基于“4G云”技術的智能跨網絡教育培訓系統(tǒng)設計

/保定聚能電子科技有限公司 楊志永/

基于“4G云”技術的智能跨網絡教育培訓系統(tǒng)設計

/保定聚能電子科技有限公司 楊志永/

針對現(xiàn)有培訓方式的不足，本文提出了基于“4G”網絡通信技術和云計算技術，采取面向對象的模塊化組件方法，依托全流程功能設計，構建起智能跨網絡教育培訓系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在PC互聯(lián)網和移動互聯(lián)網間高效同步運行，可對員工的學習狀態(tài)進行全過程有效監(jiān)管，有力地推動了電力企業(yè)教育培訓管理工作的創(chuàng)新。

教育培訓 4G云技術 移動互聯(lián)網 面向對象 全流程

2013年，國家電監(jiān)會和國家安監(jiān)總局為貫徹落實《國務院關于進一步加強企業(yè)安全生產工作的通知》（國發(fā)［2013］23號）等文件的精神，加強電力安全生產監(jiān)督管理，規(guī)范電網企業(yè)安全生產標準化工作，聯(lián)合制定了《電網企業(yè)安全生產標準化規(guī)范及達標評級標準》。在此標準中，明確了教育培訓（安規(guī)、崗位技能）等共13個方面的培訓內容和要求。2013年起，內蒙古電力集團公司據(jù)此陸續(xù)對所轄供電分公司開展“標準化達標評級”工作。額濟納農電有限責任公司對此項工作高度重視，并提出了借力當代移動信息化網絡技術，引入教育培訓新方法，便于公司教育培訓主管部門強化監(jiān)管手段，實現(xiàn)員工培訓便捷化，培訓過程可控化，培訓效果高效化，培訓受眾全員化，杜絕業(yè)務考試中的作弊行為，有效提升員工學習的自覺性、有效性，切實提高教育培訓考核效果和全局的安全生產管理水平。

1 電力行業(yè)培訓模式現(xiàn)狀分析

目前，各供電公司的教育培訓模式普遍采用“集中輪訓”的方法，少部分單位開始采用PC互聯(lián)網的方式進行網絡培訓。就這兩種培訓方式而言，各有不足?！凹休営枴狈绞?，多藉由開會的形式，請本公司專家或外地院校的教師主講，考試時多是依靠人工出題，人工判卷，每次考評都需要花費大量的時間和精力，且覆蓋面小，擠占員工工作時間，對員工日常學習狀態(tài)，缺乏有效的全流程監(jiān)管手段，效率不彰，越來越難以適應時代的發(fā)展；PC傳統(tǒng)互聯(lián)網培訓方式，在覆蓋面、方式新穎性、培訓便捷性、培訓效率等方面都較“集中”培訓方式有了很大的提高。但此種方式受制于財力和場地空間，既需要設置單獨的電氣化教室，又需要投入巨資購入數(shù)量龐大的計算機及附屬設備，即便如此，也很難做到人手一臺電腦，難以實現(xiàn)員工培訓“全覆蓋”，從而極大地制約了系統(tǒng)功能的發(fā)揮和應用。

隨著以“智能手機”為代表的4G移動互聯(lián)網應用越來越普及，把教育培訓系統(tǒng)拓展到移動互聯(lián)網上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在“云端”，Web與PC互聯(lián)網和移動互聯(lián)網高效同步運行，就可以在很大程度上彌補PC系統(tǒng)應用上的不足，達到“云端”考試智能化，員工培訓便捷化，培訓過程可控化，培訓效果高效化，培訓受眾全員化，這將在電力行業(yè)教育培訓方法上開創(chuàng)一個“全新”范例。

2 系統(tǒng)總體框架及其研究內容

2.1 系統(tǒng)設計思想

系統(tǒng)的設計思想是以“4G”技術支持100～150Mbit/s的下行網絡帶寬的高速、高品質的數(shù)據(jù)傳輸特性為路徑，以“云端” 技術強大、海量的數(shù)據(jù)存儲、處理能力為核心，以采用Json等先進數(shù)據(jù)交互、動態(tài)緩存、數(shù)據(jù)智能分組及下載技術，實現(xiàn)PC互聯(lián)網和移動互聯(lián)網智能同步運行為載體，融匯“過程化”管理思想，創(chuàng)新“閉環(huán)培訓”管理教培新模式，采用“學-練-賽-考-統(tǒng)”全流程功能設計，對員工的學習狀態(tài)實現(xiàn)全過程監(jiān)管，達到“云端”教育培訓智能化，員工學教平臺便捷化，培訓過程可控化，培訓效果高效化，培訓受眾全員化，從而構建起基于“4G云”技術的通用智能跨網絡遠程學習教育平臺。系統(tǒng)全流程功能設計如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)邏輯結構

系統(tǒng)邏輯架構采取基于組件技術面向對象的分布式設計。分布式數(shù)據(jù)建模及數(shù)據(jù)緩沖、下載、交互等方面要求數(shù)據(jù)運算量大、實時性高、交互組件眾多、關系復雜，為降低模型運行算法的復雜性，提高模型組件調度時效性，故系統(tǒng)采取面向對象的分布式設計思想［1］。其應用邏輯架構流程圖如圖2所示。

圖2中，系統(tǒng)采用四層體系架構，分為模型層、控制層、視圖層和平臺層。

（1）模型層

模型層是構建整個系統(tǒng)的基礎，其功能組件包含底層數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)搜索引擎、網絡緩沖、內存緩沖池和數(shù)據(jù)智能分組交互共五個組件。此組件相較于3G移動互聯(lián)網和傳統(tǒng)PC互聯(lián)網時代有很大不同，采用了很多新技術，典型應用為：為方便應對多種數(shù)據(jù)來源的需求，增加了數(shù)據(jù)搜索引擎組件；為移動數(shù)據(jù)應用提供更優(yōu)的緩存使用率，更節(jié)省帶寬，增加了網絡智能緩沖組件；為解決移動應用的內存使用局限，加入了內存緩沖池組件；針對復雜和海量的云端數(shù)據(jù)運算，并結合多項基礎設施為云端服務提供有局限性的可離線使用的功能，而新引入了 數(shù)據(jù)智能分組下載交互組件。

圖1 系統(tǒng)流程設計圖

（2）控制層

圖2 應用邏輯架構流程圖

圖3 總體流程設計圖

圖4 系統(tǒng)功能組件結構圖

控制層包含3個組件，即用戶界面控制、數(shù)據(jù)控制器和數(shù)據(jù)監(jiān)控器，主要功能是實現(xiàn)對數(shù)據(jù)/視頻碼流傳輸時的大小、速率、誤碼率等進行實時監(jiān)控。其中，針對4G網絡中的顯著的數(shù)據(jù)異步特性，新增加了數(shù)據(jù)監(jiān)控器組件。

（3）視圖層

視圖層包含兩個組件，即視圖和數(shù)據(jù)適配器，主要功能是數(shù)據(jù)傳輸過程中的智能動態(tài)匹配調整。這一點同以前的網絡組成沒有區(qū)別。

（4）平臺層

平臺層包含三個組件，即云端數(shù)據(jù)接口、4G移動互聯(lián)網和PC互聯(lián)網，主要作用就是通過接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流在4G移動互聯(lián)網和傳統(tǒng)PC互聯(lián)網上的同步傳輸、同步顯示。

3 系統(tǒng)技術路線

3.1 總體技術流程

整個項目分為服務端和終端（PC電腦、智能手機）兩部分，服務端開發(fā)語言采用Java、數(shù)據(jù)庫SQLSERVER，手機端為Android、本地庫為sqlite，服務端和手機端中間通過Json的方式進行數(shù)據(jù)的交換。其總體流程設計如圖3所示。

3.2 業(yè)務流程設計

業(yè)務流程采用分級權限平臺設置。各子系統(tǒng)維護自己系統(tǒng)的角色，在統(tǒng)一用戶平臺，根據(jù)人員、用戶組、類別為用戶分配角色，用戶登錄的時候，通過XML讀取用戶權限，控制當前登錄用戶可以訪問的模塊［2］。

4 系統(tǒng)功能組件

系統(tǒng)設置有6個功能模塊，13個子功能模塊，其系統(tǒng)功能組件結構如圖4所示。

5 系統(tǒng)主要功能和性能

本項目依托先進的4G網絡技術和云端計算技術，實現(xiàn)PC互聯(lián)網和移動互聯(lián)網同步運行的跨網絡智能遠程教育培訓平臺。

（1） 系統(tǒng)跨平臺同步運行

依托先進的4G網絡技術和云端計算技術，實現(xiàn)系統(tǒng)在傳統(tǒng)PC互聯(lián)網和4G移動互聯(lián)網的同步運行，達到“云端”遠程教育培訓智能化，培訓平臺便捷化，培訓過程可控化，培訓效果高效化，培訓受眾全員化。

（2）“全流程閉環(huán)培訓”新模式

融匯“過程化”管理思想，創(chuàng)新“閉環(huán)培訓”管理教培新模式，采用“學-練-賽-考-統(tǒng)”全流程功能設計，突出學習互動，自動記錄每一位學員登陸學習時長、自考時間、自考成績、在線考試成績，自動生成各類統(tǒng)計成表，對員工的學習狀態(tài)實現(xiàn)全過程監(jiān)管。

（3）高效的的音視頻播放

4G是集3G與WLAN于一體，能夠傳輸高質量音視頻圖像，它的圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下。4G系統(tǒng)能夠以10MB的速度下載，比目前的撥號上網快200倍，上傳的速度也能達到5MB，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。

（4）自由設定，智能組題

系統(tǒng)各專業(yè)分難度（高級技師、技師、高級工、中級工和初級工）智能組題，可對題型分數(shù)、及格分數(shù)、參試人員、考題章節(jié)、考試時間、試題比例等方面自由設定。

（5）智能考核

集客觀題型、主觀題型的教育培訓考核為一體，這是本系統(tǒng)的一大創(chuàng)新。既可對客觀題型（選擇題、判斷題）在線考評，即自動生成試卷、自動收卷、自動判卷、自動生成分數(shù)，并可對考試成績進行各分數(shù)段統(tǒng)計分析，并自動生成餅圖和柱圖；也可對主觀題（簡答題、論述題、計算題和繪圖題）智能組題，離線考評。

（6） 定制試題

根據(jù)學習需要，可指定試題組卷，這是本系統(tǒng)的一大亮點。

（7）寓教于樂

系統(tǒng)寓教于樂，鼓勵員工多學、善學。系統(tǒng)根據(jù)員工學習時長，獎勵“小紅旗”，增加學習的趣味性。

（8） 提供豐富的統(tǒng)計手段

系統(tǒng)可提供成績查詢、成績分段統(tǒng)計、時長統(tǒng)計、答錯題概率統(tǒng)計、得分率、失分率等多種統(tǒng)計分析手段和方法，并可自動生成相應的餅圖和柱圖。

（9） 附加功能豐富

系統(tǒng)附加功能豐富，可發(fā)布系統(tǒng)公告、在線交流（論壇）、學習園地（如時事材料、政策法規(guī)、行業(yè)規(guī)程、公司制度等）。

（10） 分權限設計可自由設定、分配系統(tǒng)權限。

6 系統(tǒng)創(chuàng)新性分析

6.1 應用創(chuàng)新

應用創(chuàng)新點：基于“4G云”技術，構建智能跨網絡學習教育平臺。系統(tǒng)依托“4G”網絡高速、高品質的數(shù)據(jù)傳輸特性和“云端”技術的強大數(shù)據(jù)處理能力，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流在PC互聯(lián)網和4G移動互聯(lián)網之間智能同步運行，實現(xiàn)教育培訓智能化，學教平臺便捷化，培訓過程可控化，培訓效果高效化，培訓受眾全員化。此架構模式在國內還未見報道，屬首次應用，其必將在我國電力教育培訓領域開創(chuàng)一個“全新”范例。

6.2 思想創(chuàng)新

思想創(chuàng)新點：開創(chuàng)“全流程閉環(huán)培訓”新模式。系統(tǒng)融匯“過程化”管理思想，采用“學-練-賽-考-統(tǒng)”全流程功能設計，開創(chuàng)“閉環(huán)培訓”管理教培新模式，突出學習互動，自動記錄每一位學員登陸學習時長、自考時間、自考成績、在線考試成績，自動生成各類統(tǒng)計成表，對員工的學習狀態(tài)實現(xiàn)全過程監(jiān)管［3］。

6.3 技術創(chuàng)新

（1）技術創(chuàng)新點一：數(shù)據(jù)智能交互

利用Json實現(xiàn)手機端與“云端”Web服務器間的數(shù)據(jù)交互；手機端通過Http協(xié)議將數(shù)據(jù)請求發(fā)送到Web服務器，服務器將請求數(shù)據(jù)封裝成Json格式，再通過Http協(xié)議響應到手機端，手機端對接受到的數(shù)據(jù)進行解析后顯示在UI上。Json與傳統(tǒng)的XML方式相比提高了數(shù)據(jù)的可讀性，并且提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率和解析速度。數(shù)據(jù)智能交互流程如圖5所示。

（2）技術創(chuàng)新點二：數(shù)據(jù)智能緩存

對于考試試卷、考試結果、測試試題等都需要通過本地緩存技術進行手機端數(shù)據(jù)緩存，提高用戶的體驗度，同時靈活的緩存也大大減輕了服務器的壓力。緩存管理的原理是通過時間的設置來判斷是讀取緩存還是重新下載；斷網情況下直接去緩存即可。目前個人用過的兩種比較常見的緩存管理方法是：數(shù)據(jù)庫和文件。

（3）技術創(chuàng)新點三：信息智能推送

對于一些信息需要及時通知到每個學員，需要用到信息推送功能。信息推送的原理為后臺提供一個服務接口，將最新的消息發(fā)布到接口上；手機端啟動一個service后臺服務，定期地檢測接口是否有最新數(shù)據(jù)，有則下載，并解析顯示在手機的通知欄上。

7 結束語

基于“4G云”技術的智能跨網絡電力企業(yè)教育培訓系統(tǒng)依托先進的4G網絡技術和云端計算技術，充分利用兩種網絡（PC互聯(lián)網和4G移動互聯(lián)網），充分利用兩種終端（計算機和4G智能手機），達致“云端”遠程教育培訓智能化，培訓平臺便捷化，培訓過程可控化，培訓效果高效化，實現(xiàn)培訓受眾“全覆蓋”，有力地推動了教育培訓管理工作的“再創(chuàng)新”；同時，可顯著降低電力企業(yè)在電氣化教室、計算機設備、網絡設備等硬件方面的巨大投入，做到資源利用最大化，實現(xiàn)“低投入、高產出”，社會效益將十分可觀。

［1］ 向文杰. 移動互聯(lián)網發(fā)展的回顧與展望［J］.電信技術， 2009（1）：66-69.

［2］ 荊銘. 多媒體變電站仿真培訓系統(tǒng)的開發(fā)與應用［J］. 電網技術，1997，8（8）：41-43.

圖5 Json 數(shù)據(jù)智能交互流程圖