物联网在智慧校园中的应用

物联网调研报告题目：物联网在智慧校园的应用班级：13电子信息工程技术4班目录一、物联网的相关知识21、物联网定义32、物联网的分层33、物联网的特点44、物联网运行过程55、物联网的关键技术56、物联网的主要发展历程5 二、智慧校园61、智慧校园的提出背景62、智慧校园的概念73、智慧校园的核心特征7三、物联网在智慧校园的应用71、校园安防72、校园生活103、校园教学12四、物联网发展问题131、核心技术有待突破132、标准规范有待统一133、急需网络平台144、信息安全和保护隐私有待解决14五、结束语14参考文献16一、物联网的相关知识1、物联网定义物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是：“Internet of things（IoT）”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相连。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。总的来说，物联网是利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、机器、人员和物等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。物联网是互联网的延伸，它包括互联网及互联网上所有的资源，兼容互联网所有的应用，但物联网中所有的元素（所有的设备、资源及通信等）都是个性化和私有化。2、物联网的分层物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。图1为分层结构图1（1）感知层感知信息。作为物联网的核心，承担感知信息作用的传感器，一直是工业领域和信息技术领域发展的重点，感知层由各种传感器以及传感器网关构成，其主要功能是识别物体，采集信息，并且将信息传递出去，传感器不仅感知信号、标识物体，还具有处理控制功能。（2）网络层传输信息传感器感知到基础设施和物品信息后，需要通过网络传输到后台进行处理，而网络层就起负责传递和处理感知层获取的信息的作用。（3）应用层处理信息应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。3、物联网的特点(1)连通性连通性是物联网的基础。无论是专网、无线、有线或者是感知物体，都必须体现“连通”状态，并且和互联网连接在一起，这样才能体现出真正意义上的物联网。国际电信联盟认为，物联网的“连通性”有四个维度：一是任意时间的连通性：二是任意地点的连通性；三是任意物体的连通性：四是任何人的连通性。(2)物物相联在互联网中，人们利用电脑实现人与人之间相互交流：物联网通过传感器、射频识别技术、全球定位系统等技术实现物与物的交流。互联网实现人与人的远程交流，而物联网完成了人与物、物与物的即时互动，从而实现了由虚拟世界向现实世界的连接转变。(3)智能化智能化是利用计算机技术、传感技术和控制技术对系统中各个对象能够智能监控和智能控制，从这个角度看，物联网是智能化的重要环节，物联网的发展将推动智能化的进程。它使得世界中的物体不仅以传感方式也可以智能化方式关联起来。物联网具有智能化感知性，它可以感知人们所处的环境，最大限度地支持人们更好地洞察、利用各种环境资源以便做出正确的判断。4、物联网运行过程(1)标识物体属性，属性有静态和动态属性，静态属性直接存储在RFID标签中，动态属性可由传感器检测。(2) 由阅读器读取物体的属性，同时将信息转换为适合网络传输的数据格式。(3)将数据通过网络传输到信息处理中心，再由处理中心完成物体通信的相关计算。5、物联网的关键技术（1）传感器技术：这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道，到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。RFID标签：也是一种传感器技术，RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术，RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景。（3） 嵌入式系统技术：是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变，以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见；小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活，推动着工业生产以及国防工业的发展。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，嵌入式系统则是人的大脑，在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。6、物联网的主要发展历程1990年物联网的实践最早可以追溯到1990年施乐公司的网络可乐贩售机Networked Coke Machine。1991年美国麻省理工学院（MIT）的Kevin Ash-ton教授首次提出物联网的概念。1999年美国麻省理工学院建立了“自动识别中心（Auto-ID）”，提出“万物皆可通过网络互联”，阐明了物联网的基本含义。早期的物联网是依托射频识别（RFID）技术的物流网络，随着技术和应用的发展，物联网的内涵已经发生了较大变化。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）发布ITU互联网报告2005：物联网，引用了“物联网”的概念。物联网的定义和范围已经发生了变化，覆盖范围有了较大的拓展，不再只是指基于RFID技术的物联网。2009年欧盟执委会发表了欧洲物联网行动计划，描绘了物联网技术的应用前景，提出欧盟政府要加强对物联网的管理，促进物联网的发展。2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，与美国工商业领袖举行了一次“圆桌会议”，作为仅有的两名代表之一，IBM首席执行官彭明盛首次提出“智慧地球”这一概念，建议新政府投资新一代的智慧型基础设施。当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。2009年8月，温家宝“感知中国”的讲话把我国物联网领域的研究和应用开发推向了高潮，无锡市率先建立了“感知中国”研究中心，中国科学院、运营商、多所大学在无锡建立了物联网研究院，无锡市江南大学还建立了全国首家实体物联网工厂学院。自温总理提出“感知中国”以来,物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，物联网在中国受到了全社会极大的关注，其受关注程度是在美国、欧盟、以及其他各国不可比拟。物联网的概念已经是一个“中国制造”的概念，它的覆盖范围与时俱进，已经超越了1999年Ashton教授和2005年ITU报告所指的范围，物联网已被贴上“中国式”标签。二、智慧校园1、智慧校园的提出背景2008年11月，IBM公司正式提出“智慧地球”理念，2009年1月，“智慧地球”成为美国国家战略的一部分。2009年8月7日，国务院总理温家宝在无锡视察时，指示要迅速在无锡建立中国的“感知中国”中心。基于这种“智慧”的理念，学校作为知识与信息服务机构的前沿，应该抓住机遇，通过物联网的系统化发展与应用，打造智慧校园。2、智慧校园的概念智慧校园指的是以物联网为基础的智慧化的校园工作、学习和生活一体化环境，这个一体化环境以各种应用服务系统为载体，将教学、科研、管理和校园生活进行充分融合。具体的说，智慧校园是把感应器嵌入和装备到食堂、教室、图书馆、供水系统、实验室等各种物体中，并且被普遍连接，形成“物联网”，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现教学、生活与校园资源和系统的整合。2010年，在信息化“十二五”规划中，浙江大学提出建设一个“令人激动”的“智慧校园”。这幅蓝图描绘的是：无处不在的网络学习、融合创新的网络科研、透明高效的校务治理、丰富多彩的校园文化、方便周到的校园生活。简而言之，“要做一个安全、稳定、环保、节能的校园。”3、智慧校园的核心特征智慧校园的三个核心的特征：一是为广大师生提供一个全面的智能感知环境和综合信息服务平台，提供基于角色的个性化定制服务；二是将基于计算机网络的信息服务融入学校的各个应用于服务领域，实现互联和协作；三是通过智能感知环境和综合信息服务平台，为学校与外部世界提供一个相互交流和相互感知的接口。三、物联网在智慧校园的应用物联网在智慧校园中的应用主要包括校园安防、校园生活和校园教学三个方面。1、校园安防（1）校园安防的定义及意义校园安防就是以一般人居环境安全防范系统为基础，结合高等学校建筑物多、人员密集复杂、环境功能主体繁杂的特点，充分运用信息技术手段，根据国家教育部门和公安部门的有关规定，对大学校园中重点要害部门进行实时监控，及时采取有力措施，使校园安全管理实现人防、物防、技防相结合的安全防范系统。随着社会经济的不断发展，人类活动领域巨大延伸，人为的治安问题日趋动态化和复杂化，自然灾害也呈现突发性和严重危害性的特点，高技术犯罪上升，新安全问题突现，人们的工作和生活空间受到来自于多方面的威胁。为避免人身受到伤害、财务受到损失，使人们的工作和生活不受干扰，针对各种主要安全威胁的综合安防系统就应用而生。综合安防系统是指利用各种高科技的监控手段和信息处理技术，对各种居住环境加以监控，及时反馈环境中的各种事故、灾害和违法事件信息，从而对治安和安全进行预防和有效处理的安全防范系统。高校校园作为特定的人群居住环境，保证该环境的安全和稳定对于国家和社会的整体稳定有着重要的意义。（2）校园安防的主要特点重要性的特点。高等学校是国家培养高层次建设者和接班人的重要场所，在高校校园生活的学生属于特殊群体，其人身和财产安全影响着千家万户的的稳定，因此在高校校园建立的综合安防系统较其他人群居驻地有着独特的重要性，属于重点监控和防范的区域，不论是从技术上还是从认识上都具有重要性的特点。高技术的特点。在我国，高校本身是技术生产的重要场所，与此相对应的治安案件、灾害事故也有着同样的高技术性质。学校聚集的人群由于受到环境的影响，其知识水平造就的治安案件或者违法事件以及灾害事故的技术水平也相应较其它区域有所提高。因此防御此类事故的发生必须与其相对应，使用高技术的手段和措施加以预防和处理，决定了高校校园综合安防系统的高技术的特点。广泛性的特点。在其他人群聚居地，进行综合安防系统设计与管理的时候，公安部门或者安全保卫部门独立工作和行动的特点很突出。但是在高校这一特殊的环境中，综合治理的特点十分明显，它需要有着广泛地参与，调动环境中一切有利于系统实施的因素协同进行工作。因此便决定了高校校园综合安防系统的广泛性特点。预防为主的特点。其它环境之中的安全防范系统除了强调预防功能之外，更加注重事件的事后处理问题，而系统主要是提供事件处理的各种重要信息。但是在高校校园这一特定的环境中，考虑到对整个社会的突出影响，一般不允许重大不稳定事件发生。因此高校校园综合安防系统必须注重于事前预警和防范功能，使各类事件的发生最大可能的被消灭在萌芽状态。所以说，高校校园综合安防系统必须是以预防各类治安案件的发生为主要功能。（3）校园安防的主要应用校园安防的主要应用包括入侵报警系统、车牌识别-校园内的电子警察、访客系统、移动智能卡等等。入侵报警系统主要有：通常用于办公室和机房的红外入侵探测器，通常用于围墙周界及部份通道的多光束红外对射探测器，通常用于办公室和机房的门磁感应器，用于报警信号联动的睿丝强光灯，用于报警提示的声光警号器，用于联动外部设备如联动关门的继电器模块，用于报警主机联动拨号通知管理人员的电话拨号器，对所有前端探测器编程控制的报警控制主机等。图2为校园入侵报警系统。图2防盗报警装置是校园安防中最实用和基础的组成部分，它可以在发生意外时让教师及时与外界联系，得到援助，也因此，北京等部分城市将其作为必备的安防设备。从安装范围看，防盗报警装置主要是分布在学校围墙、电教室、财务室、化学实验室等重点部位。在一些安全事故多发的地点，如大门口、学生宿舍门口、自行车存放处、学校财务室等地安装报警器，发生意外时可以迅速连接到学校的保卫处和附近的110接警中心，学校一旦遇险，学校值守人员可手工启动报警。在第一时间得到帮助，避免更大悲剧的发生。同时，由于中小学生好奇心强而自控能力差，报警系统在设计和安装时应注意避免“恶作剧”式的报警发生。因为有了车牌识别系统就像多了很多的电子眼，能全天候的从出入的视频数据中抓拍车辆出入并登记，但它更先进的是，能够根据车辆出入的方向和系统设定好的黑白名单决定应该不应该放这辆车进入校园。而且系统中心数据随时更新，你可以很清晰的看到校园内共有多少辆车，分别是什么时候进入校园的，不但提高了管理人员的工作质量和效率，更增加了校园的安全性。进出学校都要登记，但以前都由人工完成，在智慧校园都将由智能访客系统代替保安查看身份证件、登记、记录离开时间等一系列繁琐的程序。前来学校造访的人员只需拿着证件，在电子识别器上轻轻一按，访客信息就能瞬间获得，并出具访客单，大幅度加快访客登记及离开流程， 从而提升了管理质量和效率。借书要出示借书卡、吃饭要出示饭卡、坐公交要出示公交卡，是不是很烦呢？在智慧校园里一张移动智能卡就能通行校园，凡有现金、票证或需要识别身份的场合均只要出示这张卡就可以了。此外，这张卡还就以实现部分公交乘坐、校内考勤、图书借阅管理等功能，并可结合校讯通功能。此种管理模式代替了传统的消费及身份识别管理模式，为学生及员工的管理带来了高效、方便与安全。2、校园生活包括食堂管理、浴室水管理、考勤管理、智能照明管理、人员可视化管理、车辆精细化管理、智能化后勤保障、电子岗哨等等。(1)食堂管理食堂管理是智慧校园重要组成部分，基于RFID技术的食堂管理系统主要分成三部分：含RFID电子标签的饭卡：师生每人拥有一张这样的饭卡，卡里面包含了用户信息。RFID阅读器：在每个食堂售饭窗口安置一个RFID阅读器，将读到的信息传至后台数据库查询，读取卡上金额，并扣除消费金额。后台数据库管理系统：将用户的注册信息存储在数据库中，可以方便管理员对食堂消费业务的查询。(2) 浴室水控管理基于RFID技术的浴室水控管理，可以实现用水自动化管理，主要功能如下：信息数据实时显示：当RFID卡位于阅读器感应区时，阅读器就显示卡上余额，然后可立即进入用水计费状态。消费模式：消费模式采用实时计费模式，即读卡就出水，并根据用水量实时进行扣费；计费方式：按使用的流量计费，即外接脉冲流量表，可根据计算产生的流量进行计费。(3) 考勤管理学生考勤是学校日常教学过程中必不可少的一个组成部分。常规考勤工作主要都由教师承担，花费教师额外的时间与精力。基于RFID技术的考勤管理工作流程：每次上课前，学生用含RFID标签的校园卡(或手机卡)刷卡进教室，教室内的设备在接收到读卡器发送来的学生刷卡记录数据后，将数据发送到远程服务器；远程服务器接收到数据后，将数据存储到数据库中；然后，教务人员或者教师通过浏览器登录到考勤查询网站，可以实时地远程查询某一节课或某一位学生或某个教室在某一段时间内的考勤情况；学期结束时，每门课程学生的出勤情况或者某个学生在一个学期的出勤情况可以自动统计出来。(4)智能照明管理智能照明是利用物联网技术，使校园内的灯能够无线自主组网，使每一盏灯都能遥测和遥控，教室和道路的灯接受控制中心的命令，反馈灯的各种状态，根据光强度和时段自动调节照明亮度。例如对教室照明智能控制，当教室光照比较暗，灯自动亮；当光照比较强时，灯自动关，如果发现教室里没人，可以远程控制灯的开关。（5） 人员可视化管理为校园人员配备管理卡（可以与借书卡、饭卡、浴卡等功能合并，形成一卡通，该卡可以远距离读取），通过各门禁系统和遍布校园的感应点，可以实现对所属人员24小时不间断、全校园不留死角、全自动实时感知与定位。学院安保单位、各系辅导员、班主任可以通过智慧校园管理平台实时了解到所属人员在位情况。借助此卡，还可以实现对学生、职工的日常管理、电子签到、定位等，对学生、职工的在位、外出情况进行有效管控、实现电子点名、智能查岗等可视化管理。（6） 车辆精细化管理通过为校园的车辆、重点装备设备等安装电子标签、嵌入传感器、卫星定位装置等，实现对交通工具、各种装备设备进行准确定位和实时跟踪，并通过嵌入的各类智能传感器，监控其工作状态、完好情况等，从而实现对其精细化管理。（7）智能化后勤保障为仓库、物资安装包含其型号、种类、数量等状态信息的电子标签，使得后勤物资的发放更加智能和快捷；为草皮配备温度、湿度传感器，使得灌溉更加合理；为路灯安装光学传感器使其更节能。（8）电子岗哨为财务、油库及校园的其他重点区域安装智能传感器，实现对其24小时不间断地安全检测，一旦发现可疑情况，可由感应点自动调整摄像头的方向进行视频监控，并向值班人员发出通知或巡视提醒，以便及时处理。3、校园教学校园教学又包括日常教学、智慧图书馆和实验室管理等方面。（1）日常教学利用物联网技术有利于建立全面和主动的教学管理体系，利用RFID技术的支持，可以完善教学管理的组织系统、评价和考核系统，从而对教学的质量建立保障和监控体系；有利于拓展学习空间、培养学习者自主学习能力，物联网能为学生的自主学习、合作学习等提供支撑环境。例如，无锡市感知生长校园数字化农植园系统，就是让学生通过“感知”动植物生长情况，利用计算机及网络收集、处理和发布观测信息，交流种植经验，展示研究成果，从而提升学生的科学素养。（2）智慧图书馆智慧图书馆通过物联网来实现智慧化的服务和管理。 它的理想模式就是无需人工服务。目前物联网在图书馆中的应用，主要是RFID电子标签的应用，以智能书车为例来说明。智能书车是一种移动式RFID文献归架管理设备，具有查询、定位、书架智能导航等功能，可实现文献架位信息收藏、文献分拣、新文献上架等功能。具体流程：书籍拣到书车上，通过阅读器识别书籍的RFID中存储的信息，记录并显示文献在书车上的位置，同时根据获取的书籍存储架位信息，将需要进行上架工作的位置和书车上对应的书的存放档位对应起来，并在书车的显示屏幕上按照书库的位置将该车书的具体上架位置显示和指引出来，方便工作人员进行高效率归架。（3）实验室管理物联网应用到实验室中主要包括设备管理、实验过程管理和智能插座等。设备管理：RFID存储实验设备的基本属性等信息，利用阅读器方便地获取相关信息，然后再利用网络进行统一管理。实验过程管理：首先，RFID可以帮助学生方便地获取实验步骤、操作要点、使用帮助等信息。其次，在实验过程中，使用不当时能自动警告并中断实验过程，避免不必要的损失。另外，实验数据可以被实时采集并以适当的方式提供给实验者，实现实验教学的数字化、网络化与智能化。智能插座除了拥有传统电源插座功能外，它能够将各个实验设备的耗电量信息实时反馈给实验室管理员，管理员能随时开关插座，实现插座与人的对话，起到高效节能的作用。四、物联网发展问题1、核心技术有待突破目前，物联网关键技术研发和规模化应用处于初始阶段，其中，传感器核心芯片和传感器接入技术和中间件技术有待进一步发展。一是当前传感器所能连接的通信距离受限，传感器对外部工作环境指标要求较高，受外部环境影响较大。二是传感器节点计算能力、存储能力和通信能力不足，能量有限。另外，为了能够快捷地实现传感器网络上的大量应用且保证应用程序的运行性能，传感器网络中间件技术将是未来传感器网络领域急需解决的问题。2、标准规范有待统一标准是推动物联网应用的保障，统一标准体系的缺乏将阻碍物联网的发展。目前，物联网标准体系尚在建立，中国、美国、德国和韩国是世界物联网领域标准的重要制定国。ISO/IEC在传感网络、IUT一在泛在网络、IEEE在近距离无线、IETF在IPv6的应用、3GPP在M2M等方面纷纷启动了相关标准研究工作。由于物联网发展涉及国家间巨大利益，制定一种能被世界各国认可的统一的物联网国际标准，难度很大，短期内标准难以统一，规范协议难以形成。3、急需网络平台物联网的价值在于网，而不在于物。传感是容易的，但是感知的信息，如果没有一个庞大的网络体系，不能进行管理和整合，那网络就没有意义。因此，建立一个全国性的，庞大的，综合的业务管理平台，把各种传感信息进行收集，再进行分门别类的管理，进行有指向性的传输，是一个大问题。一个小企业都可以开发出传感技术和传感应用。但小企业没办法建立起一个全国性的高效网络。平台的建设者会在未来的物联网发展中，取得较好的市场地位，甚至是最大受益者。4、信息安全和保护隐私有待解决信息与网络安全是要保证被保护信息的机密性、完整性和可用性。与互联网和移动通信网相比，物联网还存在