基于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)源的高校決策支持服務(wù)平臺(tái)研究

錢源 施佺

摘 ? 要：文章以高校多源異構(gòu)數(shù)據(jù)源為基礎(chǔ)、需求概要分析為驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)集成和可視化技術(shù)為支撐，分析了當(dāng)前高校業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合存在的困難及解決策略，設(shè)計(jì)了高校決策支持服務(wù)平臺(tái)體系架構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)了部分業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成和可視化展示。實(shí)踐證明，數(shù)據(jù)已經(jīng)成為當(dāng)今時(shí)代非常重要的財(cái)富，數(shù)據(jù)中的潛在信息將成為管理決策者制定決策、預(yù)測(cè)趨勢(shì)的有力支撐。

關(guān)鍵詞：多源異構(gòu)數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)融合;決策支持系統(tǒng);可視化

中圖分類號(hào)：G647 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2020）05-0050-04

自上世紀(jì)90年代以來，我國教育信息化飛速發(fā)展，取得了令人矚目的成績，為教育現(xiàn)代化奠定了良好的基礎(chǔ)。特別是對(duì)高等院校而言，教育信息化的發(fā)展對(duì)校務(wù)工作的開展、創(chuàng)新人才的培養(yǎng)、教育理念的變革等，都產(chǎn)生了獨(dú)特的重要作用。隨著高校信息化建設(shè)由最初的規(guī)模式擴(kuò)張，如校園網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展，高校教務(wù)、科研、財(cái)務(wù)、后勤等業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與使用，校園一卡通業(yè)務(wù)的普及與擴(kuò)展等，到如今追求內(nèi)涵式發(fā)展，即如何合理配置資源、實(shí)現(xiàn)教育資源的共享，最大限度發(fā)揮大量高校信息數(shù)據(jù)的作用等，人們?nèi)找嬲J(rèn)識(shí)到高校信息化建設(shè)中進(jìn)一步提升管理與服務(wù)能力的重要性?！督逃畔⒒臧l(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》[1]提出，要進(jìn)一步整合信息資源，規(guī)范數(shù)據(jù)采集與管理流程，優(yōu)化教育管理與服務(wù)流程，支撐教育管理改革與創(chuàng)新，提高教育管理效率;要加快學(xué)校管理信息化進(jìn)程，提高管理效率與決策水平，利用信息化手段提升學(xué)校服務(wù)師生的能力和水平。因此，針對(duì)高校信息化建設(shè)中日益累積的龐大數(shù)據(jù)，如何合理整合并利用這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享互通，提高數(shù)據(jù)利用率，使簡單的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)轉(zhuǎn)化為潛在的知識(shí)服務(wù)，為業(yè)務(wù)部門和決策者提供合理的決策支持，逐漸成為高等院校信息化建設(shè)的新課題和新重點(diǎn)。

一、多源數(shù)據(jù)融合的范圍和目標(biāo)

隨著高校信息化建設(shè)的不斷發(fā)展，高校信息管理系統(tǒng)的建設(shè)日趨成熟，對(duì)于管理的要求也不斷提升。隨著移動(dòng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云技術(shù)等高新技術(shù)在高校的應(yīng)用，相關(guān)數(shù)據(jù)成倍增長，高校亦跟隨時(shí)代潮流進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代。[2]大數(shù)據(jù)時(shí)代下高校信息化建設(shè)應(yīng)更加適應(yīng)綜合化、數(shù)字化、個(gè)性化的發(fā)展趨勢(shì)，“以數(shù)據(jù)為核心、以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)革新”的發(fā)展模式，為用戶提供精準(zhǔn)分析并滿足其個(gè)性化需求。[3]

高校信息化建設(shè)的現(xiàn)階段，各類信息管理系統(tǒng)中匯聚著大量數(shù)據(jù)，按用戶角色分類，可分為學(xué)生數(shù)據(jù)和教師數(shù)據(jù)，學(xué)生數(shù)據(jù)包括個(gè)人基本信息、一卡通消費(fèi)數(shù)據(jù)、圖書館借閱數(shù)據(jù)、課程成績數(shù)據(jù)、評(píng)教數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)等，教師數(shù)據(jù)包括職稱數(shù)據(jù)、教學(xué)任務(wù)數(shù)據(jù)、上下班打卡數(shù)據(jù)、校園卡消費(fèi)數(shù)據(jù)、論文項(xiàng)目等科研數(shù)據(jù)、資產(chǎn)數(shù)據(jù)等。按數(shù)據(jù)來源分類，主要有四類：[4]①管理類數(shù)據(jù)，如教務(wù)管理系統(tǒng)中的學(xué)生基本信息及成績數(shù)據(jù)、校園一卡通系統(tǒng)中的上網(wǎng)數(shù)據(jù)及消費(fèi)數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)多以結(jié)構(gòu)化的形式存儲(chǔ)在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中;②行為類數(shù)據(jù)，包括教學(xué)過程中教師和學(xué)生產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，如網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過程中，教師發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)，進(jìn)行在線指導(dǎo)、評(píng)價(jià)與激勵(lì)，學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)時(shí)間、在線學(xué)習(xí)任務(wù)完成度、信息交流互動(dòng)等行為數(shù)據(jù);③科研類數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)主要來源于教師自主填報(bào)，或外部數(shù)據(jù)庫獲取;④資源類數(shù)據(jù)，包括課件、案例、試卷、媒體素材等，這類數(shù)據(jù)多以文本、音視頻等非結(jié)構(gòu)化的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。

上述數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量龐大、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、產(chǎn)生頻率快，且大多來源于不同的信息管理系統(tǒng)，看似零散、無關(guān)聯(lián)，但是在大數(shù)據(jù)時(shí)代，如果能整合好這些多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，就能為高校在教學(xué)、招生、科研、就業(yè)等方面提供很大的決策支持：[5]①從數(shù)據(jù)自身角度而言，多源數(shù)據(jù)融合能夠在不影響信息管理系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的共享互通，滿足部門間的數(shù)據(jù)交叉查詢，提高報(bào)表的運(yùn)行速度和訪問效率;多源數(shù)據(jù)融合形成的數(shù)據(jù)池，有助于對(duì)高校大數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和管理，實(shí)現(xiàn)多維度的數(shù)據(jù)交叉分析和數(shù)據(jù)挖掘分析。②從決策支持服務(wù)的角度而言，基于多源數(shù)據(jù)融合的數(shù)據(jù)分析服務(wù)，能夠?yàn)閷W(xué)校領(lǐng)導(dǎo)提供全局性的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和決策支持，為高校的教師管理、學(xué)生管理、教學(xué)管理、人事管理、科研管理等提供有價(jià)值的參考信息，有更多的依據(jù)來進(jìn)行各項(xiàng)決策計(jì)劃的制訂和管理。

二、多源數(shù)據(jù)融合存在的問題和解決策略

信息化建設(shè)為高校的管理與服務(wù)提供了諸多便利，但因此而產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)也給高校帶來了新的難題，高校數(shù)據(jù)服務(wù)存在的問題主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.規(guī)劃部署未統(tǒng)一

高校體系復(fù)雜，部門眾多，信息化建設(shè)初期，很少有高校一開始就有系統(tǒng)且系統(tǒng)完善的部署規(guī)劃，因此導(dǎo)致了各部門之間的信息管理系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，信息化程度和水平參差不齊。[6]一所高校內(nèi)部的不同部門，有些信息管理系統(tǒng)由內(nèi)部員工自行開發(fā)，有些則由外部購入，技術(shù)框架、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、安全接口等不盡相同。因此在高校計(jì)劃集成信息管理系統(tǒng)，或?qū)Ω咝４髷?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理使用的時(shí)候，就面臨了很大的難題。

2.技術(shù)應(yīng)用困難多

信息管理系統(tǒng)所采用的開發(fā)環(huán)境、技術(shù)架構(gòu)不同，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，造成了信息管理系統(tǒng)集成性差、系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)難以互通共享的問題。從安全性的角度出發(fā)，如果部門間的數(shù)據(jù)交換，或全局性的數(shù)據(jù)分析，需要多次導(dǎo)出各部門的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，勢(shì)必造成數(shù)據(jù)庫的負(fù)擔(dān)，對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)安全造成一定的威脅。如何整合不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)一的模式方便數(shù)據(jù)處理，并且不對(duì)各系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫造成負(fù)擔(dān)和威脅，是必須解決的技術(shù)問題。

3.服務(wù)需求不明確

近年來各高校已逐步開展各類教育大數(shù)據(jù)分析服務(wù)，但往往由于需求分析不充分、全局性規(guī)劃不完善、技術(shù)方法不到位，使數(shù)據(jù)分析服務(wù)難以滿足用戶需求，且難以大規(guī)模實(shí)施應(yīng)用。高校管理越來越精細(xì)化，個(gè)性化需求越來越強(qiáng)烈，[7]落實(shí)到實(shí)際應(yīng)用時(shí)大多伴隨著復(fù)雜化、多樣化的特點(diǎn)，如何根據(jù)需求的變化，演化數(shù)據(jù)服務(wù)的實(shí)用性、豐富性，也是需要解決的重要問題之一。

多源數(shù)據(jù)融合是指將各種源數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)集成到一個(gè)統(tǒng)一的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫，并把各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成面向主題的格式，能從異構(gòu)的數(shù)據(jù)源中定期抽取、轉(zhuǎn)換、集成所需要的數(shù)據(jù)，便于用戶訪問，并能夠從多維度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而根據(jù)分析結(jié)果提供決策支持服務(wù)。多源數(shù)據(jù)融合能夠提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性，大大提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和訪問效率，并能夠支撐多維分析，支持深度挖掘，進(jìn)行可視化展示，從宏觀角度反映學(xué)校的發(fā)展變化情況，推動(dòng)發(fā)展革新。

ETL是多源數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵，本質(zhì)是將獲取到的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為目標(biāo)系統(tǒng)所兼容的格式，并導(dǎo)入目標(biāo)數(shù)據(jù)庫。[8]由于高校信息管理系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜，數(shù)據(jù)關(guān)系錯(cuò)綜雜亂，數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)健壯的ETL系統(tǒng)。ETL主要包括抽取、轉(zhuǎn)換和加載三個(gè)步驟，具體操作流程如圖1所示。

ETL看似一個(gè)非常簡單的概念，操作流程也并不復(fù)雜，但實(shí)現(xiàn)上卻存在著大量不同的設(shè)計(jì)和技術(shù)方案。特別是對(duì)數(shù)據(jù)的概要分析，是整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施的重要前提，概要分析包括對(duì)待抽取的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)估、了解數(shù)據(jù)的格式和內(nèi)容。在實(shí)踐中，概要分析通?？梢宰R(shí)別出實(shí)際數(shù)據(jù)與期望之間的重要差別，發(fā)掘缺失文檔或數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整項(xiàng)目需求，將目標(biāo)數(shù)據(jù)中可能存在的潛在問題對(duì)項(xiàng)目的影響降到最低。

三、高校決策支持服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

所謂高校決策支持服務(wù)平臺(tái)，是整合了高校業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和前端數(shù)據(jù)應(yīng)用功能，實(shí)現(xiàn)高校大數(shù)據(jù)一體化分析和展示的解決方案。其框架主要包括源數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)訪問，如圖2所示。

1.源數(shù)據(jù)庫

高校業(yè)務(wù)范圍廣泛，各部門之間的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，源數(shù)據(jù)庫主要分布于教務(wù)、人事、科研、財(cái)務(wù)、教學(xué)、圖書館、校園卡、招生就業(yè)等核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)。在選擇源數(shù)據(jù)庫之前，先對(duì)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行需求概要分析，由于有些數(shù)據(jù)庫包含敏感信息或隱私信息，在進(jìn)行概要分析時(shí)需考慮后續(xù)訪問和獲取數(shù)據(jù)時(shí)的權(quán)限設(shè)置;確認(rèn)源數(shù)據(jù)庫的格式和內(nèi)容是否符合預(yù)期需求，或源數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)是否完整，是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，這將涉及后續(xù)操作是否能獲取到有效數(shù)據(jù);此外，某些源數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)可能存在數(shù)據(jù)混亂、需要清洗和更正的情況，此時(shí)需考慮是在源數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行更正，還是將數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入目標(biāo)數(shù)據(jù)庫后再更正。對(duì)源數(shù)據(jù)庫進(jìn)行需求概要分析，在項(xiàng)目早期是非常重要的一步，可以盡早發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中存在的潛在問題，對(duì)項(xiàng)目的順利開展意義重大。

2.數(shù)據(jù)融合

數(shù)據(jù)融合采用統(tǒng)一的ETL調(diào)度平臺(tái)，根據(jù)目標(biāo)需求，從源數(shù)據(jù)庫中選擇目標(biāo)數(shù)據(jù)，通過抽取、清洗、轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)化、加載等步驟，將數(shù)據(jù)最終加載到目標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，形成能夠?yàn)闆Q策支持服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。本研究所使用的數(shù)據(jù)主要為可以批量采集、處理的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，對(duì)需要實(shí)時(shí)采集的課堂教學(xué)互動(dòng)數(shù)據(jù)暫不做考慮。

3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)倉庫是歷史的、集成的和一致的數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存庫，用戶可以通過使用數(shù)據(jù)倉庫的各種工具提取可靠的信息，并將其用于支持決策過程。數(shù)據(jù)倉庫的設(shè)計(jì)涉及從各業(yè)務(wù)系統(tǒng)提取數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、集成數(shù)據(jù)、清除缺陷和不一致數(shù)據(jù)以及將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)倉庫的過程，并允許終端用戶訪問數(shù)據(jù)。本研究采用專門的數(shù)據(jù)集成工具以支持?jǐn)?shù)據(jù)倉庫的需求，使數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)倉庫的不同層次（操作型應(yīng)用層、數(shù)據(jù)倉庫層、商務(wù)智能層）之間流動(dòng)。

操作型應(yīng)用層包含了來自不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，涉及各種操作型數(shù)據(jù)源的協(xié)調(diào)模式，這一層是組織的核心應(yīng)用系統(tǒng)組合所在的層次。數(shù)據(jù)倉庫層是包含各種類型數(shù)據(jù)說明的一個(gè)完整集合，數(shù)據(jù)源為協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)庫提供數(shù)據(jù)，而協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)倉庫提供數(shù)據(jù)，此時(shí)數(shù)據(jù)不再依賴源數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，而是進(jìn)行格式化處理以便與整個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)格式保持一致。商務(wù)智能層專注于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)訪問，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，要適當(dāng)考慮訪問授權(quán)和訪問追蹤，以保證數(shù)據(jù)的安全性，數(shù)據(jù)訪問方面，主要考慮高效性與準(zhǔn)確性的問題。

4.數(shù)據(jù)應(yīng)用

多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合，終極目標(biāo)是利用大量可用的信息以提供決策支持。數(shù)據(jù)應(yīng)用主要涉及以下兩個(gè)方面：①多維分析。數(shù)據(jù)融合使高校業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)不再孤島式運(yùn)作，對(duì)于學(xué)生數(shù)據(jù)的分析也不再局限于單一領(lǐng)域，可以真正實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的綜合評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)的大學(xué)生綜合評(píng)價(jià)一般由成績、在校表現(xiàn)（獲獎(jiǎng)情況）等構(gòu)成，往往忽略了大學(xué)生的課外活動(dòng)情況，大學(xué)是一個(gè)微型社會(huì)，光有卓越的成績并不能完全證明是優(yōu)秀的大學(xué)生。多維分析可以實(shí)現(xiàn)包括學(xué)生成績、獲獎(jiǎng)情況、圖書借閱情況、校園卡使用情況（上網(wǎng)行為、早餐時(shí)間、生活路徑或軌跡等）等數(shù)據(jù)的分析和查詢，更加全面地了解、評(píng)估大學(xué)生。②數(shù)據(jù)挖掘。基于高校大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘可以對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)進(jìn)行多角度的分析，如學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格聚類、未來學(xué)習(xí)表現(xiàn)預(yù)測(cè)、上網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)控預(yù)警等;對(duì)教師而言，教育數(shù)據(jù)的挖掘分析有利于教師調(diào)整教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)模式，根據(jù)學(xué)生分類真正實(shí)現(xiàn)因材施教，及時(shí)關(guān)注存在潛在問題的學(xué)生等;對(duì)于管理者而言，可以從宏觀上把握高校整體情況，包括招生就業(yè)、科研、財(cái)務(wù)、人事等，都可以進(jìn)行有效且及時(shí)的宏觀把控，為高校決策提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。

5.用戶訪問

用戶訪問為用戶提供對(duì)數(shù)據(jù)倉庫的瀏覽、請(qǐng)求、存取等服務(wù)，本研究主要使用可視化軟件為用戶提供可視化展示。圖3和圖4分別是高校招生數(shù)據(jù)和科研數(shù)據(jù)的可視化展示，使用Tableau軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化功能，該軟件有一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)，即可視化展現(xiàn)的同時(shí)，用戶可以與數(shù)據(jù)進(jìn)行互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)聚焦、數(shù)據(jù)詳情展示等操作，并能夠根據(jù)數(shù)據(jù)倉庫中數(shù)據(jù)的更新變化實(shí)時(shí)更新可視化效果，保證數(shù)據(jù)展示的時(shí)效性和高效性。

四、總結(jié)與展望

大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，對(duì)高校數(shù)據(jù)的分析挖掘和使用已經(jīng)非常普遍，但大部分研究主要集中于單一業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如學(xué)生在線學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)分析、學(xué)生成績數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析等。本研究以多源異構(gòu)數(shù)據(jù)源為基礎(chǔ)，使用數(shù)據(jù)集成方法將各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，為高校決策發(fā)展提供更為強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。該服務(wù)平臺(tái)并不是簡單的數(shù)據(jù)堆積、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，而是以需求概要分析為驅(qū)動(dòng)，根據(jù)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)產(chǎn)生的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)抽取和集成，在數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方面根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求，進(jìn)行可視化展示的不斷調(diào)整和更新。

目前，由于高校業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的復(fù)雜性和多樣性，以及部分業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的權(quán)限設(shè)置，尚不能實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)的集成和展示。但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步、需求的不斷增加，該服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)范圍和功能將不斷完善和改進(jìn)。

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（編輯：王天鵬）