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智慧校園

智慧校園

2021年是“十四五”規劃的重要開局之年，而教育部也將加快推進教育專網建設，普及數字校園建設及應用，打造校園管理一張網，完善智慧校園的基礎設施；結合智慧校園三維可視化管控平臺，部署多種傳感器和物聯網應用，如搭載智能門禁和安防監控設備，覆蓋在校園大門等各大重要場所，對校園進行全方位把控，實現校園管理智慧化。在校園數字化變革的背后，核心關鍵一步就是實現數字孿生、信息技術與教育教學的全面融合。
產品描述
技術參數


目前現狀

目前，校園信息資源整合是校園信息化建設勉勵的最大問題及挑戰，各個系統之間存在著信息壁壘，功能上不能互通，分割的現象較為明顯，難以實現信息資源共享與有效利用；校園安全問題類別越來越多，保安人員無法同時顧及多種類安全隱患，部分隱患很難被發現；現代校園綜合化管理缺乏統一的管理體系。對人員、車輛、環境、園區資產的管理還較為原始。



三維可視化校園建模
針對上述問題，通過物聯網、云計算、大數據、5G、數字孿生、GIS地理信息等核心技術搭建智慧校園三維可視化管控平臺，通過對園區的通行信息登記記錄、識別多媒體設備、教學儀器以及實時監控設備、電網管廊等使用狀態和使用壽命做成數據系統管理，并進行查看及分類管理；基于校區樓宇的CAD圖紙輸出園區建模3D模型，對校園整體建立空間信息，建模包含全局、局部、樓層、監控設備點位信息、智能設備點位信息、報警區域6大子模塊。實現模型與數據的融合呈現，在數據交互的前提上，對應用場景的訪問、特權、運維、儲存、預警等場景進行分析決策管理，并將校園關鍵物聯點位進行標注并可聯動點擊查看相應信息。



智慧環境
平臺借助物聯網、數字孿生等技術，將感應裝備連接起來，通過數據傳輸及計算整合，對校園環境內智慧燈桿、智慧井蓋、智慧垃圾桶等物體進行漫游、行走、駕駛、飛行（鳥瞰）等模式，解決人工巡檢面臨的巡視范圍廣、管理成本高、巡查數據未及時上報處理、綜合效率低下等問題。管理者可根據需求選擇不同的模式和三維可視化虛擬場景進行實時交互互動。場景里還融入了環境模擬加以點綴，同時也可通過與天氣系統對接，實現環境模擬內容根據實際天氣數據進行自動切換。以更加精細和動態的方式實現環境管理和決策的智慧。



智慧水電管理
校園覆蓋面積廣、學生教師眾多，所以基于3DGIS+BIM對校園樓宇內供配電、給排水、照明系統詳細搭建三維可視化運維管理，實時掌握園區的能耗、設備運營數據，設備空間分布及運行工況。通過三維可視化大屏可直觀看到所有數據匯總信息。當設備出現告警時快速定位到告警設備具體地理信息位置，查看詳細信息，并支持遠程控制設備開關。構建多維度校園數字孿生可視化平臺，推動學校變得更加智慧化、智能化，校園的學習生活變得更美好。



智慧人行管理
在校園門口、宿舍大樓、圖書館等設置門禁管理刷臉及刷卡的數據統計展示，按日、周、月等時間統計學生的進出總數，對校園信息安全態勢進行實時監測，可對重點場所、樓梯樓道的人流密度監測，人流密度超標自動報警。通過對異常情況、突發事故的可視化溯源分析，幫助管理者及時發現信息安全隱患。



智慧安防管理
在校園大門、宿舍大門、食堂、重點周界、車場出入口等各個角落部署視頻監控，基于校園內地圖，繪制人工智能巡更路線動畫，針對安防報警事件可聯動最近監控攝像畫面，通知附近最近巡視人員前往查看告警事件，根據現場反控及時操作周邊門禁等設施的開關狀態。同時設有“電子圍欄”展示園區中電子圍欄的區域位置，快速顯示、定位、查詢實現實時動態監視，提升園區安防響應效率。



智慧預警中心
對在校人員、重點場所、報警事件、監控視頻等要素進行實時監測，重點統計周界入侵、陌生人、人群聚集、吸煙檢測、打架斗毆、體溫異常等異常告警數據，利用近七日告警數據趨勢圖和告警狀態統計圖（已上報、未處理、已消除）輔助管理者提升校園安全管控效力。



網絡信息管理
運用物聯網技術，通過網絡把樓宇與互聯網數據相連接，實現信息的交換與管控。集多個子系統信息的一體化多維展示和大數據分析運營管理能力，實現大數據分析平臺與傳統業務數據管理平臺交叉融合。能幫助用戶實現跨業務，跨部門，跨空間的設備智能管控為園區管理者打造“領導駕駛艙”多維度數據可視化分析及呈現，為決策提供數據支持。實現動態管控、使用靈活、運維高效。

總結：
教育是國家發展的重要基石，而“教學”的效果離不開場景中各大因素的相互配合，包括教師的教學水平，學生的學習能力和方式，以及優質的教學資源、舒適的教學環境、齊套的軟硬件設施等。在數字化時代，5G、云計算、物聯網、人工智能、數字孿生等技術大應用部署，為教育模式的變革開拓了前所未見的新機遇，在教育局越發重視現代化教學模式，大量學校開始嘗試向智慧校園、智慧課堂的方向發展。上海臻圖信息技術有限公司，致力于構建數字孿生世界底座和應用，全新推出的數字孿生平臺，以多態交互和開放架構，賦能各行業數字化轉型，重構產業數字化。

系統簡介

行業背景1.2018年國家及國家標準委員會相繼出臺了《教育信息化2.0行動計劃》、《中小學數字校園建設規范（試行）通知》及《智慧校園總體框架》等政策及標準


系統功能介紹

1.2018年國家及國家標準委員會相繼出臺了《教育信息化2.0行動計劃》、《中小學數字校園建設規范（試行）通知》及《智慧校園總體框架》等政策及標準。其中，國家、中國發布的《智慧校園整體框架》已在2019年1月1日起正式實施，該框架標準要求學校實現智能感知、智能控制、智能管理。

2.新基建強調的融合基礎設施包括智慧教育基礎設施，從過去硬件為主拓展到軟硬件及服務，智慧校園將迎來新的催化并加速。

3.建立節約型智慧校園和平安型智慧校園，協同營造新時代美好校園生活環境。


客戶痛點


校園安全：異常情況缺乏安全告警，安全事故頻發，難以防范；

校園節能環保：校園能耗大，缺乏統一用電分析管控，需要響應節能減排政策。

校園管理效率：校園設備繁多，難以統一實現智能感知、控制、管理。

校園信息化可擴展性：校園場景復雜，難以進行全場景物聯網建設；傳統物聯網解決方案比較封閉，系統之間數據不通，難以平滑升級擴展。


建設目標


基于新一代的LPWAN廣域物聯網連接技術，在智慧校園的場景下，通過部署大量的無線物聯網傳感器終端，充分收集校園范圍內各種有價值的現實世界物理數據。并通過不間斷的24小時的聯系采集，大大提高了風險項和危險情況發現的及時性。大量無線物聯網傳感器設備通過高質量的LPWAN廣域物聯網覆蓋，可以快速的為云端或本地服務器收集和處理各類終端的實時數據。在物聯網云平臺側，通過寬帶設備和窄帶物聯網設備的數據歸集和數據融合，進而實現寬窄融合，數據互通，避免信息孤島現象的發生。物聯網云平臺作為物聯網PaaS層的基礎，為各類符合校園應用場景的SaaS應用平臺系統提高可靠的數據傳輸、解析和數據轉換加工。進而實現校園數據的統一化和標準化管理。真正實現物聯網智慧校園生態。

在物聯網智慧校園的建設過程中，我們應當明確的實現如下幾個目標：

1.全面提升校園安全等級，尤其是校園消防的安全等級。

2.實現更精準的能耗統計，更便捷的費用管理。

3.系統層面保持兼容開放，方便校方持續的進行信息化建設個改造。

4.極大的壓縮物聯網智慧校園方案整體的部署難度和部署成本，縮短整體的安裝周期，不影響學校日常的教學和管理工作。


方案介紹


物聯網智慧校園系統架構，應符合物聯網項目的整體架構設計原則，分為：設備層、網絡層、PaaS物聯網管理平臺層、智慧校園SaaS應用層、多終端交互界面。為學校的管理人員，包括：學校管理層、后期管理人員、學校教師提供便捷的遠程監控和控制功能，方便日常的學校運維和管理。


業務場景


通過廣域物聯網LPWAN連接技術，在智慧校園的場景下，我們可以使用大量不同類型的傳感器終端來搭建不同的具體業務場景。包含：

1.能源場景無線傳感器終端：燈控開關、空調控制器、智能電表、智能斷路器等。

2.環境場景無線傳感器終端：溫濕度監測器、空氣質量監測器、多功能氣象站等。

3.消防場景無線傳感器終端：煙霧報警器、智能水壓表、電氣火災報警器等。

4.安防場景無線傳感器終端：無線智能門鎖、門磁傳感器、水浸監測器。

5.組網設備：G200LPWAN物聯網網關、G500LPWAN物聯網網關。

通過多種類型，多種維度的數據，通過分析和統計，我們可以在校園內實現如下五個主要場景，包括：

1.校園智慧教室解決方案

2.學校機房監測解決方案

3.校園智慧辦公解決方案

4.校園空氣質量監測解決方案

5.校園消防安全監測解決方案


校園智慧教室解決方案


如圖所示，通過智能管理燈光、空調和空氣環境質量，為學生打造一個安全、節能、便利、舒適、高效的學習環境。校園智慧教室解決方案可以實現如下功能：

1.燈光管理
照度太弱時（低于300Lux）自動開啟燈光，確保教室內的燈光強度是適合學生進行看書寫字的；燈光可采用無線無源開關，無需布線，同時可遠程統一控制通斷，在非上課時間段自動關閉，實現節能。
2.空調控制
采集教室空調用電量、運行功率，調節空調運行狀態，通過對學校教室溫濕度環境的監控，可以通過云平臺下發指令，對空調的溫度和模式設置進行調整。同時支持人體紅外聯動控制空調。在教室無人的情況下，實現空調的自動關閉。也可以根據校園室外環境狀況的監控，自動的關聯教室空調的模式設置，實現節能減排。
3.環境監測
檢測溫度、濕度和人體紅外，人體紅外可用于學生放學滯留監測，防止學生獨自滯留造成的管理問題；空氣質量監測器可以監測溫度、濕度、PM2.5、甲醛、VOC、CO2濃度。確保教室環境的空氣質量。
4.能源管理
用電計量，帶遠程控制，可以用來統一關閉用電設備，實現節能。后勤管理人員無需每個教室進行走動，即可統一控制教室的燈光和空調設備。大大降低了人工成本。

智慧教室解決方案同時也支持子系統擴展，包括：

1.窗簾控制器：根據情景模式控制窗簾情況，一鍵打開關閉窗簾。

2.智能斷路器：發生短路過載時自動跳閘；也可以遠程控制統一關閉線路，實現節能。

3.門磁：門窗異常開啟時后臺報警，能夠通過短信或語音發送報警信息到管理人員。
4.智能門鎖：支持密碼、指紋和手機開鎖，可與電子班牌產生聯動，用于特殊實驗室或者機房。


學校智慧機房解決方案


通過物聯網終端實時采集機房的動力、環境、安全等信息，管理人員可通過瀏覽應用平臺頁面或者移動設備實時了解機房情況，隨時隨地的掌握機房工作狀態。保障機房信息安全，提高機房運維管理效率。通過LPWAN廣域物聯網，連接設備終端，實現機房UPS、蓄電池、電力參數監測和能耗監測。實現機房環境溫濕度、PM2.5、機房空調監測。實現機房門鎖、人體紅外入侵、門磁、水浸和視頻等安全監測。

動力監測：
實時測量配電系統主要的電力指標，并可設定越限閾值，一旦越限就上報用電異常上報到監測平臺。
監視UPS整流器、逆變器、電池（電池健康檢測，含電壓電流等數值）、旁路、負載等各部分的運行狀態與參數，一旦UPS產生報警就上報異常消息到監測平臺。
管理系統直接抄讀現場電表讀數，自動保存抄讀的歷史數據，形成用電檔案，并可查看系統能耗同比和環比數據。
可根據歷史數據記錄，快速定位故障點，及時排除故障、可根據設備狀況，制定科學合理的維保措施，保證設備設施的正常工作狀態，延長設備設施的使用壽命。
環境監測：
安裝溫濕度傳感器，監測機房內溫度和濕度狀態。
安裝PM2.5傳感器，監測機房內PM2.5濃度。
實時監視回風溫度、回風濕度、回風溫濕度限值、溫度設定值、濕度設定值、 加熱器運行狀態、制冷器運行狀態、除濕器運行狀態、壓縮機高低壓報警、 主風扇過載報警、濾網堵塞報警等。
通過空調控制器來控制普通空調，確保室內溫度正常，保障服務器正常運行。
安全監測：
實時準確地監測水浸狀態，當水浸傳感器發生告警時即時推送報警消息到監測平臺。
布設防入侵探測器，如門磁、紅外探測器、煙霧傳感器，實時監測非法侵入并即時推送監測平臺。
安裝智能門鎖，控制機房人員的進出訪問，并支持記錄和查詢歷史信息。
安裝視頻監控系統，實時監視機房圖像，支持多畫面監看，錄像存儲和回放，視頻控制和聯動控制等功能，并支持遠程監控。


校園智慧辦公解決方案


在校園管理的過程中，教師的辦公環境也是非常重要的，通過LPWAN物聯網技術，打造多傳感器融合的智慧辦公解決方案，提升校園辦公舒適度。包括：

1.PM2.5檢測、溫度、濕度、TVOC監測及控制，實時調節房間環境控制設備；

2.實現辦公室的遠程監控、辦公室入侵報警、門鎖防撬報警、起火煙霧報警，實現防火、防盜；
3.對空調、燈光、飲水機、計算機等用電設備進行組合用電管理和調配，達到節能的目的；


校園空氣環境監測方案


將大時代背景下的先進物聯網技術與傳統的自然科學知識相結合，讓學生學會監測植物生長的變化過程，了解氣象、土壤指標。激發學生提高學生發現問題和解決問題能力。

傳統學科升級
將物聯網技術與自然科學課相結合，激發學生探索周圍自然環境的好奇心。
打造特色項目
建立以物聯網為核心的“生態農場" 等特色項目，便于打造區域成果。
提升學校度
便于學生做創新項目和參加學科競賽，培養拔尖學生，提高學校度。

監測室外溫度、濕度、氣壓、風速、風向、PM2.5/10、噪聲、照度、雨量等氣象環境監測。

監測空氣質量級別，超標時告警，給學生提供一個舒適的學習環境；


校園消防安全監測方案


對用電安全、消防火、消防水進行監測，實時地監測樓宇消防設施系統設備的數據和運行狀態，減少消防事故和人力成本。
1.用電安全監測
對過漏電、過壓、過流、過載、過溫度、欠壓等電氣用電故障進行實時監控，發生故障時實時告警，通知人員維修；使用斷路器在發生短路過載時自動跳閘，保護線路和用電設備；
2.消防火監測
使用煙霧報警器對消防火災進行監測，檢測到煙霧時本地告警，同時發送信息到相應的責任人員，減少火災發生；
3.消防水監測
對水泵房水壓與液位、消防管網水壓監測，水壓不足時告警，確保發生火災時有水可用，減少消防事故。

在校園消防安全監測方案中，我們可以使用多種設備，實現不同場景下的消防監控需求：

1.煙霧報警器，檢測到火災煙霧時報警，可以使用在教室、機房、會議室等。

2.聲光報警器，聲光報警，主要用于聯動，下行控制報警。可以使用在樓層過道。
3.電氣火災探測器，檢測電氣參數（電壓、電流、功率、電能）、剩余電流（即漏電流）和線路測溫。可以使用在配電箱、配電房。
4.智能斷路器，電力參數監測，自動斷路、遠程通斷路。可以使用在教室、辦公室、配電箱。
5.水壓表，檢測水壓，可本地和在線顯示水壓值。可以使用在水泵房、消防管網。

6.水浸監測器。監測漏水、積水、高水位觸發。可以使用在機房、辦公室、洗手池等。

7.門窗監測器。監測門窗開關情況，一般用于常閉門窗的監測。可以使用在教室、天臺、機房、配電柜等。


校園人員與資產定位解決方案


室內外人員定位：
藍牙+GPS定位，使用手環、校園卡等形式，學生安全管理，人員軌跡動態管理， 建立電子圍欄，學生越界告警，訪客進入禁訪區域告警。
資產定位：
貴重資產全生命周期管理，利用無線信號強弱檢測資產所在范圍，超出固定區域告警。


方案價值


1.讓校園更安全：故障發生，時間知曉處理，對用電、消防、門禁、環境等方面的監控，將“事后處置"被動模式轉變為“事前預判"的主動模式，安全隱患提前預警，啟動對應保護措施，確保校園安全。

2.更節能更省錢：管理校園照明與空調節能，單臺空調設備每年節省電費158元(1100W(1.5P)*20%*8h*180天*0.5元/kWh=158元)。

3.讓管理更高效：讓工作變得更智能，將校園管理“化N為1"：1個系統，通通搞定。打通能源、消防、安全管理系統，將所有設備聯網，實現智能監控。

4.統一化管理：統一管理區域內的所有學校，緊跟新基建信息化建設的大環境要求。

5.增強學生的代入感：將先進的物聯網應用與知識相結合，打造沉浸式的體驗與學習。


項目案例


上海匯師小學項目：

包含智能教室、燈光改造、用電安全監測、機房動環監管、智能門鎖等。

設備包括：智能斷路器、溫濕度、紅外探測器、燈光接收器、燈光開關、煙感、聲光報警器、空調控制器、智能門鎖、門磁、智能插座、電氣火災、網關。
平臺包括：數據展示、數據分析、智能預警、聯動控制、空間管理等。

赤壁市中學項目：

學校需要在教室和寢室統一安裝空調，采用物聯網設備對空調進行統一管理，實現能耗統計功能和批量控制功能，加強教室和寢室空調節能，減少能耗浪費，響應國家節能減排政策。

武漢石牌嶺高級職業中學：
對整個實訓樓宇和校園環境的進行監測，包括溫濕度監測、紅外探測、煙霧報警、 PM2.5監測、水位監測和井蓋異動監測等。
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