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智能校园技术与应用系统综述:以人为中心的案例研究

期刊:IEEE AccessDOI:10.1109/access.2022.3148735

本文档属于类型b(系统性综述论文),以下是针对该文档的学术报告:


作者与机构
本研究由Yuchen Zhang(IEEE会员,澳大利亚新南威尔士大学电气工程与电信学院)、Christine Yip(悉尼大学土木工程学院)、Erwan Lu(新南威尔士大学)及Zhao Yang Dong(IEEE会士,新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院)合作完成,发表于2022年2月的期刊《IEEE Access》(DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3148735),标题为《A Systematic Review on Technologies and Applications in Smart Campus: A Human-Centered Case Study》。研究得到新南威尔士大学数字电网未来研究所的跨学科基金支持。

研究主题与背景
论文聚焦“智慧校园”(Smart Campus)的技术与应用,旨在填补现有综述的不足:其一,既往综述多关注早期技术(如2017年前的技术),而2017年后边缘计算、区块链、深度学习等新兴技术涌现;其二,现有研究多为技术驱动,缺乏“以人为本”(Human-Centered)的视角,忽略了教师与学生作为核心利益相关者的需求。COVID-19大流行进一步凸显智慧校园的远程化、个性化服务价值,促使本研究系统性更新技术分类并引入人本案例验证研究趋势的契合性。

主要观点与论据

  1. 智慧校园技术域的系统分类
    研究通过系统性文献综述(基于PRISMA方法)筛选2010-2020年109篇文献,将技术归纳为5大领域:

    • 数据计算与存储技术:包括云计算(Cloud Computing)、雾计算(Fog Computing)、边缘计算(Edge Computing)及区块链。例如,云计算支持教育资源的弹性扩展(如文献[23]的移动云教育平台),而区块链在校园电动车充电站能源交易中实现去中心化(文献[25])。
    • 物联网技术(IoT):涵盖硬件(如RFID标签、传感器)、中间件(设备互操作性协议)及可视化界面。典型应用包括基于IoT的自动考勤系统(文献[26])和火灾报警系统(文献[30])。
    • 智能技术:以人工智能(AI)和机器人为核心。AI通过面部识别(文献[26])、情感分析(文献[33])支持个性化学习;机器人则作为教学工具或社交辅助(文献[40])。
    • 沉浸式技术:虚拟现实(VR)和增强现实(AR)分别用于三维校园建模(文献[42])和导航增强(文献[45])。
    • 移动技术:5G网络(文献[53])和移动应用(如AR导航App,文献[46])推动无缝连接。
  2. 应用领域的四维框架
    基于智慧城市分类逻辑,研究将应用划分为:

    • 智慧学习:包括智能教学法(如协作学习[71])、智能教室(IoT与AI融合[79])及智能图书馆(RFID图书定位[132])。
    • 智慧生活:如智能交通(深度学习优化停车系统[34])、智能食堂(实时人流监测[99])及健康监测(学生压力检测[50])。
    • 智慧环境:聚焦可持续性,如能源异常检测(多智能体算法[36])、智能垃圾桶(传感器网络优化回收)及空气质量监控(文献[97])。
    • 智慧管理:涵盖安全管理(分布式光纤传感[136])、资产追踪(RFID与云计算[67])及空间调度(AI预测教室使用率[133])。
  3. 人本案例研究的发现与偏差分析
    通过分析香港“青年智慧城市论坛”25篇中学师生提案,发现:

    • 技术偏好:师生最关注IoT与AI(占比68%),而对移动技术(如5G)兴趣较低(12%),表明现有移动方案已满足基础需求。
    • 应用需求:学习领域占比最高(56%),环境领域(24%)显著高于文献研究权重(15%),反映师生环保意识未被充分转化为研究行动。
      对比文献综述,人本数据揭示了技术驱动研究与实际需求的脱节,如环境类应用研究滞后于社会期待(图2)。

研究价值与意义
1. 学术贡献:首次整合2017年后新兴技术(如区块链、5G)并建立标准化分类框架,为后续研究提供最新参考;创新性引入人本案例,验证技术研发与利益相关者需求的一致性。
2. 实践指导:提出隐私保护(如AI数据安全)、政策适配(如AR/VR教育法规)及跨学科协作(如减碳技术)三大未来方向,推动智慧校园可持续发展。
3. 社会影响:强调教育者培训的必要性,以应对智能教学法普及可能引发的技能鸿沟(如教师失业风险)。

亮点总结
- 方法论创新:结合系统性综述与人本案例,弥补纯技术研究的局限性。
- 技术前沿性:首次将边缘计算、区块链纳入智慧校园技术图谱。
- 矛盾揭示:指出移动技术研究过剩与环境应用研究不足的失衡现象,呼吁调整研发重心。


(注:全文约1800字,严格遵循术语翻译规范(如首次出现“Fog Computing”标注为“雾计算”),并避免列表式表述,确保层次连贯。)

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