數據中臺架構在智慧校園建設中的應用與研究
——以南京財經高等職業技術學校智慧校園建設為例

姚 峰，程筱箐

（1.江蘇聯合職業技術學院南京財經分院，江蘇 南京 210000；2.中科曙光南京研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

教育部先后出臺了《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》[1]《教育信息化“十三五”規劃》《教育信息化2.0行動計劃》[2]。正如教育部原副部長杜占元在“2018年全國教育信息化工作會議”上所說的，教育信息化2.0“就是要全面提升教育信息化的發展水平，使中國教育信息化步入世界先進行列，發揮全球引領作用，以教育信息化全面推動教育現代化，開啟智能時代教育的新征程”[3]。這些政策明確了下一階段教育信息化建設的目標是智能化，圍繞智慧校園建設打造統一的數據中心。

隨著數據規模的不斷擴大、信息業務多元化，中臺服務架構應運而生。中臺是一個能夠同時支撐多個業務，將不同業務的數據信息收集、分析，形成有機統一的交互、運營和管理的平臺。中臺根據其功能定位可以分為業務中臺和數據中臺兩部分[4]，業務中臺主要包括業務共享中心以及為業務提供基礎服務的各組件，數據中臺主要完成對業務數據的采集接入、清洗、計算、關聯以及存儲。通過數據中臺，可以借助大數據實現對既有業務全方位的分析和運營能力。中臺技術的引入，能夠為智能化服務進行模塊化的抽象和封裝，實現功能間的可復用、低耦合，降低開發和運維成本，提高內部協同效率。便于對快速變化的業務市場及時響應，從而實現智能信息建設的創新發展。

1 智慧校園建設現狀分析

許多職業院校經過初期的數字化智慧校園建設，已經建立了包括教學信息、科研能力、師生管理、服務整合的信息化平臺，提供了有力的信息化支撐和服務[5]。因此，將大數據的中臺技術應用于智慧校園建設成為改革的必然趨勢。南京財經高等職業技術學校是首批江蘇省高水平現代化的職業學校，近年來不斷加強基礎設施建設，完善信息化建設，全面優化教育教學環境。目前擁有先進的云計算中心和四網合一的萬兆校園網，現有國家級實訓基地1個，省級實訓基地2個，現代化實訓室70余個，多媒體教室110個。在信息化技術的依托下，校內已經形成了涵蓋師生教務管理、生活管理、校園建設的信息化平臺，包括校園一卡通系統，課程教學系統、學生教務管理系統、圖書管理系統、學生生活管理系統、校園安全監控系等。各類應用系統已建成并投入使用，支撐校園各自業務的信息化需求。然而，隨著快速擴張的業務需求和數據規模，智慧校園建設在實際運用中也出現諸多問題。

（1）跨部門數據共享困難。學校各部門業務系統大多都是獨立建設，導致跨部門數據共享困難，同時，各職能部門往往需要基于學生、教師、科研等不同階段和方面開展管理和服務，對數據同步的要求較高。而數據無法及時共享將導致無法對其充分利用，形成眾多信息孤島，造成很多流程脫節，不利于學校的管理。

（2）數據標準不統一。校園內部信息系統建設初期，往往都是獨立建設的，每個系統建設標準不一，而且各個系統數據都是獨立采集，導致很多同類數據不一致的情況。比如，大多數系統都需要錄入學生個人基本信息，但由于各系統數據標準不一致、人工填報有誤差等問題，導致每個系統統計到的學生個人信息項不一致，甚至相同信息項的內容參差不齊，不利于學校后續數據的統計分析。

（3）數據資產不清晰。數據資產是擁有數據權屬、有價值、可計量、可讀取的數據集。目前一些校園數據都隱藏在各個業務系統后面，缺乏統一梳理和管理，難以實現量化與可視化，導致學校對目前校內數據資產情況不清晰。當學校遇到多方面數據統計的需求時，很難精準地獲取到所需數據。

（4）數據分析場景匱乏。信息化建設最終目的是為了提升學校的管理和服務水平，能夠為師生和管理方提供精細化的服務，實現數據賦能，但目前智慧校園系統往往積累了一定的數據存儲，但對于數據的應用場景、數據價值沒有得到體現。例如，人事部門在對師資隊伍考核、評優時缺乏強有力的數據支撐，學生在獎助學金申請、未來方向發展等方向缺乏科學化引導。

2 智慧校園建設目標

（1）建設數據中心硬件平臺，為學校數據管理工作提供硬件設施支撐。

（2）建設學校數據標準體系，統一數據在采集、交換、傳輸過程中的規范，為后續業務系統的建設提供標準。

（3）建設大數據管理平臺，為學校數據的匯聚、管控、治理和共享提供信息化工具。

（4）建設大數據分析平臺，實現學校對重點領域（如學生、教師、科研、教學等）的數據分析，挖掘數據價值，輔助領導決策，為學生、教師提供精細化數據服務。

（5）完成學校初步的數據管理，對學校數據現狀進行調研、梳理、采集、分類，開展主數據建設、數據共享接口開發等，搭建學校數據底座雛形。

3 智慧校園建設整體架構

智慧校園建設是一個系統性工程，并非一蹴而就，是一個逐步建設完善的過程。本項目根據校園的實際情況，依托定制的大數據治理平臺，構建統一的數據中臺體系。具體架構如圖1所示。

統一數據中臺建設的依附前提是需要與之匹配的基礎設施。包括通用服務器、存儲節點和底層存儲系統；數據存儲則使用分布式文件存儲系統HDFS、任務資源調度YARN和一些集群索引等，為上層數據處理與分析提供數據承載服務；大數據治理平臺是數據中臺的核心，提供眾多的業務數據構建、處理和分析服務，包括數據來源接入采集，數據統一管控，數據標準建設，數據處理管理等；在此基礎上，針對學校重點關注的業務主題和場景構建相關主題庫和專題庫，包括學生主題庫、教師主題庫、學生成績專題庫等；通過數據集市、接口服務或者全文智搜可以簡單高效地獲取主題庫和專題庫數據，實現部門間數據的協作共享；進一步地，該系統將已有的數據資產拓寬應用場景，借助于大數據分析平臺和可視化交互界面，提供校情駕駛艙、師生畫像、學生監管預警、校園安全監控等專項應用，為用戶提供良好的交互功能；系統本身包含完善的系統管理，包括用戶權限管理、任務調度、服務監控、設備組件管理等，能夠實現低成本的功能擴展和日常運維。

4 智慧校園建設體系

4.1 數據匯聚

（1）數據采集管理。根據數據來源信息，將各個業務系統的多樣性數據匯入平臺，進行統一的存儲，因此需要提供多數據庫的采集接口。提供采集Oracle/MySQL/Oracle集群/SQLServer/MPP/GBase 8a等主流數據庫、FTP文件庫、Kafka實時庫、Txt/Word/Csv等本地文件數據，實現對多平臺多數據源的采集管理。

（2）數據源管理。數據來源信息的統一管理，通過登記注冊業務系統、數據庫、文件庫、實時庫等導入資源的基本信息，為后續的數據采集做準備。包括對生產環境的業務系統、數據庫、文件庫和實時庫進行管理，并提供可視化交互界面，實現數據源的統一。

4.2 數據資產管理

智慧校園數據中臺系統的數據資產管理提供數據倉庫、全文庫、文件庫等數據資產全生命周期管理，能夠根據各類數據的特征進行分類，全盤掌握數據狀態。根據分析目標進一步形成面向業務的公共基礎庫，以構建需求導向下的數據資產庫。

4.2.1 數據標準

結構化數據的接入需要統一標準。數據標準基于中華人民共和國教育行業標準（JY/T1001-2012）《教育管理基礎代碼》和《高等學校管理信息標準》，結合學校現狀，編制符合學校實際需求的校級數據標準規范，具體包括元數據標準、信息編碼規則、代碼集標準等。數據中臺根據建立的數據標準體系，結合數據采集和數據治理模塊功能，將原始數據進行規范化處理，完成所有應用系統數據入庫后的準確性和一致性。

基于統一的數據標準，結合平臺的標準化建表頁面工具，提供建立統一標準、規范的數據表服務，實現錄入數據的存儲和管理。

4.2.2 數據倉庫

接入采集的結構化數據，需要基于國家、教育部標準，以已有的大數據平臺為基礎，構建學校的數據倉庫，實現結構化數據倉庫管理。針對匯聚中的數據建立數據倉庫，并創建資源目錄，將數據進行分類管理，實現按照業務規則自定義搭建符合業務需求的各類數據倉庫。

數據倉庫不僅是對業務數據的結構化存儲，而且能夠提供數據表的更新和修改，并根據業務特點對數據資源查看和管理。

4.2.3 全文庫和文件庫

平臺提供數據倉庫數據表的全文庫注冊服務，注冊為全文庫的數據表可進行大數據全文搜索，同時能夠依據使用場景進行全文庫分類管理和字段標簽匹配服務，有助于業務的數據使用，拓寬了應用場景。

對于非結構化數據，平臺提供了文件庫管理服務，可依據使用場景進行非結構化數據的上傳與更新，以及文件庫分類管理。

4.2.4 主題專題庫建設

根據智慧校園數字平臺所要求的數據范圍，以能夠支撐所有大數據業務需求為目標，主要以滿足各重點實體知識庫總體邊界，以業務實體統一視圖為主題域劃分參考依據，由此得到學校數字平臺的數據模型及主題域。主題庫數據通過標準層實現冗余、去重，同時有可能對標準層的實體表（大寬表）進行拆分或多表重組，保證數據權威性，形成面向全校的、公共的主題數據層。主題庫包括學生主題庫、教職工主題庫、教學主題庫、科研主題庫、資產主題庫等。主題庫主要是根據各類主題的業務應用需求，實現對數據的冗余化重組，以適應復雜的即席查詢和分析的需求。

不同于特定個體的主題庫，專題庫是針對學校特定的應用分析場景形成的特定數據庫，更偏向于個體與行為、場景的關聯，具有更強的業務導向。目前專題庫包括學生獎懲專題庫、學生就業升學專題庫、學生錄取專題庫、學生住宿專題庫、圖書借閱專題庫等。

4.3 數據治理

4.3.1 數據質量管理

數據匯聚由于多平臺多渠道的特性，數據質量往往參差不齊。在統一數據標準的基礎上，平臺通過內置的質量檢測規則，對數據進行質量剖析、檢測，生成實用的剖析、檢測報告，從數據庫宏觀角度為用戶展現數據概貌，輔助用戶不斷提升數據質量，為后續數據分析、挖掘、應用打下堅定的基礎。

平臺提供通用質量檢測規則，如空值檢測、數值范圍檢測、日期范圍檢測、數列分布檢測、身份證號碼檢測等，同時也提供自定義質量檢測規則。可在頁面上進行查看、更新和修改。

另外，平臺也提供對單個表的專業算法分析，如空值率、數值范圍、日期范圍、數列分布等，提供檢測任務在線創建服務，可對數據倉庫內所有數據資產表進行檢測，掌握數據資源表的質量情況。

4.3.2 數據清洗管理

平臺提供對質量低下的數據進行字段級別的清洗過濾。根據配置的清洗規則，系統可根據表字段信息智能推薦最適合的清洗規則。支持查看輸出的清洗報告，并對清洗任務可頁面配置管理。平臺還提供了在線清洗模型創建，針對數據源的規模和增長方式可選擇全量或增量清洗，提升清洗效率與機器資源利用率。

4.4 數據應用

4.4.1 智搜應用

數據中臺的智搜應用可以用于檢索全平臺的結構化、非結構化數據，實現全平臺數據的碰撞檢索，為實際業務應用提供全面的數據支撐，達到驅動決策的目標。

該應用基于全文庫的結構化數據檢索，可以快速檢索出全平臺內符合條件的數據，并可以根據數據分類進行高級精準化的檢索。基于文件庫的非結構化數據檢索，實現文件名稱、屬性、內容的模糊匹配檢索。

4.4.2 數據集市

數據集市展示已在數據中臺系統中添加過標簽的數據，并為用戶提供接口服務申請功能。提供已注冊通過的服務展示和基礎服務展示，系統按注冊標簽將服務進行展示，包含服務名、服務記錄數、服務來源數據、服務數據的更新時間等內容，提供服務的模糊搜索服務。

對于已提交的申請，提供服務申請管理，針對已提交服務申請的流程，可在服務申請內統一查看審批狀態（審批中、審核通過、審核駁回），實現平臺對下游接口服務的統一分配與管理。

4.4.3 校情駕駛艙

校情駕駛艙模塊以可視化大屏展示，在一張大屏界面上實現對全校信息的整體掌控，主要信息包括校園概況、學生信息基本分布、教師信息基本分布、資產信息分布、學生生源地及就業去向展示、學院科研信息展示、學院學習分析、圖書館信息展示、能源信息展示等模塊，具體詳細信息和篩選查詢功能在之后的對應模塊進行體現。

4.4.4 人物畫像

在已經構建人物主題庫和專題庫的基礎上，整合人物的業務屬性，提供更全面具體的學生畫像和教師畫像。以學生畫像為例，提供統計學生綜合數據（人數、性別、生源分布、年齡、學業成績等）、以及學生行為數據（圖書借閱、一卡通刷卡）等。每種綜合統計數據可在頁面上直觀呈現可視化結果，并且提供詳細的二級屬性分布統計。

4.4.5 實時監控

智慧校園數據中臺的校園安全模塊提供校園實時監控和校園出入分析服務，對接視頻平臺，展示各校區實時校園監控，可自行選擇或者輸入監控名稱進行查看；能夠通過一卡通/門禁數據分析，展示近一月/近一年校園出入人流量趨勢，保證師生的校園生活安全。

對于學生而言，平臺提供了一系列實時監控預警功能，包括學生學習成績不良預警、網課異常預警、消費異常預警、行蹤異常預警，支持對預警條件進行自定義修改，及時更全面的幫助學生健康發展。

4.5 平臺運維

該平臺提供運維監控，包括對大數據硬件狀態、集群狀態、HDFS存儲、HEDFS、MAPREDUCE、Hbase、Z00KEEPER、YARN、HIVE等組件進行監控；同時對平臺數據進行監控，包括已有數據存儲量、數據增量、表數量、在線訪問人數等信息等都可以實時獲取；平臺的操作情況，數據采集和共享行為都會以日志和統計圖標形式記錄，若有觸發告警策略的操作，會以郵件形式進行告警；提供整個平臺的周期任務、非周期任務的智能調度，用戶可根據業務需要選擇執行優先級，任務調度系統會結合任務優先級以及系統資源占用情況，合理調度執行；提供用戶審批管理，提供審批權限配置工具，并根據配置進行流轉審批管理。

5 智慧校園建設意義

5.1 學生管理立體化

學生管理工作是校園管理工作的重要環節，通過對學生綜合數據以及行為數據的采集，客觀記錄學生的個人情況和成長軌跡，沉淀和積累多維度的學生成長數據。學生群體及個人數據的可視化為校方提供了解學生的個人成長需求高效途徑，為學生在未來學業和就業方向上提供更加精準和科學的指導。

大數據管理平臺建設等大幅度提高了各部門有關學生的管理工作效率，降低了人工成本。例如，在實現多平臺數據互融互通之后，在學生的獎助學金評選與申請工作方面，有關部門通過調取學生個人成績、消費情況和行動軌跡等數據，對相關數據進行分析處理，便可快速對該學生做出判斷。同時，學生個人避免了煩瑣的各類信息填報和材料提交等環節，工作人員也省去對信息以及材料審核等工作，大幅降低了人工成本，使得整個流程效率大大提高。

此外，大數據管理平臺為需要重點關注的學生設置專欄，并做了系統分類。根據數據分析結果，對于已經出現問題的學生做星標，對于可能出現問題的學生做預警標記，以便校方領導及時對這些學生做出方案預判，進行同步跟蹤關注并做出正確應對決策。

目前，學校以將校內的一卡通系統、課程系統、教務系統等接入至大數據管理平臺，全方位構建學生的學習、生活畫像，更高效地實現校內學生管理，滿足管理數據的自動化分析需求。

5.2 教學管理精準化

職業院校未來的長足發展離不開優秀教師的科研和教學能力，因此，學校管理者需要全方位掌握教師的相關動態和能力，以便從整體上運籌帷幄，做出重大戰略決策和調整。大數據分析平臺的建設幫助學校實現對這些重點領域的數據分析，利用數據價值，做出客觀判斷。

首先，通過大數據分析平臺，教師的教學和科研能力可以通過數據更加直觀地展現。其次，人事部門在對師資隊伍考核、評優時得到了強有力的數據支撐，大大提高了工作效率，促進了考核與評定的客觀與公正，教師個人也避免了材料整合等煩瑣工作。

同時經過對數據的整合分析，教師可以看到學生出勤、績點、選課情況、課程合格率等綜合信息，在結合評教結果等數據后會對教學情況擁有全面的了解，這不僅有利于教師規范組織教學、示范教學，也有利于教師根據結果改善和提高其教學能力和水平。

借助大數據分析平臺，學校在專業建設方面有了有力的支撐。如能夠實現財務教育共享服務資源的整合，支撐真實財務實訓，助力產教深度融合；平臺對接動漫制作技術等課程，打通線上線下數據傳遞，讓師生關注的重心放在教學內容上，真正實現了信息技術與教學內容和的結合，有助于提升學生創新實踐能力。

5.3 學校管理高效化

各種業務系統的應用使得學校師生員工在校園內的行為數據被全面記錄，這些數據資產具有寶貴的價值，為學校領導在進行學校管理和制定決策方面提供有力的支撐。學校管理者只需收集和分析相關數據便可以洞悉和預判現實中師生行為，準確定位師生的需求，從而實現精細化管理。

大數據管理平臺實現跨系統的數據融合，并向外提供統一數據服務，各個業務系統采集的數據被進行統一梳理，為各部門工作提高了效率，節約了成本。

在教育教學方面，跟進學生和教師的狀態有利于教育質量的提高。例如，圖書館和網絡課程資源等相關數據幫助學校合理地運用信息平臺和智能環境，盡量實現教育資源的共享，同時根據數據結果學校領導可以有效地判斷需要引入哪些資源，以便于滿足學校師生的發展需求。

在招生以及學生就業方面，通過用數據定位學生的生源地，就業率、就業去向以及就業單位類型等，幫助在校學生做好正確的職業指導，同時為學校的招生工作提供客觀有效的數據支撐。

南京財經高等職業技術學校已經實現匯文數字化校園系統、智能建筑綜合管理系統的接入，通過校情駕駛艙可以直觀看到校內圖書管理情況和主要教學樓棟、宿舍水電信息；同時、校園安全監控系統能夠整合多校區的視頻監控資源，為全面的校園安全保駕護航。

6 結束語

數據中臺技術架構下的智慧校園建設打破了傳統的高校管理方式，使用信息化的思維，提供了一個相對通用的技術架構模型，使用模塊化的層級系統實現信息的分析與處理，大大提升校園智慧建設的功能性和可擴展性。南京財經高等職業技術學校借鑒中臺概念，實現“一切業務數據化，一切數據業務化”。在保證學校業務規范化的基礎上，能夠快速支撐學校業務的變化、創新，消除信息孤島，讓數據輔助校務管理，服務師生，提升校園運行效率，讓師生具備更高的獲得感。相信在不久的將來，大數據平臺將會在智慧校園建設中發揮重要作用，有效提升學校人才培養質量和教育治理能力，更好地服務于職業教育的高質量發展。■