智慧校园物联网平台方案

智慧校园物联网平台方案

目录

一、项目背景 (62)

二、智慧校园概述 (63)

2.1智慧校园的发展和特征 (63)

2.2智慧校园的功能特性 (65)

2.3智慧校园的关键技术 (65)

三、建设目标 (70)

3.1解决学校信息化建设中存在的各种问题 (70)

3.2促进教学、科研、管理过程及模式的全面信息化 (70)

3.3辅助各级管理与决策数字化 (70)

3.4创建学习与研究新模式 (70)

3.5 总体应用架构 (70)

四、校园物联网 (73)

4.1设备控制 (73)

4.2 能效管理 (75)

4.3平安校园 (78)

一、项目背景

随着信息技术的迅速发展,教育信息化已成为时代发展的必然选择。教育部在《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中提出, 到2020年，全面完成《教育规划纲要》所提出的教育信息化目标任务，形成与国家教育现代化发展目标相适应的教育信息化体系，基本建成人人可享有优质教育资源的信息化学习环境，基本形成学习型社会的信息化支撑服务体系，基本实现所有地区和各级各类学校宽带网络的全面覆盖，教育管理信息化水平显著提高，信息技术与教育融合发展的水平显著提升。教育信息化整体上接近国际先进水平，对教育改革和发展的支撑与引领作用充分显现。

随着物联网和云计算技术应用和推广，一些学校提出建设数字校园的规划并付诸行动,许多学校也纷纷将数字校园作为学校信息化的新选择,启动数字校园计划。我国学校在经费数量、技术力量、办学目标和管理模式等方面与大学存在很大的差别,其数字校园建设也应该立足自身特点,建设具有自身特色的智慧校园系统。

为加速教育信息化进程，实现建设“数字化教育”的目标，我市目前全面应用信息技术，启动学校智慧校园建设，构筑先进的智慧校园环境，从而带动学校教学、管理的全面发展。

二、智慧校园概述

2.1智慧校园的发展和特征

进入21世纪以来，随着学校“校校通”工程、“农远”工程和高校教育信息化工程的实施，教育信息化进入了新的发展阶段。在社会信息化的大背景下，建设智慧校园，不断推进以学校为主题的教育信息化进程，成为教育信息化的重要组成部分。

智慧校园概念最早源于20世纪70年代美国麻省理工学校提出的E-Campus 计划。随着Internet的广泛应用，各种与之相关的概念不断涌现，智慧校园逐步成为一个单独的研究领域。数字化校园是建立在校园网基础上的,它利用先进的信息化手段和工具,实现从环境、资源到活动的全部数字化,在传统校园的基础上构建一个数字空间,以拓展现实校园的时间和空间维度,提升传统校园的效率,扩展传统校园的功能,最终实现教育过程的全面信息化,从而达到提高教育管理水平和效率的目的。

智慧校园是一个伴随技术应用变化而不断发展的概念，是学校教育信息化发展到一定阶段的产物，是通过技术手段改造和提升传统校园的必然结果，其具备五方面的特征：

?重点关注学生的有效学习、创新和转变教学方式；

?以服务教育教学作为智慧校园建设的基本理念；

?支持学与教的资源比较丰富；

?多种应用系统有机集成、相关业务高度整合；

?能拓展学校的时空纬度并丰富校园文化。

智慧校园建设强调信息技术应用与教育教学深度融合，这与教育信息化的目标是一致的，也是与社会信息化的步伐相匹配的。但要应对社会信息化进程中学习方式变革的诉求，单纯的网络基础设施装备、学与教数字化资源建设、应用软件系统的开发难以有效支撑学与教方式的变革和拓展相对封闭的时空纬度。只有跟上甚至引领社会信息化的进程，积极构建智慧校园环境才能真正提升校园信息化水平。

智慧校园应具有以下特征：

1)环境全面感知。

智慧校园中的全面感知包括两个方面，一是传感器可以随时随地感知、捕获和传递有关人、设备、资源的信息；二是对学习者个体特征（学习偏好、认知特征、注意状态、学习风格等）和学习情景（学习时间、学习空间、学习伙伴、学习活动等）的感知、捕获和传递。

2)网络无缝互通。

基于网络和通信技术，特别是移动互联网技术，智慧校园支持所有软件系统和硬件设备的连接，信息感知后可迅速、实时的传递，这是所有用户按照权限的方式协作学习、协调工作的基础。

3)海量数据支持。

依据数据挖掘和建模技术，智慧校园可以在海量校园数据的基础上构建模型，建立预测方法，对新到的信息进行趋势分析、展望和预测；同时智慧校园可综合各方面的数据、信息、规则等内容，通过智能推理，做出快速反应、主动应对，更多的体系之内、聪慧的特点。

4)开放学习环境。

教育的核心理念是创新能力的培养，校园面临要从“封闭”走向“开放”的诉求。智慧校园支持拓展资源环境，让学生冲破教科书的限制；支持拓展时间环境，让学习从课上拓展到课下；支持拓展空间环境，让有效学习在真实环境和虚拟情境能得以发生。

5)师生个性服务。

智慧校园环境及其功能均以个性服务为理念，各种关键技术的应用均以有效解决师生在校园生活、学习、工作中的诸多实际需求为目的，并成为现实中不可或缺的组成部分。

因此，智慧校园是指一种以面向师生个性化服务为理念，能全面感知物理环境，识别学习者个体特征和学习情景，提供无缝互通的网络通信，有效支持教学过程分析、评价和智能决策的开放教育教学环境和便利舒适的生活环境。

2.2智慧校园的功能特性

智慧校园的建设是学校信息化发展战略的必然要求；是实现学校资源整合提高利用效率，实现数据共享和精简机构提高工作效率的必然要求；是学校适应未来数字化竞争和生存的必然要求。

学校数字校园应该包含3个基本要素:

?数字化的学校教育环境：数字化的学校教育环境是指智慧校园的基础硬

件和软件平台。

?数字化的学校教育资源：数字化的学校教育资源包括与学校教育教学活

动有关的各种课件、视频及音频素材、数字图书以及在教学活动进行过

程中产生和累积的资源等。

?数字化的学校教育活动：数字化的学校教育活动是学校在数字化环境下

的运作范式,它包括以课程组织方式、课堂教学方式、教学管理方式、备

课方式、作业方式、评定方式为主要内容的教学活动、科研活动、管理

活动、决策活动数字化、智能化。它并不只是把传统学校活动数字化照

搬到网络上,而是在这一过程中重新整理、设计和构造学校活动,优化并

提高学校工作质量,以适应社会不断发展的需要。

2.3智慧校园的关键技术

技术发展是智慧校园建设的基础，在多种技术的支持下才能真正实现个性化服务的理念。

2.3.1物联网及环境感知技术

物联网主要解决物件到物件（thing to thing，T2T），人到物件（human to thing，H2T），人到人之间的互联（human to human，H2H）。物联网与传统互联网不同的是H2T是指人利用通用装置与物件之间的连接，H2H是指人之间不依赖于个人电脑而进行的互连。随着物联网技术的研究与应用，利用物联网可以解决传统意义上互联网没有考虑的与物件互接的问题。

物联网分为三个层次：第一是传感系统（设备层），通过各种技术手段，来实现和物相关的信息识别和采集；第二是通信网络（信号传输和获取层），包括

现在的互联网、通信网、广电网以及各种接入网和专用网，目的是对采集来的信息进行可靠传输和处理；第三是应用和业务（业务应用层），即输入输出控制终端，可基于现有的手机、个人电脑等终端进行。其中传感技术和通信技术实现了前两个层次，主要由无线射频识别（RFID）、传感网技术等技术构成，而第三个层次则是以软件为主的数据应用及处理技术。

物联网及环境感知技术是“智慧校园”的基础技术，有助于实现对校园各种物理设备的实时动态监控与控制，采集教学过程等各种传统智慧校园无法采集的数据。通过物联网及环境感知技术，我们可以转变个人与组织机构，自然系统和人造系统的交互方式，使其更加智慧，即更加清晰、效率更高、响应更灵活更及时，这将为学校的发展带来新的机会。

2.3.2云计算技术

云计算技术是支撑智慧校园的第二大技术。云计算（Cloud Computing）是分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）、效用计算（Utility Computing）、网络存储（Network Storage Technologies）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（Load Balance）等传统计算机和网络技术发展融合的产物。

物联网的引入使得智慧校园中流动着大量的数据，面对数据规模的激增，传统的数据中心模式必然形成数据存取的瓶颈，制约智慧校园的业务应用。作为一种信息服务模式，云计算可以把大量的高度虚拟化的计算和存储资源管理起来，组成一个大的资源池，用来统一提供服务。云计算技术的引入，有效解决了大数据时代的集中存储和集中计算问题。

2.3.3微课程技术

微课程（microlecture）这个术语并不是指为微型教学而开发的微内容，而是运用建构主义方法化成的、以在线学习或移动学习为目的的实际教学内容。《高等教育纪事报》介绍说，这些大约只有60秒长度的展示带有具体的结构，它们并不仅仅是简单的演示。在国外，早已有了“微课程”（Microlecture）这个概念，它最早是由美国新墨西哥州圣胡安学院的高级教学设计师、学院在线服务经理戴维·彭罗斯（David Penrose）于2008年秋首创的。

微课程的主要特点：

1、教学时间较短

相对于传统30-50分钟一节公开课的光盘/网络教学视频，时长5-10分钟微课程更有效利用零散时间，学生注意力更集中

2、内容针对性强

每个微课程仅针对1-2个知识关键点进行详解，知识的组成基本单位由段变为点，个性化按需受教，需求满足的吻合度更高。

3、资源容量较小

容量仅数兆至数十兆，主流网络媒体格式，载入快，便于终端携带，便于实现“微学习”、移动学习，便于知识的分享与传播。

4、便捷交互教育

微课程不局限于课堂随时随地可进行知识的传播，并根据针对要点即时讨论、测试和反馈、举一反三的联想，交互性大大增强。

2.3.4学习情景识别技术

学习情景识别是个性化学习资源推送、学习伙伴联接以及学习活动建议的前提，是智慧校园建设中的关键技术。学习情景识别的目标是根据可获取的情景信息识别学习情景类型，诊断学习者问题和预测学习者需求，以使得学习者能够获得个性化的学习资源，找到能够相互协作的学习伙伴、接受有效的学习活动建议。学习情景识别涉及学习者特征分析、传感器技术和自动推理等方面的综合应用，是一个跨领域的研究方向。

2.3.5校园移动互联技术和高清视频通信技术

无处不在的宽带无线网络使得高清晰度的网络教学资源传输成为可能，也让异地的视频连接不再受带宽资源的限制，让学习者有“身临其境”的感觉。3G技术和各种无线接入的普及，让无线网络的覆盖不再仅仅限于教室和图书馆，学习者通过网络进行学习，将不再受任何地域限制。为广大师生提供无处不在、稳定、安全、易于管理的无线网络环境，是构建智慧校园的基本条件。校园无线网络一般情况都具有规模大的特点（地域范围大、用户多、数据通信量大）、网络覆盖的要求也高（应能实现室内、室外、礼堂、宿舍、图书馆、公共场所等之间的无缝漫游），负载均衡尤为重要。此外，互联网、移动网和广电网的三网合一业务实现学校无线网络全覆盖提供了更加广阔的空间。

基于高清视频通信技术，开展校内实时同步视频通讯，已成为当下智慧校园发展的热点。伴随着移动技术的飞速发展，视频通讯技术也随之跟人们带来了更多便利。

2.3.6 社会网络技术

社会网络是由某些特定群体（人、企业和组织）间的社会关系构成的相对稳定的关系网。当前的互联网发展强调从以数据为中心的传统Web转变为以用户为中心的Web2.0，其关键特征是基于社会性软件（即时通讯、博客、微博、社会问答、社会标签、在线社会网络等）为用户提供多样化服务。因而影响服务质量的关键在于对用户兴趣、关系及群体的分析。社会网络分析可以看作是网络知识发现或网络挖掘的一个分支，涉及数据挖掘、机器学习、信息抽取与检索等不同领域。社会网络分析应用广泛，对其的学习与研究也越来越重要，而在线社会网络基础了社会网络与信息技术的特点，是人类社会的虚拟化表示及延伸，具有自组织性，通过对社会网络特征的分析，确定社会网络中的用户群体或个人的中心性程度，对关键小团体特征进行分析，以及确定用户位置、角色等情况，有助于掌握师生在虚拟网络中的活动状况，为其更好地提供服务，实施必要的管理措施。

2.3.7 学习分析技术

学习分析技术源自早期的课堂教学效果分析，目前在线交互文本分析和早期的课堂教学效果分析有一种走向融合的趋势，学习分析技术便是这种融合的一个产物。学习分析是对学习者以及学习情境的数据进行测量、收集、分析和报告，以便更好地理解和优化学习以及学习发生的情景，从而提高学习效率和效果。学习分析技术可作为教师教学决策、优化教学的有效支持工具，也可为学生的自我导向学习、学习危机预警和自我评估提供有效数据支持，还可为教育研究者的个性化学习设计和增进研究效益提供数据参考。

针对学习者个人信息、学习者情景信息等内容进行建模，通过对交互文本、视音频和系统日志等能够反映学习过程信息的数据，利用参与度分析法、社会网络分析法和内容分析法等自动化的交互文本分析技术，来获取学习者学习的参与度、学习者的社会网络、学习者关注的学习内容、学生和教师的课堂行为信息、学习情况和学习资源的利用情况等内容，是学习分析技术实现学习

分析的核心。文本挖掘技术可从学习资源库和学习者信息中挖掘学习者关注的各种信息，如文本的主题、文本作者对某一事物的观点倾向、作者在某一主题的专业程度等。这些信息一方面可以帮助学习者根据这些信息检索学习资源，另一方面可以帮助学习者了解学习资源库在某一侧面的总体概况和趋势。

2.3.8数字资源的组织和共享技术

学习资源的组织及共享一直以来都是智慧校园的建设重点之一，按照班杜拉的社会学习理论，观察他人的行为和结果是习得知识、技能的重要来源，真实的榜样能对观察者起到示范作用。学习者在学习过程中产生的生成性资源，可以作为其他学习者的学习观察对象，这也是一种重要的学习资源。为了便于检索和共享，传统的学习资源常常使用静态的词汇表来描述元数据，但这种描述方法无法满足泛在学习环境下灵活多变、极具个性化的学习需求，因此吸收借鉴语义网络和本体技术的相关研究成果，提供更为灵活和智能化的元数据描述方式成为一种趋势。借助语义Web和本体技术来组织学习资源，能够灵活、准确的表达资源的属性，便于学习者对资源的检索、归类，可以极大的提高检索的查全率和准确度，更容易被自动化的数据挖掘工具发现和集成，有助于实现泛在学习环境下分布式资源灵活的共享、联结和重用，同时具备良好的扩展性，并且能作为智能的资源检索和推送的基础，大大增强学习系统的适应性和针对用户的个性化服务能力。

三、建设目标

方案以“环境全面感知、网络无缝互通、海量数据支持、学习环境开放、师生个性化服务”为导向，以十二五“更加安全、更加公平、更加和谐、更加科学”的国家教育热点为牵引，从“教、学、管、用”四个层面，形成“学校-区县-地市-省厅”纵向多级一体化平台，实现“学生-家长-教师-学校-教育主管部门-教育相关部门”横向多角度应用模式，开创智慧校园建设的新格局。

3.1解决学校信息化建设中存在的各种问题

对学校的所用业务，进行统一规划、统一信息标准、统一数据管理，统一应用平台、规范业务流程，消除校园内信息孤岛，实现教学、科研、管理和服务的各种资源的共享，保证信息化建设的可持续性发展。

3.2促进教学、科研、管理过程及模式的全面信息化

智慧校园项目将信息技术融于教学、科研、管理的各个环节，使信息工具成为教师教学、学生学习、部门管理的重要手段，有力地促进全校范围内的资源共享和交换，拓展广大师生员工获取信息的渠道，提高广大师生员工获取信息、分析信息、处理信息的能力和适应现代社会的能力；通过智慧校园项目的建设，构建一个集教学、科研、管理与服务的虚拟学校环境，最终实现学校的全面信息化，提高学校的竞争力。

3.3辅助各级管理与决策数字化

使各级领导决策实现数字化，决策支持系统通过结合学校数字资源和计算机的辅助改进领导决策质量。为各级领导提供决策所需的数据、信息和背景材料，帮助领导明确决策目标，为正确决策提供有力的数据及报表辅助支持。

3.4创建学习与研究新模式

利用技术创新手段，构建数字图书资源、数字教学资源，实现数字资源高度共享，提供个性化数字服务，构筑数字学习和研究的新环境，改变信息获取方法，提高信息获取质量和效益，创建人才培养与科学研究新模式。

3.5 总体应用架构

XX公司以国家中长期教育改革和发展规划纲要、教育信息化十年发展规划为导向，融合物联网、云计算、移动互联网等技术，坚持“创新、整合、协作”的方针，打造“智慧校园教育云”，形成以关爱学生成长、感知教育服务为中心，以教育部门、学校、家长、社会等为纽带的和谐共育新格局。

基于普通中小学基础教育的业务现状与发展需求，切实从中小学教育服务、管理出发，梳理业务需求与业务流程，融合物联网、云计算、大数据、智慧平台等核心关键技术，建设以区县为基本实施单位的智慧校园服务管理平台，教学应用平台，构建起云服务数据中心，为智慧校园应用与服务建设提供基础运行支撑环境；同时，基于核高基重大专项成果的智慧平台，打造形成面向教育的一体化支撑平台、教育领域框架以及智慧校园基础构件服务，为智慧校园建设提供包括基础运行服务、统一门户服务、物联感知服务、信息整合服务、业务协同服务等公共技术支撑；同时，制定与形成智慧校园建设标准规范，依据标准规范体系，基于平台，丰富与完善智慧校园应用与服务内容，包括基础信息管理、教学应用管理、管理应用服务、社会公共服务、智慧教学应用、智能录播应用、校园物联网应用等方面，为教育主管部门、学校、教师、学生、家长以及社会公众提供智慧校园云服务；并为智慧校园提供强大的数据、资源支撑，包括数字教材资源、视频教学资源等。同时，依托教育信息化一体化技术支撑平台，注重互联互通、