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3.3 網絡拓撲連通性測試
在Mininet環境下用pingall測試h1主機和h2主機連通性,如圖4所示。研發人員可以通過Floodlight的Restful API接口來向Floodlight平臺請求交換機狀態、能力、拓撲等各種信息,而策略控制Static Flow Pusher機制則是通過Restful API接口來管理流表的。本文使用Static Flow Pusher 改變流表,讓h2 ping不通h1,具體命令如下:
sudo curl http://219.245.196.25:8080/wm/staticflowentrypusher /clear//json
sudo curl ?X DELETE ?d ′{″name″:″flow?mod?1″}′
http://:8080/wm/staticflowentrypusher/json
3.4 故障自恢復實驗
(1) 利用Floodlight控制平臺為網絡的主機之間設置兩條轉發路徑,為h1和h2下發主路徑,備份路徑,測試拓撲如圖5所示。
(2) 模擬單故障情形,Mininet中輸入命令link s1, 模擬鏈路中斷。使用Iperf從h1向h2發送數據,分別發送普通UDP數據分組和視頻文件流。
(3) 通過觀察h2的Iperf服務器端輸出信息以及使用WireShark抓包工具分析分組傳遞路徑可知,在上述故障情形下主機h1可通過備用路徑到達目的主機h2,系統能夠準確地檢測故障,并對故障情形進行診斷判別,最終能夠進行路由恢復,ping結果見圖6。
測試結果表明,基于SDN的多媒體教室網絡架構是可行的,比傳統的IP網絡架構更有優勢。基于此,在南校區數字化教學樓兩個英語多媒體教室部署了SDN網絡,通過英語老師的實際使用情況來分析SDN多媒體網絡架構給英語教學服務帶來的影響。
4 實踐及效果分析
為了評測SDN多媒體教室網絡給英語教學帶來的效果,分別在2016年第一學期(已部署SDN)和2015年第二學期(未部署SDN)對在數字化樓多媒體教室上課的A班和B班學生和教師(共82人)就SDN多媒體網絡對英語教學產生的影響進行了訪談調查,調查結果如表1所示。
由統計結果可知,部署SDN多媒體網絡的多媒體教室比沒進行網絡改造的多媒體教室故障率底,沒有出現網絡故障;部署SDN后,師生對校園網絡應用于在線視頻播放、在線學習、實時視頻交流三個方面滿意度大幅提升,部署的SDN網絡更好地滿足了英語教學的需求,提升了英語網絡教學的現代教育技術水平,有助于老師教學和學生英語學習。
5 結 語
本文提出了一種基于SDN的英語多媒體教室網絡架構,解決了英語多媒體教室網絡管理中的一些問題。本文設計的 SDN 架構采用 OpenFlow 技術實現了業務數據和控制數據的分離,通過控制器集中靈活管理多媒體教室的中控設備,減少了網管人員維護量。通過利用Mininet 軟件和Floodlight控制平臺,實現了控制器對中控設備的靈活控制,說明了基于SDN的多媒w教室網絡架構的設計方案可行。最后,經過實踐驗證可知,SDN多媒體網絡給教學提供了更好的服務。
參考文獻
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關鍵詞:物聯網;RFID;WSN;應用框架;智慧校園
中圖分類號:TP302.1 文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2013)31-7114-03
校園信息化發展歷經了網絡化,數字化,信息化等各階段后,隨著信息技術的進一步發展及物聯網技術的逐步形成和發展,目前和未來,校園正在進入智慧化建設階段。智慧校園通過透徹的感知,高速的互聯,面向服務的運算,實現更實時的控制,提供更便捷的服務,制定更科學的決策,從而營造綠色、和諧、高效、舒適的校園環境。
1 智慧校園建設的支撐技術
1.1 物聯網技術
物聯網是指利用條碼、射頻識別(RFID)、傳感器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,實現人與人、人與物、物與物的在任何時間、任何地點的連接,從而進行信息交換和通訊,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的龐大網絡系統[1]。關鍵技術涵蓋物聯網架構技術、統一標識技術、通信技術、網絡技術、軟件服務與算法、硬件、功率和能量存儲、安全和隱私技術及標準等方面。
基于物聯網的感知層、網絡層和應用層三層體系結構討論:感知層負責通過對條碼、電子標簽、傳感器、智能卡等在內的自動識別與近場通信技術進行信息采集,核心技術主要涉及傳感器技術、射頻識別技術、二維碼技術、微機電系統、傳感網自組網技術;網絡層負責完成對感知層所收集到的信息向數據中心的傳遞任務,通信網絡包括有internet、WIFI以及無線通信網絡等,核心技術包括局域網技術及廣域網技術;應用層是構建在物聯網技術架構之上的應用系統,主要完成對網絡層傳輸數據的分析和處理,智能決策和提供服務,核心技術有專家系統、云計算、API接口、GIS、ERP、垂直行業應用、系統集成、資源打包等。
基于物聯網技術的智慧校園建設涉及的關鍵核心技術包括:
1) 射頻識別(RDIF)技術
物聯網是利用無所不在的網絡技術建立起來的,其中非常重要的技術是射頻識別(Radio Frequency Identification)技術,也稱電子標簽技術[2]。RFID是一種非接觸式的自動識別技術,它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據,識別工作無需人工干預,可工作于各種惡劣環境,可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽,操作快捷方便。最基本的RFID系統一般由天線、讀寫器、感應標簽和相應的應用軟件組成。
2) 編碼技術
物聯網是全新的網絡架構,可以實現全球范圍內物品的跟蹤與信息的共享,這需要從公共物聯網的角度探討物品的編碼方法,使全球物品都納入到統一的編碼之中。編碼技術包括EPC、條形碼、國家物品編碼體系等[3]。EPC(Electronic Product Code,產品電子代碼)是新一代的產品編碼體系,相對于可標識一類物品的條形碼,EPC可標識到同類物品中的每件單品,通過附著于需跟蹤物品上的射頻電子標簽,可全球流通并對物品進行識別和讀寫,實現信息的傳遞。EPC 碼中包括物品的一些基本信息及簡要參考信息,可通過與后臺數據庫相連,實時獲取EPC 碼對應的物品詳細信息。
3) 無線傳感器網絡(WSN)
傳感器屬于物聯網的神經末梢,是物聯網中采集信息和實現現實世界感知的重要設備,是人類全面感知自然的最核心元件。各類傳感器的大規模部署和應用是構成物聯網中感知層的基本條件。
無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network)就是由部署在監測區域內大量的微型傳器節點組成,通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡。WSN技術主要由傳感器、通訊網絡和信息處理系統三部分構成,實現實時數據采集、監督、控制等功能。在實際應用項目開發中需考慮實用性,在設計WSN時,要充分考慮傳感網中的傳感器功耗、節點供電、節點壽命和節點失效等問題[4],選擇最優可行的解決方案。
1.2 云計算技術
在物聯網中,從感知層采集了大量的數據,需要運用云計算技術,處理海量數據,進行實時動態管理,智能分析,以實現各種不同的應用需求。云計算將數據存儲于云上、軟件和服務置于云中、構筑于各種標準和協議之上,可以通過各種設備獲得[5]。通過云計算模式可以幫助實現高效、動態、大規模擴展的計算處理能力。云計算是實現物聯網的核心,又促進了物聯網和互聯網的智能融合。云計算平臺是支撐智慧校園的第二大平臺。利用云計算技術,可以建設虛擬實驗室[6]。
2 智慧校園總體應用框架
智慧校園是以物聯網為基礎,利用先進的信息化手段和工具,以各種應用服務系統為載體,為師生構建的一個集教學、管理、科研和校園生活為一體的新型智慧化的工作、學習和生活環境[7]。主要實現從環境(包括實驗室、教室、設備等)、資源(如公文、圖書、講義、課件等)、到活動(包括教、學、科研、管理、服務、辦公等)的全部數字化、智能化,在傳統校園的基礎上構建一個數字空間,以拓展現實校園的時間和空間維度,從而提升傳統校園的效率,擴展傳統校園的功能,最終實現教育過程的全面信息化,從而達到提高教育管理水平和效率的目的。
根據現代校園的智能化管理需求,綜合浙江大學、南京郵電大學和西南大學的智慧校園建設目標和方案,該文提出了由五個層面構成的智慧校園系統總體應用框架,自上而下分別為:校園網統一信息門戶、校園綜合信息應用系統、基于物聯網的校園智慧應用、公共支撐平臺和硬件和網絡基礎設施,并且在各個層面的規劃和建設過程中,遵照統一的信息標準與規范,根據工作體系與管理機制,考慮了應用系統需具有良好的擴充性。努力使系統建設具有標準規范化,系列一體化,數據共享化,應用智能化,擴充可行化等特點。具體如圖1所示。通過基礎設施層、數據層和應用層[8]的建設,最終為教師、學生和管理者提供一個開放、協作、集成、智能的綜合信息服務平臺。
3 智慧校園建設的主要內容
物聯網技術和云計算技術的在校園中的運用將會促進教育信息化的進一步發展,帶來教學模式和管理模式的創新和變革,智慧校園建設需要一個逐步和長期的建設過程。
3.1 建設硬件和網絡基礎設施
智慧校園需要解決物和物、人和物及人和人之間的相互通訊與信息交互,無線的末端接入手段是必要條件。建立有線/無線雙覆蓋的網絡環境,是實現泛在的感知信息接入和多源信息互聯的前提,也是智慧校園的重要基礎設施[9]。
3.2 建設統一身份認證平臺,建設共享數據中心和建設校園網統一信息門戶
統一身份認證可以實現全校統一的用戶管理,為校園網各應用提供統一安全的身份認證服務,實現網絡單點登錄或手機認證登錄。建立安全高效、統一共享的數據中心,整合資源,減少學校在運行環境、維護人員等方面的重復投資,架設合理的數據庫結構,方便應用之間的數據交換和共享,有利于實施有效的安全防護與數據存儲管理,為學校領導和有關部門信息利用、分析決策提供支持。統一信息門戶是將校內各類應用聚集展現與集成,應用內容管理,提供統一的訪問入口,實現個性化工作界面定制。
3.3 建設統一校園卡應用系統
通過為師生手機上SIM 卡貼上RFID 電子標簽,由標簽識別器(射線輻射傳感器)讀取師生用戶手機SIM 中嵌入的EPC 碼信息,實現身份標識、身份認證與消費、考勤、圖書借閱等功能,實現手機終端以及校園信息服務系統的融合,實現“一機在手,走遍校園”。如目前校園“翼機通”客戶數量在不斷增長。
3.4 建設基于物聯網的校園智慧應用
采用多種傳感器、傳感器網絡、RFID 、GPS、視頻技術、智能物體等標識、定位、實時感知物理對象的狀態并進行遠程控管。如智慧圖書館的建設,實現對圖書的查詢、定位、自動借還、書架智能導航和圖書錯架報警功能[10],大大提升圖書館的管理服務能力。如通過安裝智能表,延伸接入網絡,實現遠程集抄和實施監控,建立用能設備的監控系統,建立校園路燈控制等,建設綠色校園。通過建立門禁系統、校園巡更和安全監控系統,實現智慧安防,建設平安校園。
3.5 建設校園綜合信息應用系統
堅持“以人為本”,打破部門界限,以師生在學校的各項活動為線索,建立以“用戶為中心”的綜合應用系統,并將教師和學生綜合應用系統有機銜接,實現數據共享,更好地服務于師生,創造便捷、人性化的校園e生活。重構管理流程,打造一體化應用,建設財務管理、資產管理、文檔管理等一體化系統。用好沉淀數據,建設共享數據庫,做好決策支持系統,提供科學的教學、科研、師生管理和財務和資產管理決策。
4 結束語
智慧校園建設是一個長期的演進過程,需要遵循“統一規劃,分步實施,逐步完善”的原則。[9] 智慧校園不僅是實現物物之間的聯系,而且要實現人與物、系統與系統之間的實時感知。因此,智慧校園建設的核心是數據融合,需要重視資源與應用的開發,實現基礎設施與數字資源的充分融合[11]。隨著物聯網技術的日益成熟,充分利用學校教學、科研的先發優勢來提高校園的智能化程度,構建教學、科研、管理和校園生活為一體的新型智慧化的工作、學習和生活環境。從物聯化、集成化、智能化出發,實現校園中人、財、物和學、研、管業務過程中的信息獲取、信息共享和信息服務,變革教學模式和管理模式,創新應用和服務,科學決策,規范管理,從而推進智慧化的教學、科研、管理、生活、以及服務的實現進程,提高學校影響力和服務社會的能力,讓智慧校園成為智慧城市的一部分。
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關鍵詞:智能化弱電工程;系統功能;對策。
中圖分類號:TP212.6文獻標識碼: A 文章編號:
1 弱電工程的系統功能
電力應用大致分為強電和弱電,這主要是按照電力輸送功率的強弱來分的。一般來說,強電主要用于機器動力的運轉、照明等,而弱電在智能社區和酒店等系統中的功能不可忽視。
總體來說,弱電工程在建筑中主要有以下幾種系統功能:電話通信系統、計算機局域網系統、音樂 / 廣播系統、有線電視信號分配系統、保安監控系統、消防報警系統、出入口控制系統、停車場收費管理系統、樓宇自控系統等。
弱電工程要實現電話通信系統的通信功能,主要是針對三類傳真機以及可視電話等,利用星形拓撲結構,使用三類或三類以上非屏蔽雙絞線來實現的。這樣使得信號的傳輸頻率在音頻范圍內。電話通信系統功能對于弱電工程是不可缺少的,在這個信息為王的時代,人們可以說很多時間都在與通信工具接觸。沒有好的可行的通信系統,一個智能化的弱電系統可以說就不能稱之為智能化, 這是最基本的功能,也是在系統功能中必須做好管理和維護的。
而計算機局域網系統則是使用五類或五類以上非屏蔽雙絞線來傳輸數字信號的,它是實現辦公室自動化以及各種數字傳輸的網絡基礎。可以說,局域網不是僅限于辦公室系統的,在小區、餐廳、酒店、學校,甚至一個城市,局域網發揮著越來越大的功能,局域網功能的建設也越來越受到重視。因此,在智能化弱電系統中,計算機局域網系統功能就顯得不可忽視。
音樂 / 廣播系統是使用銅芯絕緣導線作為傳輸線,將揚聲器安裝在客房、餐廳、商場等地方,可以用來進行現場廣播、播放音樂等,它使用的是多路總線結構。一個溫馨的家庭少不了美妙和諧的音樂,一個有秩序、令人陶醉的校園少不了優美的旋律和充滿文化氣息的廣播,一個和諧的小區也少不了音樂和廣播。廣播在給人們提供及時信息以及各種緊急情況等方面也發揮著很大的作用,也是智能化弱電工程應該重視的部分。
智能化弱電工程的有線電視信號分配系統主要是采用分支、分配器進行信號分配,將有線電視信號均勻分配到樓內的各用戶點,這樣分配的布線是隨建筑物的分布而不同的,而且是樹形結構,這樣布線的主要目的是為了減少信號失真和衰減。
保安監控系統則是通過在建筑物的出入口以及一些重要場所安裝攝像機、防盜探測器等進行監視并針對異常情況進行警報。分為控制信號和視頻信號,在智能社區,酒店和各種建筑內,保安監控系統都起著監視和提醒的巨大作用,為安定和團結的生活起著保障。
消防報警系統和保安監控系統在警報方面有著異曲同工的功能。消防報警系統主要有火災警報、消防聯動系統、消防廣播系統、火警對講系統等組成。在很多情況下,這兩大系統對人生安全有著巨大的作用,是弱電工程不可缺少的安全系統的組成部分。
出入口控制系統主要是針對智能化社區的弱電工程,主要是通過使用計算機讀卡器功能,對出入口進行監視和記錄等。而停車場收費管理系統是通過人工或者半自動或者自動的收費管理系統,實現收費和控制電動欄桿的啟閉, 這樣的系統在一般的智能社區和公共場所,起的主要是管理車輛的作用。
對于樓宇自控系統,目前并沒有國際標準,但是,樓宇自控系統主要是對大樓內外的各種環境參數以及樓內各種設備的工作狀態進行檢測和控制等。以保證設備的正常合理地運行。
當然,以上說到的弱電工程的幾大系統功能并不是分開的。一個建筑尤其是智能化社區,可能只有集中系統,也可能集中系統功能都很完善。隨著技術的發展和生活水平的提高,我們對系統功能的要求也在提高。
2 弱電工程系統功能現狀
作為一個發展中國家,弱電控制技術在我國起步比較晚,所以在弱電工程的系統功能在現實生活中還存在著這樣那樣的問題,尤其是在系統功能的管理和維護方面,這無疑給人們的生活帶來一定的影響。總體來看,主要存在一下問題:
(1)設計和施工人員專業素質較低。智能化弱電技術的設計和施工人員專業素質決定了工程的質量。由于弱電智能系統工程所需要的知識涵蓋了機械電子、自動化控制、通信技術和建筑技術等,這就要求從事智能建筑弱電技術必須具備各方面的知識,能夠在施工過程中結合工程需要采取合理的處理辦法。然而,我國當前從事弱電工程人員相對較少,具備綜合素質的人員更少,這就造成了智能建筑弱電工程對人才的需求增加。缺乏高素質人才的工程往往難以控制系統工程質量,造成由于不能將建筑設計與施工與網絡、通信等技術充分的結合,出現工程漏洞,造成較大的安全隱患。
(2)建筑設計缺乏合理指導。隨著現代開發商對于建筑實用性的關注增加,導致設計師在規劃智能弱電設備中重視功能,往往采取盡可能的功能覆蓋面來吸引客戶的關注。但是,在此過程中就出現了由于不重視相關技術的發展,使所設計的智能弱點技術得不到充分發揮,大大降低了智能弱電技術的推廣。并且,建筑設計缺乏在智能化要求的指導,不能對于所使用的智能弱電工程提出具體的要求,使施工過程中不能貫徹設計思想。因此,只有建立合理的設計指導思想,弱電智能化系統工程才能有實質性的進展。
(3)管理維護缺乏專業檢測設備,缺乏專業的維護管理人才,弱電系統的管理維護中缺乏必要的系統性和科學性。
3 針對弱電工程系統功能現狀的對策
針對弱電工程的系統功能存在的現狀,一些學者提出了一些建設性的意見,主要有:
一是構建弱電系統的信息化管理,提升弱電系統管理維護水平。對于弱電系統的管理,不能僅僅依賴于傳統的信息管理,而需要系統的故障檢測系統。要應用新的科學技術如計算機技術、網絡技術、多媒體技術等來提升弱電系統的信息化管理平臺。
二是完善弱電工程的自動化檢測,提高弱電系統管理維護效率。通過完善弱電系統的自動檢測和控制功能, 可以提升弱電系統的管理和維護水平、提高管理維護效率和水平、降低弱電系統的工作故障發生的概率。具體而言,可以通過對空調系統、給排水系統、照明系統、廣播系統、消防系統等的完善和控制來提升弱電系統進行維護和管理水平。
三是實施弱電工程過程化管理,降低弱電系統故障維護概率。這主要是從加強弱電工程施工管理的角度來降低弱電系統的故障發生概率,可以從弱電工程施工的前期準備階段,深化設計階段,工程安裝階段,調試、測試及試運行階段等四個施工環節進行過程化管理。
四是提高設計規范,加強智能化設計水平。設計階段主要包括功能設計和施工方案設計,在此階段決定了建筑弱電智能化系統工程總體方案。為了保證所設計工程的質量,必須保證所設計功能、使用設備和設計方法符合施工合同要求,從用戶的角度客觀評價智能化水平。在所設計的弱電工程中,要結合設計設備的具體功能制定相應的施工內容。所提供的智能化設計內容要積極結合當前電子設備技術發展,不斷地引進新的智能化設計方案。此外,要保證所設計工程的系統功能、信號匹配、施工工序合理性,嚴格審核施工總體方案,從而保證智能化工程設計規范性。
五是做好驗收檢驗,保證實施建筑的可靠度。施工過程不可避免的存在失誤,通過驗收工作能夠有效地控制工程質量,為用戶提供最規范的智能化弱電設備。建筑弱電由于受到環境溫度、濕度和清潔程度的影響,因此在施工過程中的不規范施工很可能是弱電設備使用壽命縮減,通過設備的使用說明,分別驗證弱電設備的工作狀態。在驗收過程中若發現設備存在信號、電壓、電流不穩定情況,應立即組織技術和管理人員進行分析,分析出現不穩定狀況的原因,進行返工或者技術維護。
六是提高弱電設備的功能和品質,滿足用戶功能需求。在新時期,人們對于居住提出了新的要求,例如拓寬居住環境、提高居住的安全性和視覺感受等,建筑弱電智能化工程應緊密結合客戶需求,定期開展客戶要求調查,不斷地推出新的智能化服務。此外,在提供全方位服務的過程中應注重設備的可靠度,不斷地提高施工品質,維護人們對弱電設備的使用感受。
除了上面的六點之外,還可以籠統的提出一些對策。首先,要加強專業檢測設備運用,這樣對于問題的出現有一個好的預警;其次,是要有加強弱電系統管理和維護的從業人員的專業性的培養,讓從業人員能應付更大更復雜的問題;最后,一個具備系統性和科學性的弱電管理和維護系統應該是有一個完善的計劃和工作流程,有一個齊全的管理系統,定期對弱電系統進行常規檢查,在問題出現之前做好預警和防范,而不是等問題出現再進行亡羊補牢式的維護,這樣的維護既會對民眾的生活和工作造成不便,也會對弱電工程的發展不利。
3 結語
弱電工程的系統功能在現代可以說是關系國計民生的一大力量,如果像上文提到的問題,尤其是平時沒有問題是不關心、小問題小修補、大問題大修補這樣的觀念是不適合長遠發展的。本文主要就弱電工程的這些顯而易見的問題提出一些對策性的看法,供相關人員參考和借鑒。
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隨著高校信息化和數字化的推進,智能化校園的構建正在不斷完善。如何將各類智能化技術合理地應用到教學環節中,是各高校努力追尋的目標。多媒體智控管理系統,充分考慮了教學需求,實現了“一個中心、兩個目標”,即以節能減排為中心,安全智能操作為第一目標,低成本高性能為第二目標。進一步完善智能化多媒體教學系統,為多媒體教學走向現代化提供了更加前沿的技術支持,對高質量、高效率教學有著重大的意義。
關鍵詞:
智控;節能減排;安全;低成本高性能
多媒體教學在教學方式中以其智能、高效、充滿活力等優勢在教學領域獨樹一幟。在當前的信息化時代里,各種智能技術也正在飛速發展。技術融合,是各項事業水平提高的必要條件。多媒體教學系統從歷史發展到如今,也正逐步地將各種智能技術融入進來,多媒體教學系統的智能化越來越強大。多媒體智能化使得操作流程趨于簡單化,這也使得教師操作多媒體設備更加便利。而作為多媒體設備管理者,應考慮的是在當前的教學環境下,如何根據現有的硬件基礎,融入更多的智能化技術,為教師提供更優質的教學環境。當前,很多教室都已經改為多媒體教室,但是教室的分布地點比較分散,這使得日常維護狠繁雜[1],同時教師每次上下課還需要到多媒體辦公室來取送多媒體機柜鑰匙。本文針對這種現象,根據多媒體教學需求,把現有的門禁刷卡技術進行改進,然后融入到當前的多媒體體系中,使多媒體硬件發揮更大的功效,也使教學系統更加的強大。通過對多數高校的走訪、調研,發現其中多數都已經建設了數字化、網絡化的教學環境,而且每位教師都配發了一張校園卡。但是以往的校園卡僅僅用作校內飲食、購物、上網繳費等。在教學方面還沒發揮其功能。本文的多媒體教學智控管理系統就是將其功能進行了拓展,把它變成了每個任課教師的一把“鑰匙”。在為教師提供便利的同時,也進一步完善了整個多媒體教學環境。
1多媒體教學智控系統分析
每一項智能技術的融入對于教育教學系統來說都是一次重大變革。而正因為每一次變革都影響著整個教學,所以需要考慮的因素也必然會很多。下面從智控基礎、節能減排、安全操作、低成本高性能4個方面進行分析、論述,探討多媒體教學智控系統對教育教學改革具有重大意義。
1.1“智控”是基礎
多媒體教學設備能夠為教師的教學提供必要的輔助作用。設備操作的繁雜必然會給教師的教學操作帶來諸多不便。所以,智能控制是簡化操作的基礎。本文所述的智控系統的核心硬件就是現在風靡全球,正在被廣泛使用的Arduino開發平臺[4]。作為本系統的核心硬件平臺,Arduino有著不可或缺的優勢。Arduino拋開了傳統硬件開發的復雜操作,不需要了解硬件的內部結構和寄存器設置,也不需要過多的電子知識和編程知識,只需通過簡單的學習,了解各個引腳和函數的作用,便可利用它開發出各種出色的項目[3]。此系統可以實現兩種運作方案:第一種是本地存儲、智能操作;第二種為遠程訪問,遠程核實信息。兩種方式的區別在于校園卡信息的存儲方式不同,這也使得此系統可以適應多媒體教學平臺。如果現行多媒體教學管理系統是架設在校園網環境下,就可以外設一臺服務器,用來存儲教師校園一卡通的信息,同時與任課教師的課程安排相關聯。然后將此系統的核心硬件放置于教室多媒體機柜中,與服務器的數據庫通過網絡進行數據傳輸[5]。這樣任課教師在自己的任課時間里,可以直接到對應多媒體教室進行課前準備操作,無需到多媒體管理辦公室取送機柜鑰匙。任課教師只需用自己的校園卡進行刷卡操作,即可開啟多媒體機柜,根據上課需求,進行選擇操作。如出現教師在本地操作無法打開多媒體機柜,多媒體管理人員還可以通過控制機進行遠程開關鎖操作。若多媒體教學管理系統沒有建立網絡連接,仍然僅實現本地操作,此系統仍可以很好地與多媒體管理系統進行融合[6]。多媒體管理人員只需在機柜的核心硬件系統中嵌入存儲器,然后將對應課程安排的電子數據庫傳入存儲器,這樣任課教師就可以通過校園卡對多媒體機柜進行操作。以上兩種智能控制模式也可以實現雙模式協作,這樣有無網絡都不影響任課教師的課前準備工作。
1.2“節能減排”是中心
在各領域逐漸走向現代化的同時,各種各樣的資源也在不斷地被消耗著。發展固然是好事,但也要時刻考慮到如何才能節約能源,減少有害物質的排放。此系統的融入,直接節約了多媒體設備運行的電力資源[7]。此系統在執行關閉指令的同時,也會向電源控制器發送斷電指令。在保證多媒體設備正常關機的前提下,將不使用的多媒體設備進行斷電操作。而當教師執行刷卡操作,信息準確發送開鎖指令的時候,也會對電源控制器進行加電操作。這時電源正常接通,多媒體設備處于待機狀態,等待教師選擇操作。這種斷電、待機行為都為教學機構節省了大量的電能,也間接地實現了減少廢棄物排放。
1.3“安全操作”是第一目標
對于操作對象,需要在操作方面考慮每一個細節。這樣,才能保證使用對象的安全操作。教師的整個操作過程,都無需直接接觸到柜內的多媒體設備,這也從客觀上保證了教師的操作安全。教師只需將校園卡放在指定范圍,使讀卡器讀取校園卡信息,然后控制核心會把卡內信息通過網絡模塊傳輸到服務器,與服務器數據進行比對。如果信息正確,就會返給控制核心一個開鎖指令,控制核心會根據多媒體管理人員起初的設置來進行指令派發,如對多媒體機柜發送開柜信號,對電源控制器發送電路連通信號等[8]。對于電子設備,首先要考慮的就是電的問題。在實現機柜表面絕緣的條件下,還需要考慮教師的整個操作過程不需要直接接觸到電[9]。以前幕布上升、下降的控制,控制按鍵原理就是直接在設備電源的火線上連接了開關,通過兩個電路的連通和斷開,實現幕布的升降。但現在直接通過智能管理系統,給出升降指令,用弱電控制強電,來實現安全操作的目的。使用者無需直接觸碰到強電開關,只需要按一下指令按鍵即可,真正實現了教師的安全操作。
1.4“低成本高效能”是第二目標
在保證以上條件的情況下,對于一種新的智能技術的引入,多媒體智能管理系統的構建還需考慮如何降低技術成本[10]。本文論述的智控系統所采用的硬件設備完全符合低成本原則。本多媒體智能管理系統使用Arduino作為開發平臺,有以下幾個優勢。如Arduino可以在Windows、MacOSX和Linux三大主流操作系統上運行;ArduinoIDE基于ProcessingIDE開發,有著很大的靈活性且極易掌握;Arduino的硬件原理圖、電路圖、IDE軟件及核心庫文件都是開源的,這也為開發者提供了一個免費的開發資源[11]。并且Arduino簡單的開發方式也使得開發者更加關注于創意與實現,可以更快地完成自己的項目開發,大大節約學習的成本,縮短開發周期。同時,采用Arduino研發的多媒體智能管理系統還具有很好的再擴充性。如當前系統不能滿足新的需求或是在某個功能上有了更好的操控模式,多媒體管理人員可以自行對其進行功能拓展[12]。在硬件方面,只需要添加相應的功能模塊即可;代碼編程為大家熟知的C語言編程,所以學習難度相對較小。這樣就完全可以實現以低的成本購進系統,通過后期非重復式的功能嵌入,使其發揮高效能。
2智能革新意義重大
“智能化”在現代化教育教學改革中是一個亮點,亦是一個重點。“現代化”、“信息化”、“信息高速公路”、“多元化”、“高效能”等新的有代表性的名詞頻頻出現在教育教學的研究領域。這也意味著想真正地實現現代化教學,智能革新勢在必行[13]。傳統的教育教學模式的特點是以理論教學為主,導致理論與實踐結合演示的過程難以實現。而如今的現代化教學模式需要將學生培養成理論聯系實踐,理論知識更加注重實用性。所以現代化多媒體教學系統必然成為當前教學的主力[14]。利用多媒體將理論知識通過動態演示的方式展現給學生,使學生在學習的過程中有身臨其境的感覺。然而,早先的多媒體設備價格昂貴,操作安全系數低,制作周期也非常漫長。所以教育教學領域的研究人員都在積極探索如何將其它領域的智能技術融入到當前的多媒體教學系統中,使整個系統能夠達到使用需求[15]。但智能研究又具有一定的局限性,因為研究智能化需要投入大量的人力、物力,同時也具有一定的風險性,使得許多研究人員望而卻步。隨著各個領域專業技術的不斷發展,硬件基礎的日益雄厚,智能化研究也逐漸轉向低成本投入,這也使得教育教學智能化研究群體越發壯大。智能化的硬件設備也是層出不窮。通過人們不斷地使用、對比,智能化操控技術也是日益精進。多媒體教學智控管理系統也正是通過這樣不斷地嘗試、創新,并逐步地將各種主客觀因素考慮進去,才慢慢地成為當前簡單實用的系統體系。智能革新的意義也正是在此,即把當前的現代化多媒體管理系統與更加便捷的智能化操控管理技術完美地融合起來,達到多媒體授課教師的使用需求,同時充分考慮使用者的感受,通過添加硬件功能模塊及編譯新功能代碼,使整個教學系統在環保、安全、低成本等條件下,能夠在整個教學過程中充分地發揮其輔助功效,也使“教”與“學”能夠收到事半功倍的效果,最重要的是使得整個教育教學體系能夠與信息化時代齊頭并進,將教育事業推向更高峰。
作者:賈立偉 王俊鵬 單位:沈陽航空航天大學教務處
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關鍵詞:物聯網;智慧校園;管理學;教育學;系統科學
1引言
在信息化的教育方式與物聯網的影響下,“智慧校園”被提出并逐漸開始實施,不過對智能校園進行建設與推廣是非常復雜的,必須要先對其進行深入的研究與探討,從各個方面搜集智慧校園建設過程中可能會出現的一些問題,只有對智能校園建設有足夠的認知,找出智能校園在建設過程中的一些難點,應用多視角理論體系來深度解析其在建設過程中出現的問題,才能夠有效的提升智能校園建設的實踐效果,使其能夠在校園活動中發揮出更好的作用,進而使智慧校園得到更好的發展。
2智慧校園的內涵及其意義
2.1智慧校園的內涵
伴隨著物聯網技術在教育領域的不斷運用,使我國的學校管理與教學模式發生了非常大的改變,“智慧校園”的建設也逐漸的普遍了起來。智慧校園就是以物聯網技術為基礎,將學校的管理、教育和生活這幾方面賦予智慧,進而使學校能夠得到更有效的管理,使教師的工作以及學生的學習變得更加便利。智慧校園主要由以下方面組成:將計算機信息技術與學校的教育、生活相結合;給學校內的教師與學生提供一個方便教育與學習的平臺;合理的運用信息平臺和智能環境,將學校網絡與外界互聯網鏈接,以達到教育資源共享的目的。
2.2智慧校園的意義
智慧校園能夠使學校的教學方式得到改善,使學生更容易理解教師所講述的知識,拉近了教師與同學們的距離,加強了同學們的交流與討論,很大程度的提高了同學們的學習興趣和學習效率,還進一步實現了校園的智能化與現代化,使學校能夠得到更加有效的管理,確保了在校教師與學生們的安全。
3智慧校園建設的必要性
3.1優化教學方式及環境的要求
隨著我國各個領域的不斷發展與進步,社會各界的人才也是變的極度缺乏,而學校作為人才培養的地方,人們對它的教育條件也是越來越重視,因此學校必須要不斷提高自身的教育條件,為學生與教師創造一個良好的學習和教育環境,抓緊對“智慧校園”的建設,合理的應用現代化的物聯網技術,能夠使學生的學習興趣大大提高,使教師更加容易對學生進行教育,進而使教師的教學質量與學生的學習效率得到大幅提升。
3.2實現校園生活智慧化的要求
往昔學生在學校里的生活太過于單調,在生活中還很容易碰到一些麻煩,學生們在住校的時候非常的不便,進而導致學生們不能夠保持良好的狀態去學習。“智慧校園”的建設,能夠使這一問題得到有效改善,使學生們的生活與學習變得更加便捷,提高師生在學校內的生活質量。
3.3促進校園管理高效化的要求
早先在對學校進行管理的時候,安全事故頻發,給在校師生的人身安全帶來了很大的威脅。現如今,隨著學校在建設的過程中對物聯網技術的普遍應用,大大的提高了校園的安防能力,使在校師生的安全得到有效的保障,徹底改變以往校園的管理模式,使校園管理更加現代化、智能化。
4物聯網與智慧校園
在當下這個以網絡為主的時代,合理運用相關的計算機技術來加強教育工作的質量是非常有必要的。智能化的教育方式能夠有效的提升學生們的學習興趣,激發他們的學習潛力,使教師的教學質量與學生的學習效率得到大幅的提高,使校園的智能化得到更進一步的發展。
4.1智慧校園的特征
隨著物聯網技術的普遍應用,讓很多學校發展成為了“智慧校園”,使校園內的生活與學習變得更加現代化、智能化,智慧校園具體有以下特點:為許多教師以及學生創造一個能夠有效提升教育質量的平臺,使學生能夠更好的與教師溝通,拉近師生間的距離;將相關的計算機技術應用在學校的各個方面,使信息資料與各方面知識能夠得到共享;合理的運用計算機網絡,將校園內的網絡平臺與外界的互聯網平臺鏈接在一起,使在校師生能夠獲取到外界一些有用的知識與教育資料。物聯網技術的應用能夠使學校得到更好的管理,很大程度的提高在校師生的生活以及教學質量。
4.2物聯網在智慧校園中的作用
4.2.1實現學校的可視化智慧管理在智慧校園中,合理的運用物聯網技術能夠使校園內的各個方面都能夠得到監控,對學校內的環境以及教室內的狀況實行可視化的監管,及時的發現問題并找出問題出現的原因,校園環境的可視化能夠為校園管理工作提供幫助,使校園管理工作更加現代化、智能化,確保在校師生的人身安全。在學校內安裝一些安保設施,比如能夠感應校內人員聲音、運動、光線以及溫度的傳感器,能夠對教師與學生的身份進行識別的設備等,將校內的一些安保設施接入網絡,使校內各方面的情況能夠得到智能化可視化的監測,這樣能夠有效的避免校內安全事故的發生。4.2.2構建智慧的教育教學環境隨著我國科技領域的不斷發展與進步,網絡以及多媒體方面的技術水平也是在不斷的提高,師生們經常在互聯網上獲取一些知識與教學資料,大大的提高了教學質量,不過也不能過分的依賴網絡來進行學習與教育,過分的依賴網絡資料進行學習,學到的知識會變得非常的死板,給學生們帶來很大的負面影響。物聯網技術的應用能夠使現實資料與虛擬的資料相結合,實現互聯網信息空間和現實空間的互聯,讓學生在課堂上學習網絡知識的時候能夠體驗到身臨其境的感覺,激起他們的學習興趣,進而加強教師與學生間的溝通與交流,提高學生們的學習效率。4.2.3促進區域資源共享由于大多數學校內的實體教學材料有限,教師在教學的時候很容易出現資料缺失的情況,使教學不能順利的進行。物聯網技術的應用能夠使區域內的學校教學資料得到共享,讓教師與學生能夠享受到區域內多所學校的教育資源。
5結束語
國內學校要想不斷的提高自身的教育能力,就必須要建立起現代化、智能化的“智慧校園”并不斷的跟隨時代的步伐對其進行改善。“智慧校園”在給學校與師生帶來便利的同時,還帶來了很多必須解決的問題,比如安全隱私、資源控制、數據保護以及信息共享等等。因此,物聯網在教育中的發展不能夠急于求成,要明確智慧校園的含義與作用,不斷探索新的發展方向。
參考文獻
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2014年1月,福建省人民政府辦公廳印發的《城鄉基礎設施提升行動計劃實施方案(2014―2015年)》(以下簡稱《方案》)中,對于福建今后一段時間內的信息化投入及方向給予了進一步的解釋,同時也對超億元的投資項目做出了說明,這預示著福建下一步將以更加穩健的態度,將智慧福建建設延續下去。
基礎奠定勇氣
在《方案》中,福建將信息化投入劃定為四個工程一個平臺,這五項計劃將牽動福建140個億的資金投入,在各地謹慎面對智慧城市再投入的時候,福建的勇氣不可小看。
按照福建省政府的規劃,至2015年,福建將基本建成全省電子政務公共平臺,全面實現城市數字化管理;初步建成智慧城市基礎平臺,重點領域核心環節初步實現智慧化應用,智慧化應用覆蓋率達到20%。
其中,信息網絡工程兩年力爭完成投資100億元。2014年建成福建省應急通信保障平臺,構建天空地一體化應急通信保障體系。加快實施數字福建?寬帶工程,推進下一代互聯網建設,2015年建成海峽西岸國際通信關口局,完成全省三網融合工程和下一代廣播電視網建設,實現雙向網絡覆蓋。
公共服務平臺兩年力爭完成投資16億元。2014年,建成閩臺物聯網應用示范服務中心,建成北斗位置信息服務平臺,帶動福建省終端制造等北斗衛星產業發展。2015年,全省電子政務公共平臺基本建成,市、縣政務業務信息化率分別超過60%、50%;建成超算中心二期、大數據公共技術服務平臺。加快建設數字福建產業園。
重點應用工程兩年力爭完成投資10億元。推進民生領域和市縣政務信息化集成建設,2015年完成基礎數據空間化改造,推進文件證照、政法信息、決策信息共享工程,整合城管、綜治、衛生和計劃生育等網格資源,推進智慧城市應用工程,建設兩岸經貿與口岸信息交換共享平臺和兩岸電子商務廈門、平潭專區,2015年全面推廣應用省交通物流公共信息平臺。
消費服務工程兩年力爭完成投資10億元。大力開發個性化、定制化信息服務,豐富信息產品。加強全省教育資源、公共就業、公交智能等民生領域公共服務平臺建設,2015年全面推廣智能公交服務。促進兩岸數字媒體、電子教育合作,2015年建成“數字出版平臺”,共建“學生電子書包”項目。推進建筑智能化工程和數字家庭示范工程。
信息安全工程兩年力爭完成投資4億元。2014年推動福建省成為國家安全可靠工業控制系統產業基地。推進一批安全監控平臺、服務平臺、應急處置平臺和保護測試平臺建設。2015年建成重要文件和數據加密存儲系統,推廣電子認證和簽章技術。
從“數字福建”的提出至今,福建關于數字化、智慧化城市發展已經走過了最初的“開荒”時期,且已具備一定基礎,因此《方案》中對于項目推進的描述(智慧化應用覆蓋率達到20%)似乎略顯保守,但從基礎設施投入的角度來說,進一步提升城鄉信息化投入,在今天也的確需要更為實際的預判。其實,《方案》中對于四個工程與一個平臺的描述,在2011年出臺的《福建省“十二五”數字福建專項規劃》中就已經被全面覆蓋了,這進一步印證了《方案》的目的在于扎實穩定的推進既定目標的事實,同時也將工程實施的時間表進一步細化至2年內,多處量化標準與目標的提出既細化了前段時間的工作,也更加明確了近期的重點與進度。
點和面的計劃
在《方案》中,除了對于信息工程實施的進一步描述,還在其他領域進行了詳細的規劃。對照福建的整體建設過程來看,其中不乏點與面的結合與跟進。
其中,《方案》中所列出的3項重點應用工程中的智慧城市應用工程中提到,推進南平、福州、莆田、平潭智慧城市試點建設;同時,在其他設區市推進城市公用設備設施智能化改造,加快實施智能電網、智能交通、智能水務等智慧城市應用工程。按照福建省政府公布的信息來看,目前該項目屬在建階段,福州、南平、平潭已經列入國家智慧城市第一批試點。2014、2015年重點在交通、環境、資源、民生等領域實施智慧化改造應用。
在建設平潭“智慧島”工程上,福建下了不少功夫。2013年12月,《平潭綜合實驗區總體發展規劃》獲得批復,福建省通信管理局相關負責人表示,按照批復,對于建設平潭智慧島將是一次極好的發展機會。并表示會按照共建模式推進平潭島新建道路的配套管道建設,大力推進通信管道和基站的共建共享,力爭實現新建道路通信管道共建率達100%,將試驗區建成信息通信基礎設施共建共享的示范區。不斷推進平潭便民服務項目建設,開發家政養老、社區醫療、商務支付、校園學習等應用系統,為社區居民提供信息化服務。建立物流智能管控系統和貨物信息可視化系統,實現平潭物流全面智能化。此次《方案》中對于平潭等智慧城市試點的再次強調,也表明了平潭試點對于建設智慧福建整體工作的關鍵。
關鍵詞:人才培養狀態數據平臺;智能化動態儀表盤;軟件開發與應用
中圖分類號:TP311.13 文獻標識碼:A
Study on the Development and Application of a Dynamic Intelligent Meter
Panel Based on the Talent-fostering Status Data Platform
LI Chang1,WEN Yifang2
(1.Jiangsu Institute of Commerce,Nanjing 211168,China;2.Suzhou Institute of Industrial Technology,Suzhou 215104,China)
Abstract:The Status Data Collection Platform comprehensively demonstrates the level of talent-fostering and the features of school-running of colleges of higher vocational education.Many experts on higher vocational education have undertaken quite many researches on the effective in-depth analysis,study and application of the grate volumes of data on the platform.Traditional methods for analyzing data are both time-consuming and inefficient,which are severely restraining the effective functioning of the platform.It is thus necessary to develop dynamic intelligent analysis software for quick,accurate,figurative,multi-dimensional and comprehensive analysis of status data.This paper provides analysis on the various application requirements of different objects,and then offers insights into the development of the Dynamic Meter Panel software which will not only assist scientific decision-making at educational departments at all levels,but also help students,teachers,parents and employers with their comprehensive understanding of higher vocational education.
Keywords:talent-fostering status data platform;dynamic intelligent meter panel;software
development and application
1 引言(Introduction)
新一輪人才培養工作評估將《教育部關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》(教高[2006]16號)的精神與要求貫穿于整個方案設計,引導高職院校按照高等職業教育發展的方向進行改革與建設。人才培養工作狀態數據采集平臺(以下簡稱數據平臺)是新評估方案的核心和基礎[1]。用數據支持決策是數據平臺的一大特色。狀態數據采集平臺全面具體展現了各高等職業院校人才培養工作水平和辦學特色,也記錄了各高等職業院校人才培養工作發展軌跡,更重要的是揭示了學校發展趨勢和存在問題。狀態數據采集平臺建設是學校自身發展的需要,是學校實現管理科學化、現代化、規范化的需要,是深化改革、強化特色、提高人才培養質量,實現又好又快發展的需要[2]。雖然全國各獨立設置的高職院校都已建立了平臺,也有機構或個人對數據平臺進行過一些分析和研究,但是,大多是進行零散的、個體的數據分析與研究,缺乏全面的、系統的數據分析和二次開發軟件,這直接影響到數據對決策的作用力,直接限制和影響了數據平臺功能的發揮[3]。
因此,有必要開發一種智能化動態儀表盤軟件,對高職院校人才培養工作狀態數據采集平臺進行數據分析和二次開發,以快捷、準確、全面、形象地表達各級教育行政單位、各院校的各類綜合信息,特別運用數據挖掘原理,通過縱向發展趨勢和橫向數據比較,從多維角度對全省及各類高職院校的狀態數據進行全面分析,客觀評價全省及各類高職院校人才培養情況,為領導和有關部門掌握各類高職院校的辦學特點及其存在問題,為科學決策、分類指導和制定相關政策舉措,有針對性地開展教育質量工程等,提供較完整、可靠、系統的資料。
2 智能化動態儀表盤軟件開發的總體要求(Overall
development requirements of the dynamic
intelligent meter panel software)
智能化動態儀表盤軟件開發的要求有三點。一是能夠快捷準確地顯示出全省高職教育的基本概況、基本辦學條件標準和監控指標、校企合作、師資隊伍、學生情況、專業情況、課程與教材、招生就業、實習實訓等的本年度全省平均值、各院校數據排序、全省與全國數據的對比值、本年度與上年度的對比值等。二是能夠對指標進行深入分析和預警,把握全省高職高專院校發展的現狀、問題和不足,為各教育主管部門或第三方評價機構對高等職業教育及院校管理的宏觀指導與評價評估提供決策信息支持。三是能夠與教育部每年度的高職院校人才培養工作狀態數據采集平臺無縫對接,同時,還要保留與院校現有教學、科研、招生就業和財務等管理系統的接口,為實現校園內信息化管理、提升學校信息化管理水平奠定基礎[4,5]。
因此,智能化動態儀表盤軟件必須建立江蘇省高職院校數據倉庫,開發數據庫轉換程序,完成多次ETL數據處理及數據的清洗,實現對高職院校質量數據的高效存儲。儀表盤單機版系統需調用儀表組件對數據倉庫、多個數據源的數據映射加載生成flash文件,最后生成整個儀表分析軟件的可執行文件。儀表盤網絡版系統需采用相應的.NET架構,自動生成動態儀表盤,提供查詢功能,并能根據用戶權限展示不同的表盤內容。
3 智能化動態儀表盤軟件系統設計的原則和思路
(Principles and ideas in the design of the dynamic
intelligent meter panel software system)
3.1 系統設計的原則
系統設計必須遵循實用性原則,可靠性原則,適應性和可擴展性原則、安全性原則、可維護性和可管理性原則、總體規劃與分層實施原則。其中,實用性原則要求系統較好地滿足數據的快速簡單篩選、比較和查詢。可靠性原則要求在出現異常的時候,有人性化的異常信息提示方便用戶了解原因,并采取適當的應對方案。適應性和可擴展性原則要求系統能夠適應于各種運行環境,以應對變化的需求和環境,同時,系統還要易于擴展。安全性原則要求系統保證用戶程序的安全、系統安全、用戶安全、網絡層安全和數據安全。可維護性和可管理性原則要求系統必須有較為完善的管理機制,滿足可管理性和可維護性。總體規劃、分層實施原則要求在適應系統需求的準則下,設計低耦合的分層結構,提高開發的效率,利于團隊成員的分工協作,降低項目的風險,實現各個模塊的功能,從而完成整個系統的開發。
3.2 系統設計的思路
系統設計的思路主要有三方面。首先,解決數據采集工作的高效、快捷,克服原有單機版數據采集流程中數據下發、數據回收等環節出現的數據不完整、不一致以及不安全、效率低等問題。其次,解決與高等職業院校人才培養工作狀態數據采集平臺無縫對接的問題。第三,解決系統的功能拓展問題,包括:根據院校管理的需要定制用于學校運行狀況診斷分析的管理儀表盤分析系統,保留與院校現有教學、科研、招生就業、財務等管理系統的接口,為實現校園內信息化管理、提升學校信息化管理水平奠定基礎。
4 智能化動態儀表盤軟件系統的主要設計內容
(Main designs of the dynamic intelligent meter
panel system)
4.1 系統總體設計框架
為了充分體現應用軟件的自動化、信息化、智能化的發展方向,提高管理者的工作效率和管理水平,便于用戶操作,動態儀表盤軟件就不能對操作系統提任何要求。因此,設計中,軟件展現層脫離底層數據倉庫,既節約了軟件環境配置的時間,又使決策層的管理更高效、系統和科學智能化。系統總體設計框架,如圖1所示。
圖1 系統總體設計框圖
Fig.1 Chart of overall system design
4.2 智能化動態管理儀表盤軟件設計框架
數據分析儀表盤系統的主體是智能化動態管理儀表盤軟件,其設計框架,如圖2所示。主要包括數據預處理、數據抽取、清洗和轉換等。首先,對全部數據進行數據預處理,主要是進行維度和格式的驗證篩選,以去除一些不符合要求的數據文件,保留符合一定規范約束的數據文件。其次,通過編寫的數據庫轉換程序,完成數據的抽取、轉換、加載以及數據清洗流程。最后,把最終整合的質量數據存儲到數據倉庫中后,利用中間業務層調用質量數據,通過數據展現層的數據組件動態展現數據。
圖2 動態管理儀表盤軟件設計框圖
Fig.2 Chart of software design of dynamic
management meter Panel
4.3 智能化動態儀表盤軟件的技術創新與特色
智能化動態儀表盤軟件的技術創新與特色主要有兩個方面。一是采用delphi技術和BI技術相結合的開發方案,對軟件的體系結構、工作流程、軟件功能、數據結構等方面進行了總體設計。二是軟件包括數據庫轉換、數據ETL處理、儀表顯示、報表輸出等四大功能模塊,其中數據庫轉換模塊實現了指定文件夾下excel數據源數據批量寫入到SQL server數據庫中,篩選并修正數據格式。數據ETL處理模塊實現了數據的預處理及清洗加載功能。儀表顯示模塊實現了動態儀表的數據展示功能及指標預警功能。此外,按照業務需求拓展業務功能,充分運用組件展示技巧完成多種特效顯示需求。
4.4 智能化動態管理儀表盤的主要表達內容
智能化動態管理儀表盤的主要內容包括十一項內容,如圖3所示。通過抽取數據平臺中的維度及相關數據,生成維度數據表,再將數據加載到指定的數據表模板中。以數據表模板為數據源,通過業務層抽取數據加載對應的展現層模塊中。展現層通過多種組件的調用,多層次多角度分析業務數據。具體包括如下十一項業務數據:全省概況、院校概況、辦學條件、監測分析、師資概況、專業狀況、院校招生、院校就業、實習實訓、辦學經費、課程教材。
圖3 動態管理儀表盤的主要內容
Fig.3 Main readings of dynamic management
meter panel
動態儀表顯示全省高職教育基本概況。包括全省院校總數、國家級示范性高職院校總數、省級示范性高職院校總數、一般院校總數;全省院校與上年相比的增長量;全省在校生總數、教師總數、專任教師數、校外合作企業數、院校占地面積、專業布點總數、教學儀器設備總值等本年度數據,與上年度相比的增量及每一所院校在全省院校中的排序。
動態儀表顯示各高職院校基本情況。用可視化動態儀表盤的形式展示全省概況數據的均值以及院校詳細概況數據與排序。包括學校在校生總數、學校教師總數、學校校外合作企業數、學校占地面積、學校校外合作企業數、學校專業布點數總數、學校教學儀器設備總值等當年度和上年度數據在全省各高職院校中的排序與對比情況。
動態儀表顯示各高職院校主要辦學條件硬化指標全省平均值及預警提示。主要包括系統計算生成辦學條件硬化指標中的辦學指標與檢測指標的全省均值,國家示范均值,省級示范均值,普通院校均值,綜合師范類均值,理工農林類均值,財經政法類均值,藝術類均值,并用儀表盤顯示;各綜合師范民族類、工科農林類、醫學類、語文財經政法類、體育類、藝術類(按教育主管部門審批的院校類型劃分)辦學條件指標等。此外,在對學校進行比較分析時,將主動與國家辦學基本條件指標對比,如該院校指標低于國家標準時,儀表盤會主動顯示預警標記,提醒有關部門給與關注和政策指導。
動態儀表顯示全省高職院校師資情況。主要包括全省校內專任教師、校內兼課教師、校外兼職教師、校外兼課教師分類及比例、專任教師學歷、年齡、職稱結構分析、授課與雙師情況等。
動態儀表顯示全省高職院校專業情況。主要包括各類型類別院校的專業平均學生數、當年招生專業數、重點建設專業數、特色專業數等情況。
動態儀表顯示全省高職院校招生情況。主要包括全省當年計劃招生數、實際錄取數、實際報到數,9月1日畢業生總數,9月1日就業生總數,上屆畢業生總數,12月31日就業生總數、全省招生均值基本信息并統計各院校實際錄取率,實際報到率,全日制招生普通高中生結構比例,全日制招生三校生單招結構比例,在校生中非全日制專科學歷教育注冊生比例等。
動態儀表顯示全省高職院校就業情況。主要包括全省當年計劃招生數、實際錄取數、實際報到數,9月1日畢業生總數,9月1日就業生總數,上屆畢業生總數,12月31日就業生總數。此外,動態顯示全省就業均值基本信息和各院校就業基本信息,如9月1日畢業數,12月31日就業數,9月1日就業率,12月31日就業率等,并顯示各院校的同類排序及全省排序。
動態儀表顯示全省高職院校實習實訓情況。主要包括全省頂崗實習學生數,全省校企合作頂崗實習數,全省校企訂單培養數和全省校內實踐基地相關信息等。校內實踐基地指標有全省校內使用頻率均值,全省社會使用頻率均值和全省整體使用頻率均值等。此外,儀表盤清晰地顯示了各院校均值、各院校在全省的排序和同類院校排序等。
動態儀表顯示全省高職院校辦學經費收支情況。主要包括全省經費總收入,全省總支出,全省新增教學科研儀器設備值,全省日常教學經費支出總額,全省財政經常性補助總額,全省中央地方財政投入總額,全省年度結余。通過柱形圖形象地顯示了學校經費收入,支出詳情及年度結余總額。同時,也清晰地表達了學費收入、貸款余額等占總收入比例,日常教學經費占學費收入比例,教學科研儀器設備值占總支出比例等相關數據及全省排序情況。
動態儀表顯示全省高職院校課程與教材情況。主要包括全省院校國家級精品課程數,省級精品課程數,校企合作開發課程總數,校企合作開發教材總數;全省國家精品課程、省市精品課程數、共同開發課程、共同開發教材等的總值并計算其所占總類中的比例;校企合作開發課程數與校企合作開發教材數均值;校企合作開發課程數占總課程數比例,全省排序及同類院校排序等。
5 智能化動態管理儀表盤的應用(Applications of
the dynamic intelligent management meter panel)
智能化動態管理儀表盤的開發,有助于對高等職業教育的關鍵數據進行全面而迅捷的評價。首先,各高職院校在管理過程中,如果要了解本院校及各專業在全省所處的位置,或者與兄弟院校之間的差距,提高整改措施的針對性,智能化動態管理儀表盤有助于高職院校對標補差,主動調控,自覺建立發展性的質量保障體系,在機制上保證各項評價與評估的常規化和長效性。其次,學生或家長在院校選擇過程中,如果要全面了解全省及各高職院校的概要及特色,智能化動態管理儀表盤可以提供較為全面系統的數據,提高選擇的有效性和可靠性。第三,各級教育主管部門在院校評估過程中,通過KPI管理系統的使用,將對高職院校的評估由“一次性評估”升級為“實時的狀態數據監控的現場考察”模式,同時,儀表盤成為評估專家手中的有效工具、評估與科學決策的可靠幫手。具體應用效果,如圖4和圖5所示。
圖4 全省辦學條件指標效果圖
Fig.4 Effect drawing of province-wide indexes of
school-running conditions
圖5 全省概況效果圖
Fig.5 Effect drawing of province-wide general
readings
6 結論(Conclusion)
智能化動態管理儀表盤的推廣應用,必將使高等職業院校人才培養工作狀態數據采集工作更加便捷、高效、穩定、安全,為構建數字化校園提供了堅實的基礎與保障。
對各級教育行政主管部門而言,智能化動態管理儀表盤發揮了四個有利的重要作用。一是有利于及時掌握高等職業教育的各類綜合性信息,強化宏觀管理和指導的針對性。二是有利于規范和引導學校的辦學行為,統籌優化配置社會教育資源。三是有利于推進教育質量工程建設,進一步推進高等職業教育的可持續發展。四是有利于開展教育政策研究,為科學合理的制定教育宏觀調控政策提供決策支持。
對學校而言,智能化動態管理儀表盤有利于其加強和改善自身的教育教學管理,不斷規范辦學與教學行為。此外,通過縱向比較,有利于查找辦學差距和薄弱環節,優化和整合教學資源配置,提高辦學治校的科學化水平。
對社會而言,智能化動態管理儀表盤不但使社會對高職教育的狀況有更加清晰的認識,提高了高職教育的社會認可度和影響力,發揮了社會輿論的監督作用,不斷促進高職教育提高人才培養的質量,而且,用人單位在擇人、用人時,廣大考生選擇學校、選擇專業時,有了具有相當公信力的信息窗口。
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作者簡介:
李 暢(1962-),男,博士,教授.研究領域:計算機網絡管
關鍵詞:物聯網;校園安防系統;火情自動報警;宿舍防盜
中圖分類號:TP393 文獻標識碼:A 文章編號:2095-1302(2017)04-00-02
0 引 言
近年來,發正在各大高校的威脅學生權益的事故基本分為校園內的惡性人生侵害事件、踩踏事件、宿舍火災事件等方面,客觀反映出校園安全存在的問題。
校@出入。目前絕大多數的校園出入口以及寢室的門禁無論是人行入口還是機動車入口大多數仍采用人工管理方式,無法及時對出入人員進行身份驗證。雖然在個別公共場所如圖書館等地安裝了應用無源RFID近距離射頻識別技術(需要觸碰)的自動識別系統,但由于人員流動量大、行進緩慢、持非本人卡等問題的限制,有些系統已被閑置。使得外來非法人員、可疑商販可自由進入校園甚至學生寢室而不被發現。
校園內的視頻監控。校園中很多主要“安全位置”的流動通道和重要公共場所出入口等位置的視頻監控大多只能記錄片面位置,存在監控死角,且過程中的畫面無法實現動態捕捉,沒有加入人臉識別等已經成熟的技術,因此無法提供全面的活動信息,無法實現自動異常篩選。此舉大大降低了“視頻監控”的準確性、及時性,只能在事故發生后進行手動回放操作,增加了監控人員的工作量及勞務開支。
險情預警。目前校園對于火災預警的執行力度比較大,尤其在教學樓,圖書館等公共場合隨處可見火災報警系統的觸發器、防火卷簾等硬件設備,而寢室里違章用電的處罰力度也很大。這些手段都極大地避免了火險災害造成的損失,但還沒有形成完整的預警體系。視頻監控、火險探測器、報警器人員疏散等沒有實現一體化,相互之間無法智能聯動,導致漏報、誤報的問題得不到有效解決。
通過基于物聯網的校園安防系統可以解決以下問題:
(1)火情自動報警;
(2)智能門禁;
(3)防盜系統自動報警。
1 系統網絡構架
隨著物聯網技術的發展,學校的安防系統越來越趨于智能化、信息化、集成化。學校通過對學校宿舍、教學樓等建筑安裝傳感器、無線傳輸設備等來提高學校的安全系數,減少因安防不到位等原因造成的不必要的生命和財產損失。針對上述需求,基于物聯網的校園安防系統可分為火情自動報警系統、防盜自動報警系統、智能門禁系統、視頻監控系統。系統構成如圖1所示。
各系統之間不能被單獨分割出來,而單獨工作的系統無法提供校園安防的各項功能。只有每個系統相互連接,建立一個完整的體系網絡才能體現基于物聯網的校園安防系統的真正價值。其網絡設計如圖2所示。
1.1 火情自動報警網絡
通過ZigBee進行傳感網絡的搭建,收集溫度、煙霧等數據,傳輸到ARM端進行數據存儲及分析,如果溫度或煙霧濃度達到一定程度后,則控制樓宇總閘斷電并報警提醒學生撤離。
1.2 智能門禁網絡
通過RFID等技術,采集宿舍內人員的進出情況,上傳至數據庫,以實時記錄宿舍人員的變動。
1.3 防盜自動報警網絡
將通過紅外檢測以及宿舍進出管理系統采集的宿舍內人員情況數據傳輸到服務器端進行處理。控制非法人員進入,最大限度保障宿舍的安全。
1.4 視頻監控網絡
通過“物聯網”手段匯聚視頻采集到的各種信息,并將其上傳至數據庫,組成龐大的視頻監控網絡。
2 系統設計方案
2.1 火情自動報警系統
通過MQ-2氣體傳感器和溫濕度傳感器檢測每個樓層各位置的煙霧、溫度等情況。再通過ZigBee終端節點傳輸至協調器,由協調器通過串口傳送至上位機。上位機再將數據記錄到數據庫中,并實時檢測數據是否異常,如有異常,則關閉樓宇總閘并報警。
2.2 智能門禁系統
由于目前大多數采用無源RFID近距離射頻識別技術需要“刷卡”會產生諸多弊端,因此我們使用有源RFID產品。該產品在原工作原理上進行(超高頻433 MHz,微波2.45GHz和5.8 GHz)遠距離自動識別。可以大大提高識別距離及人流行進速度。且在寬度較大的出入口將形成類似超市“防損門”樣式的無障礙通行門,將大股人流分為多個并肩跨度在1~2人的小股人流以分開探測。可以有效定位而不會影響學生的流動速度。且“合法通行”的概念也要轉變,傳統模式下的“合法通行”即身份驗證合法后,通過短暫打開機械圍欄讓行人通過的方式雖然效率相比古老的人力核對信息要高很多,但是卻算不上智能門禁!在新的思路下,我們僅關注所謂的“非法”,就如超市“防損門”,即只在未消磁物品通過時才報警,正常合法情況下不會啟動報警機制。所以我們將大股人流化為小股人流分開檢測,并增添了紅外線感應器,當感應器感應到人體紅外光譜的變化時,自動接通負載(即RFID射頻識別),如果合法則不采取任何措施,反之則啟動報警機制。這樣我們重點關注的就是“非法”而并非每一位同學。
2.3 防盜系統自動報警
防盜系統從智能門禁系統中獲取宿舍內的人員出入信息,當宿舍內所有人員都已外出時,宿舍內就會運行基于紅外的人體檢測模塊,當有人員入侵時,自動報警并鎖定門窗,以保證宿舍內的財產安全。
2.4 智能監控系統
傳統意義下的監控系統即在人為選取的重點檢測位置(交通要道,公共場合等)固定架設監控器,24小時不間斷錄像并在監控室采用人力方式監督。該模式不但消耗了大量人力資源,還存在監控區域死角,及人為監督實時性不足,大多只能事后調取等問題。 而智能監控系統采用圖像處理、模式識別和計算機視覺技術,通過在監控系統中增加智能視頻分析模塊,借助計算機強大的數據處理能力過濾掉視頻畫面無用或干擾信息,自動識別不同物體,憑借人臉識別等功能分析抽取視頻源中的關鍵信息,快速、準確的定位現場數據,判斷監控畫面中出現的異常情況,并以最快和最佳的方式發出警報或觸發其它動作,從而有效進行事前預警,事中處理,事后及時取證的全自動、全天候、實時監控的智能系統。
3 結 語
基于物聯網的校園安防系統可以運用當下十分成熟的技術,使校園安全監測變得更智能化,以最大限度減少校園危險和突發事件的發生。
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【關鍵字】 物聯網 高校 智慧校園 建設
引言
物網技術高速發展給當前的高校校園建設帶來了前所未有的機遇和挑戰,智慧校園的概念在近些年逐步融入到校園建設主題中。新的通信技術和數字技術高速發展,高校在信息化建設方面的水平和技術也顯著提高,運用新型信息化技術提升教學、科研、管理等方面的智能化程度勢在必行。物聯網技術在高校智慧校園管理中具有重要的作用,能夠實現物與物、人與物、人與人之間的深層次互聯,實現各級的資源整合和共享,通過高校的物聯網建設,學生能夠得到更加優越的學習環境,從而進一步推動我國教育事業的長足發展。
一、物聯網技術相關概述
物聯網技術是一種建立在互聯網基礎上的網絡技術,其通過激光掃描、全球定位、紅外感應和射頻識別等輔助技術,能夠按照約定的協議,將物品和網絡相互連接,通過信息通訊和交換,實現智能化的監控、追蹤、定位、識別等效果,并最終實現統一管理。物聯網技術將看似復雜的工作變得既簡單又高效,較傳統的單一化網絡技術有著很大的改善。物聯網技術主要包括感知識別層、網絡構建層、管理服務層和綜合服務層四個層次,合理的整合四個層次便能夠實現目標功能的智能化發揮。
二、物聯網技術在高校智慧校園建設中的應用
在網絡信息化背景下,高校的各類管理活動已經逐漸在向信息化發展,建造者的目標定位從數字化校園向智慧型校園過度。
智慧校園借助云計算、虛擬化和物聯網等虛擬的現代化工具將原本復雜的師生、管理者等資源相互整合,最終實現集中管理和交互,讓校園管理水平更進一步。
2.1 物聯網技術在高校教學管理中的應用
教學管理是高校工作中最重要的一部分,因此在智慧校園物聯網管理系統中,最重要的就是教學管理系統。在日常教學中,物聯網技術可以提供良好的學習環境,幫助改善課堂質量。通過各類環境傳感器,調節教室的溫度、濕度、光線、音量等參數,通過統一的平臺調配,滿足教學需要的各個環節。
同時,還可以在考勤管理中融入物聯網技術,通過高效的物聯網考勤系統,幫助教師解決出勤統計這一大問題,大幅度的節約課堂時間。在物聯網技術幫助下,教師可以更加方便的掌握每一個學生的出勤情況,以便開展針對性的輔導工作。
同時,還可以通過該項技術提升教室利用狀態,幫助學生合理選擇自習教室;幫助學校合理監督學生考試;幫助教務更加及時的糾正教學環節中的問題等。
2.2 物聯網在高校校園生活管理中的應用
在生活管理方面,主要涉及的是消費管理和后勤管理兩個方面。通過各項設備的配合,能夠更加全面的掌握學生的生活狀況和整體情況,清晰的了解學生校園生活的細節。通過對學生消費情況的統計,可以為學生提供更加方便的一站式服務。
2.3 物聯網在高校能源資源管理中的應用
高校作為資源消耗的大單位,其在照明、空調、網絡等反面都有著龐大的用電量,且在校園內的各個區域,用水量也比較龐大。通過物聯網技術與智能校園相結合,可以更加合理和及時的調節能源消耗,對不必要的浪費及時停止,通過重要位置上安裝的無線傳感器節點,分析能耗,實現實時控制。
2.4物聯網在高校實驗室資源管理中的應用
在實驗室資源管理方面主要針對的是實驗室資源。隨著當前學生實踐能力的需求增大,更多的知識需要學生在實驗中獲得,而高校的實驗設備往往得不到充分、合理、高效的運用,物聯網技術在優化實驗室資源使用方面有著非常明顯的作用。
通過RFID標簽的設置可以輕松方便的讀取實驗室基本信息,及時反饋給管理人員。而在物聯網技術的幫助下,實驗室工作人員還能夠對實驗室設備進行更加及時的維護和管理,實時了解設備動態,幫助減少不必要的損耗。
三、結束語
物聯網技術在高校智慧校園中的運用,能夠顯著的提升高校的數字化、智能化和信息化,且對教學環境有著很大的改善,學生在智慧校園中能夠得到更加有效的教育服務和更加便捷的生活環境。現階段該項技術在高校建設中仍然不夠完善和全面,還需要后續不斷探索和發展。
參 考 文 獻
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