大数据在智慧校园建设中的应用研究

黄伟丰

（北京福富软件技术股份有限公司福州分公司 福建 福州 350001）

0 引言

大数据在促进当前社会发展的过程中发挥着重要的作用，将大数据应用到智慧校园的建设过程中，能够通过数据共享和分析来满足加快高水平的校园建设的要求。而在当前信息技术不断发展的背景下，大数据技术应用的范围也越来越广。对大数据在智慧校园建设中的应用进行分析，能够结合具体的分析结果，为当前我国智慧校园的建设提供一些建设和发展的经验。

1 大数据与智慧校园

1.1 高校大数据

大数据是依托现代信息技术建立起来的，能够在网络应用中体现出大容量、多类型、存取速度快等特点的一种数据集合。在大数据诞生之初，通常将其应用于IT 行业，而随着大数据的应用价值逐渐被发现，现阶段，大数据已经能够被广泛地应用于计算机、数学、金融以及统计学等领域，在为各个行业和领域提供发展条件的同时，也对促进社会的发展起到了积极的作用。从当前我国社会的发展情况来看，各种类型的数据资源共享开放已经成为能够促进行业产业发展的有效措施[1]。在依托大数据发展的过程中，不仅需要注重保障各种数据信息的网络安全，还需要充分发挥大数据在促进行业发展、提高服务质量水平等方面的作用，才能够更好地让大数据为促进我国社会整体的发展提供助力。

将大数据应用到高校信息化建设的过程中，是大数据与教育的首次融合形式，而在高校信息化建设和发展的过程中，高校大数据能够呈现出以下几个方面的特点：首先，学生是各种数据产生的主体，具体单一性的特点[2]。其次，高校信息化建设中的教务系统、学工系统、招生系统、收费系统都是数据的主要来源，呈现出来源丰富的特征。第三，收集到的数据信息不仅量大，而且结构具有更多样化的特征。第四，尽管高校有意识地将各种数据信息收集起来，但尚未实现对各种数据信息的有效处理，使得被收集的各种数据信息利用率较低。第五，尽管高校内部能够实现对于信息的及时收集和处理，但高校与高校之间尚未形成数据信息的共享和联动机制，不仅会出现信息数据重复采集的情况，还会产生信息孤岛的现象，从而影响到高校信息化的建设成果[3]。

在这种情况下，以建设智慧校园为主要目标，充分发挥大数据和信息化建设在促进高校教育发展中的作用，不仅能够实现对大量数据信息的有效处理，还能够有效解决信息孤岛等问题的存在，并对促进高校之间的交流与合作起到重要的作用。

1.2 智慧校园

智慧校园是当前一种新型的校园建设和发展的模式，以大数据、云计算和物联网等技术为基础，在结合校园信息化建设发展趋势的基础上，让信息化系统运行中的各种数据进行有效的分析和运用，以此来更好地满足促进教育教学以及校园管理等工作水平不断提高的要求，满足当前学生群体的学习要求，并通过对各项数据的有效分析来及时发现当前各项校园工作开展过程中存在的问题，为师生营造一个更加和谐、舒适的校园环境奠定良好的基础[4]。在这个过程中，智慧校园能够以为师生提供更好水平的建设服务为主要目标，在满足师生学习和工作开展要求的同时，以更加先进的技术来为师生提供更加个性化的服务。

大数据是能够实现智慧校园建设的基础技术，促进现代信息技术和教育教学工作的有效融合、各种教育教学资源和数据的信息共享，都离不开大数据技术的支持。充分发挥大数据在建设智慧校园中的作用，能够有效解决智慧校园建设中存在的一些实质性问题，从而更好地满足提升校园质量、提高教学服务水平等方面的目的。

2 大数据在智慧校园建设中应用的具体分析

建设智慧校园是我国为了实现促进教育信息化建设和发展需要采取的必然措施，智慧校园的建设工作目前是以高校为基础的，通过建设智能化的网络服务评价架构，满足对于教育现代化的建设和发展要求[5]。大数据技术是智慧校园建设的重要组成部分，对促进智慧校园的建设具有重要的作用。在对大数据在智慧校园建设中的应用进行分析时，主要可以从以下几个方面来入手。

2.1 构建高校智慧校园建设框架

智慧校园的建设需要遵循国家对于智慧校园和教育信息化建设的主要规范，按照目前我国对于建设智慧校园提出的要求，在构建高效智慧校园建设框架时，需要包括基础设施层、支撑平台层、应用平台层、应用终端以及信息安全体系5 个主要的部分。

基础设施层以数据库、服务器、感知设备和校园内部的基础设施为主，能够为智慧校园的建设提供网络搭建、网络通信、数据存储等方面的功能，有效满足数据采集、存储、网络传输等方面的要求；支撑平台层需要以云计算和大数据为基础来搭建核心技术结构，从而在智慧校园建设中起到承接应用平台层和联系基础设施层的作用；应用平台层是教师和学生能够接触到的智慧校园的构成部分，是能够为教师和学生提供智慧服务的重要平台；应用终端是为师生提供智慧服务的主要载体，能够用于智能手机、平板以及各种移动端设备，让教师和学生在校园内能够随时随地借助信息平台共享教育资源；信息安全体系则是能够有效保障整个智慧校园系统运行安全的重要依据，能够贯穿于整个智慧校园的建设过程中，能够有效保障各类信息的安全。

在以此为大的标准构建高校智慧校园建设框架时，需要充分认识到校园设备以及网络空间的重要性，以搭建一个完整的网络空间为主要目标，让智慧校园能够实现对于校园环境和校园内部各种隐蔽角落的有效监控，将信息安全体系贯穿到整个智慧校园的建设过程中，以此来更好地发挥保障校园安全的作用。在这一前提下，智慧校园的建设框架主要包括4 个方面的内容：首先，在感知层借助RFID、WSN、ZigBee 等技术，及时获取校园环境以及学习活动中产生的各种数据，并依据这些数据来实现对于各种校园设施工作状态的有效监控。其次，网络层需要将校园网、互联网、移动网以及物联网结合起来，让信号传输服务能够覆盖到校园的每个角落，从而为师生提供更加便利的学习条件。第三，数据层主要依据数据库、数据集成、云计算平台、数据挖掘平台、校园一卡通平台、数据智能分析等来实现校园内部各项信息的有效整合。第四，应用层主要包括智慧教学、绿色校园、智慧管理、智慧生活以及平安校园5 个方面的内容。在建设智慧校园的过程中，依据这些具体的框架内容来实现对于智慧校园机制的建设，能够对营造更加和谐的校园环境起到重要的作用。

2.2 基于大数据技术设计高校智慧校园一体化平台

搭建智慧校园一体化平台，是建设智慧校园过程中最为重要的一项内容。以大数据技术为基础来设计高校智慧校园一体化平台，能够依据大数据技术拥有的数据库、数据挖掘、分布式文件系统以及云计算等具体的技术内容，实现对各项校园数据信息的有效整理和分析，并依据最终的分析结果来为高校各项决策的制定提供更加科学的依据。

在设计高校智慧校园一体化平台的过程中，首先需要充分认识到一体化平台是一种能够呈现出复杂多样特点的信息资源管理平台，从本质上来说，一体化平台的建设能够实现对各种信息资源的有效管理，而大数据基础本身也是能够对信息资源进行处理的一种技术方法，再加上大数据拥有更庞大的信息存储空间，在保证校园内部各项信息能够被即时处理的同时，也能够确保资源信息处理结果的准确性。从这种意义上来说，基于大数据技术设计高校智慧校园一体化平台，不仅能够满足基本的数据信息资源收集和处理的需要，还能够更好地为师生提供定制化的服务，从而进一步提高校园服务的质量和水平。具体来说，在以大数据技术为基础设计高校智慧校园一体化平台的过程中，可以将一体化平台的框架具体分为3 个大的部分：应用层、平台以及数据层。在应用层主要为师生提供学生管理、教务管理、科研管理、后勤服务以及资源查询等方面的内容；平台主要能够支撑一卡通、学工系统、教务系统、科研系统、后勤系统、图书馆系统的运行；在数据层则具体包括业务数据、日志源等内容。需要注意的是，在依据以上框架设计高校智慧校园一体化平台时，不仅需要注重数据信息的及时收集和处理，还需要提高对教学管理工作的重视程度，在校园建设的过程中将教学、教研、管理等方面的工作有机结合起来，以此来更好地满足校园信息化和智慧化的建设要求。

2.3 建立校园建设一体化平台数据采集模块

对于智慧校园一体化平台而言，数据采集模块是否能够正常运行，直接关系到智慧校园的最终建设成果。在完成一体化平台的建设任务之后，就可以依据一体化平台来实现数据的采集功能。对于一体化平台的数据采集模块来说，具体可以将其划分为内部采集模块和外部采集模块两个主要的内容。本文着重分析的就是这种内部采集模块。内部采集模块主要针对的是校园内部各项数据的采集工作，应用线上采集和线下采集两种具体的方式，线上采集主要针对的是各种网络日志和操作日志数据。线下主要是借助互联网技术来满足对于校园信息自动采集的相关要求。在进行内部数据采集的过程中，可以借助朴素贝叶斯算法来满足数据挖掘的要求。

在应用朴素贝叶斯算法时，首先需要假设样本集为X={x1，x2，…，xn}，并在假定有j 个分类的前提下，将样本集用bj 的形式表现出来，然后再依据给定描述对象的属性值＜a1，a2，…，an＞，就可以将目标值表示为：

V=argmaxP（bj）ΠP＜a1|bj＞

在该表达式中，P（bj）表示概率，P＜a1|bj＞表示后验概率。

在完成数据挖掘和采集的任务之后，及时将各种数据信息保存到一体化平台当中，借助平台中的技术来满足将数据从非结构化到结构化的转换要求，从而转换后的结构化的数据能够更好地满足智慧校园建设和管理的要求。

2.4 实现高校智慧校园的大数据架构

在进行高校智慧校园大数据架构的过程中，无论是数据资源的采集还是分析处理，都需要建立在对高校校园内部建设情况熟练掌握的基础上，才能够更好地促进智慧校园的建设和发展。结合我国高校智慧校园的建设情况来看，建设高校智慧校园的基础架构，按照基础设施的标准划分为建筑、交通、能源、通信、生态以及科学6 个主要的类型。其中，建筑类主要包括教学楼、实验楼、科技楼和学生活动中心；交通类主要包括停车场、候车区、停车棚、公交站牌；能源类主要包括供水、供电、供暖等方面；通信类主要包括有线、无线通信设备、快递收发等内容；生态类主要包括各种维护生态平衡的设施；科学类主要包括各种能够为研究人员提供良好科研环境的物质和技术。在建设高校智慧校园大数据架构的过程中，充分发挥数据中心、文献检索等教学管理系统的作用，能够更好地满足建设智慧校园的目的和要求。

2.5 仿真实验和具体的应用场景

仿真实验是能够有效验证智慧校园一体化平台是否符合实际高校建设发展要求的有效途径。在基于大数据技术基础上建设智慧校园时，首先需要在准备实验的过程中确定好用于实验的样本选取方式。在高校内部选取实验样本对象时，需要从本科学生、研究生学生、博士生、研究员、教师和辅导员、教授、管理人员等队伍中选取合适的比例进行实验。而在依据这些数据来对智慧校园一体化平台的服务能力进行实验时，需要依据测算公式来实现：

Pi=xi+rand(0，1)×（yij-xi）

在该式中，Pi表示数据响应时间，xi表示误码率，rand(0，1)表示一体化平台数据库规模，yij表示实际的查询情况。表1 为某一种高校智慧校园一体化平台的实验测算结果。

表1 一种高校智慧校园一体化平台的测算结果

从表1 可以看出，在经过5 次测算之后，数据响应时间的平均值为53 ms，误码率能够达到0.3%以下，数据库规模的平均数为122.7 TB，且查询次数均能够达到10 000次以上。

而从现实的角度来说，智慧校园是当前我国高校建设发展的主要方向和趋势，也是能够实现高校信息化建设目标的一个重要途径。基于高校校园内部不同群体的需求不同，一体化平台在实验过程中呈现出来的良好性能，不仅能够为不同群体提供各种类型的信息服务，还能够在保证信息准确性的前提下，通过提高校园管理水平来更好地满足促进智慧校园和信息化建设发展的需要。举例来说，在现实的校园场景当中，智慧校园一体化平台能够被应用到学校各个部门业务开展和可视化展示的工作当中，满足学校对于招生情况的展示以及改善生源情况等方面的业务要求；智慧校园一体化平台还能够被应用到减少安全事故发生概率中，借助智慧校园中应用的大数据技术，对校园内部学生的行为轨迹进行实时监测，针对一些存在异常的行为能够及时预警，从而有效减少各类安全事故的发生概率；智慧校园一体化平台还能够被应用到教学管理工作当中。在开展教学工作的过程中，从教学任务大数据、学生培养大数据的收集和分析结果的角度，让教师能够对学生当前的学习情况进行及时准确的了解。这样不仅能够让教师为制定各种针对学生的教学方法提供更加科学的依据，还能够对优化教学进度、调整改善教师应用的教学模式起到重要的作用。

3 结论

综上所述，大数据在智慧校园建设中发挥着重要的作用。结合当前我国智慧校园建设发展的实际情况来看，无论是教学管理、科研分析还是生活服务，都需要借助大数据技术的作用，才能够更好满足建设智慧校园的发展要求。在以大数据技术为基础建设智慧校园的过程中，不仅需要注重整体框架的搭建，还需要从平台建设、数据采集和大数据架构等方面来对智慧校园的建设进行补充和完善，才能够更好满足智慧校园的建设需要和发展要求。