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物联网管理

项目背景

进入21世纪以来,教育领域通过实施“校校通”工程、“班班通”工程、“农远”工程来实现学校信息化教育建设,尤其是在2012年9月5日刘延东副总理,在全国教育信息化工作电视电话会议上提出:“十二五”期间,要以建设好“三通两平台”为抓手,也就是“宽带网络校校通、优质资源班班通、网络学习空间人人通”,建设教育资源公共服务平台和教育管理公共服务平台以来,国内的教育信息化建设得到了长足的发展。教育部2010年颁发的《国家中长期教育改革与发展规划纲要(2010—2020年)》以及国务院2011年发布的《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》都明确强调要加快智慧校园建设以及要积极探索与推进物联网技术在校园中的应用。所以,在当前的大政策背景下,建设节约型、高效型、平安型的信息化智慧校园成了各个学校的迫切需求。



智慧校园以物联网为核心,突显校园信息的智能化采集与传输,智能化处理与控制,智能化显示与推送。使全校各部门、各子系统信息融合、互联互通,有效解决了校园管理中的信息更新滞后、人力资源不足、信息孤岛和重复投入造成的设备冗余等问题,达到了校园管理中绿色节能、科学决策、及时管控、服务便捷的管理目标。基于物联网的校园设备及能耗智能管理系统主要为了解决校园设备使用和管理中遇到的以下实际问题:

1.设备数量庞大,粗放式管理导致巨额能源的浪费及设备寿命的极大下降

随着教育信息化的不断推进,学校里面的教学设备和电器设备也日渐丰富,多媒体教学一体机,网络中控台,投影仪,大功率空调等教学、电器设备已经成为了教室里的标配,这些设备在给教学带来巨大便利的同时也给管理者带来巨大的困扰。放学忘关空调等设备的事件时有发生,日积月累,不光会产生巨额的能源浪费,还极大降低了这些昂贵设备的使用寿命。国务院“十一五”规划提出“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左右的目标,2007年9月教育部向全国教育系统各部门颁布了《关于开展节能减排学校行动的通知》,重点强调加强学校师生的节能意识,加强节能环保基础教育,营造节能减排校园文化,进一步推动节约型校园的建设。所以日渐丰富的教学、电器设备跟与日俱增的能耗消费之间的矛盾越来越突出,急需用技术手段、科学的方法对这些设备进行合理的管控,从而达到科学的利用而又不浪费能源的效果。



2.离线、割裂的信息孤岛,无法实时监控设备的状况以及使用情况


当前学校虽然部署了大量的电器、教学设备,但是这些设备大部分都是离线的,这些设备的当前状况及使用情况,例如每类设备具体数量是多少,当前多少个设备是开的,多少设备是关闭的,各类设备具体分布如何,设备是否有故障,设备的使用率、闲置率如何,设备在哪些时段使用最多等等这些信息,都没办法实时、准确的获取。而随着科技的发展,技术手段的进步,获取这一切详细信息已经变为了可能,可以通过对这些信息的统计和分析,为做出科学的管理决策提供有效的依据。


3.传统的设备管理方法,难以管控,而且效率低下

校园教学、电器设备在逐年增多,面对如此庞大的设备种类和海量的设备数量,靠传统的人力、经验和制度进行管控,必然会造成管不过来,管不到位的情况。下课后,管理员要逐个教室检查设备状态,要爬上爬下去开关设备,费时费力而且还管理不好。只有借助技术的力量,来实现设备的集中化和科学化管理,才能做到设备的合理利用和综合利用,从而提高管理效率,并且降低人工成本。

校园设备智能管理系统正是基于当前学校对校园大量教学设备、电器设备的管理和日常管理实效化、智能化、科学化的实际需要,以校园设备智能化管理为目标,将先进的物联网技术应用融合到设备管理的日常工作中,帮助管理者或老师实现高效、便捷、智能、安全的智慧化服务的校园管理模式。系统涵盖了设备远程和集中智能化控制、设备运行状态实时监控、用电安全管理、能耗监测、环境监测、安防监控及告警信息推送等诸多功能。校园设备智能管理系统能够大幅提升设备管理的效率,降低人工管理成本,实现能源节约,弥补以往设备管理靠人和制度的不足,使校园管理真正实现实效化,精细化和智能化。


建设目标

校园设备智能管理系统是以实现学校教室物联网智慧化管理为目标,通过物联网实现设备管理员或相关教师对教室中教学设备和电器设备的控制、管理、统计分析等工作,从而实现智慧、节能、安全的管理模式。具体的说,就是把物联网传感器整合到教室中的电力系统、环境系统等各种需要感知的系统设备中,如空调、开关面板、插座、供电回路等设备,通过物联网智能网关把这些设备连接起来,形成“物联网”,管理员通过这个物联网,就像在每个设备衍生了一只触角,然后可以随心所欲地监控这些设备。

该系统的建设主要实现以下具体功能:

1.远程和集中智能化控制

管理员可以通过手机、平板或者电脑远程控制各个教学/电器设备,既可以单一个性化控制,也可以批量式一键控制,还可以通过定时、智能情景等方式实现智慧型自动控制。通过这种高效、科学的设备的控制管理方式,可以弥补管理上的漏洞,避免人工误操作、降低管理员工作强度、提高管理效率、降低人工成本,另外通过对电器的按需开启、按需关闭,可以有效节约能源并且延长设备使用寿命。

2.设备使用情况监管和统计

系统可对各类教学设备和电器设备的使用情况进行实时监管,可以按子机构、按房间统计各类设备的数量,可通过饼状图展示设备的分布比例,可以按年、按月统计设备的使用情况,例如使用时长、使用次数、使用率、闲置率、热点使用时长等。通过这些维度的统计和分析,可以帮助管理者实现精细化管理和科学决策。

3.设能耗实时监控及统计

系统可以实时采集设备的能耗数据,既可以采集单一设备,例如空调的能耗,也可以采集整个教室的所有能耗,系统还可以能按年、按月、按设备类型、按机构、按房间等多维度进行能耗的统计和分析,这些数据既可作为优秀班级的评比依据,还可作为进一步节能管理的分析依据。

4.运行状态及使用情况监控

系统可以实时监控电器设备的运行状态,可以多维度地统计设备的使用情况。通过对设备运行的实时监控以及对使用情况的统计分析,方便管理者实时、全面了解设备运行状况和使用情况,保证教室教学电器设备能够高效运行,支持决策过程的智能化和科学化,为科学管理和决策提供有效的数据支撑和保障。


系统框架


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如上图示,系统采用4层架构,分别为物理设备层、智能感知和控制层、网络层和应用层。物理设备层主要由各类受控电器设备组成;智能感知控制层由各类传感/控制器组成,主要完成对电器设备的控制和状态、环境等信息的采集;网络层由系统核心设备智能物联网网关和校园网组成,主要完成组网和信息的传递,网关的主要功能是提供无线连接和无线协议与有线TCP/IP协议之间的协议转换;应用层由部署在服务器的系统软件以及安装在终端的APP组成,主要完成系统数据的汇聚、存储、分析和处理,以及提供用户操作界面。