智慧物联教室

解决方案

 

 

吉安英佳电子科技有限公司

 

第一章·背景分析

2018年国家教育部及国家标准委员会相继出台了《教育信息化2.0行动计划》、《中小学数字校园建设规范（试行）通知》及《智慧校园总体框架》等政策及标准。其中，国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会发布的《智慧校园整体框架》已在2019年1月1日起正式实施。该框架标准要求学校实现智能感知、智能控制、智能管理。

《GB/T36342-2018智慧校园总体框架》要求实现学校智能感知、智能控制、智能管理。能够实现对环境内所有装备(软硬件设备)及状态的信息采集,对环境指标及活动情境的识别、感知和记录，并实现控制、监视、管理。

2018 年 4 月，教育部印发《教育信息化 2.0 行动计划》

 

《 GB/T 36342-2018智慧校园总体框架》

 

 

 

教育信息化 2.0 各地都有具体的措施计划

1、推进智慧校园建设，加强智能教室建设

2、推动智慧后勤，便于管理

3、物联网成智慧标配，建立起基于物联网的校园感知环境

 

传统教室遇见问题分析：

1.学校投入使用的应用系统越来越多，教师工作量没有减少反而不断增加。

2.怎样解决教师备课、客观题阅卷、手动统计分数等低效率的工作问题？

3.怎样满足不同专业排课、单双周排课、合班分班排课、多校区排课等特殊要求？

4.怎样解决教师备课、客观题阅卷、手动统计分数等低效率的工作问题？

5.期中、期末时，对教师的评教还在通过纸质打印评教表、人工统计评教结果？

第二章·方案概述

一、方案概述

英佳物联网中控采用智能融合技术，基于智慧终端，集多种硬件模块、系统应用于一体，凭借强大的接入能力，智能融合多种周边接入设备，实现A1人脸语音识别、智慧能效管理、智能环境感知、智慧防疫、智慧物联管控于一体的新型现代化智慧教室系统;实现学校智能感知、智能控制、智能管理的目标。智慧教室基于网络交换机为核心，建成一个综合型的物联网共享平台，所有的设备系统均可以通过标准设备服务器无线接入物联网工程信息平台，通过服务器的系统软件统一管理前端系统设备;同时，我们提供的教室智慧系统设计，可以开放足够多的端口和丰富、完善的接口函数以及二次开发包，为校方提供了一个开放的环境平台去对接所需的资源。

该智慧物联教室建成一个综合型的物联网应用场景，用于给教师生创建一个完美的智慧节能高效教学习环境，首先通过读取系统中教室传感器数据来判断教室内是否有人员，如果教室内无人，则教室内所有系统处于关闭状态;反之，则处于工作状态。

教室作为一种公共资源，配有灯、风扇、空调、电脑、投影仪等设备，单靠传统的人工管理不仅人力成本高，还存在诸多资源浪费和安全隐患。教学楼中每间教室的使用频率，以及每一间教室的利用率也各不相同，教室内的用电器设备不能得到有效的统一管理，教室管理员不能及时了解到设备状态，当教室内有异常情况时，不能够对设备做出及时的处理，需要教室管理员逐一排查，大大增加了管理员的日常工作量，甚至影响教室的正常使用。如果不加科学管理，势必造成大量的人力浪费和电力浪费，增加了不必要的学校运营开支。

针对以上存在的问题，研究设计一套智慧教室管理平台是十分必要的，能够实现对校园教室电器设备的智能化、高效化、统一化管理。智慧教室管理平台能够对教室内环境数据进行实时采集，也可实现对教室内各种电器设备的远程控制，同时还具有人数统计、条件设定以及预设模式切换（夜间模式、节能模式、安防模式）等功能，解决了当前教室存在的资源浪费以及电器设备管理不统一等问题，可远程查看每一间教室的实时动态，实现了对教室内电器设备的高效、统一、智能化的管理和运行。

吉安英佳推出了一套基于物联网技术的智慧教室。由一台英佳智慧教室云终端集智慧教学、人员考勤、资产管理、环境智能管控及远程控制于一体加以各种传感器的新型现代化智慧教室系统，在广泛的推广运用。

 

二、方案目的

万物互联，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品的智慧化识别、跟踪、监控和管理。在以往的教育信息化建设中，政府和学校往往更注重硬件设备投入，计划预算也是按照硬件投入来做，很少将软件费用计入。师生没有充分享受到有效的教育技术成果，对教育的影响远未达到预期目标。

普遍提升师资水平，将老师从重复劳动中解脱出来，主要精力放在教学中；同时提供集体教研、评课磨课等多种教研方式的应用支撑。通过提供丰富教学内容和应用，支持教学模式创新,切实提高教学质量和学习效果。

 

第三章·智慧物联教室建设目标概述

智慧物联教室的设计上，以服务教学为核心，提供教室智能管控、数据分析与可视化功能，采用线上+线下学习空间的设计理念，将教学服务、教学数据融为一体，建设共享、交互、创新的学习空间。并以智慧教室数据为基础构建成为以云计算、物联网技术为依托的校园综合管理平台，形成高效的校园管理、平安校园、领先的教学过程和便捷的校园生活四大功能应用体系。

 

在教学方面：针对校园信息化建设与教学、教务管理智慧化需求，整合物联管控、电子班牌、环境控制等等教学相关功能，打造贯穿教室、课堂和管理的智慧物联教室整体解决方案。配备纳米黑板、交互大屏等先进设备，结合物联网技术，实现无感知操控，教室环境自动适配教学内容与场景的需求。一键启动极简操作。

在管理方面：提供教室基础设施集中物联管控、教学教务数据分析与呈现以及教学质量评估的可升级一体化平台。可以打造包括教务考勤管理、资产管理、教室照明管理、空调控制、智能安防、智能门禁、物联网中控管理在内的全方位的管理方案。

 

一、互联网+教学，开展新型教学模式

教学信息化设备的互联网式升级，通过管理平台，实现教师在线开启、扫码、语音、人脸识别、账号密码等多种形式的创新性开启方式，促进传统教学向新型教学模式的转变，提高教学成效。

二、 大数据+人工智能，提升过程性评价

通过智慧物联教室的信息化系统，例如人脸点名、温度调节、空气管理，全面记录教与学过程的中的所有数据和环境，教师可清晰了解每个学生的学习情况，为学生提供个性化教学，因材施教。

三、智慧物联教室内容概述

英佳智慧物联教室采用最新智能全融合技术，基于智慧物联云终端，集多种硬件模块、系统应用于一体，凭借强大的接入能力，智能融合多种周边接入设备，实现智慧教学、智能物联管控、灯光系统与一体的新型现代化智慧教室系统，达到提高教学质量、方便教学管理、提高设备使用效率、延长设备使用寿命、优化教师授课环境、便捷学生学习的使用效果。

智能物联网技术为智慧教室的核心技术，实现对教室 PM2.5、温度、湿度 、甲醛、二氧化碳、灯光、窗帘、空调状态的读取与控制。在授课过程中通过智能策略使教室出于事宜学习的状态，在教室没人时关闭所有电子设备，绿色节能；同时通过网络可以实现对所有教室的信息化设备做集中控制。

四、智慧物联教室组成结构

 

智慧物联教室由智慧物联云终端、环境感知、环境控制、智慧教室软件、智慧教室管理平台、多媒体系统、智慧教学云平台等多种产品组成

五、智慧物联教室设计原则

英佳智慧物联教室设计的八大原则：

1、先进性原则：前瞻定位，创新理念，新技术大胆与贴切的应用；

2、实用性原则：易用、易维护，设计和用户界面做到简洁而不简单，尽量适应用户习惯和运行维护水平；

3、合规性原则：遵循主流数据标准和物理安全与信息安全规范，遵循相关国家与行业建设标准与规范；

4、可持续性原则：注重基础性影响全局技术的成熟度，重视承建方的持续技术服务能力，注重技术文档的完备性。软硬件分离，软件层次化、模块化；

5、可拓展性原则：智慧物联教室的模式、功能的采用和设计都具有探索性质，创新性教学信息化产品更新升级也快，建设应对未来的发展和变化有预估，预留扩展接口和功能重构甚至空间重构的灵活性

6、多样性原则：满足更多个性化的教学需求，实现单个教室的多功能和智慧物联教室群体的多样性；

7、联通性原则：比普通教室更强大的教学资源联通性、学生与老师之间、学生与学生之间更好的信息联通性，实现与校园信息环境更好的联通性；

8、生态性原则：智慧物联教室必须是生态指标良好的教室，室内空气质量好，声光环境舒适达标，更有利于师生健康；

第四章·智慧物联教室建设内容

一、智能物联系统

智慧教室物联网综合管理平台就是综合应用物联网技术、传感器技术、自动控制技术等，智能感知采集教室内的照明、温湿度、空气质量，能耗等各种数据，并控制教室内的智能灯光、空调、空气净化系统，还能控制教室内的投影机、幕布、窗帘、录播等，并实现集中控制与管理。

本系统既可以与其它功能模块共同组成智慧教室整体系统，也可以单独作为一个子系统来构建。

 

二、智慧能效管理系统

英佳智慧能效管理系统通过云计算、大数据、物联网和人工智能等先进技术，构建了一个具有先进性、创新性、可扩展性的一体化智慧能效管控系统。对单位各场所信息化办公设备、各区域照明管理要求、风扇、空调、电热供水等设备进行智能化管理改造，实时采集能耗信息，通过优化设备管控流程，对标国家政策要求的基准值进行峰值约束对比管理，从而实现科学智能化的节能减排目的。

具体措施以实时监控各单位场所电气化设施及设备，根据每各终端设备的电流、电压及使用时长等，计算设备的能源消耗。对不用区域场所、不同类型的设备进行能耗统计、分析；同比、环比分析各单位场所设备每个月度、季度、整年消耗电量，生成智能化报表，不同维度展示单位各场所区域电源的使用情况，暴露用电盲区，为单位管理者执行宏观调控、优化单位用电提供决策依据，实施“节能减耗”提供数据支撑。

系统平台采用可视化的管理界面，具有多系统应用，及电脑、手机、或平板等管理终端，均可实现对各个物联设备节点远程控制。实现统一管理高效的管理模式，可独立控制，也可以通过定时等策略应用方式实现智能自动控制。高效、科学的设备的控制管理方式，避免人工误操作、提高管理效率、降低人工成本。通过对用电的按需开启、按需关闭，可以有效节约能源 并且延长设 备使用寿命。利用采集数据，进行数据统计、对比、分析和管理，有效的实现使用者对能耗的管 理，节约能源。

 

1.能耗数据采集

采集办公设备、教学设备、空调、灯具等电器用电量；采集茶水间、卫生间等场所用水量。可按楼层、部门、房间等多样化形式采集，满足不同用户的需求。

2.能耗数据分析

对按日、月、年区间选取采集到的真实数据分析，了解整个单位场所能耗的状态以及各个部门、各栋建筑能耗的差异进行能耗排名、报表、曲线分析

3.能耗数据监测

通过监测，取得各种真实的 分类、分项、分时的建筑或场所部门的设备能耗数据

4.能耗数据管理

了解了单位场所内能耗详情后，制定相应的规章制度，人为干预高耗能的部门，以减少能源浪费

●设定能耗计划：按单位面积人数设定基本使用数值，超出或节约自动信息提示反馈

●能耗预警：公布能耗高的区域部门

5.预警事件

可监测电压过高过低、电流过低过载、功率过大、漏电等各种情况，超出预设值立即触发报警信息，并自动断电，保护线路安全。可设定和监测电气的各项数据波动变化，通过大数据自动分析电气的工作运行状态，发出设备维修预警，提前发现设备异常可有效降低因设备故障引起的安全事故的发生。

三、考勤

考勤系统以人脸识别技术为基础，实现识别学生出勤情况，并与学生人脸数据库的数据进行精确比对分析，准确检测出对应学生姓名，自动得出考勤结果，包括出席人数、早到人数、迟到人数等数据，整个过程无需人工参与，有效解决代签、代答等问题，方便老师和家长及时了解学生出勤情况。

 

四、智慧物联云终端一体机产品介绍

1.英佳智慧物联教室云终端优势

 

1.1功能强大：智慧云终端内置物联网控制系统、控制网关、多媒体网络中控、音频功率放大器、USB放大器、ZigBee模块、网络模块；在体积变小的同时不会减少以往多媒体教室的功能，真正达到了体积小而科技精的效果。

1.2免维护，稳定性强：传统的多媒体设备是以电脑为主，电脑系统容易感染病毒并且还有正版盗版的问题，所以故障率很高。而智慧云终端是基于安卓系统深度开发的，因此，与以往的电脑系统相比，系统具有无病毒，无版权问题，免维护，免升级的优势。

智慧云终端采用嵌入式技术、系统精简并固化在芯片中，性能稳定、功耗低，不会受外在因素的影响使系统崩溃，确保不会因设备原因影响上课。

1.3性价比高：传统的多媒体教室设备多而复杂，使用繁琐且建设成本高，而智慧物联云终端+智能开关、插座类设备+显示设备即可组成智慧教室，安装过程因设备少所以施工更方便，不仅节约成本，而且节约使用空间，在操作过程中也不会因设备繁多而杂乱无章，真正做到一机多用。

1.4使用方便：一键上下课，界面可自定义，跟据需要自行调整上课、下课、活动、自习、考试、录直播等等场景模式，可自定义物联管控开关；也可使用 APP 控制。

1.5安全性高：智慧云终端整机采用 12V 电源供电，低电压有效保障学校师生及设备安全。

1.6扩展兼容性强：传统的设备在对接物联网管控时需要额外添加昂贵的设备，而智慧物联云终端只需添加辅助设备就能实现这些功能。

1.7管理高效：智慧物联云终端内置网络模块，实现远程集中网络管理图形化信息界面远程监控设备使用状态、远程协助、网络排课管理,远程开关设备、定时开关设备提高管理效率，实现管理现代化。

2.英佳智慧物联教室云终端功能强大（可根据用户要求定制功能）

2.1教学系统：使用智慧云终端加上液晶电视一体机代替传统的黑板教学，实现师生交互式课堂教学。

2.2环境显控系统：用于显示正在上课的课程名称、专业班级和教室内各传感器采集的环境数据(PM2.5、温度、湿度 、甲醛、二氧化碳等)。

 

2.3物联网控制系统：物联网控制系统由智慧云终端、智能开关、智能插座、智能环境传感器、窗帘控制系统、电量功耗传感器等等和配套控制软件构成；实现灯光的自动开启与关闭、教室内光照强度的自动补偿等等。并对所采集数据汇总分析。

 

2.4空调控制系统：通过温湿度传感器监测室内温度，通过分析数据，根据软件预设值，当室内温湿度高于最高门限值时自动开启空调。当室内温湿度低于最底门限值时自动关闭空调，实现室内温湿度的自动控制。

 

2.5智能新风系统：通过智慧云终端配套 CO2 传感器监测室内的 CO2 浓度，通过分析数据，根据软件预设值，当室内 CO2 浓度高于软件门限值时自动开启抽风机来进行换气，通过补充室外空气来降低室内 CO2 的浓度。

 

2.6门窗监视系统：配套窗户门磁模块用于检测门和窗户的开关状态，并将状态信息及时上传至智慧云终端，同时设置敏感时段，实施对窗户的自动监视和报警。

 

2.7人员考勤系统：人员考勤系统由智慧云终端内置的人脸识别镜头配套软件组成，授课老师开启教学系统并自动进行考勤统计，可对学生进行考勤统计，对进入教室的人员进行身份识别，对合法用户进行考勤统计，并可以自动测温，进行统计以及存档打印等。

 

2.9APP 应用：可通过手机实现设备的开关，控制等。

2.10对接 APP：可对接校园安防 APP、图书资源 APP 等一系列 APP。

五、智慧物联教室系统优势

1.云端部署，统一管理 

云端部署的方式，硬件管理系统控制智慧教室内的软硬件设备，可实时查询终端教室状态，可远程对智慧终端进行参数修改。

2.智能一体机，融合度高 

智慧终端将多媒体中控、录播、互动、分组教学系统融合成一台设备，规避系统集成方案因设备繁复导致的故障隐患，为智慧教室的常态化使用提供了先决条件。

3.物联管控，智慧环境 

内置无线物联网关，可根据温湿度、照度等传感器，对教室内的灯光、空调、窗帘等设备自动控制，智慧教学更省心，打造最佳教学环境。

4.模块设计，智慧规划 

采用软硬件一体化、模块化设计，初期可根据预算情况进行基础模块部署，在未来可无缝扩展其他模块无需额外购买其他设备，统一规划，科学健身。

6.丰富数据，智慧管理 

为教务管理和教学督导部门的管理带来便利，通过智慧教室的各种摄像、传感设备记录教师生的出勤情况，通过远程监控，实现远距离听课，评课等活动。自动汇总分析各种教室数据，形成管理图表。

7.智能操作，易学易用 

借鉴智能手机的易操作，教师只需像使用手机一样点击触控屏，便可驱动教室内的软硬件设备，开展信息化教学，真正地将教师从复杂的设备操作中解放出来。

六、智慧物联教室功能特点

1.智能管控 

智慧云终端配置独立的 ZigBee 协议终端，通过红外遥控、智能插排、智能开关来管理教室内所有设备。如投影仪、教学一体机、空调、电扇、灯具、窗帘、门禁等。通过手机 APP 终端，可实现教室本地及远程集控，可以有效减少工作量，减轻设备维护管理负担，便于校方集中管控。

 

2.模块化设计 

智慧教室管控产品采用模块化设备，每个设备直接独立工作，即使网关故障也不会影响设备的正常使用，单个设备故障也不会影响其它设备使用；

3.智能调节 

对教室灯、窗帘电机通过在线进行控制。实现人员遥控开关、定时开关、全开全关、延时关闭、场景切换等功能。系统管理灵活，可设置各种场景模式，配置不同光源、照度，打造最适合的光照环境。接受远程控制指令，实现远程控制。通过手机 APP 终端，远程实现对教室的灯具开关、窗帘开合操作。智能自动控制，定时控制，根据季节灵活调整开关时间。

4.场景设置 

为了方便操作，节省时间，集成了场景模式，老师可根据需要自行调整上课、下课、活动、自习、考试等场景模式，并可进行条件执行或者定时执行设置；

 

5.智慧教室联动 

基于用户部署的控制策略，教室端气体监测自动联动通风；光照度监测自动联动照明窗帘；投影机状态监测自动联动幕布、窗帘；中控防盗与录像联动；门禁、电源管理与课表联动等；

6.在线报修 

管理员在 APP 端提交设备保修订单，超管在后台查看报修单情况并处理。

7.多样式报表分析管理 

多样化图表分析，实现对教室内部所有设备的功耗，使用率，故障率，使用时间，教室占用率等的精确分析，为管理部门提供精确数据。

8.智慧防疫

关联英佳 LED 紫外线教室杀菌灯，定时定量自动进行教室杀菌消毒，并行成后台运行日志记录，完全杜绝人手工操作。