智慧校园推动智慧水利建设的探索与研究*<br/>——以四川水利职业技术学院为例

智慧校园推动智慧水利建设的探索与研究*
——以四川水利职业技术学院为例

2021-01-05张智涌张修阳刘明锦

四川水利 2020年6期

张智涌，张修阳，刘明锦，高键**

(1.四川水利创新发展研究院，四川崇州，611830；2.四川水利职业技术学院，四川崇州，611231)

1 研究背景

为深入贯彻习近平总书记关于信息化、网络强国、大数据的系列重要讲话精神，结合四川水利职业技术学院(以下简称“学院”)的总体发展规划和综合改革方案，基于云计算、物联网、大数据和移动互联技术的应用，构建“安全、高效、环保、人本”的智慧校园，以“统筹规划、问题导向、协同共享、安全可控”为建设原则，有效提升了学院网络安全保障能力、互联互通协同服务能力、信息化科学管理能力。

四川省是水利大省，保障水利建设是全省经济稳定、持续、健康发展的基本需求。水利作为社会经济发展的基础，其发展离不开与经济和社会数字化发展的与时俱进，构建“智慧水利”是水利网信化工程中“数字水利”的转型形态，是契合当下大数据时代经济社会发展的重要任务[1]。

学院坚持“依托水利、服务社会、立足四川、走向世界”的办学定位，为社会服务、为水利事业做出贡献是学院的责任与使命。将学院建设智慧校园的实践和经验作为基础，服务我省智慧水利工程的推动，有着十分重要的理论指导价值和实践生产依据[2]。

2 智慧水利概念探析

“智慧水利”这一概念源于“智慧城市”，“智慧城市”这一概念由IBM于2008年在国际上提出，之后在各行各界引起了重大反响[3]。将这种信息化高度发达的技术与思想融入水利行业，便形成了“智慧水利”，是数字水利的高级形态。

“智慧水利”是利用GIS技术、云计算、互联网、移动互联网、大数据等先进技术，提高水利部门的管理效率和社会服务水平，推动水利信息化建设，逐步实现“信息技术标准化、信息采集自动化、信息传输网络化、信息管理集成化、业务处理智能化、政务办公电子化”。在云计算、物联网、大数据、移动互联网和人工智能等新一代信息技术的支撑下，实现对水利对象及水利活动进行透彻感知、全面互联、智能应用、泛在服务。

3 学院智慧校园的建设

智慧校园是高校信息化的高级形态，是对数字校园的进一步扩展与提升，它综合运用云计算、物联网、移动互联、大数据、智能感知、商业智能、知识管理、社交网络等新兴信息技术，全面感知校园物理环境，智能识别师生群体的学习、工作情景和个体的特征，将学校物理空间和数字空间有机衔接起来，为师生建立智能开放的教育教学环境和便利舒适的生活环境，改变师生与学校资源、环境的交互方式，实现以人为本的个性化创新服务[4]。

3.1 智慧校园建设思路

根据学院信息化现状、问题与实际需求的系统分析，结合国内外高校信息化的发展趋势，坚持“互联网思维”和“服务为本”，坚持教育信息化引领教育现代化，紧紧围绕学校发展战略，按照“服务导向、总体设计、分步实施、重点突破”的思路，以提高学校数据资产管理和应用水平为重点，以信息化工作体制机制创新为保障，大力推动信息技术与教育教学的深度融合，为领导决策提供支持，为教育教学活动提供支撑，为学生个性化学习提供帮助，为师生工作生活提供便利，为社会了解学校提供平台。

3.1.1 以创新的教学服务模式，构建智慧教育生态

以“互联网+”的思维方式，结合MOCC、SPOC的教学理念，构建翻转型、无差别、智慧化的教育生态，平台提供线上学习环境，指导学生完成先导知识的学习，并提供智慧教学辅助，跟踪、提醒并协助学生完成相应的学习任务。在课堂教学中，通过翻转型教学环境、泛在资源环境、现场支撑环境、教学分析环境形成智慧的教学环境，实现智慧课堂教学。通过对线上、线下的教学服务支持，针对课前、课中、课后的教学环节支持，构建智慧化的教育生态环境。

3.1.2 以服务为导向搭建开放性智慧校园基础平台

以师生服务为主线，围绕教学活动、学生事务、教工服务、智慧后勤等业务领域，对业务流程和数据流程进行重新梳理，形成全面覆盖师生服务的流程中心，以高质量的数据，为学生、教师、管理人员、服务人员提供高品质的服务项目与服务内容。

以线上一站式师生服务大厅综合服务平台为基点，融合移动技术和现在分步实施业务域的碎片化服务项目，做到主要服务应用的碎片化，满足实现对学校人、财、物的数据管理，科学决策，个性化服务。

以师生校内生活为核心，打通支付服务、身份识别服务和信息共享服务，与校园信息化体系互为依托，覆盖各种服务保障类型，为师生提供随时随地随需的校园信息化生活服务。例如：通过学生的餐饮、锻炼、心理、上网、去图书馆、学习成绩、借书情况等数据，分析出个人的学习、健康习惯、知识体系，从而给出学习方法、书籍阅读、体育锻炼、人身安全、健康饮食等方方面面的指导建议，提升后勤管理和综合决策能力。

3.2 智慧校园建设的四层框架

学院智慧校园整体架构主要包括IaaS基础设施层、DaaS数据层、PaaS平台层建设、SaaS服务层等几大部分，具体如图1所示。

图1 智慧校园建设框架

3.2.1 IaaS基础设施层

IaaS基础设施层主要是在现有基础设施环境基础上进一步完善校园网络环境，尤其无线网络建设，并根据应用的需要逐步增加计算资源和存储资源。同时，在各类资源实现虚拟化的基础上，对各类虚拟资源进行统一云管理，提供资源智能弹性伸缩控制、智能功耗控制、网络设备智能监控等服务。

3.2.2 DaaS数据层

DaaS数据层作为智慧校园的核心源，主要负责数据的采集、存储、计算、管理、数据服务。采集层服务将各类结构化数据和非结构化数据进行统一的采集，将分散在各业务系统中的数据集中抽取、挖掘、传递出更大的价值，覆盖消费、资产、学工、教务、人事、科研、财务、招生、就业、图书馆等方面，满足学校决策者，老师和学生的需求维度，以可视化的展现形式为业务部门提供更多维度的数据分析、辅助决策。

3.2.3 PaaS平台层

PaaS平台层主要通过建立基础支撑平台，建立统一的基础支撑架构，基于校园一站式服务大厅和移动校园微门户实现单点登录，门户资源整合和跨部门的业务协同，实现教务、教学、人事，后勤等部门功能和信息资源共享，为服务系统提供统一的支持。

3.2.4 SaaS服务层

SaaS服务层作为学院智慧校园统一的门户展现平台，为不同角色用户提供个性化服务。其中，面向管理者提供业务流程审批服务、教务服务、学生事务服务、人事管理服务、地理信息服务、数据分析等板块服务；面向广大学生提供学生综合事务、生活消费服务、数据一张表等板块服务；面向教师提业务流程服务、教务服务、学生事务服务、人事管理服务、地理信息服务、数据分析等板块服务。

3.3 建设成效

3.3.1 智慧校园网络基础设施优化升级

优化网络架构，实现学院网络管理的扁平化、精细化；主干链路IPV4/IPV6万兆承载，千兆到桌面，多条负载链路互联互通；实现有线、无线一体化认证；构建多层次安全防御体系；校园网络带宽至15Gbps以上，打通网络孤岛，为广大师生提供优质的网络服务。增强立体网络安全防御能力：在南北向的校园网出口构建了多道网络闸门，服务器前端设置安全城墙，在东西线上提供了私有云主机之间的安全保障。落实网络信息安全等级保护制度，对主要信息系统进行等级保护备案，已经完成了门户网站和OA办公系统的三级等级保护，提升了网络安全性，为学院信息化工作保驾护航。

3.3.2 超融合私有云计算中心

优化学院私有云平台框架，构建学院云计算中心，实现计算、存储、网络、安全资源的整合和资源池化；实现弹性扩容、灵活分配，统一管理的云计算中心资源池。为各应用系统提供统一的管理、及时的数据备份、数据资源的共享等服务，为智慧校园建设打造高速、稳定、可靠的网络云平台。提升计算容量到886核，内存容量超过10TB，存储容量达到400TB。

3.3.3 智能大数据中心

智能大数据中心由大数据平台、大数据治理平台、数据交换共享平台、统一身份认证平台组成。

大数据平台将校内外的全量数据采集、处理、分析，构建海量的校本数据仓库，挖掘校园大数据的核心价值，为学院各项工作提供科学、客观、可靠的数据分析基础；大数据治理平台对采集到的数据进行处理、清洗，并制作数据模型、建立关联模型，最终生成校本数据标准；数据交换共享平台以学院校本数据标准为基础，实现了异构信息系统之间的数据交换与共享，为各类应用系统提供标准数据，打破了“数据孤岛”也杜绝了新的“数据孤岛”产生；统一身份认证系统实现了一个账户全校系统通用，方便了师生的信息化办事办公。

3.3.4 一站式服务大厅

一站式服务大厅，在大数据中心支持下，将学校各个业务系统的业务数据整合起来，提供校园全生命周期的服务。学院师生可随时随地获取校园资讯，办理查询业务，亦可在大厅中进行各类业务办理。一站式服务大厅让数据为师生跑腿，切实地为师生学习、生活、教学、办事、管理提供便利，提高效率。

4 智慧校园服务智慧水利建设

4.1 智慧水利建设需求

智慧水利是数字水利形态的升级状态，是在新一代信息技术支撑下的一种更便利、更科学、更智能的新型水利业务生态模式。智慧水利在已有条件的基础上，需要向信息技术深度融合迈进更深的步伐，在设计建设初期，明确建设需求十分必要。

4.1.1 人才方面

构建智慧水利不仅需要水利方面的专业技术人才，更需要既掌握水利相关知识与技能，同时又具备高水平信息化或其他交叉学科知识与技能的相关人员。单一知识体系的人员构成，不能保障智慧水利的顺利推动。

4.1.2 业务方面

智慧水利业务方面的需求包括防汛抗旱预警能力的提升、水资源集中的统筹管理、水政执法过程的信息化、水资源管理制度的优化、灌区信息化推动水权改革方法以及水利工程的安全管控。

4.1.3 功能方面

智慧水利功能方面的需求包括建立以下内容：水利信息监测和传输体系、统一的水利大数据中心平台、水利业务管理平台、支持精细化决策的辅助系统。

4.1.4 数据方面

智慧水利的成功运行一定会汇集和输出大体量的数据，各类数据通过各个业务系统汇集于智慧水利中心，经过一系列数据处理后，再输出回各应用系统。为满足数据的处理与有效应用，就需要建立数据清洗分类、数据纵向流程管理、数据横向流程管理等数据处理系统。

4.1.5 决策方面

人为分析判断是通过经验来决定的，虽然有一定的可靠性，但缺少相应的科学性。智慧水利需要在人为经验的基础上，辅助智能运算系统提供的精细化决策意见，才能够制定出合理、科学、正确的决策。

4.1.6 安全方面

网络安全问题日益突出，为保障智慧水利的网络安全问题，防护高级恶意软件攻击问题，需要强化智慧水利的云安全、服务器安全与数据库安全等安全管理，搭建下一代防火墙、下一代入侵防御系统等措施，并及时处理威胁响应，保障网络安全。

4.2 智慧校园服务智慧水利

4.2.1 水利人才培养与输送

学院是全日制普通高等学校，是国家建设类技能型紧缺人才培养试点高校、四川省示范性高等职业院校，同时入选水利部全国水利职业教育示范院校、水利部全国水利文明单位、中国职业技术教育国际交流中心理事会理事单位、中国-加拿大高中后职业技术教育合作项目参与学校之一。

学院不仅每年坚持为各水利系统单位输送大量水利技术人才，同时具备高资质、高水平、高素质，且具备交叉学科知识体系的师资队伍也在积极投身于水利事业的社会化服务工作。学院设有李冰继续教育学院，每年都在对水利行业内各单位的水利从业者进行专业化的技能培训。这些举措为我省水利工作提供了扎实的人才储备与人才输送的基础，为智慧水利的建设起到积极地推动作用。

4.2.2 建设思路共享

智慧校园在建设的过程中，遵循“制度全-基础齐-数据通-服务畅”的四步建设思路。智慧校园的建设首先根据学院信息化建设的长期规划和各阶段具体实施制定相应的信息化建设制度；然后加强信息化基础设施的配置，依托校园网、互联网、移动网与物联网的多网融合构建稳定、可靠、安全的网络基础环境；并基于“架构统一、数据融合、服务导向”的建设框架搭建学院大数据治理与服务平台和智慧校园中心，消灭各系统之间“数据孤岛”的同时，为未来新建系统奠定良好的数据生态圈；最后建立基于智慧校园的一站式网络办事大厅，依托“数据-服务-数据”的理念，为全校师生提供良好的生活、教学、管理与科研服务。

智慧水利建设过程中可以借鉴智慧校园的建设思路，先建立有效的制度体系，再完善基础的网络环境设施，并在打通各业务系统数据畅通的基础上构建一站式的智慧水利服务大厅。

4.2.3 建设模式样本参考

图2 智慧水利框架

依照智慧校园建设的成功经验，可以制定出智慧水利框架雏形。智慧水利框架可采用“五横二纵”体系，“二纵”为水利业务标准规范体系和信息安全防护体系；“五横”为基础设施、数据资源、应用支撑、业务应用、用户服务等五个模块。如图2所示。智慧水利在建设过程中所采用的模式层级可与智慧校园进行对接，让智慧校园的成功模式服务于智慧水利的建设。其中智慧水利的基础设施模块可对应智慧校园建设中的IaaS基础设施层，数据资源模块可对应DaaS数据层，应用支撑和业务应用模块可对应PaaS平台层，用户服务模块可对应SaaS服务层。

4.2.4 数据共同治理

智慧水利的建设必定涉及到水利系统内众多系统产生的大量数据的管理工作，数据的有效治理离不开相应规范的保障机制与技术成熟的数据治理平台。在数据治理制度方面，智慧水利可以参考智慧校园的数据管理规范进行个性化制定；在数据治理技术方面，智慧校园建设的数据治理与服务平台可以有效地为智慧水利的数据管理提供技术上的支持。

4.2.5 决策算法输出共享

为实现水资源、水生态、水利工程等众多工程的科学化管理，就需要对现状进行智能化分析，并在各个关键节点做出合理的决策，所以智慧水利不仅需要支持智慧化的决策辅助系统，还需要大量的决策算法模型。

智慧校园中大数据服务平台支持对各项数据的联动分析，能够个性化地编写符合各种需求的算法模型，这些算法模型和思想可以共享到智慧水利中，只需在特定的计算需求里，更改相应的输入参数，即可输出能够帮助决策者做出科学合理的参考结果。

4.2.6 共建数据安全

网络安全问题日益突出，智慧水利的数据安全是保障系列工作顺利开展的基础条件，在原有主数据中心的基础上，智慧水利可以借助智慧校园建立数据副中心，如图3所示，这样可实现数据的异地灾备，并可以在主数据中心发生不可控的故障时，快速切换至数据副中心，

从而达到不间断业务服务的无缝切换。