大数据环境下学生宿舍门禁预警平台的设计

曾 涛，刘淑影

(1.阜阳师范大学 信息化中心,安徽 阜阳 236037；2.阜阳师范大学 计算机与信息工程学院,安徽 阜阳 236037)

随着教育信息化的发展，学校的数字信息系统越来越多，如教务系统、请假系统、宿舍门禁刷卡系统、一卡通消费系统、学工系统等已实现系统化和数字化，有效利用已存在的这些数字信息，使各系统中的数据真正实现其价值，最终实现智慧校园的建设[1，2]。在开学期间，特别是在疫情期间，学生的安全管理已成为学校重点关注的问题，而夜间学生是否在宿舍是学生存在安全隐患的重中之重，目前学校对学生的夜间住宿情况一般是采取不定时查巡宿舍的方式来查看学生的住宿情况，但是人工监督方法存在很多缺点和不足，为此，设计一个基于大数据的学生宿舍门禁预警平台，可及时推送学生在校情况的预警信息[3，4]。

1 人工查宿舍存在的缺点和不足

人工查宿舍的方法一般由学校组织，人员包括辅导员、院领导、学生处工作人员、教务处工作人员等，在查宿舍之前需要协调多个部门，并提前通知宿管人员，避免非查宿舍人员进入宿舍。该方法的实施要求参与查宿舍的人员都有时间，消息不能被学生提前知道，并且查宿舍时还要考虑到男女宿舍问题，男老师不便进入女生宿舍，女老师不便进入男生宿舍等问题。另外查宿舍不能每天都去，不能发现全部的问题，往往在查宿舍之前，学生就已经做好了应对准备，不能保证查宿舍结果的真实性。

在查完宿舍后，学生在心理上以为老师的监督结束了，老师一走，后面学生夜间再外出，老师就无法得知，甚至可能一个学生连续几天都不在宿舍，老师也无法得知。

2 基于大数据的学生宿舍门禁预警平台的主要优势

大数据是指大量网络行为数据，也称海量数据，是互联网、物联网等在使用过程中产生、积聚的，表现为数据的大量化、数据来源和格式的多样化、数据形式的多元化。通过对海量数据进行分类、加工和处理，能创造新的有价值、可预见性的、前瞻性的科学决策信息[5]。使用校内大数据平台对学生在校数据信息进行采集，可准确分析得到学生的在校情况。利用学校已建立的移动应用校园企业号平台，根据微信企业号提供的公共接口可以快速、低成本地接入到微信中。基于大数据的学生宿舍门禁预警平台通过获取学生每日行为信息，对获取的大数据进行分析，得出有异常行为学生的信息，然后调用校园微信企业号消息推送接口，向有异常行为的学生的辅导员和学生处管理人员推送学生的异常信息。利用大数据在学生宿舍预警平台中的应用完全可以解决人工查宿舍难、信息不准、统计不便等难题。

3 基于大数据的学生宿舍门禁预警平台的设计

3.1 预警平台的总体设计

利用分布式文件系统HDFS(Hadoop Distributed FileSystem)和MapReduce并行计算框架为核心的Hadoop大数据处理技术[6,9]，和数据源、ETL工具(DCI数据抽取整合)、分布式数据存储、数据分析和可视化等模块，搭建高校大数据平台框架[7-9]。

宿舍门禁预警平台的数据采集模块通过采集门禁系统中的刷卡信息、学工系统中的辅导员信息、请假系统中的请假信息、校内的上网时间信息等，根据学校相关的规定设置相应条件，然后对这些数据进行分析得到符合条件的异常数据，再调用预警平台信息发送模块，将异常学生的相关信息发送到对应辅导员、院领导和学生处人员的微信中。平台总体设计如图1所示[9]。

图1 平台总体设计

3.2 数据采集的实现

采用基于ETL的DCI工具采集各个信息系统中的原始数据，对采集的原始数据进行一系列的清洗与转换[10]，使数据成为学生宿舍门禁预警平台能够分析和处理的数据。

3.2.1 数据采集的来源

(1)学生宿舍门禁刷卡信息：包括学生所在宿舍、学号、姓名、性别、刷卡时间、进出类型等；

(2)学工系统中学生的班级信息：包括学生的年级、班级、学院、专业、辅导员等信息；

(3)学生请假信息：包括学生的请假开始时间和结束时间等；

(4)申请外宿信息：包括学生外宿的开始时间和结束时间等；

(5)一卡通消费信息：包括学生消费的地点(食堂、澡堂、超市)、消费的时间等；

(6)上网信息：包括学生上网认证的时间和结束时间等。

3.2.2 数据采集的实现

该平台使用ETL工具采集数据可保持两个或两个以上数据库之间的数据同步。通常情况下同步数据是有时间限制(当A库发生变化时B库需要在最短的时间内响应)的，因此ETL工具进行批量数据处理时，会有一个时间差。门禁预警平台采用3分钟的时间差的方式采集数据，即每隔3分钟向数据资源中心请求一次数据。

3.3 预警数据的分析

从采集到的数据中提取出异常信息，然后通过发送模块发送给对应管理人员。通过大数据分析对采集到的数据进行分析，以确认哪些数据属于异常数据，并根据相关规定，最终筛选出可以确认为住宿异常学生的信息。

3.3.1 预警数据的确认

假设学校规定在夜间时间T1到Tn之间是必须在宿舍，即早上T1时间后可以离开宿舍，晚上Tn时间必须返回宿舍，则

(1)在当天的早上T1到当天晚上Tn时间内，学生最后一次刷卡是进入宿舍且时间为Tk，如果在当天晚上Tn到第二天早上T12时间没有刷卡记录，说明该学生夜间在校，否则说明学生有夜间出入；

(2)在当天的早上T1到当天晚上Tn时间内，学生最后一次刷卡是出宿舍且时间为Tk，如果在当天晚上Tn到第二天早上T12时间没有刷卡记录，说明该学生夜间未归，若有刷卡信息说明学生未按时间回宿舍；

(3)判定为夜间出入还是夜间未归，设夜间时间Tm∈(Tn～T12),若Tn到Tm内最后一次刷卡时间为进入，则认定该学生为夜间出入，若Tn到Tm内最后一次刷卡时间为出或没有刷卡记录则认定为夜间未归；

(4)判定连续夜间未归，若连续几天都被判定为夜间未归，则被判定为连续夜间未归，并记录天数。

如学校规定23:40:00学生必须回到宿舍，对于夜间23:40:00～05:00:00之间存在刷卡记录的学生，确认为异常信息，根据其刷卡进出的类型，确认预警类型为夜间进和夜间出；比如20:00外出，03:00:00返回，则预警“夜间进出”，如果23:40:00到05:00:00之间有多次刷卡记录，则多次预警，每次刷卡均预警。夜间有外出记录，到03:00:00之前未返回，则预警“夜间未归”。

3.3.2 预警数据的筛选

根据大数据平台采集到的学生的一卡通吃饭、打水、超市消费和洗澡时间、校内上网认证时间、请假时间、申请外宿时间等，筛选分析出存在的异常信息，然后将这些数据通过预警平台发送出去。

3.4 权限配置模块

根据人员的角色不同，分别对辅导员、分管学生的学院领导、学生处负责人员及相关领导配置不同的权限如图2所示。

图2 权限管理

采用分级授权功能，学生处可以授权给校领导和学院分管学生的领导，学院分管学生领导可以授权给辅导员。辅导员、院系领导、学生处领导、校领导可根据授权角色查看不同范围的信息，辅导员查看本班级的学生预警信息，并可对预警信息进行处置，院系领导查看本院系的学生预警信息，学生处领导和校领导查看全校的学生预警信息。

3.5 预警信息的发送模块

预警信息的发送是将采集并过滤后的异常数据发送到相关人员的微信上。将预警信息及时发送给辅导员，让辅导员及时知道学生异常进出宿舍的信息，这是保障和预防学生出现安全问题的一个重要方法。预警信息发送包括发送服务模块和调用微信企业号公共信息发送接口模块和信息接收模块，即将组织好的数据发送到应用平台，根据配置的相关权限，将不同的信息发送给不同权限的人员。

3.5.1 发送服务模块

发送服务采用编写定时任务完成，每隔3分钟读取数据库中的新出现的预警数据，然后根据配置的权限发送出去，保证数据发送的及时性。如图3所示。

图3 门禁预警信息发送

3.5.2 调用发送接口模块

在微信企业号平台的应用管理中配置学生宿舍门禁预警模块，如图4所示。发送程序调用微信企业号提供的统一接口函数，包括获取企业号的accessToken方法GetQYAccessToken(string corpid(企业号ID),corpsecret(管理组密钥))和信息推送方法SendQYMessage(corpid,corpsecret,paramData(提交的数据json),dataEncode(编码方式))。

图4 发送接口模块

3.5.3 信息接收模块

微信企业号平台中学生宿舍门禁预警模块配置好之后，设置查看范围(包括辅导员、学生处人员等)后，这些人员就可以在企业号中看到此模块。当有预警信息产生时，预警平台会把学生的预警信息发送到其辅导员的微信上，如图5所示。

图5 预警信息

3.6 预警信息的查询和处理

当辅导员接收学生的预警信息后，可及时联系学生，了解其夜间进出的原因、或夜间未归的原因，并在线记录结果，如图6所示。通过预警查询可以查到每天发生的预警信息，实时掌握学生的异常行为，统计学生的违规次数，及时警告和提醒学生。

图6 预警信息查询

4 预警平台测试

4.1 预警平台测试环境

预警平台服务器在VMware vSphere6.0虚拟化平台上搭建，服务器系统安装Windows Server 2008 R2，服务器系统配置2颗4核CPU、16GB内存、500GB磁盘，网络配置校内网IP可连接到校内数据中心和各信息系统。平台运行在IIS7.5上、数据库使用Microsoft SQL Server 2008 R2。

4.2 预警平台测试用例和方法

使用校内学生15天内的真实刷卡、消费、上网认证等记录，测试平台为保护学生的信息，将测试平台中的姓名、学号和辅导员信息做了修改。通过DCI数据抽取和整合获取相关信息系统数据，预警平台对数据加工处理和筛选出异常信息后，调用企业号消息接口推送到相关的人员微信中。

4.3 测试内容和结论

通过对预警平台的异常信息判断的准确性、推送信息的及时性、数据接收的完整性，平台运行的稳定性进行测试。平台在运行中可以准确地判断学生的异常信息，然后将异常信息及时地推送给对应的辅导员，预警平台抽取的各系统数据与原始数据一致。预警平台中的数据使辅导员对学生的处理有理有据，使得学生的夜间违规现象明显减少。

5 结语

在实际使用过程中，基于大数据的学生宿舍门禁预警平台性能稳定、信息推送及时准确。通过微信企业号接收学生的预警信息，使辅导员和学校相关人员及时、准确掌握到学生夜间休息情况。相比人工查宿舍的方法，预警平台的使用使学生的夜间住宿信息更可靠、更稳定、处理更及时，提高了检查发现风险隐患的能力，确保了学生的人身安全，增强了对学生的管理水平。