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1.對物聯網概念本質的幾點認識
目前我對物聯網給出一個清晰的定義仍較為困難,但對物聯網本質的認識基本形成。物聯網是通過各類傳感裝置、RFID技術、視頻識別技術、紅外感應、全球定位系統、激光掃描器等信息自動采集設備,按約定的協議,根據需要實現物品互聯互通的網絡連接,進行信息交換和通信,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的智能網絡系統。物聯網主要有三層架構:即:感知層、網絡層和應用層。
物聯網的本質概括起來主要體現在三個方面:一是互聯網特征,即對需要聯網的物一定要能夠實現互聯互通的互聯網絡;二是識別與通信特征,即納入物聯網的“物”一定要具備自動識別與物物通信(M2M)的功能;三是智能化特征,即網絡系統應具有自動化、自我反饋與智能控制的特點。
物聯網是現代信息技術發展到一定階段的必然產物,是多項現代信息技術的聚合性應用與技術提升,將各種感知技術、現代網絡技術和人工智能與自動化技術聚合與集成應用,是信息技術系統性的創新與革命,是現代物流發展到高級階段不可或缺信息技術
物聯網技術集成將借助于新的傳感技術、RFID技術、GPS技術、視頻監控技術、移動計算技術、無線網絡傳輸技術、基礎通信網絡技術和互聯網技術的發展,推動現代物流發展。
2.港口現代物流應廣泛采用物聯網技術
物聯網技術雛形實際早已在港口物流中得到應用,有些港口物流系統采用了紅外、激光、無線、編碼、認址、自動識別、傳感、RFID、衛星定位等高新技術,已經具備了信息化、網絡化、集成化、智能化、柔性化、敏捷化、可視化等先進技術特征;新信息技術在物流系統的集成應用是物聯網在物流業應用的體現。目前物聯網在港口物流領域應用主要為:
(1)物流過程的可視化智能管理網絡系統:這是基于GPS衛星導航定位技術、RFID技術、傳感技術等多種技術,在物流過程中實時實現車輛定位、運輸物品監控、在線調度與配送可視化與管理的系統。
(2)智能化的企業物流配送中心:基于傳感、RFID、聲、光、機、電、移動計算等各項先進技術,建立的全自動化的物流配送中心。借助配送中心智能控制、自動化操作的網絡,實現商流、物流、信息流、資金流的全面協同。目前一些先進的自動化物流中心,基本實現了機器人隊碼垛,無人搬運車搬運物料,分揀線上開展自動分揀,計算機控制堆垛機自動完成出入庫,整個物流作業與生產制造實現了自動化、智能化與網絡化系統。
(3)企業的智慧供應鏈;在競爭日益激烈的今天,面對著大量的個性化需求與訂單,如何精細化管理、全天候滿足客戶產品部件加工供應需求,使生產企業物品“零”庫存,需要智慧物流和智慧供應鏈的后勤保障網絡系統支持。
(4)產品的智能可追溯網絡系統;目前,在港口滾裝船商品汽車、鋼材、水產品、農產品、食品等物流領域,產品追溯體系發揮著貨物追蹤、識別、查詢、信息采集與管理等方面的巨大作用。
目前,港口企業積極探索物聯網在物流領域應用的新模式,隨著物流業一體化的發展使得企業的采購、倉儲、銷售、配送等協作關系日趨復雜,企業間的競爭已不僅是產品性能和質量的競爭,也包含物流能力的競爭。利用物聯網信息技術代替實際操作,減少浪費,節約時間和費用,從而實現供應鏈的無縫對接和整合為實現物流流程信息化管理,采用信息化管理手段對公司的倉儲、物流信息等進行一體化管理,以促進數據共享、貨物和資金的周轉率、提高工作效率,實現與現代化物流企業管理同步的信息化流程。
3.RFID信息采集技術在港口物流中的應用實踐
RFID技術和傳感技術和是物聯網中重要的物流信息采集技術,在現代物流領域應用較廣。采用遠距離RFID射頻識別技術及網絡信息技術對企業物流貨品進行智能化、信息化管理,可實現自動記錄貨品出入庫信息、貨物配送、配載出庫、卸貨中轉、貨品盤點信息。物聯網RFID信息采集技術在廣州港新沙公司、新港公司及珠海港達供應鏈有限公司物流企業已成功應用與實踐;主要技術方案及功能如下:
(1)RFID信息采集技術系統組成。RFID信息采集技術系統是集射頻自動識別技術、無線通信技術、計算機控制技術、網絡技術于一體的集成。
系統硬件主要由固定式閱讀器、平板天線、貨物電子標簽、無線手持式閱讀器、管理服務器組成。固定式閱讀器與天線一起安裝在倉庫出入口處,以獲取物品上電子標簽的信息并通過局域網(或者RS485總線)把所讀取到的電子標簽信息傳送到管理服務器上進行處理,手持式閱讀器用于物品盤點時,讀取物品電子標簽信息,并通過無線方式把電子標簽信息傳送到管理服務器上進行處理。
(2)RFID信息采集技術在港口物流實踐中實現的功能。
①物品入庫貨品入庫前,在其外包裝上粘貼一張柔性電子標簽,并寫入物品信息,物品入庫時通過閱讀器讀取后,通過局域網講這些信息顯示在屏幕上,讓操作人員根據其信息進行存放。
②散貨配送。散貨在收貨稱量完畢后,通過無線手持式閱讀器在管理中心數據庫尋找空閑車輛的信息,為該貨品分配運輸車輛。車輛到達并裝貨后,再通過無線手持式閱讀器輸入車輛信息、貨品信息、到達目的地及時間、貨主名稱等信息,并通過手持式閱讀器的無線功能傳送到中心數據庫中進行確認和保存。
③配載出庫;操作人員根據客戶的出庫計劃制作出貨清單,同時通過車輛的GPS信息找到空閑車輛,分配運送該清單上的貨品,然后在倉庫中找到所需貨品進行出庫作業。
④卸貨中轉;貨品達到目的地(或中轉地)卸車后,采用手持式閱讀器讀取貨品上電子標簽信息。了解產品的情況。
⑤貨品盤點;盤點時,工作人員可采用手持式閱讀器,在倉庫內采集物品上的電子標簽信息,完畢后,把所采集到信息通過無線方式傳送到中心數據庫上進行對比、保存,形成盤點報表。
廣州港新沙公司通過RFID信息采集技術實現跨區域集中式管理、分布式操作和實時監控功能;高效地完成各種業務操作,改進倉儲管理,提高物品出入庫過程中的識別率,確保實物與單據數量保持一致,提高出入庫效率。
4.物聯網技術在現代物流中的應用發展趨勢
物聯網技術在現代物流領域中將會廣泛應用,其應用發展趨勢:
①智慧供應鏈與智慧生產融合;隨著RFID技術與傳感器網絡的普及,物與物的互聯互通,將給企業的物流系統、生產系統、采購系統與銷售系統的智能融合打下基礎,而網絡的融合必將產生智慧生產與智慧供應鏈的融合,企業物流完全智慧地融入企業經營之中,打破工序、流程界限,打造智慧物流企業。
②智慧物流網絡開放共享,融入社會物聯網;物聯網是聚合型的系統創新,必將帶來跨行業的應用。如產品的可追溯智能網絡就可以方便地融入社會物聯網,開放追溯信息,讓人們方便地實時查詢、追溯產品信息。今后其他的物流系統也將根據需要融入社會物聯網絡或與專業智慧網絡互通,智慧物流也將成為人們智慧生活的一部分。
物聯網作為繼計算機、互聯網之后,世界信息化發展的第三次浪潮,已成為國家科技發展戰略的重要組成部分,是未來戰略性新興產業的主導力量之一。物聯網是指通過信息傳感設備(包括射頻識別、紅外感應、衛星定位、激光掃描和視頻監控等),按照約定的協議,把物品與網絡連接起來,進行信息交換和通訊,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡,可以應用在城市應急管理信息的采集、傳輸、分析和應用等環節,在城市應急管理領域具有良好的發展前景。
北京市委、市政府高度重視物聯網產業發展和應用建設,提出要發展物聯網產業,優先應用于城市安全運行和應急管理,進一步提升政府管理和服務水平,為此制定了《北京市城市安全運行和應急管理領域物聯網應用建設總體方案》,根據應急管理體系和應急指揮技術支撐系統現狀,結合數據實時獲取、預測預警、智能研判、信息共享、應急聯動和輔助決策等需求,提出北京市安全運行和應急管理領域物聯網應用“1+1+N”的總體框架,即:一個市應急指揮平臺、一個市物聯網應用支撐平臺、多個由部門和區縣建設的物聯網應用管理系統和平臺,規范物聯網應用建設,實現城市日常管理與應急管理的有機結合。其中,北京市應急指揮平臺作為全市城市安全運行和應急管理的綜合指揮平臺,接入城市安全運行和應急管理物聯網信息,進行匯總和綜合展示,為領導全面掌控城市安全運行和應急管理情況提供服務,為開展科學決策提供輔助支撐;物聯網應用支撐平臺是北京市應急指揮平臺獲取各單位物聯網信息的總渠道,也是城市安全運行和應急管理部門開展信息共享交換的總樞紐,實現各類物聯網信息的規范接入、有效整合,支撐跨部門、跨區域的資源共享;各部門、各區縣建設物聯網應用管理系統和平臺,應用物聯網技術,通過各類感知設備,實時獲取物聯網管理對象的感知信息,進行實時化、精細化、智能化管理。
一、物聯網技術在應急管理中的應用
2011年3月,《北京市人民政府辦公廳關于印發北京市城市安全運行和應急管理領域物聯網應用建設總體方案的通知》(京政辦發【2011】14號),正式開始建設城市安全運行和應急管理領域的物聯網應用示范工程,包括城市安全運行和應急管理物聯網應用輔助決策系統工程、物聯網應用支撐平臺工程、春節期間煙花爆竹綜合管理物聯網應用示范工程、“城市生命線”實時監測物聯網應用示范工程、安全生產物聯網應用示范工程、“政治中心區”綜合管理物聯網應用示范工程、軌道交通安全防范物聯網應用示范工程、極端天氣條件下保持道路交通暢通物聯網應用示范工程、城市運行保障和應急搶險車輛衛星定位管理物聯網應用示范工程、區縣和社區綜合監管物聯網應用示范工程等。
通過上述示范工程建設,完善應急指揮平臺,針對應急管理重點領域開展物聯網技術應用,進一步提高監測管理水平和應急處置能力,為深化物聯網技術應用、創新管理模式奠定基礎,實現城市安全運行和應急管理物聯網信息的接入、匯總和綜合展示,為全面掌控城市安全運行和應急管理情況提供服務,為開展科學決策提供輔助支撐。
北京東方正通科技有限公司是北京市政府參與投資的物聯網應急領域高科技企業,在2012年中標承擔“北京市城市安全運行和應急管理領域的物聯網應用示范工程”的安全生產物聯網應用示范工程、軌道交通安全防范物聯網應用示范工程。
“安全生產物聯網應用示范工程”在高危行業和領域開展示范建設應用,實時監測重大危險源和其他高風險場所、裝置的各類實時監測信息,進行綜合加工并開展智能分析,建立生產安全事故風險源動態監控系統,提高安全監管部門和相關單位的安全生產日常監管、風險管理、預測預警和應急處置能力,有效降低安全生產事故率。在支撐安全監管業務的同時,通過市物聯網應用支撐平臺,以系統接入和數據共享的方式接入市應急指揮平臺,為市領導和相關單位提供信息服務,并為市領導掌控本市安全生產總體情況提供服務。
具體做法是,在煤礦加裝氣體濃度、定位、壓力等傳感器和數字攝像頭,實時監控井下環境參數、人員位置和設備運行狀態信息,進行窒息、機械傷害和冒頂等事故的預測預警。在金屬非金屬礦山和尾礦庫加裝位移、水位等傳感器和數字攝像頭,實時監控環境狀態參數和關鍵設備工作參數,進行邊坡坍塌、透水、冒頂等事故的預測預警。在危險化學品生產企業、加油站和油庫等單位內部及周邊加裝液位、氣體濃度和溫濕度等傳感器和數字攝像頭,實時監控危險源狀態參數和風險點圖像信息,進行爆炸、氣體擴散等事故的預測預警。在冶金、建材、食品等重點工業企業重要生產裝置及周邊加裝氣體濃度、溫度等傳感器,監測生產運行參數和環境狀態參數,進行爆炸、氣體擴散等事故的預測預警。在支撐安全監管業務的同時,通過市物聯網應用支撐平臺,以系統接入和數據共享的方式接入市應急指揮平臺,為市政府和相關單位提供信息服務。
“軌道交通安全防范物聯網應用示范工程”重點針對軌道交通運行中的大客流沖擊、極端天氣和治安防范等事件開展,建設物聯網監測系統,接入各類感知信息,開發軌道交通安全保障綜合分析系統,及時掌握部分地鐵車站的站前廣場、主要地下換乘站和重點區域車站的實時信息,加強與地面交通和公眾的信息互動,為相關部門及時準確掌握本市軌道交通運行情況提供服務,提高地面交通與軌道交通的協調聯動水平,降低大客流沖擊造成的影響,增強突發事件的應對能力。并通過市物聯網應用支撐平臺,以系統接入和數據共享的方式接入市應急指揮平臺。
具體做法是,在試點的軌道交通大客流沖擊嚴重的車站、重點換乘通道和換乘站,增設數字攝像頭,智能監控人流密度、人流量和人員非法越界等異常行為,并實現智能分析與預測預警功能。在試點站增設核輻射、煙氣、溫度等傳感器,獲取煙氣、溫度、有毒有害氣體、核輻射等感知信息,對危險品違法攜帶等行為進行智能識別和分析,并開發治安防控預警系統。在重點車站安裝可變情報板等設備,及時向公眾軌道交通運營狀況信息。
通過上述示范工程建設,針對應急管理重點領域開展物聯網技術應用,完善了應急指揮平臺,進一步提高了監測管理水平和應急處置能力,為深化物聯網技術應用、創新管理模式奠定了基礎。
二、物聯網技術在應用示范工程中的特點與創新
在物聯網應用示范工程的設計和建設中,充分體現了物聯網的技術特點,采用靈活的平臺架構,實現海量物聯網數據接入能力,實現各類用戶數據共享。利用實時數據處理技術,實現監測數據的自動實時采集匯聚,通過前端感知設備和高效的實時數據庫,實現各類傳感監測數據、視頻數據的自動采集、匯聚。借助多種智能化分析工具實現監測數據的多維度分析與動態展現,物聯數據的多時態、多維度的動態展現。為應急管理提供全面、準確、及時的數據分析和展現。利用專業分析模型實現預測預警和后果評估,提供以智能化監測預警為核心的預警調度應用,為安全生產監管和軌道交通安全防范提供智能化分析手段。
物聯網應用示范工程實現了物聯網數據在應急領域的應用創新,將物聯網技術與應急管理業務相結合,在監測預警、應急準備、應急管理、事故調查等各個應急管理環節,實現了物聯網數據與業務流程關聯應用,解決了以前無法解決的問題,為管理部門提供了實時、先進、直觀的技術手段。例如,在安全生產管理方面,通過示范工程建設,預警系統可以根據采集氣象信息,當預計出現大風、暴雨、雷電天氣時,自動向高空作業等特種作業人員發出預警信息,提示停止作業。將來特種作業人員配置定位偵測系統后,可以對特種作業人員的位置和狀態進行自動檢測,發現仍在作業的人員,向管理部門做出提示。在軌道交通監測管理方面,通過示范工程建設,對地鐵的大客流監測從以往人工經驗推斷,升級到精準判斷、智能預警。通過分布在地鐵出入口、站臺、換乘通道的客流感知設備和視頻圖像智能分析系統,實現客流密度實時監測,結合專業客流分析模型,可以提前15分鐘測算出會出現大客流的車站,并向管理部門做出預警提示。
三、物聯網技術前景展望
作為溝通客觀物理世界和主觀感知世界的載體與橋梁,物聯網最大的優勢在于,通過廣泛分布的傳感監測系統,以更直接、更精確的方式對環境信息進行全面監測,進而實現對復雜環境或復雜事件的精確感知。在應急平臺中,構建基于物聯網的信息采集、分析和預警系統,一方面可以實現對突發災難性環境(如環境污染、危化品安全、地鐵、廣場等人群密集區域的火險及地震等災難事件)的精確監測;另一方面,可利用網絡中具有定位和通信模塊的多模移動信息采集終端,提供設備和救援人員的實時定位跟蹤;結合電子地圖,將現場動態信息與應急平臺綜合數據庫和模型庫的各類信息融合,依據事件專業分析模型,形成較為完備的事件態勢圖,對突發性公共安全事件的蔓延方向、蔓延速率、危險區域、發展趨勢等進行動態預測,進而為輔助決策提供科學依據。
[關鍵詞]物聯網技術;實訓教學;職業能力;專業建設
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2016.02.113
高職物聯網應用技術專業建設自從2011年開始在全國迅速展開,經過近幾年的快速建設初步形成了一定的規模,積累了一定的經驗,但是由于物聯網技術是一項綜合性技術,涉及計算機、通信、電子和軟件等多方面技術之大成,要真正建設好高職物聯網專業還有較大差距,特別是高職物聯網應用技術專業的實訓教學建設還有待進一步加強研究與深化。
高職教育是培養面向社會各行各業生產第一線的高素質技術技能型專業人才的高等職業教育,它的根本任務是培育學生良好的職業能力與可持續發展能力。職業化能力的培育是高職學生的重中之重,也是區別于應用型、研究型人才的顯著標志,職業能力的培養要靠高職院校實訓教學來保障和實現,只有建設規劃好物聯網技術實訓教學體系才能完成高職物聯網專業學生的職業能力與可持續發展能力的修成。隨著國家“互聯網+”、“工業4.0”等理念的提出與深化,物聯網技術的應用十分廣泛,如智慧農業、環境監測、智能交通、智慧城市、智能家居和智能物流等,根據國家“十二五”戰略規劃結合地區經濟發展特點,以智慧農業和環境監測作為高職物聯網技術實訓切入點,基于“認知―技術技能―系統體驗” 路徑來研究并實現物聯網應用技術實訓教學,培養主要面向農業與環境行業的具有物聯網設備安裝調試、工程規劃與實施、系統服務與技術支持為主的高素質技術技能型物聯網技術人才。
1專業課程與實訓教學
1.1專業培養目標
高職院校是為國家培養技術技能型人才的高等學校。其培養的人才除了要有一定的理論基礎知識,重點是要培養學生具有較強的專業實踐操作能力和崗位就業適應能力,這就要求高職院校通過工學結合辦學模式,強化以職業能力為目標的實訓教學,最終實現物聯網應用技術人才培養目標的要求。
物聯網應用技術專業的培養目標是為培養德、智、體、美等全面發展,面向物聯網產業,服務區域與地方經濟發展,具有較好的物聯網專業基礎知識、較強的實踐能力、良好的團隊協作能力,可持續發展與創新能力,掌握物聯網應用技術,從事物聯網工程項目的規劃與施工管理、物聯網設備安裝與調試、物聯網維護與管理、物聯網設備營銷與技術支持,成為具備良好文化素養、職業道德和綜合職業能力的高素質技術技能型人才。
1.2專業課程體系
從職業崗位能力需要出發來分析物聯網應用技術專業的課程體系。以“崗位―能力―課程”的思路來構建課程體系和課程內容,在滿足一定理論知識需要的前提下強化實訓課程內容建設,努力做到“教學做一體化”教學過程中理論與實踐的相互促進和融合,最終使實踐教學來內化學生的理論知識,為拓寬高職學生的成長空間打下基礎。為此,設置了一定數量的通識教學課程和專業基礎課程,如高等數學、英語、高級語言程序設計、物聯網技術概論等。專業課程的設置更加體現職業崗位的特點要求,以智能農業、環境監測為系統實訓平臺出發,圍繞這兩大領域的物聯網技術應用展開,開設了一些有特色的專業課與實訓課。如RFID技術與應用、無線傳感器組網技術、農業食品溯源應用系統實訓、城市環境遠程監測系統實訓等課程。課程設置如下表所示。
物聯網應用技術專業課程表
公共素養課程
思想道德修養與法律基礎、思想和中國特色社會主義理論體系概論、形勢與政策、軍事理論教育、職業發展與就業指導、大學英語、大學語文、高等數學(理)、大學生心理健康教育、體育
專業支撐課程
計算機組裝與系統維護、計算機技術基礎、電工電子技術基礎、高級語言程序設計、計算機網絡技術、物聯網技術概論、數據庫應用基礎、網絡設備配置技術
專業核心課程
無線傳感器網絡技術、RFID技術與應用、傳感器原理與應用、物聯網系統應用實訓、物聯網工程設計與實施
專業拓展課程
綜合布線技術、移動應用開發、嵌入式系統與應用
1.3實訓教學體系
高職教學的根本就是培養學生具備良好的職業崗位就業能力,它的特點是突出職業能力所要求的實訓實踐教學,完備的實訓教學體系主要由三部分組成,包括專業實訓教學環節、校內實訓室建設、校外實訓基地建設。在設計物聯網應用技術實訓教學時,以知識與技能漸進式提高出發,按照“認知―技術技能―系統體驗” 路徑展開,“認知”主要是強調基礎性和啟蒙性實訓,“技術技能”主要側重專業核心課程的配套實訓,“系統體驗”主要是對前面實訓成果的系統綜合和應用,更加貼近物聯網技術的實際應用。物聯網應用技術實訓教學可以分為三個主要階段:技術基礎與專業認知實訓、專業技能實訓和物聯網系統應用實訓。校內校外實訓的有效結合來強化物聯網專業學生的技術技能和崗位適應能力。校外實訓基地主要解決學生的崗位適用能力,校內實訓室主要完成學生的專業技能的實操和理論知識的內化。
2基礎性實訓
俗話說得好,基礎不牢地動山搖。這說明基礎知識的學習與掌握是何等的重要。高職實訓也是同一個道理,也要從基礎性實訓抓起。物聯網應用技術基礎性實訓可以分成兩個層面:專業基礎實訓和專業認知實訓。
2.1專業基礎實訓
專業基礎實訓一般是指電子信息大類學生應具備的一些面向職業崗位的通用型技能實訓。如計算機基礎應用、高級語言程序設計、計算機組裝與維護等實訓,采用“教學做一體化”教學模式下,通過這幾門課的實訓讓學生對計算機硬件和編程知識有一定深入的了解與掌握,為后面的進一步學習打下良好基礎。計算機基礎應用和計算機組裝與維護這兩項實訓主要讓學生了解和認識計算機系統結構和基本工作原理,熟悉應用辦公軟件如Office,掌握對各型計算機的硬件拆裝和維修,訓練高職學生使用計算機的基本技能。高級語言程序設計主要讓學生對計算機編程語言有一個基礎性的學習掌握,為下一步技術技能的實訓打下基礎,如C語言學習。
2.2專業認知實訓
專業認知實訓是開啟對物聯網技術應用大門的起初環節,目的是讓物聯網應用技術專業學生對物聯網技術的相關知識、相關設備、相關領域和相關應用有一個認識,拓寬學生的眼界,增強學生對專業學習的興趣,為專業技能實訓起到承上啟下的作用。由于物聯網技術涉及學科門類較多,職業面向行業應用面廣,因此不可能面面俱到,只能依據專業培養定位來開設認知實訓。針對面向農業與環境應用的特點,專業認知實訓突出了電子技術基礎和計算機網絡技術的學習,通過系統仿真和實際電路的調試,讓學生對基本的模擬、數字電路、計算機網絡應用有個較好認知;通過物聯網技術概論課程相關的實訓讓學生了解物聯網涉及的多類技術要素,了解物聯網三層體系結構及相關的感知、傳輸和信息處理與控制技術,在認知實訓中強調以感觀了解為重點,知識普及為重心,宜采用多種教學形式開展,如網上查閱、實地參觀、現場交流與訪談等。
3職業技能實訓
職業技能是高職學生面向社會就業之根本,也是體現現代高職教育之重心所在。高職教育的質量與特色大多體現在學生技能素質的培養上。從物聯網技術層面來分析,物聯網技術應用主要包括三個層面:感知技術、網絡傳輸技術和信息智能處理與控制技術,因此,我們結合面向農業與環境領域的應用從三層結構來組織物聯網專業技能實訓。
3.1感知技能實訓
感知技術主要是解決信息的獲取,為最終的行業應用提供信息與數據。它包括多方面的信息獲取技術,如各型傳感器、RFID系統、定位系統、條碼等十分廣泛。以農業與環境行業的應用為例,主要采用的也是前面所說的四大類設備,為此要建立感知技術應用實訓室,結合專業核心課程進行傳感器、RFID等方面應用技能實訓,讓學生了解各類型傳感器和RFID系統應用技能。傳感器方面:如溫濕度傳感器、pH值傳感器、CO傳感器的實物及其如何使用,通過實際操作演示掌握其基本原理、性能和使用方式。RFID設備方面:如各型電子標簽、天線、閱讀器等。通過RFID原理實訓臺,讓學生掌握各型電子標簽的使用情況和基本工作原理,理解各頻段RFID系統的適用范圍,以電子標簽信息識別讀寫實訓讓學生對各類技術標準有一提高認識與消化。另外,也要適當增加控制方面的實訓,如智能農業方面的調節光照和控制水源和通風等。
3.2信息傳輸技能實訓
網絡傳輸是信息高速公路,負責把由前端感知設備獲得的信息實時準確上傳到云端。這部分主要分為兩個方面:一是近距離無線網絡傳輸,二是遠程高速網絡傳輸。近距離無線網絡傳輸一般采用Zigbee、WiFi和藍牙技術,主要用來解決如各類傳感器的信息匯集和集中轉發上傳到遠程網絡上。重點是實訓無線傳感網(Zigbee網絡)的組網與使用,讓學生了解與掌握無線傳感網的基本組成、相關設備與工作原理,通過如節點之間點對點的通信、無線SOC端口控制與傳輸來強化對無線傳感網的使用。另外,結合計算機網絡技術實訓來強化學生對局域網、寬帶廣域網的應用以及網絡設備配置與管理。
3.3信息處理技能實訓
在物聯網三層體系結構中,最后一層是信息管理與應用(簡稱應用層)。應用層主要是完成經網絡傳輸層上傳到云端數據的接收、過濾與存儲,然后結合行業應用進行控制與管理。主要涉及專業課程有數據庫應用基礎、高級語言程序設計、移動應用開發等一些相關軟件應用方面。基于物聯網技術的應用系統離不開數據庫管理和前后臺應用軟件的開發,針對高職學生的特點,適當強化數據庫(如MSSQL)應用知識的掌握和實際應用,對數據庫的基本操作與使用管理有一定程度的了解。隨著移動互聯技術的迅速發展,移動終端在物聯網系統應用中已十分普及,目前移動開發平臺主要基于IOS和Android兩大系統,基于Android移動應用開發已占據主流,為此結合移動應用開發課程建設移動應用開發實訓室,在學習了Java語言后,通過“教學做”來培養學生開發小型App的能力。
4系統性實訓
物聯網技術的顯著特點是集多專業之大成,涉及專業知識面廣,容易給學生產生知識混雜和難學的印象,那么如何補救這一情況是專業教學研究的一大課題,為此,基于“認知―技術技能―系統體驗” 路徑的理念,特別強化與設置了物聯網系統綜合實訓環節。
4.1智能農業應用實訓
物聯網技術在智能農業中的應用如火如荼,“民以食為天,食以安為先”,食品安全至關重要,農產品的質量管理特別是食品溯源系統已日益成熟。將農產品種(養)植、運輸、加工和流通的信息相關聯,形成完整的信息追溯鏈來確保農產品的安全性。整個系統涉及溯源標識技術、監裝技術、物流監控技術和數據采集與查詢技術。溯源系統以RFID、條碼技術的應用為基礎,是一典型的物聯網綜合應用系統。這一實訓系統基本涵蓋了物聯網應用技術專業所學的大部分專業知識,通過溯源系統的實訓體驗把原本分散的技術串聯起來,強化了學生對物聯網專業知識的理解和興趣,特別是強化了學生對RFID技術應用的認識。實訓的主要內容有網絡環境的搭建、服務器安裝與調試、電子標簽制作與識讀、數據庫管理與應用、PDA安裝與調試和APP應用開發等。
4.2環境監測實訓
基于無線傳感網的環境監測實訓是以傳感器與無線傳感網組建與應用開發為重點的專業實訓,通過此實訓讓學生達到對無線傳感網的系統設計,設備選型,傳感網組網及Zigbee協議的應用開發有一定程度深化,實訓重點要讓學生樹立起系統性的理念。下圖是物聯網環境監測實訓室功能總體框圖。
環境監測實訓系統
實訓系統包含三種數傳模式(WiFi、Zigbee、有線)環境監測傳感器,形成一套覆蓋三個層次的物聯網教學平臺。同時,其他內置WiFi模塊的各種手持設備(筆記本電腦、手機等)也能無線接入該實驗平臺,成為物聯網實驗設備的一部分;師生教學、科研實踐開發的其他感知模塊,通過與標準的WiFi設備服務器連接,也能輕易接入該實驗平臺,完成測試、驗證。這些設備的靈活配置為學生提供了從數據采集、網絡傳輸到信息處理較完整的物聯網系統應用模型。包含的實訓:網絡組網與無線信號測試、Zigbee協議棧應用、Zigbee網絡拓撲、開發環境的搭建;IEEE 802.11協議介紹、接口程序代碼開發、串口WiFi設備服務器設計、傳感器數據采集與查詢顯示等,重點是把從信息采集、傳輸和信息處理聯動起來,讓學生充分體會到一個真實的無線傳感網系統的體驗,更加貼近了以后的工作崗位,增強學生就業信心。
5結論
物聯網應用技術實訓教學是培養高職學生技術技能型人才的核心所在。實訓教學必須以良好理念為先導,緊密結合人才培養目標,構建起符合學生就業崗位需要的實訓教學體系。本文以農業與環境應用為背景,從分析人才培養目出發,基于“認知―技術技能―系統體驗” 路徑來研究并實現物聯網應用技術實訓教學,以知識與技能漸進式提高構建實訓教學環境,通過近兩年的探索與實踐,取得了較好的效果。
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