數字化背景下高校智慧校園系統架構研究

劉珍

摘?要：國家大力推動智慧校園的發展，大數據、物聯網、虛擬現實、云計算、人工智能、5G技術等新一代信息技術發展，這是對智慧校園的有力推動。各大高校積極開展智慧校園應用，但高校智慧校園存在高校基礎設施建設整體水平不高、校園數據孤島現象、校園數據的價值尚未充分挖掘、復雜分散的IT運維等問題。本文提出智慧校園系統架構由硬件基礎設施系統、數據平臺支撐系統、智慧校園應用系統、終端展示系統4部分組成。

關鍵詞：數字化智慧校園系統架構

中圖分類號：G4?????文獻標識碼：A??????doi：10.19311/j.cnki.16723198.2023.08.079

1?引言

1.1?國家大力推動智慧校園的發展

《教育信息化2.0行動計劃》提出在2022年“三全兩高一大”的發展目標，目前基本實現了學習應用覆蓋全體適齡學生、教學應用覆蓋全體教師、數字校園建設覆蓋全體學校，師生信息素養和信息化應用水平得到普遍提高。《中國教育現代化2035》第八條中提到在信息化時代，要加強教育變革，統籌建設智能化校園，校園管理、教學與服務平臺要一體化和智能化，通過現代技術推動人才培養模式改革。

1.2?新技術對智慧校園發展的推動

智慧校園以數字化校園為基礎，有效地利用大數據、物聯網、虛擬現實、云計算、人工智能、5G技術等新一代信息技術發展進行全方位的校園建設，從而推動科學決策、構建良好開放的教學環境，為全校師生提供更加舒適便利的生活、工作、學習場所。

1.3?高校積極開展智慧校園應用

學校的信息化建設水平已經成為衡量學校“軟實力”的重要依據。浙江大學是最早一批開展智慧校園建設，以云計算為基礎，實現網絡科研融合創新、網絡學習無處不在、校園文化豐富多彩、校務治理透明高效和校園生活方便周到。南京郵電大學以物聯網為基礎，整合學校的內部信息資源，進行校園建設分析，通過信息資源建設等進行信息的資源共享，構建出新型的智慧化校園服務平臺，為校園管理提供便利。大多數高校均已建成刷臉入校、入宿舍或入圖書館的門禁系統，為校園安全提供有力保障。無人零售、智能結算系統也成為便利校園生活的重要應用。新冠疫情期間，物流機器人等無接觸配送方式開始被廣泛應用于高校中，我們國家實現了“停課不停學”，這都得益于近幾年國家的教育信息化建設，學校的教學質量得到了穩步提高。

2?智慧校園的內涵

美國IBM公司的CEO彭明盛在2008年演講提出了“智慧地球”概念。奧巴馬于2009年就任美國總統后，對這一概念給出了應和，智慧系列建設不斷開展，智慧城市、智慧社區、智慧校園等全新的概念被提出。我國2018年6月發布《智慧校園總體框架》提到智慧校園是物理空間和信息空間的有機結合，方便用戶能夠在任何時間和地點都能便捷獲取資源與服務，通過云計算、物聯網、5G技術、大數據、移動互聯等核心技術，任何人隨時隨地都能便捷地實現資源和服務共享。高校智慧校園的主要特征有泛在互聯、開放共享、全面感知、統一管理、高效服務、融合創新。

3?智慧校園發展過程中存在的問題

3.1?高校基礎設施建設整體水平不高

高校基礎設施沒有實現統一規劃，線路、設備年久失修，無線校園網覆蓋率低，網絡帶寬效，訪問速度慢，新技術發展存在瓶頸。當前高校基礎設施建設主要存在硬件資源浪費，在設計時候按照應用的高峰來進行規劃；運維成本高，學校急劇擴招和新應用系統大量增加，網絡設施、存儲的設備、服務器數量迅速增加，占地空間、電力供應、散熱制冷設備等運維成本大量上升；校園網絡速度慢，目前高校校園內主要覆蓋的是4G網絡和WIFI5網絡，由于校園的人全使用手機和電腦的時間段相對密集，時間點相對集中，手機、電腦等網絡通訊設備相對較多，在平時網絡就會產生一定的卡頓現象。

3.2?校園數據存在孤島現象

校園建設中不斷增加各種業務系統，老師和學生在處理不同的信息和數據時需要通過多個系統平臺來進行處理，缺乏統一的數據標準，包括代碼標準、編碼標準、接口標準等方面，從而導致數據的多余，使得信息資源無法實現統一高效利用同時也無法實現共建共享，使得師生在進行信息獲取和信息利用中產生了數據重復結果不變等多個問題。各個部門獨立建設的業務系統，數據之間存在壁壘，形成數據孤島，影響數據的整合和流動，同一個數據在不同子系統重復存在，促使數據不一致。數據還停留在簡單堆砌階段，數據分析程度不高，數據沒有進行深度的清洗，根本沒有辦法實現數據凝聚及數據建模。

3.3?校園數據的價值沒有充分挖掘

學校的數據有體育成績、考試成績、考勤記錄、選課信息、圖書借閱記錄、一卡通消費記錄等結構化數據，也有上網行為數據、學習行為數據、活動軌跡等非結構化數據。非結構化數據沒有得到重視，要實現數據分析并能進行相關輔助決策，結構化數據和非結構化數據都需要，兩類數據結合到一起，進行分析和處理，才能發揮數據的積累效應。大多數學校沒有非結構化數據管理的經驗，缺乏非結構化數據采集、分析工具，當前需要改變對非結構化數據的認識，發掘非結構化數據采集及存儲平臺。

3.4?復雜分散的IT運維

學校IT分散式管理導致管理缺乏系統性，不同的運維人員負責服務器、網絡、中間件和數據庫，出現故障后存在定位時間長、責任不清的問題，甚至依賴極個別技術較強的運維技術人員。IT運維管理沒有實現自動化的監控，一般采用半自動、手工的方式，運維技術人員每天進行大量、低效率工作，對網絡、服務器、數據庫和中間件實施分開監測，多數是被動的響應。運維制度不完善，缺乏規范的運維報告，缺少合適的跟蹤和處理機制，沒有及時報告事件，也不能及時響應事件，跟蹤處理也存在問題。缺乏IT運維的績效考核標準，數據不完整而且分散，歷史數據很難進行查看、存檔，分析和統計。

4?數字化背景下高校智慧校園系統架構

由硬件基礎設施系統、數據平臺支撐系統、智慧校園應用系統、終端展示系統4部分組成。硬件基礎設施系統包含信息化基礎設施、服務器和數據庫等。數據平臺支撐系統為智慧校園的各種應用提供驅動和支撐，包含數據的處理、數據的交換、數據的服務、統一接口及支撐平臺。智慧校園應用系統是智慧校園具體體現，分為教學資源、教學環境、校園服務和校園管理四個部分，為社會公眾和師生員工提供泛在的服務。終端展示系統由門戶網站、短信微信平臺、多屏發布及移動APP組成。

4.1?硬件基礎設施層

基礎設施層是高校智慧校園建設第一階段，提供通訊網絡、物聯感知和數據匯聚存儲，為智慧校園的各種應用提供基礎支持，是整個智慧校園系統的物理基礎層。通訊網絡包括有線網、無線網、傳感網、遠程網絡、VPN虛擬專網。物聯網是物物相聯的互聯網，傳感技術主要通過射頻識別技術、紅外感應、編碼技術、視頻監控技術和全球定位等技術，利用傳感器感知圖像、聲、位移、電、光等，并將其轉移成電信號輸出至平臺，感知教學活動場景、學習者當前狀態、教學場所環境等基本信息，通過基礎網絡設施傳遞到校園支撐平臺系統，從數據上大力支持校園管理。數據庫是學校海量數據收集和存儲系統，包括媒體數據庫、用戶數據庫和服務器。

4.2?數據支撐平臺層

數據支撐平臺層主要是由統一用戶平臺、統一認證平臺組成。統一用戶平臺針對不同的用戶需求，設定統一的管理平臺，提供不同的服務，滿足用戶的個性化需求和分級管理。統一的認證平臺主要包括系統功能建設、統一授權管理、統一接口管理3個方面，系統功能建設為系統提供統一的單點登錄支撐，兼容多種認證形式。統一的授權管理是用戶能夠進行統一登錄多方面授權，追求多種認

證方式和權限管理模式平臺。統一的接口管理就是讓系統能夠實現統一的連接，從而增強跨系統的操作性，該架構主要是通過注冊登記和統一響應，從而有效地方便用戶在系統之間的跳轉應用。

4.3?智慧校園應用層

智慧校園應用層是智慧校園建設第三階段，是智慧校園具體應用的主要體現。

智慧教學系統中，老師可以通過各種線上教學平臺提供教學資源，優化課程設計和完善課程教學內容，通過智能化手段自動地對學生的到課情況進行記錄，課堂上進行各種形式的互動，老師根據學生的評論留言進行課程設計的優化。智慧教學通過高清的視頻采集器和高速的網絡服務，將現實課堂和虛擬課堂結合，實現遠程教學。智慧教學可以實現在線面授教學、遠程實時教學、遠程面試與答辯、網絡直播教學、網絡考試、課程實時錄播等功能，可以進行教學、考試和會議。

平安校園系統建設中，存在校園客體個性的復雜化、校園客體網絡環境的誘惑化、校園客體社會環境的多樣化等特點。通過傳感器、視頻監控等感知設備，完成人、物、環境等重點區域、關鍵部位監測控制和安全防控監測，通過互聯網、專網、無線通信網進行傳輸，后臺收集、存儲相關信息，進行可視化、實境化展示，實現對校園安全的監控和實境化管理。視頻監控系統實現校園視頻高清監控、事故發生實時報警、消防報警、人和車的雙重門禁，不放過校園的任何一個死角。門禁系統采用物聯網的無線射頻技術（RFID）、紅外感知系統等能很好地滿足大學生日常需求又兼顧安全。建立科學、合理的預警系統，健全預案，應對隨時可能出現的突發事件，駕馭復雜多變的形勢。學校也要建立安防管理體系，最大程度上建立完美的消防系統體系，進行消防監控和演練。

智慧校園綜合管理系統包含資產管理系統、財務管理系統、協同辦公系統、科研管理系統、輔助決策系統組成。協同辦公系統進行文件收發、會議召開等多方內容，將用戶客戶端與移動端進行有效地整合，用戶通過該平臺處理各項管理類事務。財務管理系統主要包括教職工的工資查詢、學生的各種費用和經費預算報銷等。資產管理系統實現從使用到報廢的智能化流程管理，可以簡化手續、減少繁雜表冊，提高管理的效率、減少成本、增強使用效率。對資產進行動態化的管理和智能化的監控，日常使用按照有關規定進行流程管理，在系統進行業務流程的審批，記錄各個環節記錄。智慧科研服務系統會涉及課題申報、項目跟進、成果匯總等多方面的內容，具有大量繁瑣的信息收集整理的工作，在成果模塊中可以通過成果名稱成果、作者成果開始年份和結束年份多種方式來進行檢索。

輔助決策系統對海量數據進行有效地分析與整理，對學校的教學、科研、社會服務等多個方面形成系統化的展示，領導可以通過詞條類目、關鍵詞，設置類別、時間、部門等條件，查詢想要的結果，通過多種形式發布及輸出，對需要監測的數據指標定義預警閾值并提供紅黃綠燈的警示模式，多角度對科研、教學、管理等數據，進行趨勢、結構和相關性分析，得到前瞻性的信息，得到定制化的報表總結，如教學活動反饋周報、到課率日報、科研月報等。

4.4?應用終端展示層

應用終端展示系統是智慧校園入口及用戶使用窗口，不同用戶可通過手機、PC、平板、智慧屏等多種終端，利用有線網絡、無線網絡等接入服務，進行單點登錄和統一認證，享受綜合的校園應用。包括用戶和接入訪問2個方面，用戶可以分成教職工用戶、學生用戶、社會服務用戶、領導服務用戶等不同用戶身份。接入訪問包括門戶網站、短信微信平臺、多屏發布及移動APP，門戶是校園網站是校園風采展示的重要內容，同時也是對外展示的重要平臺，保持嚴謹、規范的建設作風，展示學校的風采；多屏發布要符合主旋律，篩選時效性較強的信息；移動APP可以實現線上打卡、信息收集等。

參考文獻

［1］朱曉惠.智慧校園-教育服務云平臺的研究[D].哈爾濱：黑龍江大學，2021.

[2]王安.X高校智慧校園建設項目方案規劃與實施研究[D].青島：青島科技大學，2018.

[3]趙亮.甘肅省委黨校“智慧校園”系統建設研究[D].鄭州：河南財經政法大學，2020.

[4]凌晶.高校智慧校園大數據一體化平臺的研究與實踐[D].武漢：武漢輕工大學，2018.

[5]孫思.高校智慧校園信息標準的規劃與設計[D].武漢：武漢輕工大學，2017.

[6]秦長濤.基于智慧校園體系的高校大數據應用研究[D].天津：河北工業大學，2019.