近日，雷鋒網開啟了“教育新基建”系列公開課第三期，邀請了國內知名教育信息化應用工具提供商希沃多媒體事業部唐樂軍做客線上課堂，他以《物聯技術賦能數字教育》為題進行分享。

唐樂軍，希沃多媒體事業部高級軟件架構師

從事軟件研發、架構設計工作11年，對校園運維管理有深刻的理解，參與開發校園運維系統覆蓋國內60多萬間教室，目前負責希沃智慧物聯教室、智慧物聯校園多款產品的研發設計。

此次主題分享分為五個部分：

1. 校園空間類型及信息化教室類型介紹

2.校園物聯化演進歷程及校園IoT技術路線介紹

3.物聯技術優化教學環境

4.物聯技術賦能大型校區管理

5.物聯技術助力能源信息化管理

以下為唐樂軍的課程分享的部分回顧，雷鋒網對其做了不改變原意的編輯整理：

首先介紹一下自己，我在廣州視源股份旗下的未來教育集團多媒體事業部從事物聯網相關的產品研發工作。廣州視睿電子科技有限公司是廣州視源股份旗下的子公司，希沃是廣州視睿在教育領域創造的自主品牌，總部在廣州的科學城，希沃是國內交互智能平板的首創者，在2012年到2019年連續8年市場占有率領先。2019年的市場占有率是43.5%，穩居行業的榜首。

我們今天的分享會分成兩個部分，第一部分介紹下校園空間，讓大家了解當前物聯技術和校園的一個關系，第二部分介紹一下物聯技術在數字教育領域的應用情況，分享希沃在校園信息化建設過程中是如何運用物聯網技術的。

校園空間的分類和校園信息化教室的類型

平時我們談起校園空間，第一個想到的是教室，其實教育部和住建部城市普通中小學校舍建設標準的文件中，明確提出了校園空間，分為教學及教學輔助用房、辦公管理用房、生活服務用房三大類。

第一大類，教學及教學輔助用房，比如說我們的教室，包括音樂教室，美術教室等；第二大類，辦公管理用房和生活服務用房，是屬于后勤的，比如教學樓，行政辦公室、住所，還有水電房等。第一類大家可能接觸的比較多，在校園信息化投入中也是非常多的，后兩類的用法更相更偏向于后勤，大家平時接觸比較少。

教育信息化主要是圍繞著教學及教學輔助用房來開展的，目前形成了四大類普及率比較高的信息化教室。

第一類是多媒體教室，多媒體教室有一些特征，一是配備了多媒體的教學設備，并且終端是需要接入到互聯網里面，然后去進行一些遠程的管控。

基于多媒體教室，我們談的比較多的是智慧教室，智慧教室是在多媒體教室的基礎上衍生出來的，它有一些跟多媒體教室不一樣的特征，比如說交互智能顯示設備是需要在智慧教室里面的，我們的設備要能夠被統一管理，需要了解學生的使用數據，用于學情數據分析。

基于智慧教室，衍生出兩種不同的場景應用的教室，第一個是智慧交互教室，它的特征就是小組配備了學習端，小組同屏對比討論等，可能會運用到AR、VR、MR技術。

另外一類是網絡互動教室，它主要的特征就是支持1 N遠程教學，標配一些錄播設備、音視頻采集設備。我們在疫情期間這類可能接觸得比較多，比如說常見的AB班教學、云課堂等等都是這一類的教室。

教室的信息化建設分兩個方向，智慧教室和物聯智能教室。而這下面它又分為教學和環境服務，信息化教室關注的是教學，分為課前、課中、課后三個時間段，課前是前置預習，診斷評價；課中是以學定教、互動教學，課后是查缺補漏、鞏固提升。課前課中課后都會用到信息化設備，比如說交互智能平板、交互智能錄播等。

物聯智能教室其實是更好地讓這些設備能夠被管控起來輔助教學，比如說照明系統、空調系統、集中管控系統等等。

希沃在這四類的信息化教室上面，通過物聯技術，將信息化設備、環境設備與教學應用數據打通，形成個性化的智能環境。比如說老師來到教室之后，可能通過一些物聯設備，比如說刷卡或者人臉識別等等，認證身份之后自動同步了一些個性化的數據，比如顯示設備的亮度，還有環境的溫度，麥克風的音量等等，通過物聯技術把它自動調節到老師想要的一些個性化的環境里面。

校園信息化物聯技術的演進

物聯網技術在校園信息化演進過程中分幾個階段，我們把它叫做前物聯階段、過渡階段，還有當前的校園物聯階段。

傳統的教室是屬于中控的時代，目前大部分教室內還是存在的，可能運用RS232、RS485等接口，還有比如紅外，它存在一些比較明顯的缺點，一是有線連接運維的工作量是非常大的。 二是要求設備在同一個局域網內，三是數據沒有上傳到云端，難以去做統計分析，四是物聯是以教室為單位，脫離于教室外很難去管控。一些新的設備，慢慢地已經不支持這種接口了，所以它的拓展性會非常差，你可能拿一臺新的設備來，他可能就沒法被管控了。

近年來近距離的一些無線物聯方案也逐漸進入人們的視野，比如藍牙等的一些短距離的無線方案，但是它們相對之前也有一些明顯的缺點，就是它比較局限，教室內也沒法讓數據上云去做分析。

隨著5G技術的到來，慢慢形成了5G、NB-IoT、LoRa等長距離無線互聯方案，它們有一些很明顯的優勢，一是無線通信不需要去布線或者說改造現有環境的線路布局。

二是本地控制和云端控制是相結合的。

三是物與物之間通過物聯云連接，能夠不再局限在教室的場景內，可以很方便地進行一些場景的聯動，對現有設備的改造也是很簡單，可以把教學信息化設備和傳統的環境設備、應用數據無縫打通。像這種長距離的無線物聯方案，它的穿透能力是非常強的。比如說一個網關，一棟樓宇可能只需要部署3-4個就已經能夠很好地覆蓋。5G這一塊其實慢慢形成了一些產業聯盟，大家都在統一通信規范，并且設備之間是能夠互聯互通的。

為了將來和其他廠商共同打造物聯智慧教室，希沃在運用物聯網技術方案時會采用不同的解決方案，比如說教室內存在一些傳統的中控的方案，通過我們的智能講臺，將傳統的串口、紅外連接的設備連接在一起，然后智能講臺通過LoRa的技術和云端連接，實現傳統和現有的新技術很好地結合在一起。

學校IoT物聯建設的技術路線

希沃物聯網中臺包括三部分，第一個是設備，第二個是互聯網中臺，第三個是基于物聯網中臺開發的小應用、小數據。

設備顧名思義就是指物聯網設備，我們把它分成兩部分，第一部分是信息化設備，比如說交互智能平板、學生平板，還有環境設備，比如空調燈光、水電，還有溫濕度的檢測等等。

中間這部分是希沃互聯網平臺的核心，它主要有三塊的功能，第一接入模塊，設備通過接入模塊接入到物聯網中臺之后，包括設備的控制接入，比如開關亮度；設備產生的數據，通過數據接入的方式，這些數據可能包括一些環境數據、教學數據；設備的狀態，比如設備上下線離線，還有一些故障等等，都能夠通過接入模塊很好地進入到物聯網中臺里。

前面也講到了物聯網設備是多種多樣的，如果只接入一種協議，是很難做到把整個物聯網建設起來。所以說接入模塊我們有一個協議轉換，把各種復雜或者說不同的協議標準化，方便后面的一個數據能力的建模。

業務處理模塊，顧名思義，就是當設備接入到物聯網中臺之后，需要對它進行建模，比如我這個設備是什么類型的，我的設備能力是什么樣的，這樣才能夠讓設備實現控制，還有數據實現標準化，為了方便調用和控制設備，物聯網中臺可能會自動生成一些開發套件，就是俗稱的SDK，讓設備能夠快速接進來，并且讓云端的一些小應用和小數據快速地去控制設備，并且分析設備的數據。

物聯網中臺除了要滿足設備快速結構和云端應用快速處理之外，還要考慮設備的后續維護。所以說我們也做了遠程的統一管控，全鏈路的日志，還有自動升級等等，這些模塊也是非常重要。

規則引擎模塊其實是將設備產生的數據，還有設備之間的聯動，通過規則引擎路由到不同的應用或者處理數據處理模塊，讓設備能夠真正實現互聯互通。

希沃不僅是一個硬件廠商，同時也是教育領域內的小應用和小數據的提供商。我們的小應用，包括設備的應用系統，能源管控系統，還有互動錄播系統等等，都可以通過物聯網平臺實現對設備的管控。當然我們也有最核心的小數據，包括設備數據，還有教學數據、教研數據等等，都可以在物聯網中臺的幫助下，和其他的應用無縫打通。

物聯網連萬物，一定要有超高的并發量，希沃物聯網中臺采用Actor模型和Netty框架來實現高并發。

首先簡單的介紹一下Actor模型。Actor模型是一個基于消息驅動和非阻塞的高并發處理模型。為什么要有這個模型？因為在傳統的并發模式中是傾向于強一致性、弱隔離性的。我們在做一些高并發設計的時候有內在的復雜性，比如說一個設備連接上來，后續的處理肯定是希望這個設備的狀態是有序的，并且指令肯定是通過一個連接來下達的，所以就要求它的時序性性非常高。如果按傳統的一些設計經驗，我們可能把一個多線程的程序就用單線程來處理，這樣會導致它的并發性能不是特別高。

Actor模型它天生是強隔離性，并且弱一致性的，所以說Actor模型在并發中有一個很良好的性能，并且也很好很好的控制和管理。

Netty框架是Java提供了一個異步的事件驅動的網絡模型，因為物聯網他都是要連接到云端的，所以說一個很好的網絡框架是實現高并發的一個非常重要的一個點。

簡單講一下Actor模型是怎么在我們的服務中運用的，比如說我們的一個后臺服務，他可能本身是一個Actor，它對應著不同的產品，這里的產品就是不同的設備類型，比如說班牌是一種類型，交互智能平板也是一種類型，產品對應著不同的設備，每個設備都有一個獨立的Actor，這樣可以保證所有的設備是不干擾的。假設有一個設備在后臺出現故障，它是不會影響其他設備的。

中間這一部分是用了一個session manage actor來管理一個連接，你要控制設備和云端的一個通信，它就一定會有一個連接，但是如果是一個高并發的程序，服務是有很多節點的，處理這個連接是要在指定的節點上來做。所以說通過Actor和設備的一個session的管理，保證設備的連接和后續的處理過程是有序可達的。

右側是一個接入層的高并發實現，通過ZK實現一個節點服務的發現和注冊，然后將請求分配到不同的處理業務中，這樣可以很方便的進行一個動態的擴充和縮減服務器的資源，讓設備能夠平均分配到所有的處理節點上。

我簡單介紹一下我們的設備是怎么接入到希沃物聯網中臺里面來的。首先在左下角我們的設備它可能通過一個注冊的方式獲取它的一個設備的三元組信息，包括設備的ID、密鑰、產品信息。注冊的方式一般有兩種，第一種是我在設備在出廠的時候，就把這些信息燒錄，啟動的時候直接把這信息攜帶上就好了。第二種就是將設備自己的唯一標識上傳到服務器，然后通過服務器告訴它的三元信息。

第二個步驟就是我獲取到設備的三元信息之后，它會接入到物聯網中臺，后續我們的應用 APP，通過一些設備的ID或者說掃描設備的二維碼，與設備關聯起來，后續用戶就可以通過APP去管理設備，進行上下行的一個指令的下發、數據的上報。

前面我給大家科普了一下校園空間的分類，還有物聯網技術的演進過程，還有希沃在物聯網是怎么去做一些技術的設計的。

物聯技術如何賦能數字教育，以希沃為例

第二部分我會簡單介紹一下物聯網技術在賦能數字教育這一塊，希沃到底做了些什么，具體是怎么做的？這一塊會分三個部分，第一個就是物聯網技術是如何優化教學環境；第二個就是物聯網技術是如何賦能大型校區的管理；第三個就是物聯網技術在能源信息化這一塊是如何去做的？

物聯網一般分5層，感知層、系統層、應用層、數據層，最上面是綜合平臺。

感知層就是對通過一些感知的元器件，讓設備能夠和云端連接起來，比如教學設備、學生設備、廣播設備、環境設備等。

系統層就是基礎的服務，比如混合云架構、設備運維管理系統、數據倉庫、統一認證系統、備份系統。

應用層就是針對不同的環境做的平臺和服務，比如校園智慧管理、校園智能服務、校園環境管理、校園數據分析。

數據層其實就剛才講到的教學數據和物聯數據、環境數據，它是相輔相成的，就是說你在后臺肯定要有一個地方，還將這些數據能夠融會貫通。

對外我們是一個綜合平臺，比如說校園AIoT管理平臺、多媒體裝備管理平臺、校園物聯數據平臺、校園綜合管理平臺。

物聯技術優化教室環境這一塊主要分兩部分，第一是物聯服務教學，第二是物聯改善環境。

物聯服務教學主要有幾個應用的場景，比如走班考勤，在新高考的政策中，通過一些班牌的人臉識別，或者說NFC近距離刷卡認證他的身份，第二個場景是身份識別，第三個場景是設備安全。

教室的設備都是一個公共的設備，如何保證這些設備能夠正常運行，并且是可靠穩定地一直長時間運行，我們推出了一些類似希沃冰點的東西，讓保護設備的一個安全物聯網改善環境這一塊，比如說室溫調控，通過物聯網的一個溫度檢測，可以知道教室內當前的溫濕度怎么樣，通過物控物這種方式，感覺到溫度的變化之后，我們可以自動調節，比如說空調的一個開關。

還有光線調控，現在越來越多的教室對照明是有非常高的要求的，但是如何自動去調節光照？其實我們可以根據現在反映光照的數據，然后和我們的燈控系統聯合起來，這樣能夠自動地調節光線。

空氣也是類似的，教室內有很多二氧化碳或者說pm2.5、pm10的一些檢測，和我們的新風系統進行無縫的打通之后，也能夠自動地進行一些智能的管控。

最后一個就是智能感應，教室是一個公共的空間，設備的開關其實更多是靠人為去參與。結合物聯網技術，我們可以做到，比如說在晚上的時候，檢測到教室內沒有人，我們可以自動把燈光熄滅，做到人走燈滅等場景。

物聯技術在優化數字教學管理這一塊，主要有兩個方向，第一個教育信息化設備的管理，還有環境設備的管理。

教育信息化設備管理是什么？學校的設備越來越多，管理員他如何去統一管控它，比如設備的遠程控制、重啟開關機等等，設備的一些運行狀態，你需要去有個地方實現統一的監管。比如我可以遠程地查看設備的桌面截圖，還有當前設備的狀態，異常的報警等等。

設備的使用情況是什么樣子？其實作為一個管理者，他應該要知道，比如說開關機的時間段是什么樣，它的一個活躍的趨勢，還有當前一些軟件的使用，設備當前的健康度是什么樣子？

環境設備的管理，就是針對教室內環境的監測和管理，比如環境指數、溫度濕度、還有二氧化碳的濃度等等。

空調的監測，比如空調的指定快速開關、空調的限溫等等。

電源開關的管理，比如說我可以監測整個教室或者整個校園區域的用電狀態，能夠進行遠程的一鍵處理。

水電的監測，包括整個校園的水電的使用情況等等。

在大型校區通過邊緣計算的技術，希沃物聯在邊云協同管理備份，還有數據的本地容災備份來幫助多校區的設備的管控。邊云協同管理備份主要是因為大型校區場地繁多，管理復雜，特別是在高職教的院校，不可避免地會遇到一些局域網的故障問題，通過邊云協同的方式，能夠協調多個校區多個設備的協調管理，結合我們的邊緣計算技術，這個就非常重要了。

大型校區有很多的數據存儲，比如音視頻的數據、大文件數據，如果你全部存儲在云端，其實是存在一些安全隱患，并且訪問速度會受到外網流量的限制，通過邊緣計算技術，我們將這些數據存儲在本地的邊緣計算設備上面，實現本地數據本地的一個緩存和備份。

物聯技術第三部分就是能源信息化管理這一塊，能源管理是校園后勤保障的核心，以物聯網技術為基礎的信息化管理手段可以有效地為校園后勤管理進行信息化轉型。校園的教室、辦公場所，都需要知道我們對燈光空調、環境的數據，還有整個區域用電情況的了解；圖書館、宿舍需要知道水電消耗情況是什么樣子；其他的區域，體育館、餐廳等，也需要去做能源的精細化管理。

我們為什么要做校園能源的信息化管理？

第一個是要提升后勤的管理效率，比如說運用一些大數據技術、物聯網技術讓樓宇實現數字化的轉型，比如說我可以知道整棟樓宇它的設備運行情況是什么樣子，結合一些3D可視化工具可以清晰地知道每個空間，每臺設備當前的運行情況。

第二個是延長設備的生命周期，其實校園內的設備都是一個公共設備，它如何能夠良好地運作，需要一個全面的監管，通過一些監管的方式推動樓宇的智能化，管理和節能的雙向發展。

第三個就是降低能源損耗，通過智能的感應，剛才前面也說到了，我知道設備的運行狀態，比如說我可能在一個辦公室，在和晚上的時間段里面，里面燈已經滅了，但是空調還開著，在正常情況下這種是不合理的，如果通過智能化設備，燈光空調會自動關掉之后，能夠降低能耗的消耗。

能源信息化這一塊，我們做了一套標準的解決方案，我們把1個教室分成4個點，測量整個教室的用電情況、空調管理、環境的數據采集和水電的管理，將一套標準化的教室接入完成一個物聯網改造之后，通過無線網關連接到云端，然后通過PC或者小程序來進行一個數據的呈現。

這里是我們的一個能源可信息化的示意圖，左邊可以看到，其實我們可以知道整個區域或者說整個樓宇的水電的使用情況，并且我們也知道當前設備的運行狀況是什么樣。比如說現在的一些溫度環境，還有其他的一些數據，還有我們的一些異常告警信息，它會提前通知你，當前的設備運行狀態是不是正常的，然后還有一些節能提醒，某個區域在某個時間段它的設備使用是不正常的，他會提前告訴你，并且會給你一些能耗降低能耗的建議。

它主要有以下幾個優勢。

第一，能源的統計由靜態轉為動態。在傳統的能源統計過程中，一般是每個月可能抄一次水表，可能知道水表這個月異常了，但是這個異常是事后的，我們是沒法處理的，只能說后面會避免。經過信息化的管理之后，水電的消耗是實時監測實時處理的。

第二，設備的應用管理效率也得到了很大的提升。以前設備運行好壞是沒法知道的，可能要等待報修，通過物聯技術能源信息化改造后，類似這種事情的概率會變得很低。所有的設備都是統一通過遠程來進行運維管理的，你可以實時查看到設備的運行狀態，當這些狀態不正常時，可以快速通過遠程的管理手段去處理。

第三，建筑的能耗分析這一塊，以前我們可能知道整個學校或者說整個辦公樓的能耗總體情況是什么樣，但是你沒法細分到所有的區域，假設這個月水電的一些異常情況發生了，但是你是沒法去處理，我只知道整個大區域是超標的，但是我沒法具體到是什么原因導致超標。經過能源信息化管理之后，能耗分析變得更加精細化。如果說本月的一個總體能耗超標了，通過數據報表能夠清晰地知道哪間教室的水電或者說使用情況有異常。

第四，降低后勤物業的人力成本，以前我們在做一些能源損耗統計的時候，可能是后勤人員需要到現場手抄水表，經過能源信息化管理的改造之后，用電數據都是實時匯總上來，不需要人工去介入，讓后勤的管理成本得到極大的降低。

精彩互動問答：

問：校園物聯網屬于智慧校園建設中的核心環節嗎？

答：教育信息化就是說基于設備服務教學場景，物聯網就是說怎么讓我們的設備能夠更好地利用起來，把教學數據、設備數據能夠融會貫通，所以說它是兩個核心中的其中之一，第一個是教學，第二個是環境，他們兩個是相輔相成的。

問：物聯網在智慧校園中有很多應用，然后希沃目前整體將解決方案做到什么程度，最好結合案例講一下。

答：我簡單介紹一下我們的物聯網的方案。希沃在做物聯網方案的時候是考慮到把它分成兩類，第一類是信息化設備，包括交互智能平板等系統的設備，第二類是環境設備，信息化設備是帶系統的設備，就是說它上面是可以裝一些應用的，你可以基于它去做一些定制化的物聯網的能力。

希沃會提供一些標準化的改造方案，通過LoRa模塊，會讓傳統已有的教室能夠快速無縫切過來，不需要去改造它的布線就能夠快速接到我們整個物聯網平臺里面。物聯網平臺和教學應用數據是融會貫通的。比如說在高職教育這一塊，學校通過我們的一些白板或者說我們的評課軟件，來輔助教學行為，通過智能講臺連接傳統的中控應用，然后結合我們的物聯網平臺，把設備統一管控起來。

問：希沃因為做白板而知名，目前互動白板市場用戶最看重的產品亮點是什么？

答：第一，老師可能對于白板的要求就是簡單易用，并且能夠讓教學的數據通過信息化的方式存起來，并且做一些分析。所以互動白板產品的亮點首先就是簡單好用，并且數據是可以持續地做處理，并且能夠給老師帶來幫助的。

問：校園能源數字化未來會達到什么智能化的程度？

答：其實校園可以參考智能家居的市場，像去年的一個市場報告，智能家居或者說物聯網這一塊的市場規模是上萬億的。校園數字化這一塊其實也是一個很大的市場，它的智能化的程度就像我剛才說的，未來一定是老師到了一間教室之后，他能夠自動同步它的一些個性化的參數過來，通過物聯網的技術，然后讓這些設備能夠調到它最想要的狀態，并且是不需要人工去主動干預的。

問：校園物聯化核心技術難點是什么？

答：我覺得有幾個難點，第一個是設備的種類，還有我們的協議是多種多樣的，你要去做兼容，實際上復雜度非常難。第二個就是對設備的信息化程度、物聯化程度，大家還是不夠重視，當然近些年大家慢慢重視起來，就是說我的設備慢慢會帶上一些物聯網的模塊進來。第三個物聯網在校園內，其他廠商更多只是關注在管控這一塊，沒有說更好地服務于教學，所以說物聯網一定要和教學融合，還有和數據打通，才能更好地落地。

問：目前學校對于校園物聯化的意愿怎么樣？似乎還主要停留在交互智能白板的使用。

答：我簡單說一下我的理解吧，傳統老舊的k12學校，可能不會有特別多的物聯化意愿，但是對于集中管控的意愿是非常強烈的。新建學校對物聯網的應用意愿度還是非常高的，特別是在做我們新建下的一些前期的參數選擇的時候，他們很想去把我們的一些互聯網相關的東西，把他們的教室或者辦公樓進行一些物聯化的改造。

問：如今IoT應用在各個場景中，比如智能家居機器人等，在教育行業Iot有多大的前景？

答：隨著5G的到來，IoT一定是越來越多地被應用到我們的日常生活中去的，包括比如說我們平時騎的共享單車，你可能感受不到IoT技術的存在，但是它實實在在的，比如說用了nblt或者我們的二級技術，然后通過手機遠程開鎖，技術其實是逐步融匯到我們的日常生活中，當我們慢慢習慣這種IoT的技術之后，我相信在校園內,工業機器人的發展一定是會慢慢走起來的。

問：疫情期間，希沃也推出了希沃云課堂的在線教學平臺，這個平臺的產品功能如何，是否適用于日常的家校互動？

答：疫情期間希沃確實是推出了云課堂，在線教學也服務了很多的老師和學生，解決了他們遠程上課的需求。日常的一個家校互動，其實也結合我們希沃的應用，比如班級優化大師，可以讓學生在學校當中的一些表現快速地傳達回到家長的手中。

還有一些家校互動，比如說學生在學校里面想聯系家長，也可以通過我們的云安排去做一些短信留言、撥打電話等功能。

問：除了上傳課件大屏互動外，白板的發展空間還有哪些？

答：交互智能平板它服務于日常教學之外，理論上還是一個學生德育教育的重要場所。比如在課間和晚自習的時候，我們通過智能交互平板多放一些安全教育、德育教育的視頻來觀看。結合物聯網技術，教室的環境狀況也可以在交互智能平板上實時顯示出來，讓學生能夠放心地使用我們的周邊設備。

問：希沃的云班牌目前應用情況怎么樣？我本來以為用戶需求不大，但似乎越來越多學校也開始使用了，主要功能除了簽到還有什么？

答：希沃云班牌的功能，第一個就是可以滿足走班排課的政策要求，第二個就是考勤、簽到等功能，第三個就是校園文化的建設，可以在班牌上發布一些班級的動態、圖片等。第四個就是家校互通，比如說學生可以通過安排進行一些刷卡或者說認證之后，學生可以給家長留言。

（雷鋒網雷鋒網）