数字智慧校园.docx

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数字智慧校园

数字智慧校园

作为“十二五”核心任务，建设全省校园教育信息化将以促进教育公平，提高教育质量为核心目标，坚持应用导向，坚持信息技术与教育、教学实践深度结合，深化机制创新。

关于加强校园教育信息化建设包括在以下5个方面的工作：

1.加快改善教学点教学条件，实现教学点数字教学资源全覆盖。

开展信息化基本条件建设，实现全省教学点数字教育资源的全覆盖，有条件的地方逐步实现教学点与中心学校同步上课。

2.学校实现宽带接入，并建设网络教学与学习环境。

广大中小学，职业院校，大学院校实现教室宽带接入同时建设网络教学和学习环境，主要包括教室多媒体教学音视频设备，为教室配备计算机并接入宽带。

3.加大优质数字教育资源的普及与应用力度，实现优质资源的广泛共享。

要使网络优质数字教育资源的共享与应用覆盖到所有实现宽带网络接入的学校。

4.加快推动网络实名学习空间建设。

利用学习空间组织教师开展网上教研活动，促进职教教学模式改革，学校要加大网络学习空间建设力度，提高利用信息技术为经济社会服务的能力。

5.建设教育资源公共服务平台。

采取资源开发与征集评选相结合的方式，有效支撑各类学校对优质数字资源的需求。

从上述5点中可以看出如何调高教育质量、提高教育环境、提高教育资源共享、提高优质教育覆盖率将是全省各个院校近年工作的核心。

随着经济的发展和多媒体技术的应用，数字校园多媒体教室已经得到广泛的普及包括实物展台、投影机、电动幕、集中控制系统及音响系统等已成为多媒体教室的基本配置，但是目前传统的多媒体教室解决方案中存在以下问题：

1、堆砌式设计

台式计算机、视频展台、投影机、电动幕、ＤＶＤ影碟机、录像机、音频功率放大器、中控主机、强电继电器、教师操作界面、话筒和有源音箱多个不同品牌的设备以“教室”为单位堆砌在讲台里就构成了目前教师课堂教学使用的多媒体教学设备。

看似简单其实存在着设备连接复杂，性能不稳定、教师操作较多和管理繁杂等方面不足，而且对教育资源共享，网络远程管理，优质教育覆盖3方面考虑不足只是应用于本教室。

2、设备连接复杂，使用过程中故障率高

为了方便连接各种设备通常采用手动焊接线缆的方式，同时在讲台上为教师提供一块操作按钮模块用于教师控制多媒体。

但由于设备太多导致系统连线相当复杂，再加上系统多采用的音视频和VGA传输线缆均需要焊接接头，不但增大了施工复杂程度，而且接头松动和焊点问题又带来较高的故障率。

如图：

另外教师对集中控制系统设备了解的不够多，操作就容易出错，或者是不知道如何通过集中控制系统控制各个媒体设备，会造成使用不便从而影响教学。

而且目前系统中大多采用的是固定式功能面板，面板内按钮采用触点式或弹簧式，存在使用寿命短、点触次数少及按钮功能固定的问题，如果1个按钮出现问题就会造成连锁反应造成设备无法受控从而影响教学

如图：

3、稳定性与可靠性普遍存在

目前用于多媒体教室的中控系统品牌繁杂，但真正达到稳定可靠的产品少之又少。

归根结底是因为大量的厂家是为了产品而制作产品，大多采用高仿的方式制作产品而并不是研发产品。

这类产品由于没有进行必要的开发、检测、运行、技术保障等方面的投入从而导致该类产品存在安全隐患同时还存在故障隐患，容易造成在教学过程中或突发故障时无法在第一时间内发现及排出从而影响教学。

4、网络集中管理功能薄弱

目前大多中控系统厂家所能提供的网络管理功能要么太过简单、要么时灵时不灵更有甚者甚至直接没有，需要管理人员现场处理。

各校园园区一般都有几十间，甚至上百间的多媒体教室，而且又分散在不同的教学楼内，管理人员就得楼上、楼下、楼内、楼外跑个不停，体现不出现代教育技术的优势同时还加大了管理人员的管理难度，严重的影响了教学质量的保障及稳定性。

5、语音音频处理欠缺

目前多媒体教室通常只配置简单的混音器或模拟调音台采用手动的方式及简单的功能对教师话筒进行音频处理，而非选用强大的数字音频处理器致使系统存在各类问题，如话筒啸叫导致音量无法提高、语音扩声失真、音量不稳定、抗噪能力差等，对教学效果带来严重负面影响，尤其是如英语听力、艺术课堂等语言类的教学项目影响更大。

6、能源损耗高，资产管理效率低

由于多媒体教室在校园中数量众多、每个教室内所含的电器设备众多、使用频率高、以及灯光、空调这类的能耗大户的长期运转，多媒体教室每年的耗电量在整个校园中占有相当大的比例，但在现有的多媒体教室系统中这方面完全是空白。

同时由于各教室大多采用独立的中控系统只是管理各自的教室，无法通过网络进行集中管理，无法做到整体规划、预约、使用教室多媒体教学设备从而浪费教学资源。

7、系统交互方式跟不上当今信息智能化校园的发展

传统多媒体教室系统设备之间的联系是模拟的硬件接口，增加中控后也多是单向的控制，而非双向的互动关联，更非数据层面的交互，可以说只有控制，没有智能化的管理，更没有设备资源的共享。

由于交互方式上的先天缺陷，只能在现实简单的硬件接口层面的某些功能关联，这样的架构完成不了基于网络、基于数据共享基础上的智能化校园的大平台整合，没有了真正的智能互动，对于智能化校园建设来说等于跛了最不该跛的那条腿。

智能校园多媒体教室总体包括以下几个方面：

1、ALLINONE框架

采用ALLINONE的系统框架用于建设数字校园多媒体系统，系统整体在设备兼容性、协调配合性及远程网络管理等方面体现出的灵活、快捷对于学校教学投资的长期利用及可持续发展上都提供了先天的条件

通过将中央控制、音视频切换传输、音频数字处理、教学灯光控制、网络远程管理、精品教学录制点播6大因素统一进行整合，统一进行管理，统一进行使用，将大大改善传统电教室框架复杂、控制死板、管理单一等问题。

ALLINONE的最终目的就是为校园教育信息化基础设施建设寻求新突破、为优质数字教育资源共建共享需求新突破、为信息技术与教育教学深度融合寻求新突破、为教育信息化科学发展机制寻求新突破

2、科学发展

校园数字化建设科学发展包括全面发展、协调发展、可持续发展，对于智能化电教系统建设，不能仅仅关注发展智能化网络化管理控制的发展，因为对于电教系统的发展建设来说，以音频的数字化、视频高清化为代表的全面发展是大趋势。

多媒体教室内数字音频处理的应用可以解决文章前段提到的语音音频处理能力欠缺的问题，视频信号输入处理的高清化、多制式兼容化（复合、计算机、HDMI）可以提高学生的观感、多种媒体课件播放的灵活性。

多媒体电教系统中核心的音视频处理与控制产品最好为同一品牌产品，如能采用ALLINONE的系统架构则兼容性、协调配合性、整体性、网络管理的灵活性会更佳，这样就做到全套多媒体电教系统建设的统筹兼备、协调发展。

学校对于项目投资的长期利用率都是有很大关注的，这也就对多媒体教室系统的可持续发展能力提出了要求。

3、资产管理

丢投影机、没计算好投影机灯泡寿命致使上着课投影灯泡坏掉的状况在一些学校时有发生，固定资产的有效管理和维护对于学校来说是无法回避的一个问题。

人是无法与设备说话的，但设备和设备之间可以。

通过多媒体教室的网络管理系统与各个教室的网络中控主机结合，中控主机再与教室内各个设备的交互，了解到各个教室各个设备的工作状态、存在状态，并作出相关的记录与统计分析，使固定资产管理更加简单、科学，使多媒体系统成为全天候教室管理的秘书。

网络管理系统同样可以帮助用户自动进行各种数据的统计和分析，甚至可以与校园视频安防系统、门禁一卡通系统、投影防盗设备相结合，为校园多媒体教室提供全天候工作的安防及管理。

4．增效增值

通常越大的系统越需要越多的人越专业的人来维护来保障，越多的人越专业的人意味着越高的人工花费。

通过视频感应技术让授课老师将媒体信号接到电教讲台的媒体接口后，教学系统能自动识别到输入信号的格式，通过中控自动触发教学模式（投影机开、信号切换、投影幕降、扩声音量调整）的切换，授课老师不再需要通过人机界面控制相关设备的工作，一切都是模式化智能化的，同样老师下课断掉信号，拿走笔记本一类的信号源，多媒体教室系统可以通过视频感应功能了解到没有信号输入，自动延时关闭各个电教设备。

对于电教的使用者来说需要关注的只是教学，对管理者来说也降低了由于人为误操作所带来的设备损坏的隐患，减少了工作量。

再有通过加强网络化、数据库化的管理，教室预约、WEB结合课程表、日程表等数据分析，自动开关教室的设备，故障诊断、系统软件升级等工作都可以通过以太网远程维护。

通过与校园无线网络覆盖、3G网络的结合，管理人员可以通过手机、移动电脑等网络终端设备，在任何一点管理维护整理多媒体教学系统，系统的应急响应能力将更强。

管理人员的工作量更多的是通过智能化系统所完成、工作时间减少了、但控制力度更强了。

5、节能减排

能源的价格会不断走高，并且由于能源的大量低效的使用而使得碳排放成为一个全球化的问题。

电教室中能耗三大户就是灯、空调、电教器材，最简单直接方法就是升级或强化多媒体电教中控，使之整合对灯光的智能控制（如手动控制、根据照度自动控制、根据时间自动控制）、整合对空调系统的控制（如通过红外模拟空调遥控器进行控制、通过以太网或专业总线与楼宇自控系统和空调系统的对接控制）、强化对功放投影等大能耗设备进行电源管理（如根据课程表安排设备开启关闭时间，避免非授课时间的无效能耗），更可在系统中增加如动作感应模块之类的传感器，与中控主机相连，实现如人来开灯、人走灯灭的感应化节能方式。

1、系统设计

1.1概述

数字智慧校园解决方案的目的就在于简化教师对各种设备的操作及便于校方对包括教师资源、教室资源、教学资源在内的各类资源进行整合同时将优质资源进行收集及通过网络进行同享，以响应国家“三通两平台”项目建设的需要

为此整个系统从布线、设备安装、以及调试都尽可能的简单便捷同时遵循“兼容性”、“扩展性”、“便于维护”的建设原则。

由于并不是所有老师都能够对多媒体系统运用自如，所以要充分考虑到中控系统的易用性，尤其是学校大部分是非计算机、自控专业的老师，他们在操作的时候力求系统操作简单。

为此老师面对的中控操作界面需保持一致，因为老师的目的是教学，不是研究教室的多媒体设备。

同时还应考虑保证在上课前或上课时突发现设备故障，可通过紧急替换其他空余教室同类设备进行“应急”使用，以实现不会因为某个设备出现故障又无法第一时间解决从而影响教学的应用。

整个系统解决方案内所以线缆均采用接插的方式进行，降低由于手动焊接所带来的运行及维护隐患从而保证设备连接稳定、系统维护便捷、设备运行可靠。

通过网络，管理员可以在校区内任意一个IP地址上查看整个系统完全将管理员解放出来，同时当授课老师操作有问题时管理员可以远程辅助开启或辅助关闭系统及设备，可以实时监测各种设备的运行状态，如：

监测投影机灯泡的寿命、投影幕升降姿态、灯具开启状态、教室使用状态。

1.2需求分析

1、智能中央控制：

直观便捷的通过控制面板对多媒体设备进行操作，如投影机开关、投影幕升降、台式机开关、视频源切换。

2、音视管理：

将教学视频信号进行采集、切换，同时对音频进行混音、DPS数字音频处理，以满足本地扩声及数字音频处理，解决如话筒啸叫导致音量无法提高、语音扩声失真、音量不稳定、抗噪能力差等问题。

3、远程网络管理：

管理员可远程监控各教室使用状态及设备运行情况，教师如遇到问题可进行远程协助或辅助控制多媒体设备。

4、一卡通：

可以与校园IC一卡通系统进行对接，采用一卡通辅助开启教学系统并进行教室预约。

5、课表预约：

采用课表预约可实现定时开启教师要求的教室内教学多媒体设备并在教学结束后进行定时关闭。

6、安防报警：

通过门磁或感应器可在教学讲台及教室门口处进行安防布控，如遇盗窃或失火等情况可进行本地报警及远程报警提示。

7、多点控制：

管理员可在任何地点通过IP登录的方式或网络管理终端对各教室进行监管。

8、统一管理：

对所选定教室进行统一的控制如统一执行“系统开”即可打开教室的中控及设备，执行“系统关”即可关闭教室的中控及设备，从而免去一个个打开和关闭的繁琐。

9、教学评估：

具备扩展架构，实现1080P高清公开课录播，用于校方对各位教师进行评估考核。

10、电子考场：

1.3解决方案

设备清单：

设备名称

设备型号

功能分析

教育控制主机

MPC-M5/MPC-M10

数字编程、丰富的控制接口及可定义面板（串口、红外、继电器、网络）多方式管理多媒体设备

网络音视频主机

MPC套包

收集音视频信号、纯数字处理、音视频切换、电源管理、10/100网络连接

1.4设备图鉴

图例：

MPC-M5

前面板：

10个可定义功能按钮：

每个按钮均可自定义为任意功能如投影机开/关、上/下课模式，投影幕升降，功能排版可依据教学需求排列。

每个按钮均具备LED灯显示，可直观反应该按钮的工作状态。

后面板：

LAN口（1个）：

10/100网络接口，支持POE供电，功能主要体现在1、网络接入2、实习网络控制多媒体设备3、实现远程网络管理。

串口RS-232（1个）：

用于控制投影机，实现投影机与控制主机之间的双向通讯，主要体现在控制投影机开关、信号源选择、状态查询、灯泡寿命查询。

红外（1个）：

用于红外设备的控制，如果需要可以将其改变成单向串口，用于控制其他数字设备。

弱继电器（2个）：

用于窗帘或弱电控制的投影幕使用，体现在控制升降、开合。

INPUT（2个）：

用于门磁或感应器材的接入，可用于动作感应触发控制，例如开合门磁开启多媒体设备或接入安防感应器材。

图例：

MPC-M10

前面板：

10个可定义功能按钮：

每个按钮均可自定义为任意功能如投影机开/关、上/下课模式，投影幕升降，功能排版可依据教学需求排列。

每个按钮均具备LED灯显示，可直观反应该按钮的工作状态。

1个多功能旋钮：

LED条形灯显示，可用于调节音量及灯光亮度。

后面板：

LAN口（1个）：

10/100网络接口，功能主要体现在1、网络接入2、实习网络控制多媒体设备3、实现远程网络管理。

串口RS-232（1个）：

用于控制投影机，实现投影机与控制主机之间的双向通讯，主要体现在控制投影机开关、信号源选择、状态查询、灯泡寿命查询。

红外（1个）：

用于红外设备的控制，如果需要可以将其改变成单向串口，用于控制其他数字设备。

弱继电器（2个）：

用于窗帘或弱电控制的投影幕使用，体现在控制升降、开合。

INPUT（2个）：

用于门磁或感应器材的接入，可用于动作感应触发控制，例如开合门磁开启多媒体设备或接入安防感应器材。

Cresnet总线（2个）：

用于扩展连接能源管理模块。

图例：

MPC套包

前面板：

4进2出的音视频矩阵：

4路计算机/音频输入，2路计算机/音频输出，支持1080P格式的图线信号，具备信号自动检测、同步功能。

后面板：

音频：

2路话筒输入、1路线路音频输入、1路线路输出，用于接入教师用的话筒及其他音频源，可实现DPS数字音频处理，包括均衡、增益、压限、混音等。

24V供电1路：

可实现接入24V用电设备。

485接口1路：

可采用485串口实现控制多台教学摄像机。

220V强电继电器2路：

用于控制强电管理的投影幕窗帘的开合、升降。

触点开关8个：

用于接入光、温、人感探头或门磁。

国标220V三项电源插座2个：

用于控制投影机、摄像机、投影幕等设备的强电供应。

10/100网络接口：

2个POE供电的网络接口、2个普通的网络接口。

1.5控制管理原理图：

1.6音视频原理图：

1.7网络远程管理原理图：

1.8实际操作

1、教师进入多媒体教室上课之前，统一通过网络控制中心进行教师身份识别进行教室预约，确定教室处于待用状态而非占用状态。

2、教师进入教室，不用任何管理人员帮忙，简单地打开讲台

（通过开启讲台的门磁或采用动作感应的方式开启整个系统）。

3、控制系统将自动启动普通教学所需的基本功能包括：

1、启动投影机、电脑的220V交流电供电。

2、开启投影机、电脑。

3、降下屏幕。

4、自动将投影机选择为计算机输入。

5、自动将计算机的图像切换到投影机。

6、开启课件录制。

数字智慧校园系统的目的都是为了使教师不会因为被复杂的多媒体设备操作所累而是像传统的教学方式一样将精力集中到教学上。

如果在使用过程中出现问题或教师不懂得如何使用多媒体系统，只需要通过控制面板上的帮助按钮向网络管理中心发送请求帮助信号，网络管理人员即可通过RoomView™远程帮助教师进行操作。

4、上完课后，教师点击面板上的下课按钮，控制系统会自动关闭系统。

包括：

1）关闭投影机、关闭电脑。

2）上升屏幕。

3）等投影机散热完之后断开投影机的220V交流电供电。

4）结束课件录制并进行储存。

5）通知远程管理中心本教室处于待用状态。

1.9实现功能

1、以人为本、以教师为中心。

人机界面具备一致性便于教学，在满足各类多媒体设备独立基本操作以外，还增加模式化集中操作，如：

上课模式、下课模式实现一键式教学设备管理。

通过导入课程表，系统具备实时及定时双模式，可根据课表对多媒体设备进行提前供电、开机、联动等操作。

2、个性化界面与智能管理平台结合，彰显校园人文气息。

将校徽、校训、荣誉作为界面构成元素，与教学控制相结合，突出校园人文气息，促进校园人文与教学管理一体化建设。

3、实现高清视频自动切换及音频数字处理，减少教师操作步骤，提升教学质量。

系统支持1080P视频信号源（PC、笔记本）的输入，具备信号侦测功能可触发系统联动及信号切换，通过智能管理可实现信号输出同步、异步显示，满足本地及投影显示需求。

智能处理器对输入源（PC、笔记本、固定话筒、无线话筒）音频进行增益、混音、预设功能进行智能调节，解决传统模拟系统纯手动调节的问题，使用时各项参数均自动调整为上课预设模式，教师不需操作可直接使用，实现模式化操作。

同时针对不同老师，不同的扩声大小的特性，系统也提供话筒调节功能，满足不同老师不同的扩声需求。

4、可视化管理平台，提高教学设备资产利用率、提升管理人员的服务效率。

通过IP地址登录平台管理界面，管理人员可查看整个校区多媒体教学设备运行状态并进行远程控制。

智能管理平台可提供资源信息如：

设备运行状态、维护信息、损耗情况、教室预约、远程协助请求等。

管理员直观的对校区内的教室及教学资源进行整合分配，通过设备信息与课表信息的结合，管理员可以合理有序的分配教室资源及教学资源、提高教室使用率、教学设备利用率。

5、为低碳节约校园全面发展、可持续性发展打好基础，打造绿色节约型校园。

系统在满足教学管理的同时，支持能源节能模块的扩展可实现无缝连接。

对教室照明、室内空调、电教设备、电动窗帘、温湿度检测、风机等能耗设备通过智能数字综合管理平台对能耗信息进行收集并进行节能管理。

6、降低安全隐患，提高整体教学稳定性，降低系统维护难度。

系统采用ALLINONE框架，解决传统堆砌式教学过程中设备多、线路多、焊接多、操作方式多的问题，按集中化、集控化设计原则，将功放、矩阵、中控、网络、电源管理功能集于一身，提高设备稳定性、易用性，降低维护难度。

7、系统硬件可靠、技术先进、低碳排放、扩展性强。

作为教学智能控制技术解决方案的提供者，40多年来一直是教学设备管理及自动化系统的领导者，提供全面的系统整合，音/视频控制，能源节能解决方案。

系统采用开放式结构搭建，可与校内原有及新增的教学设备或教学系统进行通讯，实现多系统的对接应用。

8、与校园内多系统间无缝配合，实现智能数字管理校园一体化。

智能数字综合管理平台与校园一卡通系统、安防监控系统、考勤系统、电子考场系统、教学评估系统、能源节能系统等数字校园系统进行无缝连接，各系统可互动及整合如：

通过一卡通进行教学设备的管理、实现对考场内的摄像机进行控制、控制教学评估的录制、调节灯光控制空调功率等，提高校园系统智慧化程度、提高整体应用效率。

9、提高原有设备利用率，合理搭建教学环境，降低教学成本。

系统可以与原有的教学设备及新增设备进行无缝对接，采用RS-232/422/485串口协议、红外、INPUT触点开关、继电器、LAN接口及协议，便于校园原有设备对接，提高原有设备的生命周期，减少教学设备成本的投入。

10、设备自我诊断，降低维护工作强度，提升管理员工作效率。

设备内置看门狗模块能对自身进行诊断，自我进行系统恢复，保证设备长期正常运行，降低管理人员排查及维护工作强度。

11、实现本地教室公共扩声，丰富校园公共信息覆盖区域。

以各个教室为信息点，通过系统整合建立公共信息发布系统，用于对教室实时的播报散文、表扬稿、学校通知、背景音乐、眼保健操、FM/AM广播等公共信息的发布。

同时系统内部还存储了多类型音频文件包括：

课铃、火灾报警、英语听力、盗窃报警，可根据时间及安防策略播放相应的内置音频文件。

12、教室与管理中心双向实时交流，降低误操作概率，提高教学应用效率。

通过IP对讲本地教师与主控室管理员可进行实时通讯，教师将使用过程中遇到的问题与管理员进行交流，管理员根据交流信息对教师进行远程技术协助，对讲时通过系统自身的AEC反馈抑制器来保证交流时双方语音的清晰性，确保双方交流顺畅、准确。

13、安防报警与教学设备管理相结合，保障校园财产安全。

出现非法入侵或设备盗窃，安全策略被触发后，本地教室将进行报警语音提示，主控室将同步收到报警通知，管理员可及时响应并采取相应的解决措施。

14、提高教室网络利用率、扩展教室网络资源，提升教室网络冗余。

系统集成4口100M网络交换机，具备POE网络供电，可满足本地PC、笔记本、网络摄像机、远程管理平台的接入，提升教室网络应用能力。

15、低标煤排放，自适应节能结构，降低能源消耗。

针对教学过程中高功耗的投影机及功放，系统采用自适应节能结构，通过对信号源的检测在设备处于未使用状态下，命令设备自动进入节能状态降低设备运行能耗。

如在规定时间内设备仍然没有被使用，则命令设备直接进行关闭状态。

对各个教室能源进行智能化管理，合理利用教学能源。

1.10RoomView

理网络资源管理平台（RoomView）具备实时、多用户的教室管理。

用户可以监控网络上多达250个教室的所有多媒体教学设备；可以监控教室是否被占用，各个设备的状态等。

所有带有网络接口的中控系统以及触摸屏都可以通过网络和管理系统无缝地整合起来，在LAN/WAN上的任何一台PC都可以获得实时、直观的设备状态信息。

系统管理员和技术人员可以通过系统管理多媒体教学设备，进行远程系统诊断，远程调出教室控制界面帮助教室使用者控制多媒体教学设备。

具体功能如下：

1、支持多达250间教室

2、直观的图标控制显示界面

主界面采用图标直观地反应教室设备状态信息，还可以根据用户的需求定制设备状态图标。

3、获得教室的基本信息

通过系统主界面可以了解到教室的名称、位置、所属组别以及在线离线等教室的基本信息，如设备电源状态信息、使用状态。

4、教室日程管理安排

系统内置集成了日程安排功能。

只需设定好教室将要执行的设备动作，按照教室的使用情况就可以预先设定好教室系统设备一天甚至一周的动作。

系统会自动检测时间，实现对教室设备的自动控制。

5、及时设备故障提醒

当教室使用者发现设备故障出错时，通过系统可以及时地向管理人员发送提醒信息，以提请管理人员注意。

6、E-mail提醒

设备故障或使用者需要帮助时，可以通过系统向联系人员发送求助或提醒邮件。

7、自动记录教室日志信息

系统的教室日志栏自动记录教室的所有操作信息、设备状态信息和出错求助信息，可以以Excel表格的形式导出教室日志。

同时还支持高级的统计报告功能，将日志信息存储到Access数据库，用户可以以统计