“真的好神奇!物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)居然可以控制校園交通!”南開大學(xué)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(jī)控制與工程學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)主任李濤團(tuán)隊研發(fā)了一套“智慧校園—物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)示范系統(tǒng)”，它通過利用云計算、虛擬化和物聯(lián)網(wǎng)等新型技術(shù)，將學(xué)校的教學(xué)、科研、管理與校園資源、應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行整合，從而實現(xiàn)了校園的智慧化管理與服務(wù)。

　　“智慧校園”主要由校園實景聯(lián)動沙盤控制、虛擬校園游覽體驗、室內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測、智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)測、智能家居和智能教室虛擬聯(lián)動、智能車輛管理以及智能安防等系統(tǒng)構(gòu)成。通過無線Mesh、3G/4G、北斗衛(wèi)星等技術(shù)，將傳感器所采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫擞嬎阆到y(tǒng)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、智能分析和識別控制，為諸多應(yīng)用提供服務(wù)接口，真正做到“掌上校園”。

　　該示范系統(tǒng)作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)的重要組成部分，與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程《計算機(jī)組成原理》《操作系統(tǒng)》《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》，以及特色專業(yè)課程《感知技術(shù)與應(yīng)用》、《物聯(lián)網(wǎng)實驗基礎(chǔ)》《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實訓(xùn)》等緊密關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)研發(fā)的初衷是為了使學(xué)生能夠建立“感知、傳輸、處理與控制、模擬與應(yīng)用”的設(shè)計與應(yīng)用理念，加深對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域的理解。

　　由于在設(shè)計與實現(xiàn)環(huán)節(jié)需要充分考慮系統(tǒng)的可靠性、可用性和擴(kuò)展性，以支持虛擬場景、沙盤系統(tǒng)、現(xiàn)實場景三者的交互與實時聯(lián)動，系統(tǒng)的信息融合與同步成為開發(fā)過程中的難點。為此，設(shè)計團(tuán)隊選擇通過融合Mesh、ZigBee、WiFi、北斗通信等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和建立消息總線、智能網(wǎng)關(guān)、系統(tǒng)中間件等方法來解決數(shù)據(jù)傳輸問題，并利用云端計算系統(tǒng)支撐交互服務(wù)以實現(xiàn)負(fù)載均衡和可視化展示，從而完成三位一體的數(shù)據(jù)分析和功能呈現(xiàn)。

　　研發(fā)團(tuán)隊主創(chuàng)成員、計算機(jī)與控制工程學(xué)院教師盧冶為記者進(jìn)行了系統(tǒng)操作演示，并介紹說:“沙盤系統(tǒng)上的智能小車通過程序控制，仿真模擬自動駕駛與路徑規(guī)劃過程，在車輛行進(jìn)期間，攝像監(jiān)控等模塊對其進(jìn)行監(jiān)控、測速、違章抓拍等操作;智慧農(nóng)業(yè)仿真系統(tǒng)則根據(jù)溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤酸堿度、作物生長情況等信息，自動進(jìn)行滴灌、噴灌、補(bǔ)光和溫控;而通過手機(jī)APP或PC端輕輕一點，沙盤系統(tǒng)、虛擬場景和現(xiàn)實場景中室內(nèi)的窗簾、燈光、空調(diào)則均被開啟……”。

　　此外，“智慧校園”的一大特點還在于實現(xiàn)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(huán)境中實時觀察當(dāng)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(huán)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(shù)值，像靠近樹林的節(jié)點，其二氧化碳數(shù)值就會較高。”盧冶補(bǔ)充道。

　　南開大學(xué)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(lián)網(wǎng)比我想象中更加人性化、智能化?；蛟S在不久的將來，當(dāng)我們在駕駛汽車并出現(xiàn)操作失誤時，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)還會溫柔地提醒我呢!這樣的話，就可以減少事故的發(fā)生，還可以利用它節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境!”

　　在談到“智慧校園”現(xiàn)今的實用價值時，李濤說：“據(jù)我們了解，這是目前國內(nèi)第一套面向物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)的綜合性示范系統(tǒng)，它克服了以往實驗教學(xué)過程的局限，為學(xué)生提供了良好的實驗、創(chuàng)新平臺，將大大提升我們物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)本科生的教學(xué)質(zhì)量和創(chuàng)新水平。”

　　“示范系統(tǒng)可以通過效果演示、原理講解、編程實踐等環(huán)節(jié)，使學(xué)生從感性認(rèn)識逐步進(jìn)入理性分析，不斷提升物聯(lián)網(wǎng)工程系統(tǒng)設(shè)計能力。”研發(fā)團(tuán)隊主創(chuàng)成員、計算機(jī)與控制工程學(xué)院副教授宮曉利解釋說。

　　據(jù)了解，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)正在起步并將進(jìn)入高速發(fā)展時期，但目前國內(nèi)高校在教學(xué)科研與創(chuàng)新服務(wù)等方面還處于起步階段。在教學(xué)過程中，由于學(xué)生對于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的體驗性不強(qiáng)、直觀感受不足，從而導(dǎo)致他們在理論與技術(shù)學(xué)習(xí)上的困惑。因此，李濤團(tuán)隊提出建設(shè)“智慧校園—物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)示范系統(tǒng)”用于幫助學(xué)生建立感性體驗、專業(yè)認(rèn)知和產(chǎn)業(yè)思維。此外，物聯(lián)網(wǎng)工程要求具有跨學(xué)科視角和高專業(yè)知識融合度，在設(shè)計“智慧校園”時，團(tuán)隊充分考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，與環(huán)境、物理、化學(xué)、生物等多學(xué)科進(jìn)行深入探索，并鼓勵學(xué)生跨專業(yè)跨年級組隊進(jìn)行創(chuàng)新實踐活動。

　　“智慧校園—物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)示范系統(tǒng)”尚處于一期建設(shè)收尾階段，可以實現(xiàn)對接《感知技術(shù)與應(yīng)用》、《物聯(lián)網(wǎng)實驗基礎(chǔ)》和《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實訓(xùn)》等專業(yè)課程。后期將探索視頻融合功能和移動端APP開發(fā)等，逐步完善示范系統(tǒng)功能，使得校園監(jiān)測系統(tǒng)與虛擬場景形成聯(lián)動，為校園實時監(jiān)控、智能預(yù)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(shè)作出貢獻(xiàn)。