信息化2.0背景下高校智慧宿舍建设模式研究

刘合富，史永银，江迎春，陈 娟，廖莉莉

(华中师范大学信息化办公室，武汉 430079)

1 建设背景

随着信息化2.0时代到来，高校学生宿舍管理在智慧化服务上提出了新的需求，原有简单、相对落后的管理方法和手段已经不能适应学校的发展.各高校的信息化建设所具备的环境已经逐渐完备并已经日渐成熟.高校后勤在推进信息化管理上也已经逐步进入深水区，智慧化宿舍服务和管理需要要进一步提档升级，由智慧化管理向智能化管理转换，在提高学生宿舍管理水平、有效管理学生日常行为、增强服务意识方面已经成为建设智慧宿舍的必要条件.针对以上存在的宿舍管理现状，国内高校学者做了大量的研究工作，并提出了许多建设思路和方法.文献[1]首先提出了用大数据分析让高校精准掌握学生动态，涉及智慧宿舍建设内容很少.文献[2]智慧校园框架下的智能宿舍管理产品设计与实现，主要针对宿舍环境建设进行阐述.文献[3，4]从软件技术上提出了对智慧宿舍日常事务进行规范管理.文献[5]主要从宿舍管理系统和网上报修系统共同探讨智慧后勤建设.文献[6]提出了从物联网方面进行智慧宿舍设计.文献[7]是基于人脸识别的智能宿舍考勤系统设计.文献[8]针对高校学生宿舍管理系统功能需求分析.文献[9]主要是在高校宿舍文化培育方面进行研究.以上研究文献只对智慧宿舍某些方面进行讨论，未给出新时代下智慧宿舍的完整的综合性建设模式.

2 面临问题和需求分析

随着高校管理学生要求的不断提升，学生宿舍管理维度越来越多，需要智慧化智能化管理方式.传统的宿舍管理模式无法满足宿舍管理的需求，并且与迅猛发展的的智慧化信息化管理时代极不相适应，诸多业务融合管理也存在不对称的问题.目前宿舍管理面临的问题主要如下.

1) 已建成的涉及学生宿舍人财物的有关系统种类繁多，业务融合力不强，综合管理难度大、效率低；

2) 相关宿舍业务应用系统繁多，业务管理不统一，无法发挥其重要的作用.各有关信息化系统数据未高度共享，数据准确性完整性不高，数据价值大打折扣，无法为管理者提供系统化决策依据和帮助；

3) 宿舍许多工作还是停留在依靠人工管理模式，劳动强度大，人工成本居高不下，管理人员的业务水平和素质有待提高；

4) 宿舍管理缺少精细化、可视化、智慧化的系统管理，在管理育人方面效果也不突出；宿舍管理和安全缺乏有效的统一的智慧化管理，日常管理上重视程度不够.

实际上，许多高校在信息化1.0逐步提升到信息化2.0项目建设过程中，建设智慧宿舍项目所需的外在的主要信息化系统(如：学校三大平台、一卡通、宿管系统、节能监管平台、智慧门禁、智慧门锁、报修系统等)已经完成，并形成一定的应用规模；各高校师生信息化素养逐步提高，智慧宿舍项目信息化应用需求基本明确，并且已有部分高校初步完成类似项目建设和应用.

于是，为了及时有效地解决目前学生宿舍管理存在的一系列问题，提出了以下需求：

1) 需建设一个完整性综合性强的智慧宿舍管理平台(以下简称“平台”).能统一管理宿舍各项事务，涉及到宿舍方面的应用更集中，有利于更好服务学生；能有利于提高管理效率，降低管理成本；能创造良好育人环境.

2) 学校管理学生工作的需要.作为学校管理者，需要进一步了解学生在校工作生活的流程细节；需要加强学生和宿舍安全保障；需要建立一套规范化宿舍管理体系；产生的业务数据要有利于学校事务决策分析；实现管理部门、后勤、学校管理服务一体化等.

3) 信息时代智慧化应用的需要.能实现宿舍管理和应用功能的微服务、微应用，实现智能化联防联控，业务应用互联互通并且交互能力强.

4) 实现落实高校宿舍“三个育人”提供保障，打造“四个智慧”的学生公寓.其中三个育人是指“管理育人、服务育人、环境育人”；四个智慧是指智慧环境(安全、绿色低碳、和谐、感知、智能)、智慧管理(智慧分析、智慧联动、智慧决策、智慧安保、智慧监管)、智慧服务(微服务、业务融合、开放共享、智能预警、方便快捷、可视化)、智慧育人(享受良好服务环境、培养良好生活学习习性、培养遵规守纪行为、培养信息化素养、增强服务意识、增强责任感).

3 平台建设技术路线探讨

由于智慧型宿舍管理平台涉及宿舍各项事务复杂，关联的信息化业务系统也比较多，要想高效地、完美地实现学生宿舍智慧化管理和智能业务应用，在建设过程中一定要秉承以下思路进行建设：项目实施前要做好整体规划、分步实施的顶层设计工作，建设需求要清晰，业务流程要规范；建设中要充分考虑到系统技术方案是否高度符合学校信息化标准，是否贴合学校发展，是否实现了“四个一”功能(系统登录统一入口、业务统一管理、用户体系统一、基础数据统一)；建设完成的平台运行要安全可靠、数据开放要高度共享、业务接口全开放、业务集成高度融合，各项应用灵活，能高效服务师生.

实现平台与外部多个信息化系统(平台)的相关功能整合，综合应用各个系统开放的业务接口功能和业务数据，实现一体化宿舍管理平台，无需重复建设已建成的功能，实现以平台为核心的全联合，如图1所示.

图1 智慧宿舍管理平台与外部多个信息化系统(平台)关系Fig.1 The relationship between intelligent dormitory management platform and multiple external information systems (platforms)

从上图可以看出，高校信息化建设过程中，智慧宿舍管理平台不是独立于各个关联系统(平台)之外，与各个关联系统是紧密结合、相互协作的关系，可以实现宿舍多业务融合，各个系统关联为平台提供各自关联业务接口功能和业务数据，实现宿舍服务高度集成化.

3.1 平台整个系统架构

整个系统架构需要建成智慧宿舍应用数据和业务集成中心，动态实时实现智慧宿舍全方位应用管理，动态展示智慧宿舍建设成果(如图2).

整个平台架构在遵从学校信息化建设规范和用户体系的前提下，主要实现以下三大功能.

1) 业务融合：与宿舍业务相关的系统(平台)的业务数据、接口等高度融合在一个管理平台上，实现数据联通和业务联通，为智慧宿舍提供完备和稳定的基础环境.基础环境包括与宿舍有关的有线无线网络、物联网、云计算、信息安全、三大平台、安防监控、一卡通、房产、门禁通道、门锁、教务学工、节能监管、财务缴费、决策分析、访客及其他相关的系统业务整合.

2) 流程再造：通过宿舍基础业务的融合，重组宿舍管理业务流程，实现应用、查询、评测、管理等方面的智能应用，打造全方位、全过程、全时域的宿舍业务管理新流程，突破部门管理和各个系统业务对接的壁垒，充分实现管理流程的智能化，服务流程的智慧化.

图2 智慧宿舍管理平台整个系统架构图Fig.2 Intelligent dormitory management platform system architecture

3) 互联互通：通过有线无线网络、物联网空间将各种终端互联起来.终端应用包括：学校APP、微信、门户、PC端、物联终端等，为各个不同用户提供更加灵活、更加便捷、更加智能的终端服务，涉及到用户包括：学生、管理人员、辅导员、校领导、家长等，实现全用户、全终端应用.

平台系统架构设计采用智慧化、沉浸式、全场景、模块化的结构.在智慧化思想指引下，宿舍管理走向智能化、可视化、透明化，实现宿舍管理科学决策、智能分析、多业务联动、应用高度集成；让师生感受到沉浸式宿舍服务，服务场景明确、应用顺畅、业务融合流畅、服务过程无干扰；全场景管理各项宿舍事务，包括宿舍人财物管理、安全管理、业务应用、业务评管全面覆盖.整个平台采用模块化设计，应用模块之间松散耦合，可单独使用，也可组合使用.

3.2 智慧宿舍主要功能模块实现

3.2.1 基础信息管理模块 实现楼栋信息、宿舍房间信息、宿舍房间报表等事务管理；实现学校数据中心的基本人事信息、院系部处年级信息等内容同步；结合学校统一身份认证平台实现统一的单点登录和用户集成；实现基础信息标准化数据字典管理；实时查看用户信息和管理信息，提供管理帐号模块化授权管理；实现与多业务系统无缝对接接口统一管理.

3.2.2 能耗管控模块 调用学校节能监管平台有关功能接口和节能数据，进行能耗智能控制和大数据分析，主要实现的功能包括：根据光线强弱控制照明开启及开启数量，根据温度湿度控制空调开启达到适宜温度，自动控制冷热水及电控设备节能，自动控制公用厨房、洗衣房等用电控制设备节能，实现恶性负载用电安全智能管控.在智慧宿舍管理平台中提供智慧化能耗管理和分析环境.

3.2.3 热水及小电器智能管理模块 对接一卡通缴系统统一管理宿舍热水系统，主要功能含：实现洗澡、洗衣、饮水、吹风机、充电等方便快捷的充值缴费功能，采用宿舍有线网、WIFI、物联网等实现互联互通；实现消费流水明细清晰可查；学生在宿舍就可以自助申请租赁设备，消除卫生顾虑；通过移动端APP第一时间接收热水停供、设备维护等通知.

3.2.4 智能门禁模块 通过对接宿舍管理系统、一卡通系统、学校三大门户、视频监控等系统，高效获取人脸识别信息和一卡通信息，精准识别用户身份，打造高安全性控制系统；平台结合数据中心、教务系统及其他业务活动系统，根据学生出入数据，进行大数据分析，能轻松统计和展示学生到校情况、出入情况等行为轨迹；让管理者能透明管理到学生在校活动状态，提高学生管理效率，智能化管理学生工作；还可以利用访客系统管理外来人员出入情况.

3.2.5 智能门锁模块 采用物联网技术，实现动态管理宿舍房间门锁，利用学校统一身份各种认证介质，无需独立发卡，大幅度减少人力物力成本；通过系统后台管理，学生信息自动同步到门锁，结合一卡通黑白名单管理提高安全性，实现房间智能分配与入住，提高宿舍房间资源调度能力；实现留宿情况查询与自动统计；实现智慧化管理学生公寓系统，提升宿舍门锁管理效率.

3.2.6 宿舍自习室预约模块 实现自习室空位查询、预约；实现删除、添加、修改自习室各种管理信息；动态发布自习室座位信息和自习室用量统计，实现自习室座位状态可视化显示.

3.2.7 消息推送管理模块 基于平台日常业务管理的需要，对所触发的事件进行提醒，或利用大数据分析模块产生不同类消息内容实现分级分类推送，根据级别和类别不同可以动态设置不同控制阀值.平台能选择邮件、手机短信平台、微信公众号、OA系统等多种方式进行信息推送，让管理者或各类用户即时接收消息提醒.

3.2.8 用户端业务模块 在移动终端上实现APP、微信企业号等方式集成平台各种业务应用.包括：个人门禁考勤信息查询，个人水电信息查询，缴费和充值，水电网报修，报警信息接收，能耗查询及其他宿舍业务消息查询;智能洗衣，实现线下洗衣，线上缴费和操作；智能用电，实现实时记录异常情况，线上充值，设置无人值守操作；智能报修，实现用微信、网页等多种手段解决报修、查询、派单和评价体系，全天候移动端在线报修，及时反馈各种设备故障.

3.2.9 宿舍事务管理模块 公共财产信息管理，宿舍报修管理，洗衣厨房管理，缴费和充值管理，视频监控管理，上网管理，安全文明检查事务管理，宿舍活动情况管理，卫生检查管理，信息通知上传下达，管理人员交接班和巡查流程管理等.

3.2.10 系统维护模块 将平台的功能模块、权限设置等实现数据字典管理；将系统运行日志记录入库，实时进行设备和数据监测分析，实现阀值超限预警管理，宿舍各种设备报备报修.

3.2.11 部门业务考核模块 由于本平台涉及到多部门的联动业务应用，为提高业务应用效率和业务管理高度协调性，基于平台产生的大量业务数据，需要实现系统应用管理考核、系统数据质量考核、业务故障处理能力考核、周志考核分析报表管理、服务能力评估等功能.采用通用KPI指标量化算法评估，按月进行各部门业务能力测算：∑月度考核得分=(∑目标任务考核得分)×80%+(∑综合评价考核得分)×20%；其中，∑目标任务考核得分=(系统应用管理满意度加减分+数据质量贡献比例加减分+业务故障处理能力加减分)，∑综合评价考核得分=(工作效率加减分+工作效果加减分+考勤纪律考核得分+工作态度评价得分+服务创新奖励得分)×40%+业务能力完成率考核得分×60%.上述各项指标权重分配指标计算可根据业务具体情况适当进行调整.

3.2.12 大数据分析模块 依照参与的相关部门提出决策分析模型、实际需求，多维度统计晚归、未归、重点人员的在寝活动情况，分析宿舍学生生活和学习习惯，可输出丰富的各种统计报表；实现公寓的多维度可视化、精细化管理，记录学生住宿行为轨迹，完成学生失联预警、在寝预警、出入预警、生活预警等；了解学生最近的变化趋势，对反常行为作出预测分析，及时提醒教育管理工作者尽早介入；实现住宿可视化管理住房状态和业务信息；结合教务教学课表，实现学生考勤分析；根据系统日常运维数据，实现宿管员业务考核、运维业务考核分析、平台综合业务分析、数据监控展示和其他大数据分析.

目前各高校大数据分析采用如分类、聚类、关联、数据挖掘等多种算法，聚类中使用K-means算法比较普遍.下面结合宿舍产生的各类业务数据，提出分析学生活动行为多维度K-means参考算法.针对学生宿舍的多维数据离散数据分析过程中，许多数据都是定性的，比如：这些数据只表示某方面的标识，无大小含义，如果采用普通K-means距离算法就无法进行下去，必须考虑到其它数字化转换方式.要解决多维度定性数据的分析问题，可以分析定性数据的特征，将不同数据标识含义用不同数字表示，然后采用多种距离度量方法进行分析所定义的距离.如宿舍门禁门锁出入、未在寝状态标识可以用0、1、2表示；学生在寝情况有晚归、未归、正常，可以用0、1、2表示；业务报修有：报修未受理、报修已受理、等待处理、处理完成，可以用0、1、2、3表示；等等.以上定性数据标识转变为数字要注意合理反映这类数据间的距离含义，要充分体现学校对这类数据间距离的理解，采用多维度K-means距离算法，才能充分全面地实现智慧宿舍大数据分析的合理性.

算法流程：

输入：基于每天24 h对学生日常行为分析，确定簇的数目k=24，取1，2，…，24，维度包含平台中的门禁门锁、水电节能、教务课表、缴费、宿管、网络、视频监控、一卡通、洗衣、报修、文明检查等n个维度对象的数据库表信息.

输出：k个簇，使平方误差准则最小.

算法步骤：

①按照整天每一个小时为每个维度聚类确定一个初始聚类中心，这样就有K=24个初始聚类中心；

②将多维样本按照最小欧式距离原则分配到相关最邻近聚类；

③使用每个维度聚类中的样本均值作为新的聚类中心；

④计算所有维度误差函数平方和，判断是否最小；

⑤重复步骤②、③、④步直到聚类中心不再变化；

⑥算法结束.得到K个多维度属性聚类，通过宿舍各个空间服务数据特性和业务时间特性两个处理过程，提取学生行为轨迹特征，利用K-means聚类算法可解释性强的优点，对学生行为特征进行聚类并分析，分析出学生行为习惯和需要预警的信息.

上述算法中的②实现过程如下：

采用欧式距离计算的K-means算法.假设给定的宿舍相关活动的数据集X={xm|m=1，2，3，…}，X中的样本用N个维度描述各个业务应用属性A1，A2,…,AN来表示，并且N个描述属性都是连续型属性.业务数据样本xi=(xi1，xi2，…,xiN)，xj=(xj1，xj2，…,xjN)，其中，xi1，xi2，…,xiN和xj1，xj2，…，xjN分别是样本xi和xj对应N个描述属性A1，A2，…AN的具体取值.样本xi和xj之间的相似度通常用它们之间的距离D(xi，xj)来表示，距离越小，样本xi和xj越相似越靠近，聚合度比较大；距离越大，样本xi和xj越不相似，聚合度比较小.

欧式距离公式如下：

当N=1时，上述公式变成为一维业务数据分析.

上述算法中的④中计算误差平方和公式如下：

同传统的大数据分析方法(分类、评估、关联)相比较，以上算法更能准确更全面地反映学生宿舍的活动轨迹和行为分析，客观性反映智慧宿舍业务数据分析的结果，而传统的分析评估法只是更多采用定性定量进行分析，采用方法如下：计算信息量、极差、算术均值、方差等结合统计图形进行综合分析，得出的结论也存在很多的模糊结论，分析结果不精确、主观因素强.

通过上述一系列功能模块构造设计，宿舍资源配置更合理，育人环境更加先进.建成的平台具备了稳定性、安全性、移动性、个性化等特点的应用系统，同时还可以实现管理高效、业务可控、职责分明、高度集成化的管理系统.

4 结束语

信息化2.0新时代背景下，学生宿舍管理和育人环境是学校各项工作的重要部分，构建一个基于大数据、业务融合、综合型的智慧宿舍管理平台，是高校学工建设发展的重要要求.高校学生工作管理者应该紧抓信息化智慧化时代带来的机遇，结合自身在高校学生宿舍管理工作过程中遇到的问题，利用大数据和业务高度融合的思路，从学生自身信息素养、学生在校数据分析和大数据挖掘分析等方面全方位入手，利用信息化的手段，更好的掌握学生的在校动态，传播良好的智慧化思想，真正意义上实现智慧宿舍管理，提高好的学生宿舍育人环境服务高校学生，让学生服务工作和管理获得良好的效益.

由于智慧宿舍涉及到业务管理复杂，在建设统一的综合性智慧宿舍管理平台过程中，校内相关业务部门之间需要有良好协作精神，力求管理到位，责任到位.平台运行过程中，还需要打造专业化管理队伍来运维，保证宿舍各项业务具有持续性和有效性.新建的智慧化平台必须做到系统技术方案要有实用性、前瞻性、开放性、安全性，同时要选择软件实力比较强、可信度高的承建公司来实施，充分保证系统稳定性和可靠性.系统建设完成后，主管部门和协作部门要有很清晰责任划分，需要建设完备的管理和考核机制，防止出现建而不用、用而不管的现象.