基于大数据的组态化智慧校园建设探讨

赵海波

摘 要 分析了高等学校信息化发展状况及智慧校园建设的需求和目标，以及当前流行的技术体系。以高等学校业务系统为基础，设计了高等学校智慧校园的组态化体系架构，该架构综合运用了当前流行的云计算、物联网、云计算等技术，提出的不同高等学校在建设智慧校园进程中依据不同阶段需求进行组态化选择的建设模式，具有很好的借鉴意义。

关键词 智慧校园；组态化；大数据；物联网

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）208-0072-03

1 高等学校信息化发展状况

1.1 我国高等学校信息化建设情况

我国高等学校信息化开始于20世纪80年代，经过了30多年的发展，从20世纪80年代的电子化、20世纪90年代校园网建设，到21世纪初的信息化系统建设和数字化校园集成，目前普遍都实现了数字化校园[ 1 ]。在数字校园中，各个系统各自为阵，数据分散，形成“信息孤岛”，没有形成一个整体，发挥大数据的潜力和数据应用智慧能力。随着新技术的不断出现，为了打破数字化校园形成的“信息孤岛”，形成数据的智慧力量，智慧校园建设是我国高等学校的信息化建设的一个重要方向。

1.2 智慧校园建设需求

高等学校智慧校园是逐步从数字化校园发展来的，数字化校园是为了实现学校教学、管理和服务的信息化，实现学校教学资源的合理有效分配使用，提高办学质量、提高信息化管控服务能力、提高学校综合管理水平。我国推广教育信息化已有很多年，现在高等学校基本上都已经建设完成了非常完善的校园网络、校园门户网站、教务管理系统、科研管理系统、人事财务管理系统、教学资源库、学生信息管理系统等涵盖教学、科研、管理的各种应用系统，这些信息化系统在高等学校实际应用中效果良好，为高等学校智慧校园的建设创造了很好的基础。高等学校这些应用系统的使用中积累了大量的数据。随着大数据等IT技术的发展成熟，将各系统积累的海量数据应用起来，建设具有智慧的校园信息化环境的条件也已经成熟[ 2 ]。

2 智慧校园的建设目标

2.1 智慧校园的内涵

随着IT技术的不断进步，高等学校的信息化从数字化校园正进一步向智慧型校园方向前进。智慧校园需要突破数字化校园的时间与空间限制，利用大数据、云计算、物联网等先进的IT技术手段，以现有的信息化系统和网络为基础，建立起集教学、科研、管理决策、各种服务为整体的综合信息化环境。智慧校园建设的内涵是利用科技技术如云计算、大数据、物联网、面向服务等IT技术，融合現有各种应用信息系统形成整体，具有智慧的综合平台[3]。为广大师生提供人性化的教学及生活服务，并且辅助行政管理人员做好科学决策，形成IT技术与物理校园融合的虚拟化校园环境。

2.2 多维度的智慧校园建设分析

目前分析的智慧校园的发展策略是以现有系统及物联网技术采集的各种数据组成的大数据为基础，以大数据技术、云计算、传感器、社交网络等技术手段，对现有数字化的校园升级拓展，充分利用数据，让数据发挥智慧效力，形成一个极具智慧，让人体验人性化服务的信息化环境[4]。因此智慧校园的建设一般包含以下需求。

2.2.1 数据共享

智慧校园利用物联网等技术实现全校园人、物、设备的全数据接入和监控。现有的各种信息化系统，积累的各种数据包含教学、管理、服务等种类繁多、数量巨大，但由于存在“信息孤岛”，导致数据无法共享，在智慧校园的规划设计中，应该制定相应的标准，以先进的云存储策略形成合理的共享机制，让数据得到充分应用，避免系统重复建设和数据的不一致性。

2.2.2 智慧型教学服务

高等学校的本质任务就是人才培养，因此智慧型的教学服务是高等学校智慧校园建设需要考虑的最重要目标。在IT技术的高速发展情况下，课堂教学与移动化教学相融合的智慧型教学方式也必定是一个大趋势。在校园社交网络、在线教育、精品课程等IT技术平台的支撑下，智慧校园中教师可以不受时空和个人知识能力的限制，根据各种教学资源、以及其他老师教学反馈的数据进行教学安排；基于大数据对学生的全面分析，对学生因材施教，进行个性化培养也是人才培养方案建设的目标，也能给予学生在心理健康，就业指导方面更加合理和个性化的指导；教学评价活动不再是片面的打分评价，而是根据师生的互动以及学生日常学习产生的大数据开展多维度、全面、客观的评价；学校在教学管理上可以根据数据分析提高管理能力。

2.2.3 智慧型生活服务

智慧型的校园的生活服务方面将师生在校园生活作为服务对象，整合全校的各种生活资源，并且拓展校外的社会服务资源，构造一个完整的生活环境，利用移动网络构造一站式智慧型的生活服务体系，让师生在日常工作学习中无时无刻都能享受方便的信息化服务。构建智慧的后勤服务管理信息化平台，为校园环境综合监控治理、校园的环保节能、安全监控，教室实训室监测、后勤车辆管理、校园一卡通服务等提供信息化支持，提高后勤管理服务水平。

2.2.4 智慧型管理

智慧校园负责整个校园的资源管理和调度，为整个学校各个部门的协同办公及信息化提供支持。基于大数据的智慧校园在大数据整合分析、数据挖掘的支持下提高洞察力，为学校行政管理人员提供全方位、多维度的最新校园情况，及时为相应部门提供预警和科学化指导，为校领导在学校发展规划、制度制定、科学管理、科学决策方面提供精确数据的支持，提高领导和决策管理水平。

2.2.5 统一管理维护与数据安全

智慧校园的规划应该站在全校整体的高度做顶层设计，对所有信息化系统做整体规划和管理维护。在信息化运营中会涉及到大量的数据，数据安全稳定极其重要，智慧校园的数据安全防护设计应保护数据安全，保障智慧校园各项业务应用系统安全高效稳定运行。

3 智慧校园建设方案

3.1 关键技术

智慧校园建设过程中，从如下4个维度进行关键技术的研究，分别是：

1）大数据。“大数据”是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力来适应海量、高增长率和多样化的信息资产[5]。最重要的功能是对海量的数据进行整理和数据挖掘。智慧校园的特点就是通过各种应用系统、物联网等手段获取了大量活动过程数据与状态数据，并对这些数据进行分析而发现规律，提高洞察力，提供智慧服务[5]。

2）云计算。云计算是分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化、负载均衡、热备份冗余等传统计算机和网络技术发展融合的产物[6]。智慧校园是个庞杂的大型系统，采用云计算模式，能够得到更好的性能支持。

3）物联网、移动互联。物联网通过智能感知、射频识别等通信技术，把各种物、设备和人员等的数据采集起来，形成人与物、物与物全接入，实现智能化的识别监测、控制和预警，实现校园由物理校园向虚拟化转化。

4）社交网络。社交网络是一个能够相互沟通交流、相互参与互动平台。目前社交网络基本涵盖了人类社交的所有服务形式，这对于高等学校师生的交流合作与知识分享提供了最为便捷的手段，是广大师生获取智慧服务的关键途径，也是实现智慧校园的关键技术。

3.2 组态化智慧校园的体系架构

与数字化校园不同，智慧校园更注重校园的线下与线上的深度融合。综合分析相关的IT技术和现有的校园信息化管理系统后，引入大数据技术、云计算、物联网技术，以信息互通、数据共享为目标，为师生提供实时高效和个性化的信息化服务，全方位提升高等学校教学管理和综合治理水平，提出了智慧校园的体系架构方案。智慧校园体系架构由智能感知层、网络通信层、云计算层、大数据业务支撑层、智慧校园业务应用层和终端层等六个逻辑层组成[7-8]，加上信息化支撑平台本身所需要的支撑保障体系如数据标准与规范体系和系统安全与运维体系，以及智慧校园的用户群体，形成如图1所示的多维度的高等学校智慧校园体系架构。

1）智能感知层。一般采用无线传感器网络WSN、射频RFID、ZigBee通信技术、网络摄像机等智能感知和近场通信的相关物联网技术，采集校园各类环境、资源与活动的实时数据，实现对校园各类设施的运行状态、师生的活动轨迹、师生与校园环境的互动情况等进行全面感知，为全面数据采集与实时反馈控制提供基础数据支持。

2）网络通信层。综合采用校园有线网络、WiFi无线网络、3G/4G移动网络等通信技术，为智能感知层采集的各类环境和活动数据提供高覆盖的传输服务，为师生随时随地使用互联网提供高速访问服务、为校园各类智慧应用提供高可靠的网络接入服务，从而为智慧校园提供数据通信支持。

3）云计算层。综合采用虚拟化、分布式计算、分布式存储等技术，实现高效、可靠的云计算服务，为智慧校园的大数据处理和智慧应用提供高性能计算和存储支持。

4）大数据业务支撑层。大数据业务支撑层是实现智慧校园的关键所在，包括数据的整合存储与计算的物理平台、信息收集与数据管理平台、以及数据分析处理和数据挖掘的应用平台，是聚合校园各种信息的中心，是各种智慧应用的“智库”。

5）智慧校园业务应用层。智慧校园业务应用层是高等学校智慧校园体现智慧的重要场景，基于大数据层对数据的整合分析和挖掘后，各类应用系统都应该具有智慧的“头脑”，在校园的各种教学管理、生活服务、科学管理决策方面提供洞察力、预警和科学指导。

6）终端层。终端层利用传统PC计算机、智能手机、等在内的多种终端，根据不同的使用环境和应用场景为用户提供个性化的人机交互模式，全方位提升用户体验，切身感受智慧服务。

7）支撑保障体系。支撑保障体系主要包含数据标准规范体系及系统安全运维服务体系，为智慧校园安全、稳定、高效的运行提供有力的技术保障。

该智慧校园体系架构是在数字信息化校园的基础上，引入了云计算、大数据、物联网等先进IT技术。在整个架构中，大数据分析平台的数据分析挖掘及云計算技术的应用，是智慧校园实现智慧功能的关键，社交网络技术是展现智慧型服务的关键。

3.3 组态化智慧校园建设方式说明

基于关键技术的“大数据、云计算、移动互联与智能感知、社交网络”4个关键技术维度和本篇设计的6个层面“智能感知层、网络通信层、云计算层、大数据业务支撑层、智慧校园业务应用层、终端层”加一个“支撑保障体系”的智慧校园整体体系架构，形成了在高等学校常规智慧校园建设中的多组态形式。

各高等学校可根据自身校园信息化建设水平和应用层面，在逐步深入进行数字化校园应用，加快智慧校园建设过程中，依据不同阶段的信息化建设需求，采取适中的技术手段，进行不同层面的智慧校园建设，满足高等学校在不同时期的建设要求。

4 结论

智慧校园建设是一个复杂的综合工程，要在全校整体战略高度统筹规划做顶层设计，要打通各部门的信息通道，明确各阶段的建设需求，以面向服务对象的思路来进行系统划分，在明确智慧校园建设的关键技术和体系架构基础上按需建设，通过统筹规划逐步达到智慧校园的各项建设目标。

参考文献

[1]苏忠.数学媒体技术在高等学校数字化校园建设中的应用[J].金陵科技学院学报，2016，32（4）：50-53.

[2]黄荣怀.智慧校园：数字校园发展的必然趋势[J].开放教育研究，2012，18（4）：12-17.

[3]梁桂才.云计算模式下数字校园海量数据的安全性研究[J].佳木斯教育学院学报，2013（10）：486-487.

[4]蒋东兴，付小龙，袁芳，等.大数据背景下的高等学校智慧校园建设探讨[J].华东师范大学学报（自然科学版），2015（s1）：119-125.

[5]大数据.https：//baike.baidu.com/item/大数据/1356941.

[6]云计算.https：//baike.baidu.com/item/%E4%BA%91%E8%AE% A1%E7%AE%97.

[7]王燕.智慧校园建设总体架构模型及典型应用分析[J].中国电化教育，2014（9）：88-92.

[8]罗丹，徐鸿雁，张诗雨.大数据环境下智慧校园的设计与实现[J].计算机与现代化，2016（9）：109-114.