如果聚集密度达到报警值则报警。

学生还可以使用装有传感器的手机或者专用uPDA连入校园的物联网。

让学校的学生也变成智能校园的一部分，充分享受到物联网带来的智能生活。

在学习上，学生一进入教室uPDA就自动连接到学校物联网大学的管理平台进行课程签到，同时自动将本节课的课件下载到你的uPDA上。

在你上课有疑问是，可以通过你的uPDA给老师提问，通过教室的网络实时传输到老师的uPDA上，老师根据情况进行解答。

生活上的应用就更加丰富了，比如用物联网技术制定健康的生活，早上起床通过uPDA与学院内自助健康测试仪连接进行体重，心跳，血压等基础测试并且把这些测试结果保存到uPDA上。

在学校的一天生活中，通过学校的物联网的连接，uPDA将记录下来你一整天的运动以及饮食等情况，综合这些数据，为学生做出一个最佳健康生活方案。

当然老师也可以根据学生uPDA上面传感器的信号来了解学生的出勤、安全等情况。

2.3通过物联网技术构建智能的后勤管理系统
随着高校面积的不断扩大，多地办校的情况增加，高校的后勤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。

学校可以在路灯、水管、办公室教室门上等安装传感器，可以周围的uPDA信号自动控制开关，也可以自动检测设备的完好。

如：教室安装门禁，通过传感器与接收的uPDA判断来者是谁，在根据进入人的情况自动打开门以及相应电器。

并且可以在最后一个老师或者同学离开教室的时候，自动关闭所有电器和门窗。

这样就大大节约了人力，也节约了能源。

3、智能平台建设
本平台整个系统采用多层体系架构设计，以满足系统的可扩展性，我们将整个系统分为6个层次，即用户界面层、业务规则层、数据持久层、数据采集层、通讯服务层和通讯设备层。

平台整体规划如下图：
而在用户界面层我们提供纯B/S的WEB应用程序，终端用户无需安装任何业务软件。

通过我们提供的WEB页面直接进行相关业务管理工作。

业务规则层决定整个系统的业务逻辑实现。

数据持久层决定将系统的数据保存到持久机制中，我们一般采用大型关系数据库来保存系统的数据，但不局限于关系数据库。

目前系统至少应能适应多种关系数据库，如Sqlserver2008、Oracle10G以上系列等，如果需要扩展到其他的关系数据库，只需在此层中增加对应数据库的存取组件即可，其他层次根本感觉不到数据库的变化。

数据采集层起着承上启下的作用，对下该层通过通讯服务层采集数据，对上该层通过数据持久层将采集到的数据经过处理后存入数据库，提供给业务系统使用。

通讯服务层负责通讯数据的可靠传输，目前该层依靠中国移动的GPRS网络以及校园网与远端的通讯设备互通信息。

通讯硬件层是数据源，为整个系统提供业务数据，该层的硬件暂时决定通过购买的手段来实现。

结束语
目前对物联网的研究主要在物流管理、智能家居等领域，在智能校园的探讨不多，
但随着物联网技术的日益成熟，相信其在智能校园的应用将越来越广泛。

本文探讨了物联网在构建智能化教学环境、智能学生学习生活、智能后勤管理系统方面的作用，当然物联网的在构建智能校园的作用中远不止这些，随着物联网技术的发展，相信我们的校园也会越来越智能。

关于物联网的发展与前景分析
及基于物联网的智能数字校园信息系统设计
【摘要】物联网（The Internet of Things）作为世界信息产业的第三次浪潮、世界经济的新引擎，受到包括我国在内的众多国家高度关注。

物联网的形成与发展，也将促进新一代智能数字校园的研究与建设，为高校数字化资源与信息化系统的高效整合提供更有利的条件，更好地为广大师生的工作、学习和日常生活服务。

本文在全面总结物联网的发展历程的基础上对物联网发展趋势与前景作出合理分析，并通过研究物联网核心技术及其特征功能，以我校具体情况为例设计一种基于物联网的新型智能数字校园信息系统应用模式。

【关键字】物联网；校园网络；智慧校园；信息系统设计
第一章物联网研究背景
1.1物联网研究的战略意义
物联网，作为新一代信息技术的重要组成部分，被公认为继计算机、互联网和移动通信网之后的世界信息产业的第三次浪潮。

美国奥巴马政府将智慧型基础设施和“智慧地球”战略上升为美国国家发展战略的动向。

而我国政府领导也正在高度关注、大力支持物联网的发展，相关产业部门在新的信息技术发展上大力实践探索，以形成支持新一代信息技术发展的政策措施。

相关数据的整理和分析显示，物联网全球市场规模正在以不可想象的速度增长：2007年全球物联网市场规模达到700亿美元，2008年则达到了780亿美元，增长10%以上。

据预测，未来5年全球物联网产业市场将呈现快速增长的态势，预计2012年全球市场规模将超过1700亿美元，2015年更接近3500亿美元，年均增长率接近25%。

可以断定，谁在物联网时代抢占了发展的制高点，谁就能在未来世界经济中占据举足轻重的地位。

所以，物联网相关研究的展开势在必行，作为当今大学生，我们应该关心国家发展动态，放眼未来，这是我们小组选择以物联网作为研究对象的依据。

1.2物联网认知度低的现状
在我们最初选题时就已预见到，物联网由于作为新兴科技，尚处于推广阶段，并未真正投入大规模的商业用途，也没有在家庭、社区等用户群体中真正使用，因此其公众认知度还很低。

通过实际调研，我们也确信了这一点：即使在大学生群体中，物联网概念的认知度也不高。

通信工程、计算机工程及信息系统专业大学生对物联网一词的表示基本了解的比例分别为37.3%、44.7%及32.3%，其他专业平均不足10%。

在全体大学生群体中，完全没有听说过该词的比例为39%，听说过但不很了解的占58%。

在街头对行人的随机采访中，物联网的认知水平更是进一步降低，对物联网一词一无所知者比例达到了67%，听说过但不很了解占32%。

物联网发展至今取得了巨大的成就，具备无限的潜力，然而我们对于物联网认知却是普遍偏低，在这个情况下，对物联网的发展现状进行全面总结与分析更是势在必行。

因此，我们针对这个状况，对物联网进行了相关的调查和研究，在第三章中系统地归纳、总结出了物联网的发展历程，以便人们能够对物联网所蕴含的重大意义有进一步的了解。

1.3现有数字校园网络的局限
网络通信技术的发展以及计算机设备的快速普及，促进了高校信息化的发展。

当前各大高校通过构建校园网，在一定程度上实现了高校信息化资源整合、图书馆资源管理、校内电子支付及财务系统等各类信息管理系统的集成，为师生的工作、学习和日常生活带来了诸多便利。

然而，当前数字校园在建设过程中还存在信息系统集成难度大、应用范围狭窄、用户信息采集与更新不便等问题。

同时随着各类机构不断推出新的信息卡（如银行信用卡），每一位学生往往拥有多张信息卡，这给学生的日常使用带来了许多不便。

如今，物联网技术的出现，为这些问题的带来完美的解决方案。

在物联网技术中，各类终端设备将植入感应芯片，系统通过对相关物品的自动识别、跟踪定位和信息共享，可将采集到的信息通过无线电信网络或校园无线宽带传输到信息处理中心，经过云计算技术的相应支持，可实现人与人、物与物、人与物之间的有效的沟通，提高各类物品和资源的管理效率和使用效率，提供更加人性化的服务。

综上，对基于物联网的新型智能数字校园管理信息系统的研究具有理论意义上的可行性与充分的必要性。

同时，身为当代大学生，在“仰望星空”关注国家发展的同时，“脚踏大地”关注身边的校园。

通过对基于物联网的智能数字校园系统的研究与设计，我们可以用自身的努力为我们校园建设做出自己的贡献。

第二章调研具体方案
2.1 实证研究方法
本课题立足于现阶段物联网发展的实际情况，主要从物联网的发展与前景分析以及我校数字校园在物联网技术条件下的可改进性出发，以物联网的发展过程及前景以及其在智能数字校园中的应用需求分析为研究内容进行问卷调查，在线咨询，实地采访三种形式的调查研究。

1)问卷调查。

通过发放纸质和电子问卷的方法，从人们对物联网的认知度，和对目前人们接触较多的物联网应用实例的看法，以及人们对物联网发展的期望等方面进行了问卷调查。

在基于物联网的智能校园信息系统设计中，我们通过论坛对本校学生进行了物联网知识的传播，并引导感兴趣的同学填写了系统需求分析调查问卷。

2)在线咨询。

在物联网知识的学习与整理过程中，我们针对不懂的地方，通过电子邮件和中国物联网论坛（/BBS/BBSIndex）对相关专家进行了咨询，针对物联网在发展过程中的三项重大压力即核心技术、安全隐患和商业模式的未来走向，以及客服困难的方法进行访谈，更深层次地了解了物联网。

3)实地采访。

在此环节中，我们走访了一些大型电器城，通过对销售人员及顾客的采访了解了物联网相关产品的公众期待程度，以及期待应有的功能等细节问题。

同时，我们小队采访了我校相关负责人了解我们设计的物联网智能校园信息系统的可行性以及可能会遇到的困难。

2.2 调研具体日程
本课题的调研历时两个月，包括四个具体的实践阶段。

我们根据实际情况对初期制定的实施计划作了些许改动，实际的调研日程如下：
（1）资料搜集与备阶段（2011年1月—2011年1月中旬）
物联网作为新兴产业，小组通过学校图书馆资源对物联网相关资料的收集及整理。

针对这一过程中发现的问题，我们通过电子邮件及在线咨询对中国物联网国家传感网工程技术中心相关负责人员进行了咨询，了解了物联网最新发展动态。

掌握了物联网的初步知识及国内外发展状况，并在此基础上，确定调查问卷问题及调查人群，确定了实地采访的具体地点与问题。

并详细了解了我校现有数字校园系统的特点。

（2）问卷调研与实地采访阶段（2011年1月中旬—2011年1月24日）
该阶段的问卷调查针对的调查者为各专业在校大学生，通过纸质问卷和电子问卷两种方式进行发放，共发放200份纸质调查问卷，回收188份，电子问卷回收102份，合计290份有效问卷。

并对数据进行了相关统计。

实地采访内容为在家电市场对营业员和顾客进行随机采访，了解大众对物联网的认知程度，了解大众对新技术的期待，通过得到的实际情况确定论文的实际内容与方向。

（3）调研初步总结阶段（2011年1月25日—2011年1月31日）
针对问卷调查及实地采访阶段获得的数据与情况，对物联网各种智能数字系统应用模式进行初步探讨总结。

在此基础上，分析物联网的实际发展状况和我国现有环境下的发展前景，并通过小组讨论，总结出物联网发展存在的问题、将会遇到的阻力以及如何解决这些问题的发展策略。

（4）需求分析阶段（2011年2月10日-2011年2月20日）
经过调研初步总结之后，我们展开了基于物联网的校园信息系统需求分析。

在这一阶段，我们制定了相应的调查问卷，在我校论坛邀请感兴趣的同学参与了问卷的填写，并根据问卷反馈的数据，确定了我们的系统设计方向。

然后，由指导老师对我们提出的设计方案进行可行性评估，在其帮助下进一步修改，确立最终具体的信息系统设计方案。

设计思路基本成型后，联系中南财经政法大学数字校园建设相关负责人，了解在物联网技术框架下发展智能数字校园信息系统将会遇到的困难。

（5）总结撰文阶段（2011年2月20日-2月28日）
小队人员在调研初步总结的基础上，通过把得到的问题和实地调研的成果进行比较，在充分讨论总结后，为物联网在过去和未来的发展过程中存在的问题提出合理性建议和可行性措施，针对物联网在智能数字校园中的创新性应用模式提出了我们团队的设计方案，进行调研实践的报告撰写。

第三章物联网发展与前景分析
作为世界第三次产业化浪潮的弄潮儿，物联网一方面可以提高经济效益，节约成本；另一方面可以为全球经济复苏提供动力。

美国、欧盟、中国等相关政府机构与企业已投入巨资深入研究物联网相关技术。

以下是我们通过访问各国物联网门户网站，查阅大量现有资料，经过最终整理得到的物联网发展现状与前景分析报告。

3.1全球范围发展概述
物联网是指将射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议与互联网相连接，进行信息交换和通信，以
实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网是在互联网基础上的延伸和扩展的网络，用于实现智能化识别和管理，物联网的用户端基于任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。

物联网概念最早出现于比尔盖茨1995年《未来之路》一书。

在该书中，比尔盖茨已提及物联网概念，由于当时无线网络及传感技术处于起步阶段，并未引起世人的重视。

1999年，美国麻省理工学院（MIT）建立的自动识别中心（Auto-ID）首先提出“物联网”的概念。

2005年11月17日，在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）在《ITU互联网报告2005：物联网》中正式提出“物联网”概念。

报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都将通过因特网进行主动信息交换。

射频识别（RFID）技术、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。

现在世界公认的物联网核心技术包括RFID射频识别技术，EPC产品编码技术，传感技术，嵌入智能技术等。

主要发展趋势在技术上呈现出融合化、嵌入化、可信化、智能化特征，在管理应用上呈现标准化、服务化、开放化、工程化特征。

以下是世界主要经济体物联网技术的发展情况：
（一）美国
2009 年1 月，奥巴马就任总统后举行的美国工商业领袖圆桌会上，IBM 总裁兼CEO 彭明盛提出“智慧地球”(smart earth )理念。

奥巴马给予积极的回应，表明智慧型基础设施和“智慧地球”将可能上升为美国国家发展战略的动向，以保持美国在21 世纪的竞争优势。

“智慧地球”战略的内涵是把IT 前沿技术应用到各行各业之中，把传感器嵌入到全球的电网、铁路、公路、桥梁、建筑、供水系统等各种物体中，并通过互连形成“物联网”；并通过超级计算机和云计算技术，对海量数据和信息进行分析与处理，实施智能化的控制与管理，达到全球的“智慧”状态，最终实现“互联网+物联网=智慧地球”。

IBM公司进一步推出其各种“智慧”解决方案，包括智慧能源系统、智慧交通系统、智慧金融和保险系统、智慧零售系统、智慧医疗保健系统与智慧城市系统等。

“智慧地球”的核心是“更透彻的感知、更全面的互联互通和更深入的智能化”，其基础是传感网、物联网和因特网在各行各业的高效融合与综合应用。

物联网、因特网与空间信息系统(基于RS/GIS/GPS 的SIS：Spatial information system)的高效融合，将使数字地球、智慧地球从理念逐步转为实际应用。

目前，美国在物联网上的应用已从军用开始转向民用，在环境(森林火灾、
洪水监测)、医疗(人体生理数据监测、药品管理)、家庭智能化以及商务应用中都已出现其身影。

无线传感器网络的商业化应用也已逐步兴起。

在物流行业，物联网更是充分发挥了其特长。

如国际快递巨人联邦快递在2009年12月份为包裹推出了一种名为Sense Aware的新型跟踪装置和网络服务。

通过物联网传感技术，它可以显示包裹的温度、地点和其它重要信息，比如是否被打开或者跌落。

目前联邦快递已经和50家保险公司和生命科学公司展开了试点合作，用于跟踪手术工具包，医疗设备和器官等。

此外，美国还在全球推行EPC标准体系，力图主导全球物联网的发展，确保美国在国际上的信息控制地位。

美国许多大公司针对EPC物联网的特点，积极开展相关产品的研发和标准的制定。

在应用方面沃尔玛、百思买、保洁公司等做了大量试点工作。

（二）欧盟
在欧盟的信息化历程上，先后提出信息高速公路计划(1994)，电于欧洲计划(1998)，数字欧洲计划(2000)，欧盟信息通信架构(2006)。

直至2009年3月5日欧盟采纳了一份题为“e-Science的ICT基础设施”的通讯。

同时欧盟还提出了EU-FP7研究补助计划，大力开展ICT研发。

2009年6月18日，欧盟委员会递交了《欧盟物联网行动计划》(Internet of Things – An action plan for Europe)。

之后，欧盟还成立了欧洲物联网研究项目组: CERP - IoT。

此外，欧盟还提供了500亿欧元用于物联网相关技术体系、公共信息安全、标准体系建设、应用试点的研究，在第六框架(FP6)和第七框架(FP7)项目中重点加强物联网技术和标准的研究。

作为物联网的产业支撑，欧洲企业也走在世界前列。

Phillips、STMicroelectronics等公司在积极开发廉价RFID芯片，Checkpoint开发了支持多系统的智能识别系统， Nokia开发了能够识别RFID的移动电话购物系统，SAP 则在积极支持RFID的企业应用管理软件。

欧洲许多零售巨头家乐福（Carrefour）、麦德龙（Metro）、乐购（Tesco)、阿霍德（Ahold）等积极参与相关标准的制定并开展应用试点。

特别是麦德龙 2003年建立的零售示范店——未来商店，向世人展示全新物联网模式下的零售销售情境。

英国、法国等国家也分别在机场货品分检、集装箱海关通关等环节开展RFID应用的实验。

（三）日本
日本于1994年提出信息高速公路计划。

2000年又提出了“IT基本法”，将其作为日本所有IT政策的基础。

2001年及2003年先后出台“e-Japan战略”及e-JapanⅡ战略。

随后，2004年5月正式提出了以发展ubiquitous社会为目标的u-Japan构想.2009年7月6日，日本政府IT战略本部制定了《i-Japan战略
2015》，并将物联网作为其重要内容。

物联网研究方面，日本知名企业NEC、NTT、索尼等公司积极投入EPC全球标准的研发，并研制山基于EPC标准的软硬件产品。

除了开展EPC的研究，日本还提出了基于UID技术的物联网模型。

日本野村综研(NRI)早在2000年时就预见到“泛在网”社会的到来。

在过去的10年间，NRI以提供相关政策建议和实施实验验证的形式参与了日本政府推进的e-Japan、u-Japan战略、以及日本政府发表于2009年6月的《智慧泛在（Smart Ubiquitous）构想》等一系列重大国家战略的制定与实施。

3.2我国物联网的发展
（一）发展动态
2009年8月温家宝到中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心考察时强调要加快推进中国的传感网发展，建立中国传感信息中心。

2009 年9 月，传感网国家标准工作组在京成立，“感知中国”高峰论坛召开，中国的物联网标准体系初步形成。

2009年11月，温家宝总理在人民大会堂向首都科技界发表了题为《让科技引领中国可持续发展》的讲话，又一次强调了科学选择新兴战略性产业的重要性，并指示要着力突破传感网、物联网关键技术。

大力发展物联网产业将成为中国今后一项具有国家战略意义的重要决策。

2010年两会期间，“物联网”首次被写入政府工作报告，此举引起了社会各界的广泛关注。

随后，中国政府出台了一系列物联网发展相关的产业政策，国务院、发改委、工信部、科技部等部门都出台了相关产业扶持政策来加速促进中国物联网产业发展。

各级政府的政策出台、各高校院所的技术研发、标准化进展以及重大专项的设立都对未来几年中国物联网产业发展的走向产生至关重要的影响。

2011年两会召开在即，各省市政府在地方工作报告中明确指出“十二五”主要工作，要推进物联网技术研发与应用、加快物联网项目的示范应用与“三网融合”，推进智慧城市建设与云计算示范应用等。

近日，教育部公布的2011年新增140个本科专业中物联网工程专业格外抢眼，全国共有37所高校获准开设物联网工程及相关专业。

（二）发展优势
物联网在中国迅速崛起得益于我国在物联网方面的几大优势:
1)我国早在1999年就启动了传感网技术研究，研发水平处于世界前列
2)我国在物联网核心技术——传感网领域是世界标准主导国之一。