智慧校園一卡通與圖書館系統(tǒng)對接探究

王永建　王海兵　周顯　張鑫　劉永濤

摘要：智慧校園中一卡通系統(tǒng)與圖書館系統(tǒng)的有效對接非常關(guān)鍵，為此進行了系統(tǒng)對接探究。首先設(shè)計了一卡通系統(tǒng)架構(gòu)，描述了各層功能。然后設(shè)計了系統(tǒng)對接方案和接口對接方案。這些設(shè)計思路在一些實際項目中已運用，效果良好。

關(guān)鍵詞：一卡通；圖書館系統(tǒng)；Web服務(wù)；XML

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003 6970.2016.05.027

本文著錄格式：王永建，王海兵，周

顯，等.智慧校園一卡通與圖書館系統(tǒng)對接探究[J].軟件，2016，37（5）：111-114

0.引言

圖書館作為大學(xué)校園中書籍、文獻、資料保存與管理，信息檢索與傳播，圖書借閱、出版等職能的機構(gòu)，在教學(xué)、科研、文化傳播、校園生活中至關(guān)重要。近些年云計算、大數(shù)據(jù)、RFID（Radio

Frequency Identification）等信息技術(shù)的發(fā)展，深刻著影響著教育的變革與發(fā)展，也對大學(xué)圖書館產(chǎn)生著重大影響。

教育部近些年大力推動智慧校園規(guī)劃與建設(shè)的創(chuàng)新工作。2015年7月8日，教育部、清華大學(xué)等機構(gòu)舉行了“2015智慧校園規(guī)劃與建設(shè)暨高校信息化峰會”。2016年2月2日，教育部印發(fā)了《2016年教育信息化工作要點》的通知。一卡通在智慧校園中應(yīng)用廣泛，與圖書館更是聯(lián)系緊密。不過，現(xiàn)有學(xué)校圖書館系統(tǒng)往往建設(shè)比較早，信息化水平不夠高，或者信息技術(shù)方式單一等，因此圖書館系統(tǒng)與校園一卡通系統(tǒng)的有效對接、升級改造十分重要與必要，本文對此進行了探究。

1.總體設(shè)計

1.1一卡通系統(tǒng)架構(gòu)

本文的智慧校園一卡通系統(tǒng)采用B/S服務(wù)模式，系統(tǒng)架構(gòu)分為四層，從底層往上依次為物理層、數(shù)據(jù)層、中間件層、應(yīng)用層。如圖1所示。

（1）物理層：是整個一卡通系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)信息設(shè)施，包括感知層的前端機具、卡片、傳感器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器、磁盤陣列等物理設(shè)備，以及設(shè)備之間互聯(lián)的物理接口。

（2）數(shù)據(jù)層：由一卡通中心數(shù)據(jù)庫與災(zāi)備中心組成，包括數(shù)據(jù)緩沖服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)調(diào)度系統(tǒng)、服務(wù)組件、技術(shù)組件、安全管理系統(tǒng)等。實現(xiàn)校園一卡通系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、管理與容災(zāi)、備份、檢索等。

（3）中間件層：實現(xiàn)一卡通中心數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用層的隔離，屏蔽用戶直接對數(shù)據(jù)庫的操作，以保證數(shù)據(jù)的安全。傳統(tǒng)的RMI、CORBA、DCOM等中間件方式已經(jīng)不能適應(yīng)Internet發(fā)展的需要，本文采用Web Service技術(shù)。

（4）應(yīng)用層：是用戶能夠感知、體驗到的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，可概括為核心系統(tǒng)、自助服務(wù)、其它應(yīng)用三類。

1.2開發(fā)環(huán)境

1.2.1J2EE技術(shù)

采用基于Java平臺的J2EE技術(shù)，不僅具備Java2平臺、標(biāo)準(zhǔn)版（J2SE）的許多特性，并添加了對EJB組件、Java Servlet、JSP及XML（Extensible MarkupLanguage）技術(shù)的全面支持13]。系統(tǒng)采用輕量級SSH（Struts Spring Hibernate）開源框架，構(gòu)建于B/S三層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)之上，將復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯、流程控制邏輯和數(shù)據(jù)存取邏輯在不同的層面上實現(xiàn)。在應(yīng)用服務(wù)器之上，實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的快速部署和靈活調(diào)整，充分保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全可靠訪問。

系統(tǒng)要求支持Oracle、DB2、My Sql等主流關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，利用XML作為系統(tǒng)接口的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)進行信息資源整合；在應(yīng)用支撐平臺上采用Web Services基于XML的標(biāo)準(zhǔn)化接口定義。

1.2.2基于Java的NIO的Socket網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)

傳統(tǒng)Java的I/O是基于流的方式，因此I/O被認(rèn)為是單個字節(jié)移動，采用被稱為Stream的對象每次移動一個字節(jié)。利用傳統(tǒng)Java的I/O建立的SOCKET服務(wù)器接收客戶端連接，適用于為每一個連接建立一個線程，但是如果連接數(shù)據(jù)量巨大時，服務(wù)器的開銷非常巨大。

為解決這個技術(shù)難點，本文采用Java NIO技術(shù)，這時I/O采用面向塊的思想，以塊的方式處理I/O數(shù)據(jù)，每一個操作在一步中生產(chǎn)或者消耗一個數(shù)據(jù)塊，NIO將最耗時的I/0操作（填充和提取緩沖區(qū)）轉(zhuǎn)移回操作系統(tǒng)實現(xiàn)，因而極大地提高了效率。

2.系統(tǒng)對接方案

2.1對接實現(xiàn)目標(biāo)

校園卡替代圖書證：在圖書館可以使用圖書證的地方都更換為使用校園卡作為有效證件，實現(xiàn)校園“一卡通行”。

統(tǒng)一收費管理：圖書館中用戶所產(chǎn)生的費用，都可以從校園卡中扣除，滿足學(xué)校的財務(wù)管理制度。

圖書信息共享：學(xué)生、教職工等用戶，只需在一卡通系統(tǒng)中提供一次個人基本信息，其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)即能共享用戶信息，用戶就能享有校園里各個系統(tǒng)的服務(wù)。

2.2對接改造原則

2.2.1校園卡與圖書證的過渡

暫時保留圖書證，系統(tǒng)對接完成后，圖書證將逐步被一卡通校園卡替代，以保證所有的圖書館用戶都可以使用校園卡借書為止。

2.2.2條形碼生成系統(tǒng)改造

圖書館提供所有讀者的條形碼數(shù)據(jù)或條形碼產(chǎn)生規(guī)則，校園卡中寫入條形碼信息。通過安裝一卡通軟件和相應(yīng)的讀卡設(shè)備，實現(xiàn)在圖書館借還書，通道門禁處可以使用校園卡作為通行證，減少圖書館系統(tǒng)的開發(fā)和改造。

2.2.3借還書業(yè)務(wù)端對接

保留原激光條碼掃描儀，安裝校園卡讀卡器；安裝掃描助手程序在借還書的客戶端電腦上。掃描助手在圖書借閱端的應(yīng)用模式下（虛線表示新增加功能），條碼掃描儀和掃描助手，兩者功能相同，信息源不同，前者是圖書證，后者是卡。工作模式如圖2所示：

使用方式：在原掃描條碼的界面中，校園卡在讀卡器上刷卡后，即可檢索出個人的借閱信息，界面彈出個人信息的小窗口，可加載照片信息。

過渡期間（在兩證并行期間）：校園卡若丟失，需掛失校園卡，掛失的校園卡不能在圖書館借書；圖書證若丟失，需掛失圖書證，掛失的圖書證卡不能再借書。

說明：該工作模式下，需要圖書館提供圖書證號或圖書證號的生成規(guī)則。

2.2.4收取罰款或繳費

讀卡器支持借還書、繳納超期歸還滯納金、繳納物品（如書籍、圖書設(shè)施等）損壞賠償金等。在過渡階段，讀卡器將交費記錄先存到圖書館系統(tǒng)中的結(jié)算系統(tǒng)，然后將交費記錄反饋給校園一卡通結(jié)算系統(tǒng)；對接完成后，讀卡器將交費記錄直接反饋給校園一卡通結(jié)算系統(tǒng)。

2.3系統(tǒng)對接拓?fù)?/p>

一卡通系統(tǒng)與圖書館系統(tǒng)對接，建議采用數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)的方式。要求數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)支持雙網(wǎng)卡，或者通過交換機同時與一卡通系統(tǒng)和通圖書館管理系統(tǒng)互聯(lián)。如圖3所示：

（1）數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)主要實現(xiàn)圖書館系統(tǒng)與一卡通數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)交換，保證數(shù)據(jù)同步和身份認(rèn)證，為圖書館系統(tǒng)識別校園卡提供認(rèn)證依據(jù)。

（2）校園一卡通用戶的信息同步到數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)中，如新增讀者，掛失、解掛、補卡換卡、注銷、重要字段的修改等信息。

（3）校園卡的身份認(rèn)證提供2種方式：①在線認(rèn)證，一卡通數(shù)據(jù)中心將校園卡的身份信息同步到-數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)上，讀卡器將讀取的卡片信息在數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)上進行認(rèn)證；②離線認(rèn)證，數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)將一卡通數(shù)據(jù)中心同步過來的身份信息下發(fā)到借閱點客戶端電腦上或者前端機具上（如讀卡器、掃描槍），即使網(wǎng)絡(luò)中斷，在短時間內(nèi)仍能正常使用，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后自動更新數(shù)據(jù)。從安全考慮，建議2種方式混合使用。

本方案在保證數(shù)據(jù)同步的同時，亦能保障在數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與一卡通數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中斷，或者借閱點與數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)中斷時圖書館業(yè)務(wù)的正常運行，提升系統(tǒng)的安全性與可靠性。

3.接口對接設(shè)計

3.1接口要求

智慧校園中圖書館系統(tǒng)的接口主要實現(xiàn)有：收費和數(shù)據(jù)交互兩種。收費類功能根據(jù)交費方式分為批量收費、小額脫機收費、聯(lián)機收費和網(wǎng)上收費。要實現(xiàn)一卡通系統(tǒng)與圖書館系統(tǒng)之間的有效對接，接口應(yīng)采用報文交換和卡數(shù)據(jù)交互兩種方式相結(jié)合。

（1）報文交換：實現(xiàn)智慧校園查詢圖書館系統(tǒng)中的借閱信息、交費信息、交費結(jié)果，以及兩個系統(tǒng)之間交換數(shù)據(jù)。

（2）卡數(shù)據(jù)交互方式：圖書館系統(tǒng)通過調(diào)取一卡通中心數(shù)據(jù)庫讀取卡片上數(shù)據(jù)。

3.2接口選擇

3.2.1應(yīng)用層接口

對于B/S模式的第三方系統(tǒng)接入一卡通系統(tǒng)，若采用應(yīng)用層接口互聯(lián)，接口的方式可以是.dll和.JavaPackage等形式。

接口程序中將第三方系統(tǒng)智能卡的讀寫、認(rèn)證、消費、考勤等具體應(yīng)用進行封裝，只需要第三方應(yīng)用系統(tǒng)對程序進行相應(yīng)調(diào)整即可，如圖4（a）所示：

3.2.2中間件層接口

中間件層統(tǒng)一定義所有的接口規(guī)范，制定嚴(yán)格的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)訪問策略，必須通過數(shù)據(jù)訪問層才能訪問數(shù)據(jù)庫。支持異構(gòu)數(shù)據(jù)庫操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)訪問層要求標(biāo)準(zhǔn)的接口定義，后臺數(shù)據(jù)庫操作系統(tǒng)的變化，前臺的應(yīng)用系統(tǒng)無需變化。

對于基于Web Service的第三方應(yīng)用系統(tǒng)，根據(jù)對接需要為第三方提供相應(yīng)的Web Service接口，采用XML格式，如圖4（b）所示。

Web Service接口分為調(diào)用方法與調(diào)用實體實現(xiàn)，在校園一卡通與銀行或者其它支付系統(tǒng)的電子賬戶接口中，建議采用調(diào)用實體方法，不僅提高安全性，并且方便編程?；赟OAP的Web Services雖然可以解決跨Internet的異構(gòu)訪問問題，但是需要進行定制，管理和調(diào)用接口變得比較復(fù)雜。本文采用REST Web Services，既能容易的實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)之間調(diào)用，又能充分利用HTTP協(xié)議。

3.3接口設(shè)計

3.3.1讀者數(shù)據(jù)同步

（1）新增讀者數(shù)據(jù)同步

校園卡的用戶信息可以做為讀者信息使用，一卡通數(shù)據(jù)中心實時或定時將讀者信息發(fā)送至圖書館系統(tǒng)中。

（2）離校讀者數(shù)據(jù)同步

離校讀者（如畢業(yè)、退學(xué)、肄業(yè)、轉(zhuǎn)學(xué)、開除等）信息，由一卡通數(shù)據(jù)中心實時或定時將讀者信息發(fā)送至圖書館系統(tǒng)中進行清除。

3.3.2黑名單同步

掛失的校園卡，或者其它原因列入黑名單的校園卡，由一卡通數(shù)據(jù)中心實時或定時將讀者信息發(fā)送至圖書館系統(tǒng)中，拒絕為黑名單用戶提供借書或者其它服務(wù)。

3.3.3校園身份驗證

校園卡在借書時，圖書館系統(tǒng)必須對校園卡的合法性進行認(rèn)證，并支持多種驗證方式。（1）圖書館系統(tǒng)驗證，黑名單由一卡通數(shù)據(jù)中心同步到圖書館管系統(tǒng)中，在圖書館系統(tǒng)中進行認(rèn)證。（2）校園卡中心系統(tǒng)驗證，到校園一卡通數(shù)據(jù)中心或者數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)進行在線認(rèn)證。（3）離線狀態(tài)驗證，如掛失或者其它原因列入黑名單的校園卡，一旦在POS機或其它前端機具上使用，就會被打上“禁止”標(biāo)識，保證前端機具在離線狀態(tài)下能夠驗證。上述幾種方式可單獨使用，亦可混合使用。

3.3.4識別借書證號

校園卡和條碼卡不一樣，條碼卡上印刷有條形碼，學(xué)生借書時，用掃描槍直接掃描出條碼即可。但校園卡的讀者證號信息是存儲在校園卡內(nèi)的，建議仍使用讀卡器的方式，但圖書的掃描還需要掃描槍。

3.3.5通道機對接身份驗證

圖書館門口設(shè)置有通道機，只允許刷卡才能開門。通道機亦可采用寬松認(rèn)證，沒有借書權(quán)限人也可以通過通道機，根據(jù)圖書館的管理規(guī)定進行靈活的權(quán)限控制?？梢愿鼡Q現(xiàn)有通道機讀卡器實現(xiàn)與通道系統(tǒng)的對接。

4.結(jié)束語

智慧校園建設(shè)過程中，一卡通系統(tǒng)與圖書館系統(tǒng)對接十分重要，本文對此進行了探究，相關(guān)成果在實際項目中已開始運用，效果良好。圖書館系統(tǒng)與一卡通系統(tǒng)對接涉及的內(nèi)容廣泛，這里僅涵蓋了其中一部分。另外，隨著信息化新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，智慧校園將產(chǎn)生新的建設(shè)理念、業(yè)務(wù)應(yīng)用、服務(wù)模式，對一卡通系統(tǒng)與圖書館系統(tǒng)對接將提出新的標(biāo)準(zhǔn)與要求，將會有更多的技術(shù)手段與實現(xiàn)方案。