智慧校園數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文/王漢文 李云春 張建華 楊秀梅

智慧校園數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文/王漢文 李云春 張建華 楊秀梅

針對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成與共享存在的問題，通過數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的實(shí)施，將高校中各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)、院系數(shù)據(jù)和各類實(shí)時(shí)的服務(wù)數(shù)據(jù)，按照學(xué)校統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效的集成、交換和共享。

建設(shè)背景

近年國家對教育信息化要求不斷加強(qiáng)，投入不斷增大，將信息化帶動(dòng)教育現(xiàn)代化作為我國教育事業(yè)科學(xué)發(fā)展的重要手段。同時(shí)“智慧校園”的提出為學(xué)校信息化發(fā)展，提出了更加明確的目標(biāo)和要求。如何利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)計(jì)算以及大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)手段為學(xué)校師生提供更加便捷的服務(wù)，將學(xué)校教學(xué)、科研、管理與校園資源進(jìn)行有機(jī)的整合，進(jìn)一步提高教育教學(xué)水平、科學(xué)管理水平和工作服務(wù)效率，最終實(shí)現(xiàn)校園服務(wù)和管理模式的智慧化。

在各大高校的信息化建設(shè)中，數(shù)據(jù)作為一種戰(zhàn)略性資源，體現(xiàn)出越來越重要的作用。通過對數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)由數(shù)據(jù)向信息，由信息向知識(shí)，由知識(shí)向智慧的轉(zhuǎn)變。高校的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)建設(shè)是學(xué)校信息化建設(shè)的基礎(chǔ)，只有將學(xué)校數(shù)據(jù)有機(jī)的整合和管理，才能進(jìn)一步為學(xué)校信息化建設(shè)提供強(qiáng)有力的支持。以全局?jǐn)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)的共享數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)已經(jīng)成為必然趨勢，數(shù)據(jù)共享平臺(tái)各個(gè)職能部處可以通過該平臺(tái)訪問學(xué)校的全局?jǐn)?shù)據(jù)，節(jié)省了大量的人力、物力、財(cái)力，提高了工作效率。在此平臺(tái)上，將學(xué)校的人、財(cái)、物、教學(xué)、科研數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合起來，通過數(shù)據(jù)的交換、共享，以及在全局?jǐn)?shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與挖掘，為廣大師生提供更加完善的服務(wù)，為學(xué)校建設(shè)以及科學(xué)管理提供重要的依據(jù)，同時(shí)基于全局?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)行科學(xué)的分析，開發(fā)智慧應(yīng)用。

面臨問題

目前各大高校已經(jīng)建成了以“人、財(cái)、物以及教學(xué)科研”為管理核心的各大業(yè)務(wù)系統(tǒng)，但是在打破信息壁壘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的過程中，卻存在大量的問題。

業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

在學(xué)校信息化過程中，信息化建設(shè)部門缺少對全校信息系統(tǒng)建設(shè)的統(tǒng)一規(guī)劃，在建設(shè)初期，未能制定統(tǒng)一的信息系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)以及信息系統(tǒng)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。所以在學(xué)校制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)之前，部分部處和院系，依據(jù)各自的業(yè)務(wù)需求，設(shè)計(jì)信息系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，所以造成了各個(gè)單位信息化建設(shè)中，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不一致，存在數(shù)據(jù)項(xiàng)表示不統(tǒng)一、缺乏可選項(xiàng)以及數(shù)據(jù)字典丟失等現(xiàn)象，導(dǎo)致在數(shù)據(jù)共享平臺(tái)建設(shè)中，不能有效地分析各數(shù)據(jù)庫的表結(jié)構(gòu)，以及在數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)匹配錯(cuò)誤等現(xiàn)象。

存在數(shù)據(jù)孤島問題

在數(shù)字化校園建設(shè)階段，各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)依據(jù)各自需求，建設(shè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，可以支撐本單位的實(shí)際需求和部門應(yīng)用。但從數(shù)據(jù)共享的角度來看，由于各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和交換接口，導(dǎo)致各業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)變成了部門級的數(shù)據(jù)孤島，雖然部分?jǐn)?shù)據(jù)，可以通過直接傳輸或者拷貝的形式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的交換和共享，但是仍然不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時(shí)共享，部分?jǐn)?shù)據(jù)由于建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不一致或者缺乏數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的原因，根本不能實(shí)現(xiàn)和其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，突顯了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的孤島問題。

信息化隊(duì)伍建設(shè)不足

目前學(xué)校在信息化隊(duì)伍建設(shè)中存在較多問題，從學(xué)校層面上，可能存在信息化管理委員會(huì)，制定學(xué)校總體的信息化發(fā)展方針，但卻沒有將信息化提升到學(xué)校管理的層面，目前學(xué)校仍以傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)部處為主，導(dǎo)致信息化建設(shè)的相對缺失；同時(shí)在人才隊(duì)伍的配備上，業(yè)務(wù)部處沒有設(shè)立專門的信息化管理崗位，導(dǎo)致業(yè)務(wù)部處信息化建設(shè)和管理能力較弱。

應(yīng)對方案

建設(shè)全校規(guī)模的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，需要堅(jiān)實(shí)的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)貫徹實(shí)施，需要龐大的資金支持，同時(shí)需要各個(gè)部門的積極響應(yīng)和有力配合。以下將從信息建設(shè)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、平臺(tái)建設(shè)以及信息化隊(duì)伍建設(shè)上分析應(yīng)對措施。

統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，主要的依據(jù)有：國家標(biāo)準(zhǔn)、省教育廳校準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)校已有標(biāo)準(zhǔn)以及自定義標(biāo)準(zhǔn)。執(zhí)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)以教育部《教育管理信息化標(biāo)準(zhǔn)（2002年）》（第1部分：學(xué)校管理信息標(biāo)準(zhǔn)）中有關(guān)高等學(xué)校的部分以及《20075620-T-469 高等學(xué)校管理信息》（CELTS-33）為主要基礎(chǔ)制訂，并結(jié)合北京航空航天大學(xué)的具體需求進(jìn)行補(bǔ)充和修訂。例如：將學(xué)工主題數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在學(xué)生相關(guān)的表空間中，將教職工主題數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在人事相關(guān)的表空間中，將學(xué)校的財(cái)務(wù)、資產(chǎn)數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行分類別存儲(chǔ)。

統(tǒng)一建設(shè)共享平臺(tái)

分析各個(gè)業(yè)務(wù)部門的數(shù)據(jù)字典，了解其數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)表的基本構(gòu)成和學(xué)校執(zhí)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，得出各個(gè)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)以及與中心數(shù)據(jù)庫的關(guān)聯(lián)互換關(guān)系。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換機(jī)制，使用ODI等工具將各個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的字段統(tǒng)一轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)中心的共享數(shù)據(jù)，通過打通業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫與共享數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)鴻溝，消除各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的信息孤島問題，最終構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。

提升業(yè)務(wù)人員的信息化素質(zhì)

在國家信息化建設(shè)總綱要中，信息化人才隊(duì)伍建設(shè)是其核心問題，同樣在學(xué)校的信息化建設(shè)任務(wù)重，優(yōu)秀的信息化隊(duì)伍建設(shè)也是非常重要的。隨著職能部處的日常工作逐漸實(shí)現(xiàn)信息化，逐步將信息化工作作為日常工作和考核的重要組成部分。加強(qiáng)工作隊(duì)伍的信息化培訓(xùn)。通過建立有效的培養(yǎng)機(jī)制，建設(shè)學(xué)校自己的信息化隊(duì)伍，培養(yǎng)出既懂業(yè)務(wù)，又懂信息化的專業(yè)人才。同時(shí)建立有效的信息化隊(duì)伍管理機(jī)制，形成以學(xué)校信息專家小組為核心，建立以各個(gè)部處和院系的信息員為主力，對學(xué)校信息主管領(lǐng)導(dǎo)負(fù)責(zé)的管理隊(duì)伍。

實(shí)施方案

數(shù)據(jù)建設(shè)原則

數(shù)據(jù)的權(quán)威性在數(shù)據(jù)來源方面，確定權(quán)威數(shù)據(jù)來源，當(dāng)其中數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，主動(dòng)向共享數(shù)據(jù)庫發(fā)出修改請求，同時(shí)由權(quán)威數(shù)據(jù)庫或者共享數(shù)據(jù)庫向其他需要該數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫發(fā)出修改命令。

數(shù)據(jù)的及時(shí)性當(dāng)某個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，數(shù)據(jù)能及時(shí)的體現(xiàn)，并產(chǎn)生相應(yīng)的作用。

數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性保證中心數(shù)據(jù)庫從其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中，抽取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對于新建的數(shù)據(jù)庫，完全按照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行；對于已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)庫，如果存在沒有按照標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的情況，首先分析其數(shù)據(jù)字典，再完成數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的準(zhǔn)確對應(yīng)。

圖1 系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)

數(shù)據(jù)的安全性在數(shù)據(jù)的抽取，轉(zhuǎn)換和加載過程中，保證數(shù)據(jù)的安全，通過相應(yīng)的加密等安全手段，保證整個(gè)過程的安全。

數(shù)據(jù)的可靠性對數(shù)據(jù)的抽取和使用過程，進(jìn)行全面的監(jiān)控，當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程出現(xiàn)問題時(shí)，能及時(shí)報(bào)錯(cuò)，并自動(dòng)或者手動(dòng)完成回滾等，保證數(shù)據(jù)流程的可靠性。

總體架構(gòu)

系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)如圖1所示。

數(shù)據(jù)中心主要包括以下幾個(gè)層次：業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)源層、數(shù)據(jù)集成與存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)服務(wù)接口層以及數(shù)據(jù)應(yīng)用層，在各層的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與維護(hù)中，嚴(yán)格遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 數(shù)據(jù)平臺(tái)部署結(jié)構(gòu)

圖3 數(shù)據(jù)交換模式

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)源層包括學(xué)校各個(gè)部處的信息化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，囊括所有需要集成到數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集成與存儲(chǔ)層通過數(shù)據(jù)集成工具，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的抽取、清洗與轉(zhuǎn)換，支持?jǐn)?shù)據(jù)的觸發(fā)式更新、增量更新、定時(shí)抽取等多種同步和異步的數(shù)據(jù)維護(hù)方案，在多種主流異構(gòu)的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)源之間完成數(shù)據(jù)的集成與存儲(chǔ)，該層主要建有共享數(shù)據(jù)庫、歸檔數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)倉庫。數(shù)據(jù)服務(wù)接口層主要通過建立多類統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，對外提供對共享數(shù)據(jù)的訪問和功能的調(diào)用，主要提供以下幾類數(shù)據(jù)接口：人事數(shù)據(jù)接口、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)接口、教學(xué)數(shù)據(jù)接口、科研數(shù)據(jù)接口、資產(chǎn)數(shù)據(jù)接口、后勤數(shù)據(jù)接口等。數(shù)據(jù)應(yīng)用層在數(shù)據(jù)接口層提供數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提供教師服務(wù)、學(xué)生服務(wù)、領(lǐng)導(dǎo)決策和數(shù)據(jù)審計(jì)管理等應(yīng)用，完成相關(guān)應(yīng)用服務(wù)的建設(shè)與開發(fā)。

1.數(shù)據(jù)平臺(tái)部署結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)共享庫采用Oracle數(shù)據(jù)庫，使用RAC技術(shù)將兩臺(tái)服務(wù)器搭建成數(shù)據(jù)庫集群，后端連接網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)，前端通過內(nèi)網(wǎng)交換機(jī)與數(shù)據(jù)交換服務(wù)器、數(shù)據(jù)標(biāo)書服務(wù)器以及其他應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器連接。

2.交換模式

數(shù)據(jù)共享平臺(tái)中的數(shù)據(jù)交互模式，采用如圖3方式，在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)中心庫間，建立中間過程庫。如果業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)符合執(zhí)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，直接將相關(guān)數(shù)據(jù)用ODI或者Web Server等方式交換到中心庫中，如果業(yè)務(wù)部處數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)存在不一致的現(xiàn)象，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)經(jīng)過中間庫，使用ODI等工具進(jìn)行數(shù)據(jù)的清洗和轉(zhuǎn)換，最后交換到共享數(shù)據(jù)中心中。

3.交換模塊實(shí)現(xiàn)原理

數(shù)據(jù)交換模塊的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，如下：數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，提供數(shù)據(jù)處理一系列功能，包括ETL（數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)加載）功能，數(shù)據(jù)傳輸功能，該模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的清洗、轉(zhuǎn)換、同步、遷移等業(yè)務(wù)需求，是構(gòu)建數(shù)據(jù)集成與存儲(chǔ)層的基礎(chǔ)。建設(shè)中主要采取以下幾種數(shù)據(jù)加載方式：實(shí)時(shí)性加載，對于數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求較高的交換數(shù)據(jù)，采用實(shí)時(shí)性加載策略，ODI加載數(shù)據(jù)時(shí)采用較小的時(shí)間間隔輪詢監(jiān)視業(yè)務(wù)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)變化，對于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，解決方案有兩種：全表掃描方式，在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中對需要同步的表進(jìn)行全表掃描，識(shí)別差異數(shù)據(jù)，更新到數(shù)據(jù)交換中心；觸發(fā)器方式，在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中對需要同步的表創(chuàng)建觸發(fā)器，當(dāng)業(yè)務(wù)表數(shù)據(jù)有更新、修改、新增、刪除操作時(shí)，通過觸發(fā)器同步到數(shù)據(jù)交換中心，以上方案會(huì)對業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的壓力，不會(huì)大面積使用；準(zhǔn)實(shí)時(shí)性加載，此種方式采用T-1時(shí)間方式處理，即每天晚上12點(diǎn)以后進(jìn)行加載，加載今天以前的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性上會(huì)有一天的延時(shí)，但降低了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的壓力。

圖4 結(jié)果監(jiān)控

4.交換過程與結(jié)果監(jiān)控

數(shù)據(jù)的監(jiān)控平臺(tái)完成對系統(tǒng)總體的運(yùn)行監(jiān)管，提供對數(shù)據(jù)交換、更新以及數(shù)據(jù)應(yīng)用層服務(wù)的監(jiān)控，完成對用戶行為、訪問日志、數(shù)據(jù)安全等方面的監(jiān)控功能。其主要作用有：發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)加載和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)生的錯(cuò)誤，及時(shí)發(fā)出報(bào)警，并采取相應(yīng)的措施；同時(shí)提供對數(shù)據(jù)應(yīng)用層服務(wù)的監(jiān)控，反應(yīng)各種應(yīng)用的進(jìn)展情況，推進(jìn)相關(guān)流程的正確執(zhí)行 ；對用戶的行為，訪問記錄以及進(jìn)程信息進(jìn)行有效的監(jiān)控，對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行審計(jì)，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中的問題，及時(shí)采取有效的應(yīng)對措施，保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

數(shù)據(jù)同步監(jiān)控：監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)同步的健康狀況，數(shù)據(jù)同步的數(shù)據(jù)當(dāng)量，數(shù)據(jù)同步的周期與處理時(shí)間，數(shù)據(jù)同步的執(zhí)行結(jié)果等。同時(shí)產(chǎn)生數(shù)據(jù)運(yùn)行情況的審計(jì)報(bào)告。

總結(jié)

完善數(shù)據(jù)共享中心

從深度和廣度兩方面，完善對數(shù)據(jù)共享中心的建設(shè)。一方面，擴(kuò)充業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)范圍，將各個(gè)職能部門和學(xué)院的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)融入數(shù)據(jù)中心，保證數(shù)據(jù)的全面性；另一方面，進(jìn)一步建設(shè)應(yīng)用性數(shù)據(jù)倉庫，積累數(shù)據(jù)資源，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)資產(chǎn)的價(jià)值，盤活數(shù)據(jù)資產(chǎn)，從數(shù)據(jù)中挖掘有用信息，為學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)決策和發(fā)展，給出建設(shè)依據(jù)和方向。

依據(jù)共享數(shù)據(jù)中心，開發(fā)智慧應(yīng)用

學(xué)生成績預(yù)警、學(xué)生經(jīng)濟(jì)狀況分析、空閑教室查詢、食堂就餐情況統(tǒng)計(jì)；以數(shù)據(jù)為中心，優(yōu)化相關(guān)部處業(yè)務(wù)流程；以師生體驗(yàn)為中心，提供更加便捷的“一站式”服務(wù)；以共享的數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，充分利用已知數(shù)據(jù)信息，為廣大師生提供“一張表”服務(wù)。

（作者單位為北京航空航天大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息中心）