導(dǎo)語(yǔ)：5G與新興技術(shù)智慧校園構(gòu)建方案一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:針對(duì)在智能新時(shí)代中如何實(shí)現(xiàn)智慧校園建設(shè)的困境，提出了基于5g等現(xiàn)代新興信息技術(shù)的智慧校園構(gòu)建思路。在分析5G技術(shù)、人工智能、邊緣計(jì)算和VR技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生在學(xué)校內(nèi)的日常學(xué)習(xí)生活需要，從三大應(yīng)用場(chǎng)景——校園綜合服務(wù)平臺(tái)、智慧教學(xué)和智慧圖書館出發(fā)，具體分析每種場(chǎng)景如何應(yīng)用新興技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)智慧化的功能，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)傳輸模型，規(guī)劃了系統(tǒng)總體建設(shè)框架。結(jié)果表明：基于5G等新興技術(shù)的智慧校園解決方案，幫助學(xué)校實(shí)現(xiàn)智能化的教學(xué)與管理活動(dòng)。

關(guān)鍵詞:5G；智慧校園；應(yīng)用場(chǎng)景

隨著5G技術(shù)的成熟與普及，教育教學(xué)進(jìn)入跨界融合、創(chuàng)新教育的新階段[1]。5G更推動(dòng)現(xiàn)有的智慧教育生態(tài)系統(tǒng)不斷發(fā)展，使得對(duì)更完善化的智慧校園空間應(yīng)用的探索成為5G技術(shù)應(yīng)用的熱點(diǎn)領(lǐng)域。與此同時(shí)人工智能、移動(dòng)邊緣計(jì)算等新興技術(shù)的發(fā)展，并與5G技術(shù)的融合將助力新的教育場(chǎng)景的應(yīng)用，使得智能教育生態(tài)空間更加“以人為本”和“立體化”[2]。在未來(lái)的世界一流高校的規(guī)劃與建設(shè)中，校園已不僅僅是傳統(tǒng)意義上的生活和學(xué)習(xí)的場(chǎng)所，它更是實(shí)景空間與虛擬空間相融合的智慧環(huán)境。我國(guó)目前在智慧校園的建設(shè)方面還不夠完善，基于各種新興技術(shù)下的智慧校園的探索顯得尤為重要。基于此，本文結(jié)合5G、人工智能、邊緣AI等現(xiàn)代多元信息技術(shù)，闡述基于5G的智慧校園服務(wù)三大場(chǎng)景、并提出系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)。

15G及關(guān)鍵技術(shù)的簡(jiǎn)介

1.15G技術(shù)

第五代通信技術(shù)5G是繼4G之后的最新一代的蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，具備超大寬帶、超低時(shí)延和超大連接等特性，它是對(duì)多種新型無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)集成后的綜合解決方案，是真正意義上的移動(dòng)通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度融合[3]。5G所提出的毫米波概念開創(chuàng)了高頻智能時(shí)代，在毫米波頻段中，頻道帶寬和傳輸速率可以提升數(shù)倍[4]。同時(shí)它也使信息通信突破時(shí)空限制，給用戶帶來(lái)極佳的交互體驗(yàn)，縮短了人與物之間的距離，實(shí)現(xiàn)了人與萬(wàn)物互聯(lián)共通。5G的崛起為智慧教學(xué)、智慧圖書館和一體化學(xué)校智慧平臺(tái)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障，其高速率、低延遲等性能優(yōu)勢(shì)為智慧校園的構(gòu)建打下了基礎(chǔ)。

1.2人工智能

人工智能的概念早在20世紀(jì)60年代就已形成，發(fā)展階段經(jīng)歷了3次浪潮，50—60年代是注重邏輯推理的機(jī)器翻譯時(shí)代，70—80年代是構(gòu)建模型的專家系統(tǒng)時(shí)代，從2006年開始，進(jìn)入重視數(shù)據(jù)、自主學(xué)習(xí)認(rèn)知的智能時(shí)代，也是將智慧概念充分彰顯的一個(gè)時(shí)代。目前來(lái)說(shuō)，人工智能技術(shù)主要應(yīng)用在大數(shù)據(jù)智能、跨媒體智能、自主智能、人機(jī)混合增強(qiáng)智能和群體智能等領(lǐng)域[5]，作為一項(xiàng)顛覆性的技術(shù)正在深刻改變?nèi)祟愂澜缂吧鐣?huì)形態(tài)。通過(guò)將人工智能算法應(yīng)用在智慧校園的系統(tǒng)中，可以更有針對(duì)性的實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)，從而為學(xué)生帶來(lái)更好的體驗(yàn)效果，對(duì)于智慧校園的構(gòu)建起到關(guān)鍵性作用。依托5G+AI的技術(shù)融合將實(shí)現(xiàn)智慧教育系統(tǒng)中各模塊間快速、無(wú)縫式的互聯(lián)共通，推動(dòng)智慧化學(xué)習(xí)環(huán)境的真正形成。

1.3VR

VR作為新一代信息通信技術(shù)，可以生成一種模擬環(huán)境，通過(guò)感知交互、渲染處理等方式使用戶沉浸到設(shè)定的虛擬環(huán)境中。具有沉浸性、多感知性、交互性等特性。5G技術(shù)為VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)了更大的發(fā)展空間。融合5G+AI+VR的技術(shù)構(gòu)建的智慧校園環(huán)境，能夠打造沉浸式的學(xué)習(xí)課堂，增強(qiáng)學(xué)習(xí)互動(dòng)體驗(yàn)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果。

1.4邊緣計(jì)算

移動(dòng)邊緣計(jì)算（movingedgecalculation，MEC）最早是2014年由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(europeantelecommuni-cationsstandardsinstitute，ETSI)提出，它是一種在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊緣提供信息系統(tǒng)和云計(jì)算能力的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以將網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)直接下沉到離用戶更近的無(wú)線接入網(wǎng)側(cè)來(lái)提供云計(jì)算服務(wù)[6]。MEC是5G網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的組成部分，二者融合后具有多級(jí)計(jì)算與通信協(xié)同的能力，能有效降低計(jì)算和存儲(chǔ)對(duì)通信資源的需求[7]。將MEC應(yīng)用于智慧校園建設(shè)，可以提高VR的體驗(yàn)需求并提供邊緣AI的功能，為智慧校園的建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2基于5G的智慧校園服務(wù)

如何運(yùn)用5G以及上面介紹的新興信息技術(shù)，在智能控制、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、遠(yuǎn)程管理、智能通信等方面為學(xué)生的學(xué)習(xí)生活提供更好的服務(wù)，是當(dāng)前各大高校智慧校園空間開發(fā)中應(yīng)探索的問(wèn)題。基于學(xué)生日常所需的各項(xiàng)功能，并結(jié)合最新技術(shù)，本文提出運(yùn)用移動(dòng)App客戶端、數(shù)據(jù)分析挖掘、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、人臉識(shí)別等智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)高校智慧校園建設(shè)的綜合解決方案。

2.1基于App的校園綜合平臺(tái)構(gòu)建

校園一卡通目前廣泛應(yīng)用于各大高校學(xué)生的日常生活之中，學(xué)生僅用一張校園卡，就能夠滿足借閱書籍、食堂就餐、超市購(gòu)物、浴室洗浴等各種需求。同時(shí)綁定了學(xué)生的身份認(rèn)證，使得高校實(shí)現(xiàn)規(guī)范化管理，加強(qiáng)了對(duì)校園各個(gè)環(huán)節(jié)秩序的把控。但目前基于手機(jī)App的支付方式已經(jīng)普遍應(yīng)用于社會(huì)中，App支付和刷卡支付相比較，保留了刷卡的及時(shí)與便捷，還擁有丟失后不易盜刷的優(yōu)勢(shì)，并且可以記錄學(xué)生的日常消費(fèi)和行動(dòng)軌跡，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可以獲得學(xué)生的精準(zhǔn)個(gè)人畫像，還可以加入人臉識(shí)別技術(shù)，在為學(xué)校監(jiān)管提供便利的同時(shí)，也保障學(xué)生的權(quán)益。2.1.1日常支付功能學(xué)生在就餐、購(gòu)物和洗浴時(shí)都需要支付相關(guān)費(fèi)用，如果采用App的掃碼支付方式，學(xué)校只需要開發(fā)或者購(gòu)買相應(yīng)的App系統(tǒng)，提供掃碼付款、付款碼付款或人臉識(shí)別付款等支付手段，學(xué)生僅需要在手機(jī)端下載App，省去了校園卡的卡片實(shí)體，也有效防范了卡片丟失盜刷帶來(lái)的損失。2.1.2預(yù)約功能在App中還可以加入預(yù)約功能，對(duì)于學(xué)校來(lái)說(shuō)，食堂就餐高峰一直是令人頭疼的問(wèn)題，高峰期間就餐人數(shù)多、購(gòu)餐窗口少、排隊(duì)等候時(shí)間長(zhǎng)，如果在App中加入預(yù)約訂餐功能，學(xué)生可以提前一天預(yù)定所需飯菜，學(xué)校后勤在預(yù)定時(shí)間將飯菜送至學(xué)生宿舍或指定餐位，則大大節(jié)省學(xué)生等待時(shí)間，同時(shí)由于提前了解學(xué)生需求，可以更加準(zhǔn)確的預(yù)估食材需求，也方便了學(xué)校后勤采購(gòu)，節(jié)省采購(gòu)或存儲(chǔ)成本。圖書館學(xué)習(xí)和機(jī)房上機(jī)也能夠提供預(yù)約服務(wù)，通過(guò)App端的預(yù)約選位占位，結(jié)合人臉識(shí)別技術(shù)，能夠確保學(xué)生本人在預(yù)定時(shí)間使用，可以更加合理的規(guī)劃學(xué)校有限的服務(wù)資源。2.1.3學(xué)生精準(zhǔn)畫像在掌握了學(xué)生校內(nèi)的消費(fèi)、學(xué)習(xí)等行為數(shù)據(jù)后，結(jié)合后臺(tái)數(shù)據(jù)分析挖掘，可以得到學(xué)生的精準(zhǔn)個(gè)人畫像，方便對(duì)學(xué)生的管理。大學(xué)生中有部分群體自控能力差，存在作息、飲食不規(guī)律等問(wèn)題，還有少部分群體存在心理障礙，受到外界刺激易沖動(dòng)，可能產(chǎn)生極端行為，因此學(xué)生的心理問(wèn)題一直是近年來(lái)高校和社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)。基于學(xué)生的日常行為數(shù)據(jù)，可以將學(xué)生分類，如是否愛(ài)學(xué)習(xí)？是否存在過(guò)度消費(fèi)甚至借貸？還可以監(jiān)控學(xué)生的異常行為。如果出現(xiàn)行為異常，輔導(dǎo)員可以及時(shí)介入，深入了解原因，防范學(xué)生極端行為出現(xiàn)。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生的行為可提供有針對(duì)性的建議，幫助學(xué)生日常生活學(xué)習(xí)規(guī)劃。還能夠根據(jù)學(xué)生本人的意愿和家長(zhǎng)的需求，將學(xué)生的行為數(shù)據(jù)定期匯總后發(fā)送給學(xué)生家長(zhǎng)，方便家長(zhǎng)掌握學(xué)生的在校學(xué)習(xí)生活情況。

2.2智慧教學(xué)解決方案

2.2.1在線沉浸式學(xué)習(xí)利用5G+VR技術(shù)幫助在線教學(xué)突破真實(shí)世界的時(shí)空限制，超越真實(shí)和虛擬世界的區(qū)隔，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容在環(huán)境中的泛在化與即時(shí)化，為師生提供虛擬化的真實(shí)性教學(xué)環(huán)境，在增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，還能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。尤其對(duì)于一些實(shí)操性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更應(yīng)多利用VR技術(shù)，使師生沉浸其中，VR技術(shù)可以根據(jù)課程需要隨時(shí)更改場(chǎng)景、虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備等，對(duì)于一些昂貴或不易完成的實(shí)驗(yàn)尤為方便，大大降低實(shí)驗(yàn)的成本，為學(xué)生積累更多的實(shí)訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)教師也能夠隨時(shí)在線監(jiān)督學(xué)生實(shí)驗(yàn)行為是否規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行指導(dǎo)。學(xué)生能夠做到足不出戶的享受實(shí)訓(xùn)教學(xué)，甚至體育課程，也可以采用VR技術(shù)模擬實(shí)現(xiàn)。此外，教師還可以利用沉浸式教學(xué)讓不在同一地區(qū)、同一地點(diǎn)的同學(xué)進(jìn)行同組實(shí)驗(yàn)練習(xí)，甚至體育教學(xué)中的分組對(duì)抗。2.2.2在線直播智慧教學(xué)在線教學(xué)直播對(duì)于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的要求較高，即便采用光纖網(wǎng)絡(luò)，依舊會(huì)造成直播時(shí)延、卡頓等問(wèn)題，而5G的零時(shí)延、高速率和低成本的優(yōu)勢(shì)，能夠很好地解決這些問(wèn)題，并能夠?qū)⒔逃Y源很好的傳送到偏遠(yuǎn)地區(qū)，使得偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)生也能夠及時(shí)在線學(xué)習(xí)。智慧校園中的在線教學(xué)是一種深度融合新興信息技術(shù)智能創(chuàng)新型課堂,與傳統(tǒng)課程教學(xué)有所不同，具體表現(xiàn)為：第一，借助互聯(lián)網(wǎng)+、云計(jì)算及相應(yīng)的信息服務(wù)平臺(tái)，智慧校園將匯聚豐富的課程資源，進(jìn)行精準(zhǔn)課程內(nèi)容供給。第二，通過(guò)智慧技術(shù)的支持，收集教學(xué)活動(dòng)中海量數(shù)據(jù)，由平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析層分析挖掘，實(shí)現(xiàn)對(duì)于教育全程的監(jiān)控，不斷改進(jìn)并提升教學(xué)水平，得到實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)與多元的教學(xué)評(píng)價(jià)。通過(guò)傳感器進(jìn)行捕獲、記錄學(xué)習(xí)者所處學(xué)習(xí)過(guò)程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息后傳回平臺(tái)數(shù)據(jù)層，經(jīng)過(guò)分析挖掘，得到有針對(duì)性的推送模型，可以及時(shí)、準(zhǔn)確地向?qū)W生提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源及服務(wù)。甚至國(guó)外有學(xué)者綜合運(yùn)用多種信息技術(shù)打造以學(xué)習(xí)者為中心的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，監(jiān)測(cè)所處環(huán)境位置及識(shí)別當(dāng)前學(xué)習(xí)完成進(jìn)度，適宜的為其推薦定制化的學(xué)習(xí)資源[8]。通過(guò)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求、學(xué)習(xí)習(xí)慣等信息的評(píng)價(jià)分析，智慧校園能夠幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)策略，形成切實(shí)的智慧學(xué)習(xí)方案，做到以學(xué)生學(xué)習(xí)為核心的智慧教學(xué)。

2.3智慧圖書館解決方案

圖書館作為信息知識(shí)傳播中心，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)場(chǎng)地和學(xué)習(xí)資源，保障學(xué)生日常學(xué)習(xí)所需?；?G等多元信息技術(shù)構(gòu)建全新圖書館服務(wù)平臺(tái)，涵蓋智能安全監(jiān)測(cè)、個(gè)性化資源推送、機(jī)器人助手服務(wù)、智能座位管理、能耗系統(tǒng)監(jiān)測(cè)等智慧服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書館的智慧化管理。2.3.1智能圖書館安全監(jiān)測(cè)基于5G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的控制感知系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控圖書館的人流、溫度、濕度、空氣中二氧化碳的含量（濃度）等，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)管理需要智能調(diào)節(jié)。比如根據(jù)人數(shù)多少和所在位置自動(dòng)控制燈光開關(guān)數(shù)量，在無(wú)人使用時(shí)自動(dòng)關(guān)閉，或根據(jù)外界光照強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光亮度，降低能源消耗。在閉館后系統(tǒng)自主監(jiān)測(cè)并及時(shí)關(guān)閉潛在的隱患設(shè)備，防止事故發(fā)生，做到智慧安全管理。圖書館的管理人員通過(guò)5G技術(shù)超過(guò)10Gbit/s的高速傳輸效率與低時(shí)延傳輸性能，得到實(shí)時(shí)視頻與圖像信息，可及時(shí)掌握館內(nèi)動(dòng)態(tài)，結(jié)合視頻數(shù)據(jù)的系統(tǒng)實(shí)時(shí)智慧分析，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)預(yù)警，提高安防系數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能安防。2.3.2智慧機(jī)器人輔助服務(wù)圖書館館藏量大，借閱查找目標(biāo)讀物的過(guò)程較為繁瑣，就算利用信息檢索技術(shù)的的數(shù)字化查閱，也需要讀者親自去書架中尋找所需書籍，免不了耗時(shí)耗力。因此借鑒5G在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)構(gòu)建新一代圖書館平臺(tái)，師生在App上提前預(yù)約借書，完成預(yù)約后，智能機(jī)器人根據(jù)預(yù)約信息把書籍提前送到預(yù)約書架，免去了尋找書籍的過(guò)程，提高借閱效率。同時(shí)，智能機(jī)器人還可以用模擬真人的交流形式，為在校師生提供資源檢索、實(shí)時(shí)圖書查找、還書等服務(wù)，師生只需對(duì)它發(fā)送語(yǔ)音命令即可。

3智慧校園建設(shè)架構(gòu)

智慧化校園的建設(shè)不是簡(jiǎn)單的信息化工程，而是現(xiàn)代化管理技術(shù)與信息化技術(shù)相融合的復(fù)雜系統(tǒng)工程[9]，總體架構(gòu)模型從上到下依次分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和服務(wù)層。結(jié)合前述的智慧校園各項(xiàng)功能，建立如圖1所示的總體架構(gòu)。其中物理感知層、網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)層共同搭建基礎(chǔ)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集傳輸與處理分析、數(shù)據(jù)庫(kù)管理等基本功能，通過(guò)與應(yīng)用層及服務(wù)層緊密連接，對(duì)得到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。應(yīng)用層通過(guò)開發(fā)針對(duì)不同場(chǎng)景的功能區(qū)，滿足智慧校園的各類實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)完善的智能服務(wù)體系。服務(wù)層基于網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)層的支持，主動(dòng)為用戶提供智能化消息推送，為用戶提供智慧校園服務(wù)。具體如下：（1）網(wǎng)絡(luò)層。應(yīng)用5G移動(dòng)通信技術(shù)架構(gòu)，基于5G+AI、5G+VR、5G+MEC的全面部署，形成人與物、物與物以及設(shè)備與資源互聯(lián)共通的全場(chǎng)景模式，是各智能服務(wù)應(yīng)用互動(dòng)的關(guān)鍵。（2）數(shù)據(jù)層。依托信息化技術(shù)的支持，以及網(wǎng)絡(luò)層的保障，針對(duì)平臺(tái)各系統(tǒng)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、挖掘與分析，并及時(shí)反饋所需信息。包括管理數(shù)據(jù)庫(kù)、教育教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)、科研數(shù)據(jù)庫(kù)以及應(yīng)用功能層各模塊所需的數(shù)據(jù)庫(kù)。（3）應(yīng)用層。包括各類管理系統(tǒng)的應(yīng)用，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，采集并整合用戶信息行為，基于智能化的決策，提供個(gè)性化的服務(wù)；對(duì)教務(wù)信息系統(tǒng)、智慧學(xué)習(xí)空間系統(tǒng)、圖書借還管理系統(tǒng)、綜合平臺(tái)系統(tǒng)等進(jìn)行高度整合，構(gòu)建智慧化的校園環(huán)境。（4）信息服務(wù)層。該層涵蓋數(shù)據(jù)分析及處理傳送，進(jìn)行內(nèi)容分發(fā)并向用戶提供及時(shí)的消息推送，使用戶體驗(yàn)到便捷的智慧校園服務(wù)。同時(shí)有數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行信息儲(chǔ)備，通過(guò)將所需的推送信息存儲(chǔ)在專用數(shù)據(jù)庫(kù)中以備用戶的隨時(shí)查詢，提高用戶使用效率。

4結(jié)束語(yǔ)

5G技術(shù)加速了信息融合與傳播的層級(jí)，融合VR、MEC、AI等新興技術(shù)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)實(shí)景體驗(yàn)、低延遲處理、虛擬人工輔助等智慧化服務(wù)功能，構(gòu)建完善的智能服務(wù)新平臺(tái)，推動(dòng)個(gè)性化服務(wù)的升級(jí)，能夠極大的方便師生，滿足生活和教學(xué)的信息化要求。通過(guò)5G及MEC全覆蓋部署的校園將實(shí)現(xiàn)更高速、更安全的校園通信系統(tǒng)，并提供更優(yōu)質(zhì)資源的平臺(tái)，以此實(shí)現(xiàn)教學(xué)教研、管理服務(wù)等高度數(shù)字化、智能化。本文簡(jiǎn)述了當(dāng)前以5G為代表的新興信息技術(shù)，構(gòu)建了智慧校園三大應(yīng)用場(chǎng)景，并提出總體架構(gòu)解決方案，能夠幫助學(xué)習(xí)教學(xué)與管理服務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化，全面提升學(xué)校的信息化水平，為最終建立滿足師生需求的信息化智慧校園提供參考。

作者：王瑤 鄧迪凡 楊鳳 吳仟龍