摘要:采用LoRa技术的智慧校园应用方案，通过对建筑设备的实时数据采集和使用状况的实时监控，实现校园内楼宇各类设备的集中智能控制和管理、用户可以方便地通过手机或者WEB浏览器等进行远程访问和控制。为管理层提供决策所需的数据和报表支持,在充分兼顾学校业务和管理需求的基础上提高行政办公效率,降低教学管理成本,全面实现校园管理的智慧化和科学化。
关键词:物联网，LoRa技术，智慧校园
近年来,随着物联网和大数据等新技术在各类建筑物中的广泛部署和应用,智能建筑开始想着会思考和学习的智慧建筑发展。智能传感技术使得建筑群在运营过程中产生的海量数据被人们感知。互联网信息平台的使用把分散在各个部门,以碎片化方式呈现的海量数据和各类资源链接成为具备高度感知、协同服务能力的有机整体。智慧校园作为建筑群智慧化的典型代表,是校园信息化发展在新时期的必然要求。运用各种前沿信息技术,以共享数据库为核心,形成基于大数据管理,并覆盖整个校园环境的全面感知、全向交互、高效稳定、安全可靠的智慧校园,并为管理层提供决策所需的数据和报表支持,在充分兼顾学校业务和管理需求的基础上提高行政办公效率,降低教学管理成本,全面实现校园管理的智慧化和科学化。
1物联网低功耗广域网技术
在智慧校园建设领域,物联网技术是当下,以及未来一段时间内的技术应用趋势。当下主流的物联网无线通信技术分为两类,一类是以Zigbee为代表的短距离通信技术,另一类是以LPWAN(低功耗广域网技术)技术为代表的广域网通信技术。目前最具代表性的两种低功耗广域网技术是以华为为代表的NB-IoT和以中兴为代表的LoRa。
LoRa技术的诞生要早于NB-IOT技术,在中国市场的推广和应用也有了近3年的时间,产品的商业化也较早。NB-IOT技术的商业化落地始见于去年,至今只有少数几个大城市的运营商支持NB-IOT业务,且收费模式也未明朗。
LoRa技术是基于扩频技术的超远距离无线通信技术,其优势主要体现在接收灵敏度较高,功耗低,支持多信道并行处理,系统容量大,支持测距和定位。建筑群密集地带通讯距离1公里,空旷地区通讯距离可达20km。这些技术优势使得LoRa技术在要求低功耗、远距离、大容量的智慧建筑领域广泛使用。
NB-IOT通过与运营商合作,部署在收费网络频段。LoRa网络主要由用户单位自行搭建,部署在免费频段,实现业务运营。由于LoRa网络构建的成本较低且系统的可控性较强,在NB-IoT运营性价比下降到一定程度以前,LoRa不会被轻易取代。
2LoRa组网方案
由于智慧校园的建设基础一般都具有良好的网络基础平台,因此可以充分利用现有网络,根据实际情况制定网络建设方案。通过现有的计算机网络、电信网络和广电网络等多种方式实现校园内的多网融合接入,更广泛的覆盖师生群体。同时,利用物联网技术,实现对教育基层信息的广泛感知和全面接入。
LoRa网络主要由支持LoRaWan协议的各类终端设备、网关、服务器和云平台四部分组成。各类智能传感和控制设备在加装LoRa模块后,都能直接与符合LoRaWan协议的网关通讯,配合云服务器,可以与很方便的和物联网监控平台进行数据通信,并实现对校园内分布的各类设备,包括空调、照明、投影仪、电脑、插座、窗帘等的远程监视管理、智能控制和大数据分析。作为设备间信息沟通桥梁的LoRa网关位处LoRa网络的核心位置,是建设LPWAN的关键设备。
基于物联网LoRa技术的智慧校园组网方案主要由传感器和控制单元设备、LoRa网关、私有云(或虚拟云化核心网)、物联网监控平台等组成。物联网监控平台为我们提供了具备界面友好、可操作性强、功能强大、容易扩展等特点的应用服务支撑,具备设备数据远程采集、画面组态以及信息发布,远程自动化管理等功能。使用者可以在手机或PC端进行远程数据访问。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆随着大量终端设备的部署,大量碎片化数据信息的采集,拥有大数据平台接口,能够完美对接主流大数据平台,为管理者提供高效、稳定、性价比出众的数据采集和大数据分析平台也是物联网监控平台必备的技能之一。
3系统功能
校园中各种教学设备和办公设施众多,通过智慧校园建设,我们可以实现集中管理和智能控制,可以方便地通过手机或者WEB浏览器等进行远程访问和控制。
1)教学设备及电气设备的集中智能控制
通过对教室或者实训室进行智能化改造,加装智能插座、智能开关、红外传感、门磁等传感设备,从而实现对教学设备、电器设备等的集中控制和管理,如教学设施中使用频率较高的电脑、投影仪、投影仪幕布电等各种多媒体设备和电气设备。通过远程查看多媒体设备、照明、空调等状况,并实现远程关闭某个房间或多个房间的灯光、空调、多媒体设备等。
对各种教学设施和环境设备进行实时状态跟踪和故障告警,并通过智能传感控制设备,如智能插座、智能开关等,实时采集各种教学设备的运行状态和环境设备的状态信息,并将采集到的状态信息通过统计分析形成报表。及时反映资产信息,确保资产规范化管理,降低学校综合运营成本,保障财务信息准确性和及时性,实现资产管理的流程化。及时反馈设备的使用状况、故障告警状态等数据,并生成设备在不同使用状况下的统计分析报表。对贵重物品进行资产安全的监控;追踪联网设备的运行状态,出现问题及时通知相应管理人员进行维护等。
2)智能情景和智能感知
通过现场的安装各种光感、温湿度传感器、人体感应等多种传感器,感知到外界环境的变化,智能判断现场情景的转换,并自动控制相关设备,如教学设备自动开关,环境设备自动调节等。如监测房间中是否有人,若无人,则自动检测一切通电设施设备的关闭状态,随时监控相关电源的开启/关闭状态,并可实现报警和远程开启/关闭。
3)校园环境监测
通过环境监控传感器采样并记录校园环境中的PM2.5、温湿度、风力、噪音、浸水状况、空气质量、水质状况等环境数据,对恶劣环境进行告警,根据环境数据自动控制相关设备。同时还可以预先设定环境参数要求,根据探测到的参数,对温度、湿度、亮度、空气等环境自动调节控制,帮助学校对环境进行实时监测和综合管理。
4)设备能耗管理
通过对校园内的路灯改造,实现路灯控制,从而能节约能源、延长灯具寿命、提高照明质量。通过对教学设备和环境设备按使用场景的不同起停并按需调整;通过光感和温感采集到的数据自动调节灯光亮度和空调设定温度,实现节约能源。通过能耗传感装置采集各个能耗区域以及个别高耗能设备的能耗数据,通过大数据统计和分析,制定相应节能方案,或加强设备管理,或实施定时控制,或按环境条件调整,从而达到节能的效果。
4未来发展
通过智慧校园建设和应用打通校园网络、设备和数据之间的界限,实现一站式的智慧校园应用管理。通过硬件设备集群、信息数据集中以及业务应用集成,让智慧校园在分析和学习大量数据的同时,实现自我成长,实现智慧校园管理的智能化、信息资源的数字化、应用系统的一体化、信息应用的全面化、教学资源的丰富化、支撑平台的集中化。
参考文献
[1]龚天平.LORA技术实现远距离、低功耗无线数据传输[J].电子世界,2016.
[2]陈颖.基于情境感知的智慧校园体系及运营模式探究[D].北京交通大学,2014.
[3]乔治锡.四川信息职业技术学院智慧校园基础设施设计与实现[D].西南交通大学,2017.
论文作者:吴奕奇
论文发表刊物:《基层建设》2017年第32期
论文发表时间:2018/1/20
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