摘要 IT與通信技術(shù)的發(fā)展將物聯(lián)網(wǎng)課題引出。發(fā)展以RFID技術(shù)為核心的物聯(lián)網(wǎng)成為新的技術(shù)潮流。文中通過調(diào)查統(tǒng)計，對物聯(lián)網(wǎng)的成功案例進(jìn)行了分析，討論設(shè)計了RFID技術(shù)在數(shù)字校園管理中的一些應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的應(yīng)用將助力校園數(shù)字化管理快速發(fā)展，提高學(xué)校管理水平。
關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)字校園；RFID；一卡通

    “物聯(lián)網(wǎng)”的名稱來源于“傳感網(wǎng)”，在過去數(shù)十年中射頻、“二維碼”等技術(shù)被廣泛應(yīng)用于軍事及物流領(lǐng)域。然而，物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步拓寬了“傳感網(wǎng)”的范疇，其是用各種傳感器將物理世界通過互聯(lián)網(wǎng)相連接形成網(wǎng)絡(luò)。
    針對國內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)相對薄弱，標(biāo)準(zhǔn)化工作相對滯后等問題，國家組織啟動2012年物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化專項。啟動國家物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程，統(tǒng)籌推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)體系和公共服務(wù)平臺建設(shè)，著力突破核心技術(shù)，完善產(chǎn)業(yè)鏈，為重點領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范提供有效支撐。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈可分為：識別、感知、信息處理和傳送4個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵技術(shù)分別為RFID、傳感器、智能芯片及電信運營商的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)研究
    文中通過CNKI進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)有11 931篇，其中2009年之前81篇、2009年518篇、2010年3 951篇、2011年5 574篇、2012年至今1 807篇。其中期刊7 201篇，博士學(xué)位論文74篇，碩士學(xué)位論文695篇，會議299篇，報紙2 755篇，專利715篇，其他192篇。主要集中在信息經(jīng)濟(jì)與郵政經(jīng)濟(jì)、計算機軟件及計算機應(yīng)用、電信技術(shù)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)、自動化技術(shù)、宏觀經(jīng)濟(jì)管理與可持續(xù)發(fā)展、電力工業(yè)以及貿(mào)易經(jīng)濟(jì)等8大類。
    通過2次檢索，同物聯(lián)網(wǎng)與校園有關(guān)共89篇：期刊文章73篇，學(xué)位論文15篇，會議論文1篇。其中，2010年18篇、2011年43篇、2012年至今28篇。其中與數(shù)字校園相關(guān)的12篇，與智慧校園相關(guān)的17篇。
    可見，物聯(lián)網(wǎng)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛，相關(guān)領(lǐng)域的研究較為深入，已趨向成熟，并產(chǎn)生了產(chǎn)業(yè)鏈。目前，國內(nèi)部分高校已開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，并進(jìn)行智能傳感網(wǎng)絡(luò)的研究。據(jù)統(tǒng)計，2011年國內(nèi)高校新增物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的院校共64所，其中物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)56所，“傳感網(wǎng)”技術(shù)6所，智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)2所。為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字校園建設(shè)中還未得到廣泛應(yīng)用，同時研究不夠深入，基本處于設(shè)想或探索研究層面，而涉及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字化校園中應(yīng)用的具體案例文章較少。文中對物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)進(jìn)行了研究，同時對數(shù)字校園中“一卡通”的應(yīng)用管理進(jìn)行了設(shè)計。

2 需求分析
    隨著信息技術(shù)的發(fā)展，高等院校根據(jù)自身需求，相繼采用信息技術(shù)以加強管理。校園“一卡通”已成為高等院校發(fā)展的普通選擇。校園“一卡通”、數(shù)字化校園和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)產(chǎn)業(yè)正在迅速發(fā)展。“一卡通”的實現(xiàn)目標(biāo)是為了通過共同的身份認(rèn)證機制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理的集成與共享，其主要實現(xiàn)的管理功能是：后勤綜合管理系統(tǒng)、考勤管理系統(tǒng)、上機管理系統(tǒng)、圖書館管理系統(tǒng)以及門禁管理系統(tǒng)。結(jié)合其使用情況，針對數(shù)字校園管理中存在的問題，采用非接觸RFID電子標(biāo)簽的感應(yīng)卡實現(xiàn)“一卡通”管理，且性價比高，針對“一卡通”中的典型應(yīng)用提出以下幾種應(yīng)用設(shè)計方案，常用設(shè)備需求如圖1～圖3所示。

3 RFID技術(shù)典型應(yīng)用案例設(shè)計
3．1 RFID會議無障礙身份識別系統(tǒng)設(shè)計
    大型會議的組織管理工作復(fù)雜，會議組織管理工作的一個重要問題就是對參會人員進(jìn)行有效的識別和統(tǒng)計。傳統(tǒng)的會議管理方法，將導(dǎo)致參會代表等候時間長、排隊簽到等現(xiàn)象，特別是人員簽到較為集中時，問題較為嚴(yán)重。目前會議簽到和識別普遍采用手工紙筆簽到、人工核對證件和刷卡等手段。這些方式存在以下問題：紙筆簽到易造成大面積擁堵，且有冒簽、代簽等現(xiàn)象，無法保證正確的參會數(shù)據(jù)；人工核對證件效率低，無法保證準(zhǔn)確度，且不便于統(tǒng)計。刷卡需要參會代表到指定地點出示證件并排隊刷卡，欠缺人性化。結(jié)合會議組織工作的需要，較為理想的簽到和識別方案需具備以下特點：防偽特性(代表證不可偽造)、無需固定地點刷卡(參會者只需通過會場即可)、輔助人像識別(可判斷持卡者是否為本人)并且能夠?qū)β┳x情況進(jìn)行報警。
    設(shè)計方案以遠(yuǎn)距離識別RFID電子標(biāo)簽技術(shù)為核心，輔以數(shù)碼攝像和紅外感應(yīng)技術(shù)來實現(xiàn)其功能，RFID會議無障礙身份識別系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如圖5所示。

    由圖4可見，當(dāng)參會者佩戴帶電子標(biāo)簽感應(yīng)卡，經(jīng)過RFID感應(yīng)裝置組成的通道時，會發(fā)生射頻和紅外感應(yīng)。射頻感應(yīng)信息即為參會證件信息，經(jīng)主機判斷證件的有效性；只需人員通過便會發(fā)生紅外感應(yīng)，系統(tǒng)則啟動攝像頭抓拍其面部圖片。如證件有效，主機將調(diào)出參會者照片及原始資料，并由管理人員核對圖像。整個過程精確聯(lián)動、高效、便捷。
    從圖5可看出，正常的通過過程，會兩次進(jìn)入射頻識別區(qū)域，并且兩次切割紅外線，這可以最大限度地避免盲讀情況，兩次切割紅外線還可判斷參會人員是進(jìn)入或離開的作用。當(dāng)然，設(shè)置紅外線識別的首要目的是在射頻識別后進(jìn)行身份警示。
3．2 無障礙快速通道系統(tǒng)設(shè)計
    高校圖書館的門禁系統(tǒng)多采用通道機設(shè)計，在實際使用過程中易發(fā)生機械故障，導(dǎo)致有證人員無法正常通行、無證人員尾隨鉆門等現(xiàn)象。采用無障礙快速通道來實現(xiàn)人員進(jìn)出管制，是目前較為先進(jìn)的管理方式。應(yīng)用目標(biāo)是在圖書館管理體系中建立一條基于RFID技術(shù)的快速通道，實現(xiàn)高效管理的人員門禁自動登錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)沒有物理障礙，方便人員快速通行，無需刷卡便可實現(xiàn)，對無證人員的進(jìn)入發(fā)出警報。如需要也可通過攝像機抓拍面部特征，與教務(wù)系統(tǒng)的讀者照片庫進(jìn)行比對，實現(xiàn)了科學(xué)人性化管理。該系統(tǒng)由感應(yīng)裝置、讀卡器、天線和通訊模塊組成，方案示意圖如圖6所示。

    設(shè)計利用紅外光束來檢測人員通過和運動方向。在經(jīng)過通道處分別埋設(shè)兩個天線，稱為A天線和B天線。(1)當(dāng)攜帶感應(yīng)卡的人員靠近A天線時，A天線讀取感應(yīng)卡但不作任何輸出。(2)當(dāng)感應(yīng)卡從A天線到B天線時，則說明人員是按照進(jìn)入(Entrance)的方向行走，這個過程中，感應(yīng)卡前后被A天線和B天線讀取，當(dāng)感應(yīng)卡被B天線讀取時，讀卡器在A通道輸出信號，代表“進(jìn)入信號”。(3)如果緊接著感應(yīng)卡又從B天線返回A天線，則說明人員向出口方向行走，此時當(dāng)感應(yīng)卡返回A天線處時，讀卡器則在日通道輸出信號，代表“出信號”，通過進(jìn)出信號的統(tǒng)計，可幫助管理員在閉館時清查人員。
3．3 開放有源RFID識別系統(tǒng)設(shè)計
    教師上課對學(xué)生考勤尤為困難。通常教師需占用課堂時間進(jìn)行點名考勤，并進(jìn)行紙筆統(tǒng)計，且經(jīng)常遇見冒名頂替等情況。
    家長與學(xué)校有溝通需求，校訊通、家校通等系統(tǒng)的出現(xiàn)為學(xué)校和家長之間的溝通提供了有效手段。但大部分系統(tǒng)仍不完善，需進(jìn)行人工干預(yù)。利用2．4 GHz有源RFID技術(shù)、計算機技術(shù)和無線通信技術(shù)相結(jié)合，通過2．4 GHz無線射頻識別系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)、通信技術(shù)、RFID卡為家長提供學(xué)生在校生活、學(xué)習(xí)等信息的溝通平臺。其主要實現(xiàn)的功能為：(1)學(xué)生出入校園，系統(tǒng)將實時短信通知家長。(2)學(xué)生在校路徑追溯，可記錄學(xué)生在校行動軌跡。(3)自動考勤系統(tǒng)，無需刷卡便可自動記錄。
    RFID讀卡器分別安裝在學(xué)校門口、樓梯處以及教室門口，實現(xiàn)對學(xué)生實時定位識別。所有讀卡器連接組成一個總線型網(wǎng)絡(luò)連接至控制器。通過對學(xué)生采集到的原始數(shù)據(jù)，分析學(xué)生的考勤情況。每堂課的考勤情況會實時發(fā)送到教師的手機上方便核對。在期末的統(tǒng)計工作中，教務(wù)管理系統(tǒng)會自動統(tǒng)計出每位學(xué)生的出勤率，從而解決教師考勤難的問題。

3．4 遠(yuǎn)距離車輛識別與車牌識別系統(tǒng)
    車輛進(jìn)出的傳統(tǒng)管理方式是發(fā)放通行證，人工驗證之后遙控放行。該方法速度慢，易出現(xiàn)擁堵等情況。人工自行刷卡、自動升桿，在實際運用中會出現(xiàn)忘帶磁卡、磁卡無電等情況，導(dǎo)致駕駛員必須通過與管理員進(jìn)行交涉，因此放行速度更慢。
    射頻識別(RFID)電子標(biāo)簽作為快速、實時、準(zhǔn)確采集與處理信息的新技術(shù)，作為傳統(tǒng)車輛管理方法的升級和補充，滿足了當(dāng)今車輛管理要求。車輛電子標(biāo)簽安裝在車輛的擋風(fēng)玻璃或校園“一卡通”上，在車輛通道或停車場出入口安裝RFID讀寫器。在正常工作時，當(dāng)車輛通過時，讀寫器將發(fā)出提示音，標(biāo)明自動識別成功，讀寫器將讀取的信息傳輸?shù)匠鋈肟诳刂茩C的微處理器內(nèi)，實現(xiàn)車輛信息的采集和臨時車輛的繳費，并通過控制道閘等設(shè)備完成通道控制。
    RFID系統(tǒng)是利用感應(yīng)、無線電波或微波能量進(jìn)行非接觸雙向通信，實現(xiàn)信息獲取和數(shù)據(jù)交換的自動識別技術(shù)。讀寫器通過天線向電子標(biāo)簽發(fā)出微波查詢信號，電子標(biāo)簽被其微波能量激活，接受到微波信號后應(yīng)答并發(fā)出帶有車輛數(shù)據(jù)信息的回波信號。讀寫器接收到RFID車輛電子標(biāo)簽信號后，由其中的解碼器解析出與車輛相關(guān)的信息，從而建立讀寫器與RFID電子標(biāo)簽的通訊聯(lián)系，解析出的車輛信息再通過計算機處理，實現(xiàn)車輛自動識別的目的，如圖9所示。針對外來車輛，通過攝像頭進(jìn)行車牌掃描照相存檔，建立臨時車輛信息數(shù)據(jù)，離開時作為繳費憑證。

4 結(jié)束語
    數(shù)字校園的信息化程度和建設(shè)，是衡量學(xué)校的管理水平、科研應(yīng)用等綜合能力的重要指標(biāo)，是體現(xiàn)學(xué)校核心競爭力的重要因素，因此數(shù)字智慧校園已成為校園管理發(fā)展的趨勢。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以積極地推動智能數(shù)字校園系統(tǒng)的發(fā)展，能夠有效解決傳統(tǒng)校園建設(shè)中所遇到的困難，從而為廣大師生的日常學(xué)習(xí)和生活提供更為高效、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。