物联网与云计算技术在高校智慧校园建设中的应用

［摘要］随着“互联网+教育”计划的不断实践以及智慧校园建设的积极推进，高校迎来了更加智能的信息技术。融合物联网和云计算的优势，并结合实际情况，重点研究了物联网与云计算技术在智慧校园安全管理、智慧校园车辆管理、智慧学生信息管理、智慧图书馆、智慧教室、智慧食堂、智慧宿舍、智慧实验室和智慧科研等方面的应用。这将实现校园内各种设施和管理的智能化和自动化，提高校园管理的效率和安全性，为学生和教职员工提供更好的服务和学习环境。

［关键词］物联网；云计算；高校；智慧校园

［中图分类号］ G647 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2023）13-0109-04

一、引言

智慧校园建设作为高校教育现代化的重要组成部分，以信息技术为基础，将校园物理空间与数字空间深度融合于师生在校的教学、科研和生活中，肩负着校园治理、教学改革、人才培养、科研创新、校园安全和师生服务的多重责任，是对传统校园建设发展的一次革新[1]。物联网技术作为智慧校园建设的重要组成部分，可以将传感器、智能设备等物理设备连接起来，实现对校园内环境、设备、资源等的监测和管理。而云计算技术则可以为智慧校园提供强大的计算和存储能力，同时也可以实现数据的高效共享和分析。因此，将物联网和云计算技术应用到高校智慧校园建设中，不仅可以提升校园的智能化水平，更可以为师生和管理者提供更加便利和高效的服务和工具，推动高校教育和管理的创新和发展。

二、物联网及云计算技术

（一）物联网技术

物联网技术是一种将物理世界与数字世界连接起来的技术，它融合了传感器技术、射频识别技术、嵌入式系统技术、智能技术和纳米技术等多种技术手段。通过信息传感设备，物联网可以将各种物体与网络按照约定的协议连接起来，从而实现物体信息之间的交换和通信，为校园管理和教育教学提供全面、便捷、高效的服务[2]。为了更好地描述物联网的结构和功能，可以将物联网的体系架构划分为三个层次：感知层、网络层和应用层。物联网的三层架构是相互关联、相互作用的。感知层提供了信息的获取和感知能力，网络层提供了数据传输和安全保障，应用层实现了各种应用场景，三层相互协同工作，构成了物联网的完整体系[3]。

感知层是物联网的基础层，主要有传感器、智能卡、RFID、条形码、阅读器、人机接口等多种信息感知设备，能够识别和获取物理世界中发生的各类物理事件和数据信息，从而实现对物理世界各种信息的全面感知。

网络层是物联网的中间层，它的主要功能是将感知层获取到的经过初步处理的信息通过互联网、移动通信网络等网络传输到远程终端的应用服务层。网络层对数据传输速度、稳定性和安全性提出了高要求，因此在网络层需要应用一系列技术手段，如数据传输协议、网络拓扑结构、安全防护等，以保证数据的准确传输和信息的安全性。

应用层是物联网的远程终端层，它负责将网络层传输而来的数据进行各种应用类型的处理，并将处理后的数据在各种设备间进行交互。应用层是物联网的关键，通过应用层的处理，数据可以被转换为有用的信息，进而服务于各种应用场景，实现跨行业、跨系统之间的应用，为人们的生产、生活带来了极大的便利。

在校园中，物联网技术可以实现任何物品、人和互联网的连接，实现人与人、人与物、物与物之间的全面互联互通、互动和信息交换。例如，在教育教学方面，物联网技术可以实现学生课堂表现的数据采集和分析，为教师提供更全面的评价和教学反馈；在校园管理方面，物联网技术可以实现对校园设施的自动化控制和监测，进一步提高设施的使用效率和安全性，同时也为校园安全提供了更加全面的保障。

（二）云计算技术

云计算是一种基于互联网的计算模式，通过将计算机处理能力、存储能力、应用软件和数据等资源进行虚拟化和集中化，提供给用户按需使用，实现计算资源的共享和高效利用。云计算具有弹性伸缩、按需付费、高可靠性、易管理等特点。其架构包括三个主要层次：基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）[4]。

IaaS层面上，云计算提供了一种虚拟的计算基础设施，包括虚拟计算机、存储和网络等资源，用户可以根据自己的需求租用这些资源，并且可以根据自己的需要进行扩展或收缩。

PaaS层面上，云计算提供了一些开发、测试、运行和管理应用程序的平台，用户可以使用这些平台来开发自己的应用程序，而无须购买自己的基础设施。

SaaS层面上，云计算提供了一些已经开发好的应用程序，用户可以通过互联网来使用这些应用程序，而无须安装和维护这些应用程序。

在云计算平台上，师生可以利用云端的相关资源进行学习，无须增加软硬件设施。只要通过互联网连接手机、电脑等终端设备，就可以访问云端的各种资料。此外，学生还可以将自己的学习资料上传到云端，从而为云空间增加更多的内容，使其变得更加丰富多彩。这样一来，学习资源就会变得越来越多样化，师生在学习中将拥有更加广阔的选择空间，可以更加灵活地应对各种学习需求和挑战。

（三）物联网与云计算的融合

物联网与云计算的融合是指将物联网技术与云计算技术有机地结合起来，形成一种新的技术模式。在这种模式下，物联网设备可以通过网络将数据上传到云端，云端再对数据进行存储、计算和分析处理，提供各种智能化服务。同时，云计算平台也可以为物联网设备提供资源调度、安全保障、管理监控等功能，从而使得物联网系统更加智能、高效、可靠。在融合过程中，可以使用不同的模式进行实现。[5]

第一种称为单中心多终端模式。这种模式主要用于小范围的物联网应用。核心思想在于云计算中心为用户提供一致的操作接口，以处理由各种物联网终端所获取的信息，使得用户可以轻松地访问云端的相关资料，并上传自己的资料，从而实现数据的共享和协同处理。

第二种称为多中心多终端模式。这种模式主要用于大范围的物联网应用，如区域跨度大的企业和单位。其核心思想在于提供公共云和私有云等多种云计算中心，为不同种类的感知信息提供智能化的互联服务。这种模式可以解决数据难以共享的问题，并提高数据的处理能力和安全性。

第三种称为分层处理海量终端模式。其核心思想是合理分配资源，将物联网终端设备按照不同的层次进行分类和处理，从而实现资源的有效利用和信息的高效传输。这种模式主要为需要处理分布范围广、数据及信息种类多、安全性级别要求不一等复杂场景的用户提供各种服务。

物联网与云计算的融合可以实现更加智能化和高效化的数据处理和应用服务，对于推动信息化和数字化发展具有重要的意义。

三、智慧校园

（一）智慧校园的概念

智慧校园是一种基于现代信息技术的高校数字化、信息化建设的新型校园管理和服务模式。通过建立数字化校园基础设施和信息平台，实现学生、教师和校园资源的全面信息交互、管理和服务，进而实现校园管理的智能化、智慧化和系统化，提高校园运行效率和服务质量的一种现代化校园模式[6]。在智慧校园中，学生可以通过移动设备随时随地获取教育资源、参与学术交流；教师可以通过数字化平台管理课程和教学资料、与学生和同事进行互动交流；校园管理者可以通过大数据和智能化技术进行实时监控和管理，提高管理效率和决策水平；校园服务部门可以通过智能化的服务平台提供更加便捷、高效的服务，满足学生和教师的多元化需求。智慧校园是高校信息化建设的重要方向，也是推动现代高等教育发展的重要途径[7]。

（二）智慧校园的特点

智慧校园作为一种创新型的教育模式，具有以下几个特点：

全方位的信息化服务：智慧校园利用物联网、大数据和云计算等先进技术，将学生、教师和校园资源的信息进行全方位、多层次的交互和共享，为校园内的每个角落提供全方位的信息化服务。

智能化的管理和服务：智慧校园通过数据的采集、分析和处理，实现了对校园内各类资源的智能化管理和服务，包括人员管理、课程管理、校园安全、后勤服务等方面，提升了校园的运行效益和管理水平。

便捷的移动化应用：智慧校园提供了便捷的移动化应用，学生、教师和管理人员可以通过手机、平板电脑等设备随时随地获取和处理校园内的信息，实现了信息的便捷化和流动化。

系统化的集成应用：智慧校园将各类信息化应用进行了系统化的集成和管理，形成了统一的信息化平台，包括校园门户、课程管理、教务管理、后勤管理等方面，实现了信息化应用的互联互通和协同管理。

智能化的学习环境：智慧校园提供了智慧化的学习环境，包括智慧教室、数字图书馆、在线课程等方面，为学生提供了更加便捷、丰富、个性化的学习资源和学习方式，促进了教育教学的创新。[8]

四、基于物联网与云计算技术的智慧校园应用

（一）智慧校园安全管理

物联网技术可以实现对校园安全数据的实时采集和分析，将安防设备和云计算平台通过互联网连接起来，形成一个智能校园安全网络，实现校园安全监控的实时掌控、安防设备的智能管理和安全事件的智能预警，从而提高校园安全保障效果和应急管理能力。首先，可以通过云计算平台实现安全数据的集中存储和分析，从而更好地把握整个校园的安全形势，提高安全保障效果和应急管理能力。同时，通过物联网技术的实时数据采集和分析，可以对校园内的安全风险进行实时预警，避免安全事件的发生或降低其给校园带来的影响。其次，智能校园安全网络可以实现安防设备的智能管理，如智能视频监控系统可以根据学校特点和安全需求进行设置，实现实时监控、自动报警等功能。智能门禁系统可以实现对学生和教职工出入校园的管控和记录，提高校园出入口的安全性。另外，智能校园安全网络还可以与社会安全管理平台进行联动，实现信息共享和协同管理，提高校园和社会安全的整体管理水平。

（二）智慧校园车辆管理

利用物联网技术，校园内的停车场可以实现智能化管理，为学生和教职工提供便利的停车服务。借助移动设备，他们可以轻松地预约车位，避免浪费时间和精力在寻找空余停车位上。同时，停车场内的传感器可以实时监测车位的使用情况，精准地掌握车位占用情况，有效避免车位浪费和拥堵。此外，基于云计算技术的车辆管理系统还可以实现停车收费、车辆管理等功能，为校园车辆管理提供更加全面的服务。通过物联网技术的智能化管理，校园停车场将实现高效、智能、便捷的停车服务，为校园师生和工作人员提供更好的出行体验。

（三）智慧学生信息管理

通过物联网技术，可以将学生信息管理系统与学校内各个设备进行连接并实时传输至云端，方便对学生进行监控、追踪和管理。同时，利用云计算技术，对学生数据进行处理和分析，实现数据的可视化展示和预测分析，为学生管理提供决策支持。教师可以方便地查询学生的相关信息，如学生的基本信息、选修的课程、成绩和出勤情况等。同时，教师还可以通过该系统对学生进行评价，提供针对性的建议和指导。学生也可以通过该系统的选修课程、查询成绩和出勤情况等功能，从而更好地掌握自己的学习情况。此外，学生信息管理系统还可以通过与其他系统的联动实现更多的应用，如与图书馆管理系统的联动可以实现图书借阅和归还的自动化管理，与校园卡管理系统的联动可以实现校园卡充值和消费的一体化管理。

（四）智慧图书馆

通过物联网技术，将图书馆内的书籍、借阅机器、自助还书机等设备进行连接，实现自动化的借阅和还书服务，使借阅过程变得更加高效和便捷。此外，利用云计算技术对师生的阅读数据进行分析处理，图书馆工作人员可以更加全面地了解师生的阅读需求和偏好，从而为读者提供更加精准的阅读推荐服务，进一步提高服务质量和用户满意度。通过数据分析，图书馆管理人员可以及时地掌握读者的阅读状况，对不同类型的图书进行更精准的采购和管理，提高图书馆管理的效率。同时，这种智能化的图书管理系统也可以减轻图书馆工作人员的工作压力，从而为其提供更好的工作环境。