数字化背景下高校智慧校园系统架构研究

刘珍

摘 要：国家大力推动智慧校园的发展，大数据、物联网、虚拟现实、云计算、人工智能、5G技术等新一代信息技术发展，这是对智慧校园的有力推动。各大高校积极开展智慧校园应用，但高校智慧校园存在高校基础设施建设整体水平不高、校园数据孤岛现象、校园数据的价值尚未充分挖掘、复杂分散的IT运维等问题。本文提出智慧校园系统架构由硬件基础设施系统、数据平台支撑系统、智慧校园应用系统、终端展示系统4部分组成。

关键词：数字化智慧校园系统架构

中图分类号：G4     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.08.079

1 引言

1.1 国家大力推动智慧校园的发展

《教育信息化2.0行动计划》提出在2022年“三全两高一大”的发展目标，目前基本实现了学习应用覆盖全体适龄学生、教学应用覆盖全体教师、数字校园建设覆盖全体学校，师生信息素养和信息化应用水平得到普遍提高。《中国教育现代化2035》第八条中提到在信息化时代，要加强教育变革，统筹建设智能化校园，校园管理、教学与服务平台要一体化和智能化，通过现代技术推动人才培养模式改革。

1.2 新技术对智慧校园发展的推动

智慧校园以数字化校园为基础，有效地利用大数据、物联网、虚拟现实、云计算、人工智能、5G技术等新一代信息技术发展进行全方位的校园建设，从而推动科学决策、构建良好开放的教学环境，为全校师生提供更加舒适便利的生活、工作、学习场所。

1.3 高校积极开展智慧校园应用

学校的信息化建设水平已经成为衡量学校“软实力”的重要依据。浙江大学是最早一批开展智慧校园建设，以云计算为基础，实现网络科研融合创新、网络学习无处不在、校园文化丰富多彩、校务治理透明高效和校园生活方便周到。南京邮电大学以物联网为基础，整合学校的内部信息资源，进行校园建设分析，通过信息资源建设等进行信息的资源共享，构建出新型的智慧化校园服务平台，为校园管理提供便利。大多数高校均已建成刷脸入校、入宿舍或入图书馆的门禁系统，为校园安全提供有力保障。无人零售、智能结算系统也成为便利校园生活的重要应用。新冠疫情期间，物流机器人等无接触配送方式开始被广泛应用于高校中，我们国家实现了“停课不停学”，这都得益于近几年国家的教育信息化建设，学校的教学质量得到了稳步提高。

2 智慧校园的内涵

美国IBM公司的CEO彭明盛在2008年演讲提出了“智慧地球”概念。奥巴马于2009年就任美国总统后，对这一概念给出了应和，智慧系列建设不断开展，智慧城市、智慧社区、智慧校园等全新的概念被提出。我国2018年6月发布《智慧校园总体框架》提到智慧校园是物理空间和信息空间的有机结合，方便用户能够在任何时间和地点都能便捷获取资源与服务，通过云计算、物联网、5G技术、大数据、移动互联等核心技术，任何人随时随地都能便捷地实现资源和服务共享。高校智慧校园的主要特征有泛在互联、开放共享、全面感知、统一管理、高效服务、融合创新。

3 智慧校园发展过程中存在的问题

3.1 高校基础设施建设整体水平不高

高校基础设施没有实现统一规划，线路、设备年久失修，无线校园网覆盖率低，网络带宽效，访问速度慢，新技术发展存在瓶颈。当前高校基础设施建设主要存在硬件资源浪费，在设计时候按照应用的高峰来进行规划；运维成本高，学校急剧扩招和新应用系统大量增加，网络设施、存储的设备、服务器数量迅速增加，占地空间、电力供应、散热制冷设备等运维成本大量上升；校园网络速度慢，目前高校校园内主要覆盖的是4G网络和WIFI5网络，由于校园的人全使用手机和电脑的时间段相对密集，时间点相对集中，手机、电脑等网络通讯设备相对较多，在平时网络就会产生一定的卡顿现象。

3.2 校园数据存在孤岛现象

校园建设中不断增加各种业务系统，老师和学生在处理不同的信息和数据时需要通过多个系统平台来进行处理，缺乏统一的数据标准，包括代码标准、编码标准、接口标准等方面，从而导致数据的多余，使得信息资源无法实现统一高效利用同时也无法实现共建共享，使得师生在进行信息获取和信息利用中产生了数据重复结果不变等多个问题。各个部门独立建设的业务系统，数据之间存在壁垒，形成数据孤岛，影响数据的整合和流动，同一个数据在不同子系统重复存在，促使数据不一致。数据还停留在简单堆砌阶段，数据分析程度不高，数据没有进行深度的清洗，根本没有办法实现数据凝聚及数据建模。

3.3 校园数据的价值没有充分挖掘

学校的数据有体育成绩、考试成绩、考勤记录、选课信息、图书借阅记录、一卡通消费记录等结构化数据，也有上网行为数据、学习行为数据、活动轨迹等非结构化数据。非结构化数据没有得到重视，要实现数据分析并能进行相关辅助决策，结构化数据和非结构化数据都需要，两类数据结合到一起，进行分析和处理，才能发挥数据的积累效应。大多数学校没有非结构化数据管理的经验，缺乏非结构化数据采集、分析工具，当前需要改变对非结构化数据的认识，发掘非结构化数据采集及存储平台。

3.4 復杂分散的IT运维

学校IT分散式管理导致管理缺乏系统性，不同的运维人员负责服务器、网络、中间件和数据库，出现故障后存在定位时间长、责任不清的问题，甚至依赖极个别技术较强的运维技术人员。IT运维管理没有实现自动化的监控，一般采用半自动、手工的方式，运维技术人员每天进行大量、低效率工作，对网络、服务器、数据库和中间件实施分开监测，多数是被动的响应。运维制度不完善，缺乏规范的运维报告，缺少合适的跟踪和处理机制，没有及时报告事件，也不能及时响应事件，跟踪处理也存在问题。缺乏IT运维的绩效考核标准，数据不完整而且分散，历史数据很难进行查看、存档，分析和统计。

4 数字化背景下高校智慧校园系统架构

由硬件基础设施系统、数据平台支撑系统、智慧校园应用系统、终端展示系统4部分组成。硬件基础设施系统包含信息化基础设施、服务器和数据库等。数据平台支撑系统为智慧校园的各种应用提供驱动和支撑，包含数据的处理、数据的交换、数据的服务、统一接口及支撑平台。智慧校园应用系统是智慧校园具体体现，分为教学资源、教学环境、校园服务和校园管理四个部分，为社会公众和师生员工提供泛在的服务。终端展示系统由门户网站、短信微信平台、多屏发布及移动APP组成。

4.1 硬件基础设施层

基础设施层是高校智慧校园建设第一阶段，提供通讯网络、物联感知和数据汇聚存储，为智慧校园的各种应用提供基础支持，是整个智慧校园系统的物理基础层。通讯网络包括有线网、无线网、传感网、远程网络、VPN虚拟专网。物联网是物物相联的互联网，传感技术主要通过射频识别技术、红外感应、编码技术、视频监控技术和全球定位等技术，利用传感器感知图像、声、位移、电、光等，并将其转移成电信号输出至平台，感知教学活动场景、学习者当前状态、教学场所环境等基本信息，通过基础网络设施传递到校园支撑平台系统，从数据上大力支持校园管理。数据库是学校海量数据收集和存储系统，包括媒体数据库、用户数据库和服务器。

4.2 数据支撑平台层

数据支撑平台层主要是由统一用户平台、统一认证平台组成。统一用户平台针对不同的用户需求，设定统一的管理平台，提供不同的服务，满足用户的个性化需求和分级管理。统一的认证平台主要包括系统功能建设、统一授权管理、统一接口管理3个方面，系统功能建设为系统提供统一的单点登录支撑，兼容多种认证形式。统一的授权管理是用户能够进行统一登录多方面授权，追求多种认

证方式和权限管理模式平台。统一的接口管理就是让系统能够实现统一的连接，从而增强跨系统的操作性，该架构主要是通过注册登记和统一响应，从而有效地方便用户在系统之间的跳转应用。

4.3 智慧校园应用层

智慧校园应用层是智慧校园建设第三阶段，是智慧校园具体应用的主要体现。

智慧教学系统中，老师可以通过各种线上教学平台提供教学资源，优化课程设计和完善课程教学内容，通过智能化手段自动地对学生的到课情况进行记录，课堂上进行各种形式的互动，老师根据学生的评论留言进行课程设计的优化。智慧教学通过高清的视频采集器和高速的网络服务，将现实课堂和虚拟课堂结合，实现远程教学。智慧教学可以实现在线面授教学、远程实时教学、远程面试与答辩、网络直播教学、网络考试、课程实时录播等功能，可以进行教学、考试和会议。

平安校园系统建设中，存在校园客体个性的复杂化、校园客体网络环境的诱惑化、校园客体社会环境的多样化等特点。通过传感器、视频监控等感知设备，完成人、物、环境等重点区域、关键部位监测控制和安全防控监测，通过互联网、专网、无线通信网进行传输，后台收集、存储相关信息，进行可视化、实境化展示，实现对校园安全的监控和实境化管理。视频监控系统实现校园视频高清监控、事故发生实时报警、消防报警、人和车的双重门禁，不放过校园的任何一个死角。门禁系统采用物联网的无线射频技术（RFID）、红外感知系统等能很好地满足大学生日常需求又兼顾安全。建立科学、合理的预警系统，健全预案，应对随时可能出现的突发事件，驾驭复杂多变的形势。学校也要建立安防管理体系，最大程度上建立完美的消防系统体系，进行消防监控和演练。

智慧校园综合管理系统包含资产管理系统、财务管理系统、协同办公系统、科研管理系统、辅助决策系统组成。协同办公系统进行文件收发、会议召开等多方内容，将用户客户端与移动端进行有效地整合，用户通过该平台处理各项管理类事务。财务管理系统主要包括教职工的工资查询、学生的各种费用和经费预算报销等。资产管理系统实现从使用到报废的智能化流程管理，可以简化手续、减少繁杂表册，提高管理的效率、减少成本、增强使用效率。对资产进行动态化的管理和智能化的监控，日常使用按照有关规定进行流程管理，在系统进行业务流程的审批，记录各个环节记录。智慧科研服务系统会涉及课题申报、项目跟进、成果汇总等多方面的内容，具有大量繁琐的信息收集整理的工作，在成果模块中可以通过成果名称成果、作者成果开始年份和结束年份多种方式来进行检索。

辅助决策系统对海量数据进行有效地分析与整理，对学校的教学、科研、社会服务等多个方面形成系统化的展示，领导可以通过词条类目、关键词，设置类别、时间、部门等条件，查询想要的结果，通过多种形式发布及输出，对需要监测的数据指标定义预警阈值并提供红黄绿灯的警示模式，多角度对科研、教学、管理等数据，进行趋势、结构和相关性分析，得到前瞻性的信息，得到定制化的报表总结，如教学活动反馈周报、到课率日报、科研月报等。

4.4 应用终端展示层

应用终端展示系统是智慧校园入口及用户使用窗口，不同用户可通过手机、PC、平板、智慧屏等多种终端，利用有线网络、无线网络等接入服务，进行单点登录和统一认证，享受综合的校园应用。包括用户和接入访问2个方面，用户可以分成教职工用户、学生用户、社会服务用户、领导服务用户等不同用户身份。接入访问包括门户网站、短信微信平台、多屏发布及移动APP，门户是校园网站是校园风采展示的重要内容，同时也是对外展示的重要平台，保持严谨、规范的建设作风，展示学校的风采；多屏发布要符合主旋律，筛选时效性较强的信息；移动APP可以实现线上打卡、信息收集等。

参考文献

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