“真的好神奇!物聯網系統居然可以控制校園交通!”南開大學2017級新生聶榮志在觀看“智慧校園”演示時不禁感嘆道。
近期，計算機控制與工程學院物聯網工程專業主任李濤團隊研發了一套“智慧校園—物聯網教學示范系統”，它通過利用云計算、虛擬化和物聯網等新型技術，將學校的教學、科研、管理與校園資源、應用系統進行整合，從而實現了校園的智慧化管理與服務。
“智慧校園”主要由校園實景聯動沙盤控制、虛擬校園游覽體驗、室內外環境監測、智慧農業監測、智能家居和智能教室虛擬聯動、智能車輛管理以及智能安防等系統構成。通過無線Mesh、3G/4G、北斗衛星等技術，將傳感器所采集的數據傳輸到云端計算系統，然后進行數據處理、智能分析和識別控制，為諸多應用提供服務接口，真正做到“掌上校園”。
該示范系統作為物聯網工程專業建設的重要組成部分，與物聯網工程專業的基礎課程《計算機組成原理》《操作系統》《計算機網絡》，以及特色專業課程《感知技術與應用》、《物聯網實驗基礎》《物聯網系統實訓》等緊密關聯。系統研發的初衷是為了使學生能夠建立“感知、傳輸、處理與控制、模擬與應用”的設計與應用理念，加深對物聯網工程專業和物聯網應用領域的理解。
由于在設計與實現環節需要充分考慮系統的可靠性、可用性和擴展性，以支持虛擬場景、沙盤系統、現實場景三者的交互與實時聯動，系統的信息融合與同步成為開發過程中的難點。為此，設計團隊選擇通過融合Mesh、ZigBee、WiFi、北斗通信等網絡協議和建立消息總線、智能網關、系統中間件等方法來解決數據傳輸問題，并利用云端計算系統支撐交互服務以實現負載均衡和可視化展示，從而完成三位一體的數據分析和功能呈現。
研發團隊主創成員、計算機與控制工程學院教師盧冶為記者進行了系統操作演示，并介紹說:“沙盤系統上的智能小車通過程序控制，仿真模擬自動駕駛與路徑規劃過程，在車輛行進期間，攝像監控等模塊對其進行監控、測速、違章抓拍等操作;智慧農業仿真系統則根據溫濕度、光照強度、土壤酸堿度、作物生長情況等信息，自動進行滴灌、噴灌、補光和溫控;而通過手機APP或PC端輕輕一點，沙盤系統、虛擬場景和現實場景中室內的窗簾、燈光、空調則均被開啟……”。
此外，“智慧校園”的一大特點還在于實現了虛擬校園游覽的體驗效果。戴上VR沉浸式頭盔，使用者便可在3D環境中實時觀察當前所處位置中的真實道路、建筑等信息，同時還可體驗高空飛翔、俯瞰等。“這些信息都來自于校園的真實環境，虛擬場景與真實場景的信息保持一致，做到所見即所得，比如說使用者可以在虛擬場景中直接觀測到傳感器數值，像靠近樹林的節點，其二氧化碳數值就會較高。”盧冶補充道。
南開大學2017級本科生王星辰激動地說:“剛看到‘智慧校園’時，我就被吸引住了!物聯網比我想象中更加人性化、智能化?；蛟S在不久的將來，當我們在駕駛汽車并出現操作失誤時，物聯網系統還會溫柔地提醒我呢!這樣的話，就可以減少事故的發生，還可以利用它節約資源、保護環境!”
在談到“智慧校園”現今的實用價值時，李濤說：“據我們了解，這是目前國內第一套面向物聯網工程專業教學的綜合性示范系統，它克服了以往實驗教學過程的局限，為學生提供了良好的實驗、創新平臺，將大大提升我們物聯網工程專業本科生的教學質量和創新水平。”
“示范系統可以通過效果演示、原理講解、編程實踐等環節，使學生從感性認識逐步進入理性分析，不斷提升物聯網工程系統設計能力。”研發團隊主創成員、計算機與控制工程學院副教授宮曉利解釋說。
據了解，物聯網產業正在起步并將進入高速發展時期，但目前國內高校在教學科研與創新服務等方面還處于起步階段。在教學過程中，由于學生對于物聯網應用系統的體驗性不強、直觀感受不足，從而導致他們在理論與技術學習上的困惑。因此，李濤團隊提出建設“智慧校園—物聯網教學示范系統”用于幫助學生建立感性體驗、專業認知和產業思維。此外，物聯網工程要求具有跨學科視角和高專業知識融合度，在設計“智慧校園”時，團隊充分考慮系統的可擴展性，與環境、物理、化學、生物等多學科進行深入探索，并鼓勵學生跨專業跨年級組隊進行創新實踐活動。
“智慧校園—物聯網教學示范系統”尚處于一期建設收尾階段，可以實現對接《感知技術與應用》、《物聯網實驗基礎》和《物聯網系統實訓》等專業課程。后期將探索視頻融合功能和移動端APP開發等，逐步完善示范系統功能，使得校園監測系統與虛擬場景形成聯動，為校園實時監控、智能預警、人像處理與人員檢測等提供支撐。未來將融入人工智能元素，賦予校園更多“智慧”，為校園的信息化智慧化建設作出貢獻。
