數(shù)字化背景下高校智慧校園系統(tǒng)架構(gòu)研究

劉珍

摘?要：國(guó)家大力推動(dòng)智慧校園的發(fā)展，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算、人工智能、5G技術(shù)等新一代信息技術(shù)發(fā)展，這是對(duì)智慧校園的有力推動(dòng)。各大高校積極開(kāi)展智慧校園應(yīng)用，但高校智慧校園存在高?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)整體水平不高、校園數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象、校園數(shù)據(jù)的價(jià)值尚未充分挖掘、復(fù)雜分散的IT運(yùn)維等問(wèn)題。本文提出智慧校園系統(tǒng)架構(gòu)由硬件基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)、數(shù)據(jù)平臺(tái)支撐系統(tǒng)、智慧校園應(yīng)用系統(tǒng)、終端展示系統(tǒng)4部分組成。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化智慧校園系統(tǒng)架構(gòu)

中圖分類號(hào)：G4?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.08.079

1?引言

1.1?國(guó)家大力推動(dòng)智慧校園的發(fā)展

《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》提出在2022年“三全兩高一大”的發(fā)展目標(biāo)，目前基本實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)應(yīng)用覆蓋全體適齡學(xué)生、教學(xué)應(yīng)用覆蓋全體教師、數(shù)字校園建設(shè)覆蓋全體學(xué)校，師生信息素養(yǎng)和信息化應(yīng)用水平得到普遍提高?！吨袊?guó)教育現(xiàn)代化2035》第八條中提到在信息化時(shí)代，要加強(qiáng)教育變革，統(tǒng)籌建設(shè)智能化校園，校園管理、教學(xué)與服務(wù)平臺(tái)要一體化和智能化，通過(guò)現(xiàn)代技術(shù)推動(dòng)人才培養(yǎng)模式改革。

1.2?新技術(shù)對(duì)智慧校園發(fā)展的推動(dòng)

智慧校園以數(shù)字化校園為基礎(chǔ)，有效地利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、云計(jì)算、人工智能、5G技術(shù)等新一代信息技術(shù)發(fā)展進(jìn)行全方位的校園建設(shè)，從而推動(dòng)科學(xué)決策、構(gòu)建良好開(kāi)放的教學(xué)環(huán)境，為全校師生提供更加舒適便利的生活、工作、學(xué)習(xí)場(chǎng)所。

1.3?高校積極開(kāi)展智慧校園應(yīng)用

學(xué)校的信息化建設(shè)水平已經(jīng)成為衡量學(xué)?！败泴?shí)力”的重要依據(jù)。浙江大學(xué)是最早一批開(kāi)展智慧校園建設(shè)，以云計(jì)算為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)科研融合創(chuàng)新、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)無(wú)處不在、校園文化豐富多彩、校務(wù)治理透明高效和校園生活方便周到。南京郵電大學(xué)以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，整合學(xué)校的內(nèi)部信息資源，進(jìn)行校園建設(shè)分析，通過(guò)信息資源建設(shè)等進(jìn)行信息的資源共享，構(gòu)建出新型的智慧化校園服務(wù)平臺(tái)，為校園管理提供便利。大多數(shù)高校均已建成刷臉入校、入宿舍或入圖書館的門禁系統(tǒng)，為校園安全提供有力保障。無(wú)人零售、智能結(jié)算系統(tǒng)也成為便利校園生活的重要應(yīng)用。新冠疫情期間，物流機(jī)器人等無(wú)接觸配送方式開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于高校中，我們國(guó)家實(shí)現(xiàn)了“停課不停學(xué)”，這都得益于近幾年國(guó)家的教育信息化建設(shè)，學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量得到了穩(wěn)步提高。

2?智慧校園的內(nèi)涵

美國(guó)IBM公司的CEO彭明盛在2008年演講提出了“智慧地球”概念。奧巴馬于2009年就任美國(guó)總統(tǒng)后，對(duì)這一概念給出了應(yīng)和，智慧系列建設(shè)不斷開(kāi)展，智慧城市、智慧社區(qū)、智慧校園等全新的概念被提出。我國(guó)2018年6月發(fā)布《智慧校園總體框架》提到智慧校園是物理空間和信息空間的有機(jī)結(jié)合，方便用戶能夠在任何時(shí)間和地點(diǎn)都能便捷獲取資源與服務(wù)，通過(guò)云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)等核心技術(shù)，任何人隨時(shí)隨地都能便捷地實(shí)現(xiàn)資源和服務(wù)共享。高校智慧校園的主要特征有泛在互聯(lián)、開(kāi)放共享、全面感知、統(tǒng)一管理、高效服務(wù)、融合創(chuàng)新。

3?智慧校園發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題

3.1?高?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)整體水平不高

高校基礎(chǔ)設(shè)施沒(méi)有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃，線路、設(shè)備年久失修，無(wú)線校園網(wǎng)覆蓋率低，網(wǎng)絡(luò)帶寬效，訪問(wèn)速度慢，新技術(shù)發(fā)展存在瓶頸。當(dāng)前高校基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)主要存在硬件資源浪費(fèi)，在設(shè)計(jì)時(shí)候按照應(yīng)用的高峰來(lái)進(jìn)行規(guī)劃；運(yùn)維成本高，學(xué)校急劇擴(kuò)招和新應(yīng)用系統(tǒng)大量增加，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、存儲(chǔ)的設(shè)備、服務(wù)器數(shù)量迅速增加，占地空間、電力供應(yīng)、散熱制冷設(shè)備等運(yùn)維成本大量上升；校園網(wǎng)絡(luò)速度慢，目前高校校園內(nèi)主要覆蓋的是4G網(wǎng)絡(luò)和WIFI5網(wǎng)絡(luò)，由于校園的人全使用手機(jī)和電腦的時(shí)間段相對(duì)密集，時(shí)間點(diǎn)相對(duì)集中，手機(jī)、電腦等網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備相對(duì)較多，在平時(shí)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)產(chǎn)生一定的卡頓現(xiàn)象。

3.2?校園數(shù)據(jù)存在孤島現(xiàn)象

校園建設(shè)中不斷增加各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)，老師和學(xué)生在處理不同的信息和數(shù)據(jù)時(shí)需要通過(guò)多個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)來(lái)進(jìn)行處理，缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，包括代碼標(biāo)準(zhǔn)、編碼標(biāo)準(zhǔn)、接口標(biāo)準(zhǔn)等方面，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的多余，使得信息資源無(wú)法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一高效利用同時(shí)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)共建共享，使得師生在進(jìn)行信息獲取和信息利用中產(chǎn)生了數(shù)據(jù)重復(fù)結(jié)果不變等多個(gè)問(wèn)題。各個(gè)部門獨(dú)立建設(shè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)之間存在壁壘，形成數(shù)據(jù)孤島，影響數(shù)據(jù)的整合和流動(dòng)，同一個(gè)數(shù)據(jù)在不同子系統(tǒng)重復(fù)存在，促使數(shù)據(jù)不一致。數(shù)據(jù)還停留在簡(jiǎn)單堆砌階段，數(shù)據(jù)分析程度不高，數(shù)據(jù)沒(méi)有進(jìn)行深度的清洗，根本沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)凝聚及數(shù)據(jù)建模。

3.3?校園數(shù)據(jù)的價(jià)值沒(méi)有充分挖掘

學(xué)校的數(shù)據(jù)有體育成績(jī)、考試成績(jī)、考勤記錄、選課信息、圖書借閱記錄、一卡通消費(fèi)記錄等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也有上網(wǎng)行為數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)、活動(dòng)軌跡等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)沒(méi)有得到重視，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析并能進(jìn)行相關(guān)輔助決策，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)都需要，兩類數(shù)據(jù)結(jié)合到一起，進(jìn)行分析和處理，才能發(fā)揮數(shù)據(jù)的積累效應(yīng)。大多數(shù)學(xué)校沒(méi)有非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理的經(jīng)驗(yàn)，缺乏非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采集、分析工具，當(dāng)前需要改變對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的認(rèn)識(shí)，發(fā)掘非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)平臺(tái)。

3.4?復(fù)雜分散的IT運(yùn)維

學(xué)校IT分散式管理導(dǎo)致管理缺乏系統(tǒng)性，不同的運(yùn)維人員負(fù)責(zé)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、中間件和數(shù)據(jù)庫(kù)，出現(xiàn)故障后存在定位時(shí)間長(zhǎng)、責(zé)任不清的問(wèn)題，甚至依賴極個(gè)別技術(shù)較強(qiáng)的運(yùn)維技術(shù)人員。IT運(yùn)維管理沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的監(jiān)控，一般采用半自動(dòng)、手工的方式，運(yùn)維技術(shù)人員每天進(jìn)行大量、低效率工作，對(duì)網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)和中間件實(shí)施分開(kāi)監(jiān)測(cè)，多數(shù)是被動(dòng)的響應(yīng)。運(yùn)維制度不完善，缺乏規(guī)范的運(yùn)維報(bào)告，缺少合適的跟蹤和處理機(jī)制，沒(méi)有及時(shí)報(bào)告事件，也不能及時(shí)響應(yīng)事件，跟蹤處理也存在問(wèn)題。缺乏IT運(yùn)維的績(jī)效考核標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)不完整而且分散，歷史數(shù)據(jù)很難進(jìn)行查看、存檔，分析和統(tǒng)計(jì)。

4?數(shù)字化背景下高校智慧校園系統(tǒng)架構(gòu)

由硬件基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)、數(shù)據(jù)平臺(tái)支撐系統(tǒng)、智慧校園應(yīng)用系統(tǒng)、終端展示系統(tǒng)4部分組成。硬件基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)包含信息化基礎(chǔ)設(shè)施、服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)等。數(shù)據(jù)平臺(tái)支撐系統(tǒng)為智慧校園的各種應(yīng)用提供驅(qū)動(dòng)和支撐，包含數(shù)據(jù)的處理、數(shù)據(jù)的交換、數(shù)據(jù)的服務(wù)、統(tǒng)一接口及支撐平臺(tái)。智慧校園應(yīng)用系統(tǒng)是智慧校園具體體現(xiàn)，分為教學(xué)資源、教學(xué)環(huán)境、校園服務(wù)和校園管理四個(gè)部分，為社會(huì)公眾和師生員工提供泛在的服務(wù)。終端展示系統(tǒng)由門戶網(wǎng)站、短信微信平臺(tái)、多屏發(fā)布及移動(dòng)APP組成。

4.1?硬件基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層是高校智慧校園建設(shè)第一階段，提供通訊網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)感知和數(shù)據(jù)匯聚存儲(chǔ)，為智慧校園的各種應(yīng)用提供基礎(chǔ)支持，是整個(gè)智慧校園系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)層。通訊網(wǎng)絡(luò)包括有線網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)、傳感網(wǎng)、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)、VPN虛擬專網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是物物相聯(lián)的互聯(lián)網(wǎng)，傳感技術(shù)主要通過(guò)射頻識(shí)別技術(shù)、紅外感應(yīng)、編碼技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)和全球定位等技術(shù)，利用傳感器感知圖像、聲、位移、電、光等，并將其轉(zhuǎn)移成電信號(hào)輸出至平臺(tái)，感知教學(xué)活動(dòng)場(chǎng)景、學(xué)習(xí)者當(dāng)前狀態(tài)、教學(xué)場(chǎng)所環(huán)境等基本信息，通過(guò)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施傳遞到校園支撐平臺(tái)系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)上大力支持校園管理。數(shù)據(jù)庫(kù)是學(xué)校海量數(shù)據(jù)收集和存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括媒體數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶數(shù)據(jù)庫(kù)和服務(wù)器。

4.2?數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)層

數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)層主要是由統(tǒng)一用戶平臺(tái)、統(tǒng)一認(rèn)證平臺(tái)組成。統(tǒng)一用戶平臺(tái)針對(duì)不同的用戶需求，設(shè)定統(tǒng)一的管理平臺(tái)，提供不同的服務(wù)，滿足用戶的個(gè)性化需求和分級(jí)管理。統(tǒng)一的認(rèn)證平臺(tái)主要包括系統(tǒng)功能建設(shè)、統(tǒng)一授權(quán)管理、統(tǒng)一接口管理3個(gè)方面，系統(tǒng)功能建設(shè)為系統(tǒng)提供統(tǒng)一的單點(diǎn)登錄支撐，兼容多種認(rèn)證形式。統(tǒng)一的授權(quán)管理是用戶能夠進(jìn)行統(tǒng)一登錄多方面授權(quán)，追求多種認(rèn)

證方式和權(quán)限管理模式平臺(tái)。統(tǒng)一的接口管理就是讓系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一的連接，從而增強(qiáng)跨系統(tǒng)的操作性，該架構(gòu)主要是通過(guò)注冊(cè)登記和統(tǒng)一響應(yīng)，從而有效地方便用戶在系統(tǒng)之間的跳轉(zhuǎn)應(yīng)用。

4.3?智慧校園應(yīng)用層

智慧校園應(yīng)用層是智慧校園建設(shè)第三階段，是智慧校園具體應(yīng)用的主要體現(xiàn)。

智慧教學(xué)系統(tǒng)中，老師可以通過(guò)各種線上教學(xué)平臺(tái)提供教學(xué)資源，優(yōu)化課程設(shè)計(jì)和完善課程教學(xué)內(nèi)容，通過(guò)智能化手段自動(dòng)地對(duì)學(xué)生的到課情況進(jìn)行記錄，課堂上進(jìn)行各種形式的互動(dòng)，老師根據(jù)學(xué)生的評(píng)論留言進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的優(yōu)化。智慧教學(xué)通過(guò)高清的視頻采集器和高速的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，將現(xiàn)實(shí)課堂和虛擬課堂結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)。智慧教學(xué)可以實(shí)現(xiàn)在線面授教學(xué)、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)教學(xué)、遠(yuǎn)程面試與答辯、網(wǎng)絡(luò)直播教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)考試、課程實(shí)時(shí)錄播等功能，可以進(jìn)行教學(xué)、考試和會(huì)議。

平安校園系統(tǒng)建設(shè)中，存在校園客體個(gè)性的復(fù)雜化、校園客體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的誘惑化、校園客體社會(huì)環(huán)境的多樣化等特點(diǎn)。通過(guò)傳感器、視頻監(jiān)控等感知設(shè)備，完成人、物、環(huán)境等重點(diǎn)區(qū)域、關(guān)鍵部位監(jiān)測(cè)控制和安全防控監(jiān)測(cè)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、專網(wǎng)、無(wú)線通信網(wǎng)進(jìn)行傳輸，后臺(tái)收集、存儲(chǔ)相關(guān)信息，進(jìn)行可視化、實(shí)境化展示，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園安全的監(jiān)控和實(shí)境化管理。視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)校園視頻高清監(jiān)控、事故發(fā)生實(shí)時(shí)報(bào)警、消防報(bào)警、人和車的雙重門禁，不放過(guò)校園的任何一個(gè)死角。門禁系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線射頻技術(shù)（RFID）、紅外感知系統(tǒng)等能很好地滿足大學(xué)生日常需求又兼顧安全。建立科學(xué)、合理的預(yù)警系統(tǒng)，健全預(yù)案，應(yīng)對(duì)隨時(shí)可能出現(xiàn)的突發(fā)事件，駕馭復(fù)雜多變的形勢(shì)。學(xué)校也要建立安防管理體系，最大程度上建立完美的消防系統(tǒng)體系，進(jìn)行消防監(jiān)控和演練。

智慧校園綜合管理系統(tǒng)包含資產(chǎn)管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、協(xié)同辦公系統(tǒng)、科研管理系統(tǒng)、輔助決策系統(tǒng)組成。協(xié)同辦公系統(tǒng)進(jìn)行文件收發(fā)、會(huì)議召開(kāi)等多方內(nèi)容，將用戶客戶端與移動(dòng)端進(jìn)行有效地整合，用戶通過(guò)該平臺(tái)處理各項(xiàng)管理類事務(wù)。財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)主要包括教職工的工資查詢、學(xué)生的各種費(fèi)用和經(jīng)費(fèi)預(yù)算報(bào)銷等。資產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從使用到報(bào)廢的智能化流程管理，可以簡(jiǎn)化手續(xù)、減少繁雜表冊(cè)，提高管理的效率、減少成本、增強(qiáng)使用效率。對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)化的管理和智能化的監(jiān)控，日常使用按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行流程管理，在系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)流程的審批，記錄各個(gè)環(huán)節(jié)記錄。智慧科研服務(wù)系統(tǒng)會(huì)涉及課題申報(bào)、項(xiàng)目跟進(jìn)、成果匯總等多方面的內(nèi)容，具有大量繁瑣的信息收集整理的工作，在成果模塊中可以通過(guò)成果名稱成果、作者成果開(kāi)始年份和結(jié)束年份多種方式來(lái)進(jìn)行檢索。

輔助決策系統(tǒng)對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地分析與整理，對(duì)學(xué)校的教學(xué)、科研、社會(huì)服務(wù)等多個(gè)方面形成系統(tǒng)化的展示，領(lǐng)導(dǎo)可以通過(guò)詞條類目、關(guān)鍵詞，設(shè)置類別、時(shí)間、部門等條件，查詢想要的結(jié)果，通過(guò)多種形式發(fā)布及輸出，對(duì)需要監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)指標(biāo)定義預(yù)警閾值并提供紅黃綠燈的警示模式，多角度對(duì)科研、教學(xué)、管理等數(shù)據(jù)，進(jìn)行趨勢(shì)、結(jié)構(gòu)和相關(guān)性分析，得到前瞻性的信息，得到定制化的報(bào)表總結(jié)，如教學(xué)活動(dòng)反饋周報(bào)、到課率日?qǐng)?bào)、科研月報(bào)等。

4.4?應(yīng)用終端展示層

應(yīng)用終端展示系統(tǒng)是智慧校園入口及用戶使用窗口，不同用戶可通過(guò)手機(jī)、PC、平板、智慧屏等多種終端，利用有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等接入服務(wù)，進(jìn)行單點(diǎn)登錄和統(tǒng)一認(rèn)證，享受綜合的校園應(yīng)用。包括用戶和接入訪問(wèn)2個(gè)方面，用戶可以分成教職工用戶、學(xué)生用戶、社會(huì)服務(wù)用戶、領(lǐng)導(dǎo)服務(wù)用戶等不同用戶身份。接入訪問(wèn)包括門戶網(wǎng)站、短信微信平臺(tái)、多屏發(fā)布及移動(dòng)APP，門戶是校園網(wǎng)站是校園風(fēng)采展示的重要內(nèi)容，同時(shí)也是對(duì)外展示的重要平臺(tái)，保持嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范的建設(shè)作風(fēng)，展示學(xué)校的風(fēng)采；多屏發(fā)布要符合主旋律，篩選時(shí)效性較強(qiáng)的信息；移動(dòng)APP可以實(shí)現(xiàn)線上打卡、信息收集等。

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