互聯(lián)網(wǎng)+時代智慧校園移動服務(wù)平臺構(gòu)建

吳元君

【摘 要】 針對目前很多高校數(shù)字化校園平臺訪問方式單一、建設(shè)初期缺乏統(tǒng)一模型指導(dǎo)、信息資源利用率低等問題，本文基于面向主題的WebCrawler、改良的個性化信息推送、系統(tǒng)無縫集成、改進的熱點發(fā)現(xiàn)算法等技術(shù)研究構(gòu)建了一種門戶式智慧校園移動信息平臺，為高校多方位、效能化、智慧化的創(chuàng)新管理與服務(wù)提供了有效的技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】 智慧校園;移動互聯(lián)網(wǎng);WebCrawler;個性化;應(yīng)用集成;話題發(fā)現(xiàn)

【中圖分類號】 G647 【文獻標(biāo)識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2020）01-0033-04 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

一、前言

（一）研究背景

2016年4月，習(xí)近平總書記在網(wǎng)絡(luò)安全和信息化工作座談會上指出，今后，要加快推進社會信息化。建設(shè)國家教育云平臺，集中部署全國優(yōu)質(zhì)教育信息資源，逐步縮小區(qū)域、城鄉(xiāng)、校際差距。進一步提高教育信息網(wǎng)絡(luò)的性能，加快智能校園和智能教室建設(shè)，大力發(fā)展智慧教育。

根據(jù)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》，“十二五”到“十三五”以來，教育信息化工作已全面推進，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動計算等新技術(shù)開始進入校園應(yīng)用，校園里的一場數(shù)字化革命已然高速起步成長。數(shù)字化校園門戶平臺，作為專門服務(wù)于學(xué)校的信息門戶平臺被各高校廣泛應(yīng)用，一站式處理所有業(yè)務(wù)。這類門戶平臺通過實現(xiàn)從環(huán)境、資源到應(yīng)用的全面信息化，為校園師生提供了一個集成了多種校園應(yīng)用的虛擬數(shù)字校園，拓展了校園應(yīng)用和體驗的時空維度，但是建設(shè)目標(biāo)不明確、基礎(chǔ)平臺選型不準(zhǔn)確、底層硬件支撐平臺設(shè)計不合理以及個性化定制不合理等問題也影響了高校智慧校園建設(shè)的持續(xù)穩(wěn)步推進。

文章結(jié)合新時代高校師生服務(wù)需求和發(fā)展要求，成功搭建了集合面向主題的數(shù)據(jù)爬取、改良的個性化信息推送、系統(tǒng)無縫集成、改進的熱點發(fā)現(xiàn)算法等多項技術(shù)的門戶式智慧校園移動服務(wù)平臺。

（二）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.智慧校園發(fā)展現(xiàn)狀

智慧校園的概念伴隨著當(dāng)前大數(shù)據(jù)計算、移動互聯(lián)等新技術(shù)的興起而被逐漸重視，很多高校的智慧校園研究和建設(shè)也開始看到了成果。上海交通大學(xué)的智慧圖書信息中心、浙江大學(xué)的智慧園區(qū)、東南大學(xué)的智慧一卡通等智慧校園的建設(shè)和研究，既切實提高了高校的管理服務(wù)水平，也讓我們看到了云計算、移動互聯(lián)技術(shù)對高校師生在教科研、后勤管理、一卡通、圖書借閱、智慧教室等校園生活的改變。

在普適計算的模式下，相當(dāng)多的智慧校園原型的開發(fā)、服務(wù)和推廣也相繼推出。Talal提出的智能卡方案類似于國內(nèi)的校園一卡通服務(wù)，即通過把服務(wù)程序?qū)懭胫悄芸ㄖ校梢栽谝粡埧ㄖ姓隙喾N校園服務(wù)。Michael提出了一個可以整合校園虛擬環(huán)境和服務(wù)的EHOC系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持各種移動設(shè)備或打印、校園卡充值等服務(wù)。

為了更多地體現(xiàn)用戶與服務(wù)之間的交流和互動，更好地為師生主體提供主動服務(wù)，“智慧校園”通過物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、云計算等概念和技術(shù)手段，能夠智能識別用戶使用場景，提供主動的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，對于學(xué)校開放教育教學(xué)環(huán)境、智能支持教學(xué)科研過程，以及提供個性化生活服務(wù)都有積極意義，并在真正意義上實現(xiàn)校園智慧化管理和服務(wù)。

2.移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

基于移動、電信、聯(lián)通等運營商4G、4G+及5G標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)的加持，從移動電子商務(wù)到政務(wù)服務(wù)平臺，從簡單的基于web服務(wù)到真正的移動終端，移動互聯(lián)技術(shù)廣泛應(yīng)用于社會生活和服務(wù)是大勢所趨，智能手機普及、校園無線全覆蓋、全城Wi-Fi的探索和推廣，助力了真智慧校園的研究和建設(shè)。

移動應(yīng)用、虛擬服務(wù)等如何在智慧校園中部署，如何在智能空間里管理這些應(yīng)用服務(wù)，是目前討論的熱點。比如建立一種基于粗粒度、開放式、松耦合的服務(wù)結(jié)構(gòu)（SOA）的智慧校園平臺，可以通過點對點的檢測用戶位置，來提供主動個性化校園服務(wù)和社交應(yīng)用。

二、相關(guān)技術(shù)及實現(xiàn)研究

（一）個性化校園資訊服務(wù)平臺研究

1.面向校園主題的爬蟲技術(shù)

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)爬取技術(shù)不提供關(guān)鍵字篩選，多為廣度優(yōu)先，主要是最大范圍的爬取互聯(lián)網(wǎng)中的目標(biāo)數(shù)據(jù)采集到搜索引擎中，而面向主題數(shù)據(jù)爬取過程是選擇性的，面向特定關(guān)鍵字，可以在有限的周期和資源內(nèi)最大程度采集到主題數(shù)據(jù)。面向校園主題的數(shù)據(jù)爬取流程見圖1。

2.個性化資訊服務(wù)技術(shù)

為了更精準(zhǔn)地對智慧校園用戶的行為模式進行分析，文章構(gòu)建了一個用戶行為模式挖掘模型，通過數(shù)據(jù)挖掘，尋找用戶行為規(guī)律，構(gòu)造行為序列模式，找出用戶行為特征。原理見圖2。

結(jié)合智慧校園用戶訪問行為的特征，既要考慮到利于序列投影，所以每個元素為單項，又要兼顧到序列模式的長度，文章采用PrefixSpan算法進行序列模式的數(shù)據(jù)挖掘。對不同校園用戶的訪問行為進行采集后，得到序列模式如下：

FSgroupid=（groupid，{（as1，spt1），（as2，spt2），…，（asi，spti），…，（asn，sptn）}，sptmin）

（二）個性化校園信息推送技術(shù)研究

Apache Mina Server 是一個常用、小巧的網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用框架，Mina框架同時對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端和客戶端進行封裝，它的API可以真正隔離應(yīng)用服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)通信，一個基于MINA框架的智慧校園移動信息平臺，只需要關(guān)心應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的發(fā)送、接受以及業(yè)務(wù)邏輯即可。平臺的服務(wù)器端基于Spring、Spring MVC、Hibernate等JavaEE開源框架構(gòu)建，Spring框架具有高便利性、高擴展性、輕量級的特點，Spring MVC天然的與Spring集成，是實現(xiàn)了Web MVC和前端控制器模式的請求驅(qū)動類型的輕量級Web框架。另外，基于Android系統(tǒng)的開源特性，信息推送的移動接收端基于Android編寫。基于智慧校園信息推送架構(gòu)見圖3。

（三）校園應(yīng)用無縫集成框架研究

1.無縫集成

長期以來，眾多高校的信息化平臺建設(shè)都不夠集中，多種應(yīng)用程序缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，看似功能全面，卻各成體系，沒有數(shù)據(jù)共享協(xié)同機制，形成多個數(shù)據(jù)孤島。文章中構(gòu)建的智慧校園平臺將基于校園應(yīng)用程序的無縫集成框架，校園用戶擁有統(tǒng)一身份認證門戶，利用開放的應(yīng)用程序集成和規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)接口，全面支持多種應(yīng)用程序的無縫集成。

2.智慧校園的無縫應(yīng)用集成方案

文章中構(gòu)建的智慧校園應(yīng)用程序無縫集成方案能夠為各種應(yīng)用程序提供正確的集成模式。特別是對于一些應(yīng)用實時性要求高、業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜的程序，我們將使用SOA與HTML5整合的模式。SOA，即面向服務(wù)的體系架構(gòu)，具有高適應(yīng)性和高擴展性，HTML5同樣具有很好的適應(yīng)性，可以很好地適應(yīng)于不同規(guī)格的移動終端。另外，如果應(yīng)用程序強調(diào)用戶體驗和UI界面設(shè)計，我們也提供手機原生C/S集成模式，見圖4。

（四）基于智慧校園平臺的熱點話題發(fā)現(xiàn)技術(shù)

1.文本聚類算法

熱點話題發(fā)現(xiàn)的研究重點在于對聚類算法的優(yōu)化上。K-means是典型的基于距離的聚類算法，即組成簇的兩個對象距離越近，相似度就越高。K算法的缺點是數(shù)據(jù)量增大時的時間開銷很大，它需要不斷的樣本分類調(diào)整并計算新的聚類中心。考慮到校園熱點話題的輿論引導(dǎo)性等因素，文章提出了一種優(yōu)化的熱點話題發(fā)現(xiàn)算法。增量聚類算法Single-pass規(guī)避了K-means算法難以處理新文本對象的問題，它可以不規(guī)定初始類簇數(shù)，自動調(diào)整形成新的聚類簇，并且不會產(chǎn)生準(zhǔn)確度降低的問題。

2.智慧校園熱點話題發(fā)現(xiàn)流程及算法優(yōu)化

智慧校園平臺熱點話題發(fā)現(xiàn)模塊的設(shè)計采用中文分詞系統(tǒng)ICTCLAS，包括改進的K-Means文本聚類算法、分詞預(yù)處理、特征項提取以及文本表示模型等。熱點話題發(fā)現(xiàn)流程見圖5。

我們采用的設(shè)計方法是在K-Means算法之前，通過統(tǒng)計熱點話題標(biāo)題詞頻的方式，提取出M個特征主題文本，作為初始聚類中心。算法的描述為：

（1）從樣本話題中提取話題標(biāo)題，組成文本集{N1，N2，...，Nn};

（2）對話題文本集合進行分詞，統(tǒng)計標(biāo)題文本詞的頻率;

（3）對標(biāo)題文本分詞詞頻排序，抽取詞頻最高的M個特征詞，集合成為特征文本詞集{St1，St2，...，Stk};

（4）初始的話題文本根據(jù)特征詞集組成M個文檔集，即Ti={Si1，Si2，...，Sin}，其中Sij表示包含特征詞Sti的第j個文本，n為文本數(shù)量;

（5）比較Sti與Tti剩下文本相似度，得到相似度值后求和;將數(shù)值最大的熱點話題新聞作為Sti的特征文本，可得到M個特征文本;

（6）設(shè)定一個閾值，計算M個特征文本的相似度，相似度超過閾值的兩個文本將中心點合并。如果相似度值均低于設(shè)定的閾值，則直接進入（9）;

（7）從（2）中得到第m+1個關(guān)鍵文本，返回（4）;

（8）計算推出M個關(guān)鍵文本;

（9）M個熱點話題關(guān)鍵文本作為算法的初始聚類中心，執(zhí)行K-Means算法。

三、移動智慧校園平臺的實現(xiàn)

（一）系統(tǒng)整體架構(gòu)

面向切面編程思想（AOP）流行于.Net，在框架組件的模塊設(shè)計中，AOP已經(jīng)是標(biāo)配，它能有效降低軟件架構(gòu)的復(fù)雜度，支持動態(tài)修改OO模型，利于軟件設(shè)計模塊化，開發(fā)系統(tǒng)時只需專注于業(yè)務(wù)邏輯設(shè)計。智慧校園移動平臺服務(wù)端基于AOP思想開發(fā)，將應(yīng)用程序中的業(yè)務(wù)邏輯和通用服務(wù)進行分離，通用邏輯通過AOP的方式統(tǒng)一提供。客戶端與服務(wù)端的數(shù)據(jù)通信依賴于HttpClient、MINA框架又能很好地保持長時間會話和數(shù)據(jù)推送系統(tǒng)。總體架構(gòu)如圖6。

（二）主要功能模塊設(shè)計

1.無縫集成模塊

智慧校園平臺的應(yīng)用集成讓校園用戶統(tǒng)一了身份認證，對平臺集成的多種應(yīng)用程序可以統(tǒng)一訪問，無縫集成為其他應(yīng)用程序提供了統(tǒng)一的API調(diào)用，整合了原本分散的各種業(yè)務(wù)，提高了數(shù)據(jù)共享性和利用率，讓校園用戶在平臺客戶端上擁有統(tǒng)一的應(yīng)用程序體驗服務(wù)。無縫集成模塊對初始的業(yè)務(wù)調(diào)用進行了優(yōu)化，并使用了面向服務(wù)的體系架構(gòu)、原生C/S與Web中核心語言HTML5整合的模式，很好地提高了數(shù)據(jù)安全性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。該模塊的的處理流程見圖7。

2.熱點話題發(fā)現(xiàn)模塊

熱點話題發(fā)現(xiàn)模塊包括改進的K-Means文本聚類算法、分詞預(yù)處理、特征項提取以及文本表示模型等，模塊將個性化新聞平臺收集的文本進行預(yù)處理，通過改進的K-Means文本聚類算法爬取和識別出一個周期內(nèi)發(fā)生的新話題或特征話題等。模塊的處理步驟如下：

（1）通過中文分詞系統(tǒng)ICTCLAS處理對、話題數(shù)據(jù)庫中的文本;

（2）設(shè)定的閾值，從ICTCLAS系統(tǒng)處理后的文本中提取特征文本;

（3）結(jié)合向量數(shù)理模型，利用提取的特征文本構(gòu)建文本知識表示模型;

（4）利用改進的K-Means文本聚類算法，對特征文本進行話題聚類。

（三）移動智慧校園平臺的應(yīng)用

文中設(shè)計的智慧校園移動信息平臺包括基于校園門戶的服務(wù)器端和基于移動設(shè)備的用戶終端，適應(yīng)IOS、Android、Windows等移動設(shè)備操作系統(tǒng)，支持個性推送、信息定制、智慧課堂、掌上校園、校園論文檢索、個人成績推送、圖書借閱管理、校園社交平臺等第三方服務(wù)，為校園師生用戶提供了多層次一體化體驗的智慧校園服務(wù)。平臺整體的設(shè)計架構(gòu)見圖8。

四、總結(jié)

文章基于新時代校園師生用戶的服務(wù)需求，利用移動互聯(lián)、云計算等技術(shù)設(shè)計開發(fā)了一個有多種應(yīng)用集成的智慧校園移動服務(wù)平臺，在為校園師生提供了豐富友好的校園應(yīng)用集成體驗的同時，也為目前智慧校園平臺的搭建提供了一種思路。后續(xù)研究將主要集中在大數(shù)據(jù)爬取、模塊擴展性等關(guān)鍵技術(shù)上，希望能更好地解決校園用戶習(xí)慣性行為和特征操作預(yù)測等問題。

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