大学校园物联网建设方案经典案例.docx
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大学校园物联网建设方案经典案例
大学校园物联网建设方案
一、高校物联网应用现状
从2001年国家教育部倡导实施“校校通”工程至今，国内基础教育信息化经过一个较长时期的投资建设，很多地区和学校的信息化建设已经形成一定的规模。
作为校园信息化建设的一种形式，硬件、网络基础设施以及应用软件都已经具备，并在教学中得到应用。
校园物联网是在传统校园信息化的基础上，以信息网络为依托，利用数字化手段借助物联网技术对校园环境（包括设备、教室等）、资源（如图书、讲义、课件等）、活动（包括教学、管理、服务、办公等）等各个方面和环节进行综合管理。
在该平台里，可根据新校区的规划，设计整体架构，在硬件、网络基础上运用丰富的软件信息系统，高效便捷地实现学校的教学、科研、管理和服务等活动的全部过程，从而达到提高学校教学质量、科研水平和管理水平，促进实现学校办学宗旨的目的。
物联网的概念是在1999年提出的。
物联网的英文名称叫“TheInternetofthings”，简言之，物联网就是“物物相连的互联网”。
2009年2月24日消息，IBM大中华区首席执行官钱大群在2009IBM论坛上公布了名为“智慧的地球”的最新策略。
2009年8月7日，温家宝总理在江苏无锡调研时，对微纳传感器研发中心予以高度关注，提出了把传感网络中心设在无锡、辐射全国的想法。
温家宝总理指出“在传感网发展中，要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术”，“在国家重大科技专项中，加快推进传感网发展”，“尽快建立中国的传感信息中心，或者叫‘感知中国'中心”。
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。
国内外众多高校、科研院所先后开展了无线传感器网络的研究，这些都为无线传感器网络进一步的发展以及最终的商业化奠定了坚实的基础，虽然在基础技术层面已经获得了重大突破，而基于物联网技术能够为用户提供哪些独特的服务，是最终能否广泛应用的关键。
目前许多物联网示范应用的方向之一就是与校园管理活动的融合，用于促进智慧校园/数字化校园建设工作的推进。
目前，南京邮电大学在校园内搭建了微型“物联网”，并推广应用。
二、项目建设目标
本项目建设的总体目标是：
利用信息化和物联网技术，为太原大学构建互联互通、安全可靠、覆盖整个校区的综合管理系统，建成一面向节能和应用信息发布的综合管理应用系统，实现教学业务管理和行政管理的信息化、网络化平台。
整个系统的建设目标涵盖了系统架构设计、内容实施、安全保障和项目管理体系建设的一系列内容。
因此，从项目建设内容上划分整个系统从逻辑上分为三层次：
基础设施层、数据层和应用层。
基础设施层包括网络布线。
信息监控点布置、数据信息点采集设施、数据应用服务器、存储设备、视频监控设备、信息采集设备以及语音通信设备的安装调测等。
数据层包括：
完成数据库软件、各类数据汇聚、应用数据以及安装调试完数据库服务器、应用服务器、中间件服务器和相关的数据存储设备。
应用层包括：
业务应用软件的研发实施、联调和试用。
三、建设内容
1.数据中心
IDC（InternetDataCenter）-Internet数据中心，它是传统的数据中心
与Internet的结合，它除了具有传统的数据中心所具有的特点外，如数据集中、主机运行可靠等，还应具有访问方式的变化、要做到7x24服务、反应速度快等。
IDC是一个提供资源外包服务的基地，它应具有非常好的机房环境、安全保证、网络带宽、主机的数量和主机的性能、大的存储数据空间、软件环境以及优秀的服务性能。
校园数据中心的建设是以整个系统的数据信息传输为基础架构，包括信息中心的内部网络建设和整体系统的核心网络连接，即传输控制的建设。
在此基础上建立核心网络交换和数据存储平台。
传输控制层为信息交换提供平台和接口,进行用户管理和综合安全管理，提供对整个物流信息平台的技术支持,是整个系统运行的不可缺少的一个重要组成部分。
主要包括综合安全管理、数据交换中心、网络安全设备等模块。
传输控制层体现在数据中心表现为：
核心骨干网络、应用服务器、数据服务器和数据存储系统。
软件系统包括：
中间件软件、信息安全系及各类综合数据库系统软件。
应用软件是整个系统的核心和技术展现，通过应用软件才能将通过物联网收集、传输的数据信息经过加工整理和挖掘后通过应用程序为用户服务。
2.校园一卡通
建立高校园区内师生“一卡通”系统，通过该系统实现门禁、考勤、就餐、消费、会议签到、借书、用水、用电、公共设施使用等功能。
方便学校对老师、学生的管理。
校园一卡通实现传统校园一卡通功能以外，可以通过短信、WAP等方式实现排课、会议、图书借阅、消费情况、账户信息等各种信息的互动查询，可实现各种信息的指定下发，具有通知、提醒的功能。
通过本系统，不仅在校园内部实
现了信息化和智能化，而且为师生对校园卡充值提供了极大的方便。
其应用场景见下图：
3.智能建筑与节能管理
在我国，建筑能耗占总能耗的27%以上，根据住房和建设部统计数字显示，我国每年城乡建设新建房屋建筑面积近20亿平方米，其中80%以上为高能耗建筑；既有建筑近400亿平方米，95%以上是高能耗建筑。
建筑能耗占全国总能耗的比例将从现在的27.6%快速上升到33%以上。
太原大学建筑节能监管系统正是在这样的背景下应运而生，本系统以促进高校节能为根本，在高校信息化的基础上，以罗克佳华独有的三层网络架构和“物联网”技术为依托，在省内外多个行业节能项目上积累了大量丰富经验，以此为基础构建了综合技术、节能信息应用和规章制度为一体的高校节能监管平台。
建筑节能监管平台囊括了网络、数据采集、传输、存储和数据分析，采用数据挖掘技术对高校建筑节能进行监测、管理。
在此基础上针对不同的高校情况，制订相应的节能管理制度，将二者科学、有机的结合起来形成具有重要意义的高效节能平台，通过对监管平台应用前后的对比、数据分析得出结论，帮助管理人员做出决策。
对太原大学科研楼、教学楼、图书馆等建筑用水、用电进行节能计量统计，完成节能监管中心软硬件建设。
初步形成太原大学节能主干网络建设和节能监管平台建设。
节能监管平台包括：
末端数据采集系统、数据传输系统、数据分析决策系统和节能监管应用系统。
4.车辆管理系统
本系统通过物联网技术，实现校区内车位利用率及车位使用状态的的动态管理，对进出学校的所有车辆信息进行综合调度管理。
通过本系统可以分析用户需要的车位信息，允许用户通过PC终端查询所有车位的实时使用情况，以及车辆引导服务。
投入使用的新校园，面积大，道路多，将来正式使用后，园区内车辆管理是个大的问题，利用车辆管理系统，规范园区内交通车辆，做到停车有序，行驶有规。
充分体现一个现代化高校园区的整体风貌。
整个校园的车辆进出管理系统实行中央电脑集中监控，并采用红外检测器检测车辆的进出，使用无线发射器、接收器识别注册车辆的进出信号，使停车管理建成方便，安全，高效的控制体系。
本系统还可以通过主机实行联网控制多个门口的车辆统一进出管理情况。
整个系统包括：
信号接收部份、红外探测部分、蜂鸣报警部分、步进电机驱动部分、汽车检测是否过去部分五大部分。
本系统不仅可以实现车位的动态管理，结合校区电子地图还能实现车辆引导功能，通过“无人指示系统”将车辆引至目的地。
5.教室配置管理
教室配置管理就是通过物联网技术获得关于教室使用状态的所有信息。
在本系统可以分析用户需要得到的教室信息（例如：
教室的使用状态、上课情况、上课内容、授课人等），借助PC终端查询所有教室的实时使用情况，以及其他所需信息和服务。
同时本系统提供系统接口，通过端口与其他系统（例如：
排课系统、考试系统）衔接，为学校后勤管理提供统一平台。
6.平安校园
校园指挥系统（平安校园）是一个具有实时性、先进性、可靠性和开放性的网络视频监控系统。
本系统是一套以数字音视频压缩、传输、存储和回放为核心、以智能实用的图像分析为特色、结合现代视频技术、安防报警技术、网络通讯技术和流媒体传输技术的数字视频监控综合应用系统。
本系统结合GIS系统，可以将校区及重点建筑周边的地理信息即时呈现在平安校园指挥中心大屏上。
遇到突发事件可以通过视频内容及GIS系统进行车辆和人员的定位及调度。
本系统提供了三维实景模拟的电子地图，同时，根据需要将绘制学校周边及重点区域的三维电子地图，通过电子地图将结合视频图像以立体形式，全面展现校区重点区域。
该平台以一种全新的人性化WEB界面表现，为平安校园建设提供便捷、完整解决方案。
7.校区地理信息系统
本系统采用基于Web的校园地理信息系统，即利用GIS技术、信息技术以基本的网页技术搭建的基于B/S模型的校园地理信息服务网站。
实践证明,与传统的校园GIS相比,该系统可更加直观地反映校园信息,有效提高校园信息交互检索的效率,并为在其它领域的应用提供了借鉴。
本系统利用GIS的技术，使校园的师生迅速的熟悉校园的环境，方便地制作自身所需要的地图，并且利用地图的形式，将校园信息展现的方式从传统的纯文字模式解脱出来，实现地图与文字、图片等展现模式相结合的方式。
本网站的建设，可以大大方便校园内外的人员在校园内学习、工作和生活，对于学校的宣传也有重要的意义。
本系统主要应用于高校，主要功能包括：
校园地图导航：
利用校园内的各种级别的电子地图，将校园的学习、工作、生活环境，校园风光，甚至复杂建筑物的内部环境都展现到用户的面前，并提供配套的GIS操作，使得用户能够方便的浏览各种相关的校园电子地图，以及查询地图实体的各种属性信息等。
校园地理信息系统将成为新时代的高速信息源。
任何与校园的行政、生活、休闲、旅行相关的信息将重新定位，并与地图信息建立最紧密的联系。
用户将可以从以往的文字查询中解脱出来，获取图文并茂而且最为直接的交互效果。
8.多媒体教室
随着教育技术在各级各类学校中的逐渐应用，每个学校都进行了相应的硬件建设，都拥有了多媒体教室，配置了多媒体投影机、实物展示台、音响、中控系统等。
多媒体教室建设需要有电子技术、电声技术、声学处理技术、计算机与网络技术等综合技术。
学校在建设多媒体教室时，应根据本校的实际需要和教室环境的基础设施，遵循经济性、效益性原则，合理配置设备，才能获得高性价比的多媒体教室。
本系统是将多媒体计算机技术与常规电教媒体相结合。
多媒体教室具备以下
主要功能：
（1）能播放文本、图像、动画、视频、音频等多种媒体信息。
（2）
通过实物展示台可将图片通过大屏幕显示出来。
（3）配备音响系统和控制银幕、
窗帘、照明等相关辅助设备。
（4）可与多种信息网相联，如校园计算机网、卫星电视网和校园有线电视网等。
9.图书馆
随着图书馆网络建设的深入和应用的日益丰富，图书馆网络建设也面临着越来越多的崭新课题。
如何实现图书馆馆外用户合理授权访问馆内资源？
如何在保持图书馆网络开放性的同时实现网络的安全等等诸如此类的问题一直是高校图书馆的建设重点考虑的问题。
高校图书馆网络建设需求包括：
1、
安全的需求
2、
管理的需求
3、
性能的需求
4、
高智能的考虑
5、
接入方式的考虑
6、
馆外访问的需求
根据图书馆网络建设中出现的问题与需求，凭借丰富的图书馆网络建设经验，我们提出了高安全、高性能、易管理的高校图书馆网络的方案。
10.校园网络架构
太原大学以培养高层次人才为己任。
当今世界随着计算机、网络通信等现代科学技术的发展，随着新校区的建设，建立覆盖全校，并与内外网络互联的校园网已成为必然。
本校园网对外将实现通过信息中心联接的互联网相连；对内实现与各院、系、图书馆、学生宿舍内部互联通信。
校园网将为学校的科研、教学、管理提供必要的技术手段，为研究开发和培养人才建立平台，借此加快学校的发展，以此加快学校的发展，成为一个具有示范性的学校。
本校园网设计方案主要由以下四大部分构成：
交换模块、广域网接入模块、远程访问模块、服务器群。
本系统建设标准：
建立一个基于校园Intranet的信息管理和应用的网络系统，并提供相应的各种服务。
共享网络上各种软、硬件资源，快速、稳定地传输各种信息，并提供有效的网络信息管理手段。
采用开放式、标准化的系统结构，以利于功能扩充和技术升级。
能够与外界进行广域网的连接，提供、享用各种信息服务（与各系教育信息中心相连、与国内外著名教育站点相连）。
具有完善的网络安全机制。
能够与原有的计算机局域网络和应用系统平滑地连接，调用原有各种计算机系统的信息。
为了实现上面几点，必须设计适合大学教育本身，并能够充分利用资源的校园网，扩充各种网络应用，如多媒体课件系统、多媒体教学系统、网络教学系统、图书检索系统等，使其为各学科的教学和实验服务。
11.动力中心
动力中心是数字化、信息化及物联网综合技术应运而生的产物,适应于电力、工矿企业、商业中心、办公群楼、市政建设、学校医院、港口、机场、高速公路等诸多领域的高低压变配电及动力能源的管理系统。
它以电能管理为核心，配以对一次水、循环水、冷却水、蒸汽、压缩空气等能源的集成管理，形成了整个动力系统的统一管理平台，是一种智能化、网络化、单元化、组态化的监控系统。
全面有效地对整个动力系统进行了优化，切实做到了生产、安全、节能、环保四效合一，克服了以往单一管理的数据片面性及自身矛盾。
该系统以微机继电保护装置、智能配电仪表、智能电力监控装置、自动化仪表及检测装置、计算机及通讯网络、监控系统软件为基础，把整个动力系统的设备及运行状况置于连续精确（其中供配电系统的运行设备和运行状况置于毫秒级）的监视控制保护中，提供动力系统详尽的数据方案、运行监视、事故报警、事故记录和分析、电能质量监视和控制、自动控制、继电保护、能源需量预警、水电或汽电比例曲线等功能。
四、合作及投资方式
由于本项目信息化程度较高，对承建方的资质、技术实力要求也很高，尤其是财务能力更为重要。
结合本项目要求和特点，对合作模式及投资方式给出以下建议：
1.财政支持
本项目所有资金来自财政支持，根据项目建设需要，合同签订后由建设单位支付一定比例的款项给承建方，作为本项目的启动资金。
在项目实施阶段根据项目进度，分批支付合同款项，直至合同执行结束，项目建设完毕。
2.银行贷款
可以采用银行贷款的方式，解决项目资金问题。
3.抵押质押
在资金不足的情况下，建设单位可根据整个项目预算为本项目建设进行实物质押，先行启动项目。
同时，建设方可以要求承建单位为本项目进行资金垫付，建设单位以等价实物对承建单位质押或承保。
在项目整体验收后，由建设方一次性支付项目建设资金。
五、投资预算
序号
项目类别
费用（万元）
备注
1
设计咨询费
36
2
数据中心
684
3
校园一卡通
136
4
智能建筑与节能
988
5
教室配置管理
210
6
车辆管理系统
120
7
平安校园系统
560
8
校区地理信息系统
341
9
多媒体教室
480
10
图书馆
630
11
校园网络架构
783
12
动力中心
826
13
合计
5794
第一章智能数字校园信息系统设计方案
4.1我校现有数字校园系统特点与拓展方向
经我们的实际调查了解，我校现采用的“一卡通”数字校园管理系统为非接触式射频识别卡管理系统，该系统把学校教职工和学生身份标识、学生学籍、教职工考勤、图书管理、食堂及超市小金额消费等功能综合到一张校园卡上,建立了初级的校园管理平台,使学校摆脱了早期低效的管理模式，实现了我校信息化资源、图书馆资源管理、校内电子支付及财务系统等信息管理系统的集成，为广大师生的工作、学习和日常生活带来了诸多便利。
但这一系统还存在着功能单一，应用狭窄，智能程度低，以及一旦遗失会给用户带来诸多麻烦，甚至经济损失等问题。
随着物联网技术的不断发展，和智能手机的普及，更智能的校园网想法应运而生。
我们设计的智能数字校园以校园网为基础，通过运用先进的物联网射频识别技术和感知技术、智能终端及云计算服务扩展传统校园网的功能，实现校园管理系统的智能化，它集高效、安全、灵活、人性化于一体，扩展传统校园网络功能，提高效率，实现教育过程的全面信息化。
4.2需求分析、设计灵感与关键实现模块
通过对需求分析阶段由我校学生回馈的调差问卷进行的汇总，我们得到了大量宝贵信息，并且在本校同学的畅所欲言中获得了新的灵感。
绝大多数同学认为本校现有“一卡通”数字校园管理系统相较传统管理模式提供了诸多便利，但也认同我们提出的现有不足。
在我们的热心解释下，大部分同学对物联网技术在智能数字校园系统的应用模式产生了极大的兴趣，也为我们提供了自己的构想。
经过多方汇总，我们的系统将有如下特征：
该新型智能数字校园系统采用RFID-SIM的手机替代原有射频IC卡，可结合其他智能终端，拥有便捷的实时通信能力，能通过校园覆盖的无线宽带网络传输大量数据。
系统管理平台与云计算服务器相连，通过无线网络为校园内的智能终端用户提供任何地点、场合的实时高级运算支持。
师生可通过手机方便地访问数字化校园信息管理平台，随时随地的进入数字图书馆阅览、后勤服务系统、教务管理系统。
同时，在传感网技术更加成熟后，构筑全校范围内的传感网络，再不干涉隐私的情况下，提供食堂卫生状况自动监控、自动教室导航、协助失物寻回，夜间安全警示等功能。
本系统在设计阶段为以上功能预留接口。
基于物联网的智能数字校园管理系统实现的关键模块如下：
1．智能终端
智能终端是智能数字校园信息管理系统的关键所在，现行的我校校园信息管理平台只能通过计算机访问，用户及时访问系统。
新系统可使用智能手机、平板电脑等智能终端获得系统的大部分服务。
2.RFID-SIM手机卡
手机已成为我国当今大学生不可或缺的工具，使用采用RFID-SIM手机卡的
手机可以直接将手机作为电子钱包，并通过相应的手机银行业务绑定多个银行信用卡、现金卡，省去了一行一卡的繁琐。
3.传感网络覆盖
传感网能够相关技术的发展，可以使未来的校园遍布各种传感器，通过实时的感知与信息收集，可在食堂饮食安全、校园治安、智能化服务等多方发挥巨大作用。
4.3最终的系统设计方案
（一）系统层次结构
本系统采用三层结构，分别是终端层、通讯层和应用数据服务层，如图所示:
应用数据服务层包括用户数据库（包括用户信息数据库、图书数据库等）、服务器（包括应用服务器，云计算服务器和数据备份服务器等）以及管理终端组成，负责教务管理、校内消费财务管理、图书馆图书借阅管理等各类应用。
通信层包括互联网、自建校内无线宽带网和GPR够动通信网，主要用于智能数字校园相关数据信息的交换与实时通信。
终端用户层包括采用RFID-SIM卡的手机，其他智能终端（PDA平板电脑）和射频标签识别器，以及各类传感装置，用于实时采集用户信息，接受各项智能化服务，实现数字校园系统内各类数据的共享、高速处理。
（二）系统功能模块
1．用户身份管理
通过采用RFID-SIM手机卡的手机代替目前正在使用的工作证、学生证，对用户身份相关信息进行认证。
用于校内师生自动身份识别的终端设备。
在学生毕业或教师离职时，由管理部门删除RFID-SIM卡中的个人信息。
系统管理员可利用用户信息管理子系统进行师生个人信息的添加、删除和更新等操作，可以通过多种方式对挂失的账户进行冻结，防止师生个人财产损失。
2．图书借阅管理
基本功能与我校原有图书馆管理系统相同。
改进的地方在于，物联网环境下的图书馆图书含有射频标签，且馆内书架具有的专用感应器，用户可输入想要查阅的书籍，直接找到目标书籍所在书架及书架的具体位置。
3．消费及财务管理
RFID-SIM个人账户可绑定不同银行的账户，并设置默认转账账户。
可从自己的多个银行账户中自由转账。
用户可以设置每天固定时刻发送24小时内消费的具体项目及其所花费的数额、或充值数据及其账户余额到自己个人账户对用的手机，使用户可对自己的账户进行实时监视，提高校内支付的安全性与透明性。
4．其他服务
在传感网技术更加成熟，成本降低后，该系统将构筑全校范围内的传感网络，提供食堂卫生状况自动监控、膳食营养评估、自动教室导航、失物寻回协助，夜间校园安全警示等功能。
本系统为以上功能预留接口。
第二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”（smartearth）理念。
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