基于校園一卡通的數(shù)據(jù)分析與展示平臺(tái)建設(shè)

魯鵬薇

（上海電機(jī)學(xué)院信息化辦公室，上海 201306）

基于校園一卡通的數(shù)據(jù)分析與展示平臺(tái)建設(shè)

魯鵬薇

（上海電機(jī)學(xué)院信息化辦公室，上海 201306）

校園一卡通系統(tǒng)通過對(duì)各種信息、資源的有效集成、整合和優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的有效配置和充分利用。多年運(yùn)營(yíng)下來(lái)，校園一卡通系統(tǒng)積累了很多數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)隱藏著很大的價(jià)值，如何挖掘出有用的信息成為一個(gè)重大的研究課題。高校依托一卡通業(yè)務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)開展針對(duì)持卡用戶的行為分析具有很大的意義。目前，大數(shù)據(jù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中于教學(xué)領(lǐng)域，在學(xué)生管理領(lǐng)域則研究較少。分析校園一卡通所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、轉(zhuǎn)換和清洗，構(gòu)建數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，最后采用前端工具進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，形成數(shù)據(jù)分析報(bào)表，建成上海電機(jī)學(xué)院數(shù)據(jù)分析與展示平臺(tái)。該平臺(tái)可以為領(lǐng)導(dǎo)層以及管理層提供決策支持服務(wù)，有著現(xiàn)實(shí)的重要意義和廣泛的應(yīng)用前景。

大數(shù)據(jù)；校園一卡通；數(shù)據(jù)分析；平臺(tái)

0 引言

近年來(lái)，大數(shù)據(jù)（Big Data）的受關(guān)注程度越來(lái)越高。如何對(duì)大數(shù)據(jù)流進(jìn)行抽取轉(zhuǎn)換成有用的信息并應(yīng)用于各行各業(yè)變得越來(lái)越重要[1]。大數(shù)據(jù)處理與分析成為了全球性的問題，例如在2012年3月，美國(guó)政府[2]就率先發(fā)表了《大數(shù)據(jù)研究與發(fā)展計(jì)劃》。如今的高校，建設(shè)有龐大的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，多年來(lái)積累了大量的數(shù)據(jù)，包括學(xué)生的選課、考試成績(jī)、圖書借閱和吃飯刷卡等，還有老師的課件、研究項(xiàng)目等等。這些數(shù)據(jù)具有很高的教學(xué)與科研價(jià)值，能夠改變教育領(lǐng)域的授課和學(xué)習(xí)模式。比方說：位于加拿大的湖首大學(xué)創(chuàng)建的學(xué)生行為分析系統(tǒng)[3]。國(guó)內(nèi)的廖珣[4]給出的對(duì)高校就業(yè)形勢(shì)的分析，主要結(jié)合K-means算法和CBR方法。葉煉[5]提出的對(duì)電信客戶的行為分析，成為電信運(yùn)營(yíng)商增加收入和利潤(rùn)，提高客戶滿意度和忠誠(chéng)度的有效工具。因此，上海電機(jī)學(xué)院建設(shè)的關(guān)于學(xué)校數(shù)據(jù)的分析平臺(tái)是很有必要的，可以充分利用這些數(shù)據(jù)為師生提供高質(zhì)量的信息服務(wù)，并為學(xué)校未來(lái)的發(fā)展方向和領(lǐng)導(dǎo)決策提供強(qiáng)有力的支撐。

1 校園一卡通系統(tǒng)平臺(tái)介紹

校園一卡通系統(tǒng)在高校應(yīng)用十分廣泛，目前上海電機(jī)學(xué)院主要利用校園一卡通對(duì)校園中的各類消費(fèi)、門禁、圖書借閱、補(bǔ)助領(lǐng)取等進(jìn)行統(tǒng)一管理。校園一卡通平臺(tái)架構(gòu)采用當(dāng)前業(yè)界流行的三層系統(tǒng)架構(gòu)，即用戶層、中間層和數(shù)據(jù)層，整個(gè)系統(tǒng)具有良好的開放性和可擴(kuò)展性，能夠?qū)崿F(xiàn)客戶邏輯、業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)邏輯的有效分離和整合，一個(gè)健壯的、具有相當(dāng)安全性的平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。作為校園管理系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的過程中，重點(diǎn)關(guān)注其應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)方面，對(duì)其所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)的分析則很少考慮到。如果能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析和挖掘，發(fā)現(xiàn)其中存在的規(guī)律及問題，將會(huì)對(duì)今后的學(xué)校管理工作具有重要的指導(dǎo)意義并為之提供相應(yīng)的決策支持。數(shù)據(jù)的有效整合，才能形成高質(zhì)量的大數(shù)據(jù)[6]。本平臺(tái)重點(diǎn)完成對(duì)數(shù)據(jù)的整合、分析和預(yù)警，它作為學(xué)校大數(shù)據(jù)平臺(tái)的基礎(chǔ)建設(shè)工作，為學(xué)校未來(lái)的發(fā)展方向和領(lǐng)導(dǎo)決策提供了強(qiáng)有力的支撐。

2 需要解決的問題與難點(diǎn)

2.1 現(xiàn)有校園一卡通系統(tǒng)的問題

校園卡的功能非常強(qiáng)大，所謂“一卡在手，走到校園哪里都不怕”。它作為高?，F(xiàn)代化管理的方式，全面構(gòu)建了一個(gè)校園消費(fèi)系統(tǒng)，如：就餐、購(gòu)物、淋浴、洗衣、借閱等。但是校園卡系統(tǒng)內(nèi)存在的統(tǒng)計(jì)分析模塊，不能做為數(shù)據(jù)模型和相關(guān)數(shù)據(jù)分析手段，因而無(wú)法輔助校領(lǐng)導(dǎo)以及相關(guān)部門對(duì)學(xué)校管理做出有效的決策。

2.2 現(xiàn)有校園一卡通系統(tǒng)收集信息的難點(diǎn)

（1）餐飲消費(fèi)系統(tǒng)

①校園卡系統(tǒng)中學(xué)生個(gè)人賬單無(wú)法查詢；②對(duì)于多天未消費(fèi)人數(shù)及分布情況無(wú)法得知，從而也無(wú)法得知學(xué)生在校動(dòng)態(tài)；③無(wú)法得知學(xué)校學(xué)生低消費(fèi)人數(shù)及分布情況;④食堂、商鋪每日消費(fèi)信息無(wú)法直觀展示；⑤食堂就餐高峰期無(wú)法直觀顯示，只能通過課表時(shí)間預(yù)估計(jì)；⑥無(wú)法對(duì)不同年級(jí)、專業(yè)、學(xué)院消費(fèi)對(duì)比進(jìn)行直觀顯示。

（2）圖書借閱系統(tǒng)

①無(wú)法直觀展現(xiàn)出借閱高峰，從而導(dǎo)致不能及時(shí)的做好相關(guān)學(xué)生服務(wù)工作；②無(wú)法得知學(xué)生及教師借閱情況，從而無(wú)法分析出不同人群的借閱習(xí)慣；③無(wú)法直觀展現(xiàn)出相關(guān)熱點(diǎn)圖書具體借閱情況：按照年級(jí)、學(xué)院、專業(yè)、班級(jí)分類；④無(wú)法詳細(xì)的展示出分年級(jí)、學(xué)院、專業(yè)、班級(jí)借閱情況，無(wú)法從各層面了解到學(xué)生借閱偏好及借閱動(dòng)態(tài)；⑤無(wú)法直觀展示出一段時(shí)間內(nèi)館藏圖書的利用率以及無(wú)法快速查找圖書的借閱量和相對(duì)應(yīng)館藏?cái)?shù)量；⑥對(duì)于每年圖書館新購(gòu)圖書，無(wú)法知道實(shí)際的借閱量及使用率。

（3）利用現(xiàn)有門禁系統(tǒng)收集信息難點(diǎn)

①宿舍門禁只對(duì)學(xué)生進(jìn)行身份識(shí)別、統(tǒng)計(jì)，僅作為安防需求，并沒有對(duì)學(xué)生晚歸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；②圖書館門禁也只作為進(jìn)出標(biāo)志，并沒有對(duì)學(xué)生進(jìn)行在館時(shí)間統(tǒng)計(jì)；③對(duì)進(jìn)出圖書館的學(xué)生無(wú)法直觀進(jìn)行分學(xué)院統(tǒng)計(jì)人數(shù)并顯示；④無(wú)法直觀顯示每小時(shí)進(jìn)出圖書館學(xué)生人數(shù)。

3 程序運(yùn)行界面效果

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖設(shè)計(jì)

該平臺(tái)以數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)為核心，以聯(lián)機(jī)分析處理技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)（結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)，使用數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)從大型數(shù)據(jù)集中提取有用信息和知識(shí)的技術(shù)[7]）為手段，整合相關(guān)系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，分析并挖掘數(shù)據(jù)隱藏關(guān)系，獲取有利信息，為校領(lǐng)導(dǎo)提供決策支持。

本決策支持系統(tǒng)包含5個(gè)部分，分別是數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理、聯(lián)機(jī)分析處理服務(wù)、前端工具與應(yīng)用、決策支持應(yīng)用。系統(tǒng)架構(gòu)展示圖如圖2所示。數(shù)據(jù)清洗是令數(shù)據(jù)在一致性（Consistency）、最小性（Minimali?ty）、完整性（Completeness）和正確性（Correctness）四個(gè)指標(biāo)滿足上達(dá)到最優(yōu)[8]，然后按照主題進(jìn)行重新組織，構(gòu)建數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。

圖2 數(shù)據(jù)分析與展示平臺(tái)總體架構(gòu)圖

聯(lián)動(dòng)處理，以預(yù)警的形式向相關(guān)管理人員和學(xué)生傳遞信息。例如，某學(xué)生申請(qǐng)了獎(jiǎng)學(xué)金，但經(jīng)過分析其各科成績(jī)數(shù)據(jù)，挖掘出該學(xué)生某門課程并不符合相關(guān)條件，那么數(shù)據(jù)挖掘模型則向獎(jiǎng)學(xué)金管理系統(tǒng)產(chǎn)生預(yù)警信讓獎(jiǎng)學(xué)金系統(tǒng)作相應(yīng)處理。聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.2 平臺(tái)搭建環(huán)境

（1）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

校園一卡通系統(tǒng)在使用的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。此類信息要求極高的安全性，來(lái)防止信息外泄、信息丟失或非法訪問[9]。為了安全考慮，需要在外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)之間架設(shè)防火墻，以保證系統(tǒng)服務(wù)器與外網(wǎng)訪問之間的隔斷，進(jìn)而保護(hù)服務(wù)器的訪問安全，并利用交換機(jī)來(lái)劃分虛擬子網(wǎng)（VLAN）。

圖3 數(shù)據(jù)挖掘與其他應(yīng)用系統(tǒng)之間聯(lián)動(dòng)

上海電機(jī)學(xué)院數(shù)據(jù)共享平臺(tái)核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)拓?fù)鋱D如圖4所示。

圖4 核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)拓?fù)鋱D

（2）實(shí)施環(huán)境

準(zhǔn)備了兩臺(tái)服務(wù)器，一個(gè)用做數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)服務(wù)器，另一個(gè)用做應(yīng)用平臺(tái)服務(wù)器，如表1和表2所示。

3.3 項(xiàng)目實(shí)施工具

表3 實(shí)施工具詳細(xì)版本

4 數(shù)據(jù)分析與展示平臺(tái)

平臺(tái)主要分為三大板塊：預(yù)警系統(tǒng)、校園卡系統(tǒng)和圖書系統(tǒng)。高校信息化從以管理信息化為核心的數(shù)字校園轉(zhuǎn)型為以服務(wù)用戶為核心的智慧校園已是大勢(shì)所趨[10]。該數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的建設(shè)，不僅僅限于可以獲取到大量的數(shù)據(jù)信息，更重要的是在于通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的加工整理和聚類分析，提煉出很多有價(jià)值的信息[11]。利用這些信息既可實(shí)現(xiàn)高校的智能化管理，圖書館資源的優(yōu)化和后勤服務(wù)質(zhì)量的提升，又可促進(jìn)學(xué)校未來(lái)的可持續(xù)發(fā)展[12]。最重要的是可以在發(fā)現(xiàn)知識(shí)的過程中進(jìn)行很好的人機(jī)交互[13]。系統(tǒng)提供查詢、統(tǒng)計(jì)、預(yù)警三個(gè)功能[14]。

整體展示如圖5所示（日期為2017年3月15）。

圖5 數(shù)據(jù)與分析平臺(tái)總體展示

4.1 預(yù)警系統(tǒng)

消費(fèi)預(yù)警（截止昨天連續(xù)10天未消費(fèi)）、圖書預(yù)警（近3個(gè)月無(wú)借閱記錄）、pos預(yù)警（近3天無(wú)消費(fèi)記錄）、醫(yī)務(wù)預(yù)警（昨天掛號(hào)人數(shù)）、低消費(fèi)預(yù)警（近12個(gè)月消費(fèi)低于平均水平的學(xué)生分布）、學(xué)生預(yù)警（按輔導(dǎo)員分類，截止昨天連續(xù)10天未消費(fèi)）、學(xué)生晚歸統(tǒng)計(jì)（晚上10點(diǎn)至第二天早上4點(diǎn)）。

表1 數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)環(huán)境

表2 應(yīng)用平臺(tái)環(huán)境

以學(xué)生預(yù)警為例，以圖表直觀顯示，如圖6所示。

圖6 學(xué)生預(yù)警（按輔導(dǎo)員分類）

4.2 校園卡系統(tǒng)

以地圖形式展示學(xué)生生源地分布信息，按年級(jí)、按學(xué)院分別統(tǒng)計(jì)學(xué)生一周、兩周、一個(gè)月的早、中、晚餐以及夜宵消費(fèi)信息展示，可以對(duì)四個(gè)年級(jí)的學(xué)生進(jìn)行一周、兩周、一個(gè)月的早、中、晚餐以及夜宵消費(fèi)信息對(duì)比，各個(gè)食堂、窗口在一周、兩周、一個(gè)月的消費(fèi)次數(shù)、金額展示，可以看出哪個(gè)食堂最受歡迎，精確統(tǒng)計(jì)出食堂就餐高峰。

以一周前二食堂二樓午餐就餐高峰為例，如圖7所示。

圖7 一周前臨港校區(qū)第二食堂二樓午餐消費(fèi)人次/5分鐘

3.3 圖書系統(tǒng)

館藏圖書（按中圖法）分類、館藏圖書（按類型）分類、超期未還圖書（按中圖法）分類、圖書采購(gòu)量（按年）分類、圖書借閱量（按學(xué)院）分類（學(xué)生+教師）、圖書借閱量（按年級(jí)）分類、臨港校區(qū)、閔行校區(qū)過去24小時(shí)門禁出入人次（僅學(xué)生）、圖書館門禁出入人次（分學(xué)院）、在圖書館時(shí)間分布、圖書借閱量分布（過去24小時(shí)）、各位館員工作量統(tǒng)計(jì)（自助多，人工少）、分部門圖書借閱（教師，一周、兩周、一個(gè)月）、分學(xué)院圖書借閱（學(xué)生，一周、兩周、一個(gè)月）、統(tǒng)計(jì)熱點(diǎn)圖書（一周、兩周、一個(gè)月）、分年級(jí)、班級(jí)、專業(yè)、學(xué)院借閱量（一周、兩周、一個(gè)月）、班級(jí)借閱（月）統(tǒng)計(jì)、圖書利用率分析（一周、兩周、一個(gè)月，借閱次數(shù)比上在館數(shù)量）、新購(gòu)圖書借閱。

以分專業(yè)借閱次數(shù)統(tǒng)計(jì)（一周）為例，對(duì)借閱次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以明顯看出“機(jī)械”、“機(jī)電”、“電氣”專業(yè)借閱量大，如圖8所示。

圖8 分專業(yè)借閱次數(shù)統(tǒng)計(jì)（一周）

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)一卡通相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，不僅使得原有數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，而且數(shù)據(jù)展示更加人性化、便捷化、直觀化，有效提升了學(xué)校的信息化管理水平。建設(shè)信息系統(tǒng)應(yīng)用體系、信息安全體系以及技術(shù)服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)與上級(jí)數(shù)據(jù)中心的無(wú)縫對(duì)接。建立大數(shù)據(jù)和小數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，提高學(xué)校的管理水平和決策支持水平。通過對(duì)一卡通數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)并掌握學(xué)生就餐、消費(fèi)、圖書借閱、出入宿舍的活動(dòng)規(guī)律，可以幫助學(xué)校提升后勤、教務(wù)、圖書館等多個(gè)部門的管理水平。能夠滿足從業(yè)務(wù)處理，到中層管理的控制，最終達(dá)到為領(lǐng)導(dǎo)決策提供決策支持的目的。

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Abstract：With effective integration and optimization to variety of resources,the campus card system makes efficient allocation and full use of campus information.Over the years,the campus card system has accumulated a lot of data which hide great value.How to dig out useful information from these data has become a major research topic.It is of great significance for colleges and universities to carry out the analysis of the be?havior of the card users based on the basic data of the card business system.At present,the application of big data in the field of education is mainly concentrated in the field of teaching,but the research in the field of student management is less.In this paper,by analyzing the data produced by the campus card,data analysis and display platform was built in Shanghai Dianji University.The processing was as fol?lows:First,through data extraction,transformation,cleaning,the data warehouse was built.Then,data mining was carried out.Finally,the data was analyzed by the formation of front-end tools and data analysis report.The platform can provide decision support services for the leadership and management,which has important practical significance and broad application prospects.

Keywords：Big Data;Campus Card;Data Analysis;Platform

Construction of Data Analysis and Display Platform Based on Campus Card

LU Peng-wei
（Informatization Office,Shanghai Dianji University,Shanghai 201306）

1007-1423（2017）25-0062-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.25.016

魯鵬薇（1989-），女，河南焦作人，碩士研究生，初級(jí)工程師，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘、多媒體技術(shù)

2017-06-13

2017-08-25