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国外高校物联网应用案例

2025-11-17 中国教育网络

　　物联网作为智能化基础设施的核心，已广泛融入高等院校的建设与发展中。高校不仅是物联网技术研发与创新的前沿阵地，更日益成为其实际应用与规模化试点推广的关键平台。

　　借助传感器、边缘计算与人工智能等技术的深度融合，物联网正在智慧校园中发挥重要作用。大学通过搭建实验场景、开展跨学科项目，不断探索物联网如何赋能科研创新、优化教育教学、提升校园管理效率、支持更广泛的社会治理实践。

　　本文选取美国与欧洲若干具有代表性的高校，重点分析其在2024~2025年的物联网应用案例，涵盖智慧校园、安全防控、能源管理、健康监测等具体领域，以呈现其技术路径、应用模式与初步成效，为相关领域的研究与实践提供参考。

　　智能楼宇管理与运营

　　美国宾夕法尼亚大学开展了一项重大物联网项目，旨在将其大型校园内的数十万个传感器连接起来，改造其楼宇管理与运营。

　　针对分布在包括实验室、宿舍、办公楼、医院和数据中心等300多栋建筑中的60万个传感点，宾大需要在不造成停机的情况下整合多种楼宇系统，如暖通空调、照明、安全等。该校部署了物联网连接平台，以连接校园内的旧系统与新系统。这使旧有与新建楼宇系统之间实现了实时数据流动，有效地创建了校园运营的“单一视图”。

　　宾大使用工业级物联网网关配合服务器集群（每个集群对不同学院、部门进行安全隔离）来收集每栋建筑中的传感器（例如温度、CO2、压力）和控制器的数据。数据随后被集中到一个指挥中心进行监控。目标是显著提升对校园基础设施的可见性与控制能力——从能源与通风系统到实验室设备。

　　该部署为宾大提供了连续的、覆盖全校园的楼宇运营情况分析。系统的故障排查时间从数周缩短为数天，新传感器连通性的实现时间也从大约2~3周降至2~3天。重要的是，在切换过程中实现整合并未导致任何停机，因此校园生活未受影响。宾大现在拥有一个提供实时数据和洞察的最先进平台，且该平台可随校园扩展而扩展。

　　医院安全与健康监测

　　纽约州立大学石溪分校医院位于纽约长岛，是美国顶级医院之一，被《金钱》杂志评为美国最好的医院之一。石溪分校医院成为美国第一家在急诊科部署物联网智能传感系统的医院，将物联网用于保护医护人员与病人的安全。

　　石溪大学医院部署的传感器为一种多功能物联网装置（可安装在天花板上），通过音频、行为线索检测枪声、攻击性行为、运动，甚至空气质量和危险——所有这些都在不使用摄像头或个人数据的情况下完成。

　　每个传感器单元包含麦克风、化学与运动探测器以及板载分析功能，通过安全的Wi-Fi连接到云平台。当出现如巨响或激烈争吵等异常事件时，传感器会立即向安保团队发送警报。此外，还可统计人数，并能检测吸电子烟或空气质量不良等情况。

　　该项目旨在提升医院安全，通过为暴力事件或危险情况提供早期预警来保护医护人员与病人。鉴于针对医护人员的暴力事件上升，石溪大学医院的安保团队希望在繁忙的急诊与救护车区域实现主动监控。物联网传感器充当“电子眼与耳”，在事态升级前检测到问题。

　　在急诊科安装两台传感器后，石溪大学医院立即看到了好处。在测试期间，一台传感器的枪声检测器还发现了办公室的空气质量异常，这揭示了建筑运营中一个意想不到的问题——后来被发现为过滤器故障。

　　工作人员报告说，关于攻击或枪声的警报即时发送，大大缩短了响应时间。石溪大学医院随后又在其南安普敦医院增加了更多传感器，因为系统易于实施，并能帮助医院更高效地开展工作。医院警察局长表示，这是一个具有成本效益的安保补充。

　　该案例表明，物联网不仅可用于病人监护，还能通过保障医疗环境来间接保护公众健康。通过使用智能传感器而非摄像头，在提升安全性的同时保护了隐私，并实现全天候监控。其他医院、学校或公共建筑也可以采用类似的物联网解决方案来检测暴力、枪声或空气危害。

　　石溪大学医院的成功部署展示了物联网在医疗领域的新用例：保护物理空间与医护人员的福祉。

　　校园空气质量监测

　　在保加利亚，鲁塞大学（与华沙理工大学合作）的研究人员创建了一个自治物联网网络，用于监测校园范围内的空气质量。他们在多个室外位置安装了空气传感器，以持续记录空气污染物（CO、CO2、NO2、SO2、PM1、PM2.5、PM10）和气象数据（温度、湿度和压力）。该系统每小时自动上传读数以进行污染趋势的统计分析，覆盖校园及鲁塞市区。

　　鲁赛大学部署了一个高分辨率的自主空气质量监测平台，该系统基于Libelium的便携式传感技术，安装在鲁塞的罗迪纳大道附近，并于2024年3月1日至2025年3月30日连续运行。该平台由太阳能电池板供电，由可充电电池支持，并通过GSM将数据传输至Libelium Cloud进行可视化和分析。

　　该研究旨在剖析城市校园环境中污染的变化。通过收集实时数据，研究人员可以评估交通、取暖或气象等因素如何影响空气质量。这既为大学政策（例如开窗或调整交通流向）提供依据，也为城市规划提供参考。

　　在多个季节的观测中，团队识别出了明显的模式。如污染物分布表现出高度不对称和重尾行为，特别是对于PM10，其中极值指向与不利大气条件相关的偶发性污染事件。

　　该物联网部署展示了大学如何作为环境传感的“实地实验室”。持续监测空气使得健康倡议（例如在空气质量差的日子发出警报）和可持续校园规划成为可能。其他机构可以复制该模型以便做出明智决策。更广义地说，校园的密集传感网络通过揭示污染源与趋势，有助于构建更智能、更清洁的城市。

　　精准农业中的物联网

　　美国普渡大学在农业领域领导了一项物联网倡议，帮助农民在偏远田地中做出数据驱动的决策。

　　作为美国国家科学基金会资助的“精准农业物联网”中心（IoT4Ag）的一部分,普渡大学与宾夕法尼亚大学、加州大学默塞德分校和佛罗里达大学合作，开发了一个太阳能供电物联网网关系统SPRING，适用于偏远农田。

　　SPRING项目建立在普渡大学OATS数据站项目之上，使用安装在放置于作物行之间的三脚架上的LoRaWAN从跨田地的传感器提取数据。生产者可以前往或虚拟连接到POD，以收集土壤湿度、天气、粮仓状态和其他数据。

　　SPRING使用相同的LoRaWAN来收集数据，但它提供了使用太阳能电池的远程可能性。只要每个LoRaWAN三脚架都可以通过蜂窝调制解调器、Wi-Fi或有线网络连接访问互联网，它就会将从整个农场收集的数据发送到云端，以便生产者可以在手机和计算机上实时访问。

　　该系统解决了许多农田缺乏连通性的问题。偏远田地常常没有互联网；物联网网关通过使用太阳能并采用蜂窝或卫星链路上传数据来克服这一点。这为种植者提供了对田间状况的实时可见性，便于灌溉、施肥和气象规划。

　　IoT4Ag中心正在开发新的低成本传感器，SPRING正在通过使用商用硬件提高此类技术的可访问性。为了省钱，农民可以自己购买零件并组装设置。普渡报告称该设置具有可扩展性，且易于复制。IoT4Ag中心已在国际精准农业会议上发表的一篇论文中分享了这项研究。

　　通过物联网实现的精准农业有望通过优化投入提高产量并减少浪费。普渡大学的工作表明，即使是小型农场也能采用物联网：通过保持低成本并教会农民自行构建系统，降低了采用门槛。在气候变化与可持续背景下，这类数据有助于农民节约用水与能源。此案例也体现了研究型大学如何与农村合作，将前沿技术应用于日常场景。

　　用于楼宇节能的物联网

　　建筑物的能源使用日益受到关注，这是一个全球关注的话题，尤其是在欧洲，40%的能源消耗归因于建筑物，欧盟超过三分之一的能源相关温室气体排放来自建筑物，欧盟家庭约80%的能源用于供暖、制冷和热水。

　　零能耗建筑被视为对节能建筑的开创性尝试，即建筑物产生的少量能源或排放，可以被当地由可再生能源产生的能源所抵消。除了新的建筑解决方案外，物联网技术的大量利用在改善当前能源消耗方面发挥着关键作用。

　　比萨大学是意大利八大高校之一，有45000名学生，400间教室。比萨大学的研究人员开发了一套面向校园建筑的物联网能源管理系统，展示了在安全的物联网中如何使用低成本传感器减少能源浪费。物联网网络的架构围绕三个主要组件构建，以及Arduino ESP32 Nano物联网传感器和微控制器。这些传感器负责获取环境监测数据，然后使用MQTT协议传输这些数据。

　　通过与环境监测相关的通风控制程序可以实现显著的节能，特别是在意大利的供暖期，通常从11月初到3月底。冬季数据显示，通过控制CO2相关通风程序的开关调节系统，可以显著降低能源消耗，供暖能耗平均减少25%~34%。

　　与无线系统相关的一个问题在于系统的网络安全。每个传感器都可能成为潜在的访问点。物联网设备通常缺乏内置安全功能，使其在多设备系统中容易受到攻击。比萨大学通过仅向经过身份验证的传感器通信开放对隐藏物联网网络的访问来提高系统的安全性。同样，仅允许一组有限的经过身份验证的用户访问服务器。

　　该项目表明，大学可以利用经济实惠的物联网来实现可持续目标。此类系统可以扩展到整个校园：比萨大学估计若实施所有节能举措，可为整个大学节省6000-7000MWh的能源。

　　来源：ptc,mdpilot4ag.us,halodetect

　　整理：陈茜

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