智慧校園數(shù)據(jù)共享平臺的設計與實現(xiàn)

文/王漢文 李云春 張建華 楊秀梅

智慧校園數(shù)據(jù)共享平臺的設計與實現(xiàn)

文/王漢文 李云春 張建華 楊秀梅

針對業(yè)務數(shù)據(jù)的集成與共享存在的問題，通過數(shù)據(jù)共享平臺的實施，將高校中各業(yè)務系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)、院系數(shù)據(jù)和各類實時的服務數(shù)據(jù)，按照學校統(tǒng)一的執(zhí)行標準進行有效的集成、交換和共享。

建設背景

近年國家對教育信息化要求不斷加強，投入不斷增大，將信息化帶動教育現(xiàn)代化作為我國教育事業(yè)科學發(fā)展的重要手段。同時“智慧校園”的提出為學校信息化發(fā)展，提出了更加明確的目標和要求。如何利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動計算以及大數(shù)據(jù)等先進技術手段為學校師生提供更加便捷的服務，將學校教學、科研、管理與校園資源進行有機的整合，進一步提高教育教學水平、科學管理水平和工作服務效率，最終實現(xiàn)校園服務和管理模式的智慧化。

在各大高校的信息化建設中，數(shù)據(jù)作為一種戰(zhàn)略性資源，體現(xiàn)出越來越重要的作用。通過對數(shù)據(jù)的分析和應用，實現(xiàn)由數(shù)據(jù)向信息，由信息向知識，由知識向智慧的轉變。高校的數(shù)據(jù)共享平臺建設是學校信息化建設的基礎，只有將學校數(shù)據(jù)有機的整合和管理，才能進一步為學校信息化建設提供強有力的支持。以全局數(shù)據(jù)為基礎的共享數(shù)據(jù)平臺建設已經(jīng)成為必然趨勢，數(shù)據(jù)共享平臺各個職能部處可以通過該平臺訪問學校的全局數(shù)據(jù)，節(jié)省了大量的人力、物力、財力，提高了工作效率。在此平臺上，將學校的人、財、物、教學、科研數(shù)據(jù)有機地結合起來，通過數(shù)據(jù)的交換、共享，以及在全局數(shù)據(jù)的基礎上進行數(shù)據(jù)的分析與挖掘，為廣大師生提供更加完善的服務，為學校建設以及科學管理提供重要的依據(jù)，同時基于全局數(shù)據(jù)，進行科學的分析，開發(fā)智慧應用。

面臨問題

目前各大高校已經(jīng)建成了以“人、財、物以及教學科研”為管理核心的各大業(yè)務系統(tǒng)，但是在打破信息壁壘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的過程中，卻存在大量的問題。

業(yè)務系統(tǒng)建設的數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一

在學校信息化過程中，信息化建設部門缺少對全校信息系統(tǒng)建設的統(tǒng)一規(guī)劃，在建設初期，未能制定統(tǒng)一的信息系統(tǒng)建設標準以及信息系統(tǒng)元數(shù)據(jù)標準。所以在學校制定統(tǒng)一標準之前，部分部處和院系，依據(jù)各自的業(yè)務需求，設計信息系統(tǒng)建設標準和數(shù)據(jù)標準，所以造成了各個單位信息化建設中，數(shù)據(jù)標準的不一致，存在數(shù)據(jù)項表示不統(tǒng)一、缺乏可選項以及數(shù)據(jù)字典丟失等現(xiàn)象，導致在數(shù)據(jù)共享平臺建設中，不能有效地分析各數(shù)據(jù)庫的表結構，以及在數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)匹配錯誤等現(xiàn)象。

存在數(shù)據(jù)孤島問題

在數(shù)字化校園建設階段，各個業(yè)務系統(tǒng)依據(jù)各自需求，建設業(yè)務應用系統(tǒng)，可以支撐本單位的實際需求和部門應用。但從數(shù)據(jù)共享的角度來看，由于各個業(yè)務系統(tǒng)之間缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和交換接口，導致各業(yè)務信息系統(tǒng)變成了部門級的數(shù)據(jù)孤島，雖然部分數(shù)據(jù)，可以通過直接傳輸或者拷貝的形式實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)與其他業(yè)務系統(tǒng)的交換和共享，但是仍然不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時共享，部分數(shù)據(jù)由于建設標準不一致或者缺乏數(shù)據(jù)標準的原因，根本不能實現(xiàn)和其他業(yè)務系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，突顯了業(yè)務數(shù)據(jù)的孤島問題。

信息化隊伍建設不足

目前學校在信息化隊伍建設中存在較多問題，從學校層面上，可能存在信息化管理委員會，制定學校總體的信息化發(fā)展方針，但卻沒有將信息化提升到學校管理的層面，目前學校仍以傳統(tǒng)的業(yè)務部處為主，導致信息化建設的相對缺失；同時在人才隊伍的配備上，業(yè)務部處沒有設立專門的信息化管理崗位，導致業(yè)務部處信息化建設和管理能力較弱。

應對方案

建設全校規(guī)模的數(shù)據(jù)共享平臺，需要堅實的統(tǒng)一領導貫徹實施，需要龐大的資金支持，同時需要各個部門的積極響應和有力配合。以下將從信息建設的數(shù)據(jù)標準、平臺建設以及信息化隊伍建設上分析應對措施。

統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準

建立數(shù)據(jù)標準，主要的依據(jù)有：國家標準、省教育廳校準、行業(yè)標準、學校已有標準以及自定義標準。執(zhí)行數(shù)據(jù)標準以教育部《教育管理信息化標準（2002年）》（第1部分：學校管理信息標準）中有關高等學校的部分以及《20075620-T-469 高等學校管理信息》（CELTS-33）為主要基礎制訂，并結合北京航空航天大學的具體需求進行補充和修訂。例如：將學工主題數(shù)據(jù)，存儲在學生相關的表空間中，將教職工主題數(shù)據(jù)，存儲在人事相關的表空間中，將學校的財務、資產(chǎn)數(shù)據(jù)，分別進行分類別存儲。

統(tǒng)一建設共享平臺

分析各個業(yè)務部門的數(shù)據(jù)字典，了解其數(shù)據(jù)庫結構，根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)表的基本構成和學校執(zhí)行數(shù)據(jù)標準，得出各個信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表結構以及與中心數(shù)據(jù)庫的關聯(lián)互換關系。通過數(shù)據(jù)轉換機制，使用ODI等工具將各個業(yè)務數(shù)據(jù)庫的字段統(tǒng)一轉換并存儲為數(shù)據(jù)中心的共享數(shù)據(jù)，通過打通業(yè)務數(shù)據(jù)庫與共享數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)鴻溝，消除各業(yè)務系統(tǒng)的信息孤島問題，最終構建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享平臺。

提升業(yè)務人員的信息化素質(zhì)

在國家信息化建設總綱要中，信息化人才隊伍建設是其核心問題，同樣在學校的信息化建設任務重，優(yōu)秀的信息化隊伍建設也是非常重要的。隨著職能部處的日常工作逐漸實現(xiàn)信息化，逐步將信息化工作作為日常工作和考核的重要組成部分。加強工作隊伍的信息化培訓。通過建立有效的培養(yǎng)機制，建設學校自己的信息化隊伍，培養(yǎng)出既懂業(yè)務，又懂信息化的專業(yè)人才。同時建立有效的信息化隊伍管理機制，形成以學校信息專家小組為核心，建立以各個部處和院系的信息員為主力，對學校信息主管領導負責的管理隊伍。

實施方案

數(shù)據(jù)建設原則

數(shù)據(jù)的權威性在數(shù)據(jù)來源方面，確定權威數(shù)據(jù)來源，當其中數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，主動向共享數(shù)據(jù)庫發(fā)出修改請求，同時由權威數(shù)據(jù)庫或者共享數(shù)據(jù)庫向其他需要該數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫發(fā)出修改命令。

數(shù)據(jù)的及時性當某個業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，數(shù)據(jù)能及時的體現(xiàn)，并產(chǎn)生相應的作用。

數(shù)據(jù)的準確性保證中心數(shù)據(jù)庫從其他業(yè)務數(shù)據(jù)庫中，抽取數(shù)據(jù)的準確性，對于新建的數(shù)據(jù)庫，完全按照數(shù)據(jù)標準執(zhí)行；對于已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)庫，如果存在沒有按照標準建設的情況，首先分析其數(shù)據(jù)字典，再完成數(shù)據(jù)項之間的準確對應。

圖1 系統(tǒng)建設架構

數(shù)據(jù)的安全性在數(shù)據(jù)的抽取，轉換和加載過程中，保證數(shù)據(jù)的安全，通過相應的加密等安全手段，保證整個過程的安全。

數(shù)據(jù)的可靠性對數(shù)據(jù)的抽取和使用過程，進行全面的監(jiān)控，當數(shù)據(jù)轉換過程出現(xiàn)問題時，能及時報錯，并自動或者手動完成回滾等，保證數(shù)據(jù)流程的可靠性。

總體架構

系統(tǒng)建設架構如圖1所示。

數(shù)據(jù)中心主要包括以下幾個層次：業(yè)務數(shù)據(jù)源層、數(shù)據(jù)集成與存儲層、數(shù)據(jù)服務接口層以及數(shù)據(jù)應用層，在各層的數(shù)據(jù)存儲與維護中，嚴格遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準。

圖2 數(shù)據(jù)平臺部署結構

圖3 數(shù)據(jù)交換模式

業(yè)務數(shù)據(jù)源層包括學校各個部處的信息化業(yè)務數(shù)據(jù)，囊括所有需要集成到數(shù)據(jù)中心的業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集成與存儲層通過數(shù)據(jù)集成工具，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準，進行數(shù)據(jù)的抽取、清洗與轉換，支持數(shù)據(jù)的觸發(fā)式更新、增量更新、定時抽取等多種同步和異步的數(shù)據(jù)維護方案，在多種主流異構的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)源之間完成數(shù)據(jù)的集成與存儲，該層主要建有共享數(shù)據(jù)庫、歸檔數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)倉庫。數(shù)據(jù)服務接口層主要通過建立多類統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，對外提供對共享數(shù)據(jù)的訪問和功能的調(diào)用，主要提供以下幾類數(shù)據(jù)接口：人事數(shù)據(jù)接口、財務數(shù)據(jù)接口、教學數(shù)據(jù)接口、科研數(shù)據(jù)接口、資產(chǎn)數(shù)據(jù)接口、后勤數(shù)據(jù)接口等。數(shù)據(jù)應用層在數(shù)據(jù)接口層提供數(shù)據(jù)的基礎上，提供教師服務、學生服務、領導決策和數(shù)據(jù)審計管理等應用，完成相關應用服務的建設與開發(fā)。

1.數(shù)據(jù)平臺部署結構

數(shù)據(jù)共享庫采用Oracle數(shù)據(jù)庫，使用RAC技術將兩臺服務器搭建成數(shù)據(jù)庫集群，后端連接網(wǎng)絡存儲，前端通過內(nèi)網(wǎng)交換機與數(shù)據(jù)交換服務器、數(shù)據(jù)標書服務器以及其他應用系統(tǒng)服務器連接。

2.交換模式

數(shù)據(jù)共享平臺中的數(shù)據(jù)交互模式，采用如圖3方式，在業(yè)務數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)中心庫間，建立中間過程庫。如果業(yè)務數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)符合執(zhí)行數(shù)據(jù)標準，直接將相關數(shù)據(jù)用ODI或者Web Server等方式交換到中心庫中，如果業(yè)務部處數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)和執(zhí)行標準存在不一致的現(xiàn)象，將業(yè)務數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)經(jīng)過中間庫，使用ODI等工具進行數(shù)據(jù)的清洗和轉換，最后交換到共享數(shù)據(jù)中心中。

3.交換模塊實現(xiàn)原理

數(shù)據(jù)交換模塊的實現(xiàn)機制，如下：數(shù)據(jù)處理平臺，提供數(shù)據(jù)處理一系列功能，包括ETL（數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)轉換與數(shù)據(jù)加載）功能，數(shù)據(jù)傳輸功能，該模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的清洗、轉換、同步、遷移等業(yè)務需求，是構建數(shù)據(jù)集成與存儲層的基礎。建設中主要采取以下幾種數(shù)據(jù)加載方式：實時性加載，對于數(shù)據(jù)實時性要求較高的交換數(shù)據(jù)，采用實時性加載策略，ODI加載數(shù)據(jù)時采用較小的時間間隔輪詢監(jiān)視業(yè)務系統(tǒng)相關數(shù)據(jù)變化，對于數(shù)據(jù)的實時更新，解決方案有兩種：全表掃描方式，在業(yè)務系統(tǒng)中對需要同步的表進行全表掃描，識別差異數(shù)據(jù)，更新到數(shù)據(jù)交換中心；觸發(fā)器方式，在業(yè)務系統(tǒng)中對需要同步的表創(chuàng)建觸發(fā)器，當業(yè)務表數(shù)據(jù)有更新、修改、新增、刪除操作時，通過觸發(fā)器同步到數(shù)據(jù)交換中心，以上方案會對業(yè)務系統(tǒng)產(chǎn)生較大的壓力，不會大面積使用；準實時性加載，此種方式采用T-1時間方式處理，即每天晚上12點以后進行加載，加載今天以前的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)實時性上會有一天的延時，但降低了業(yè)務系統(tǒng)的壓力。

圖4 結果監(jiān)控

4.交換過程與結果監(jiān)控

數(shù)據(jù)的監(jiān)控平臺完成對系統(tǒng)總體的運行監(jiān)管，提供對數(shù)據(jù)交換、更新以及數(shù)據(jù)應用層服務的監(jiān)控，完成對用戶行為、訪問日志、數(shù)據(jù)安全等方面的監(jiān)控功能。其主要作用有：發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)加載和數(shù)據(jù)轉換時發(fā)生的錯誤，及時發(fā)出報警，并采取相應的措施；同時提供對數(shù)據(jù)應用層服務的監(jiān)控，反應各種應用的進展情況，推進相關流程的正確執(zhí)行 ；對用戶的行為，訪問記錄以及進程信息進行有效的監(jiān)控，對有關數(shù)據(jù)進行審計，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運行中的問題，及時采取有效的應對措施，保障系統(tǒng)的安全運行。

數(shù)據(jù)同步監(jiān)控：監(jiān)控數(shù)據(jù)同步的健康狀況，數(shù)據(jù)同步的數(shù)據(jù)當量，數(shù)據(jù)同步的周期與處理時間，數(shù)據(jù)同步的執(zhí)行結果等。同時產(chǎn)生數(shù)據(jù)運行情況的審計報告。

總結

完善數(shù)據(jù)共享中心

從深度和廣度兩方面，完善對數(shù)據(jù)共享中心的建設。一方面，擴充業(yè)務數(shù)據(jù)范圍，將各個職能部門和學院的業(yè)務數(shù)據(jù)融入數(shù)據(jù)中心，保證數(shù)據(jù)的全面性；另一方面，進一步建設應用性數(shù)據(jù)倉庫，積累數(shù)據(jù)資源，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)資產(chǎn)的價值，盤活數(shù)據(jù)資產(chǎn)，從數(shù)據(jù)中挖掘有用信息，為學校領導決策和發(fā)展，給出建設依據(jù)和方向。

依據(jù)共享數(shù)據(jù)中心，開發(fā)智慧應用

學生成績預警、學生經(jīng)濟狀況分析、空閑教室查詢、食堂就餐情況統(tǒng)計；以數(shù)據(jù)為中心，優(yōu)化相關部處業(yè)務流程；以師生體驗為中心，提供更加便捷的“一站式”服務；以共享的數(shù)據(jù)平臺為基礎，充分利用已知數(shù)據(jù)信息，為廣大師生提供“一張表”服務。

（作者單位為北京航空航天大學網(wǎng)絡信息中心）