智慧校园构建探讨

摘要：该文分析了智慧校园的概念和特性，明确了当前阶段智慧校园构建的主要思路和方法，即以数字校园系统为基础，层层叠加、精心修补，同时突出“智能化”特点。文中以江苏警官学院为例深入探讨了数字校园基础上的智慧校园构建。提出了总体架构模型，分析了重点部位的构建，介绍了智慧校园实现的关键性技术，并对未来的研究做了展望。

关键词：智慧校园；大数据分析；物联网；云计算

中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）31-6967-04

1 概述

1998年，美国前副总统戈尔发表了题为“数字地球：21世纪认识地球的方式”的演讲，首次提出“数字地球”的概念，此后全世界普遍接受了数字化概念，并引出了“数字城市”、“数字校园”等概念。步入新世纪，随着我国教育信息化的大力推进，“数字校园”建设已成为我国高等教育改革的重要手段和方式。总体来看，我国的“数字校园”建设大概经历了三个关键阶段：第一个阶段，简单的资源“数字化”。大量文字和数字资源上网是这一时期的主要特征；第二个阶段，业务工作的“流程化”。在此阶段中教务系统、办公系统等各类业务工作系统开始出现，传统的部门工作开始转向网络流程；第三个阶段，业务数据的“共享化”。业务工作的“流程化”产生了大量的业务数据信息，而相关部门对这些数据信息的需求直接催生了业务数据的“共享化”。从实用研发层面，所谓业务数据的“共享化”也就是应用系统与数字资源的整合优化。目前，我国大部分高校的数字化校园建设都处于此阶段中。另有一些高校已经完成了此阶段的建设，开始探讨和摸索智慧校园的构建。比如浙江大学、南京邮电大学、厦门大学等等。江苏警官学院在完成数字校园三期的建设后，也开始智慧校园的规划设计。

2 智慧校园概念解析

相对而言，智慧校园是一个全新的概念，只有深入理解了它，才能制定出合理可行的智慧校园构建方案。

2.1 定义

毫无疑问，智慧校园是数字校园的进化版本。而如同数字校园一样，智慧校园也并没有一个清晰、明确的定义，构建的角度、层次不同，对智慧校园的理解和定义也不尽相同。

福建师范大学教育学院的沈洁、黄宇星从比较宽泛的层面解释：智慧校园“是一种将人的因素、设备的因素、环境及资源的因素以及社会性因素，在信息化背景下有机整合的一种独特的校园系统。它以物联网技术为基础，以信息的相关性为核心，通过多平台的信息传递手段提供及时的双向交流平台，提供结合网络、技术、服务的智能的综合信息服务，全方位地实施教育信息化。”[1]

南京邮电大学的宗平等则从更加细节的层面解释：智慧校园“是以物联网为基础，以各种应用服务系统为载体而构建的教学、科研、管理和校园生活为一体的新型智慧化的工作、学习和生活环境，利用先进的信息技术手段，实现基于数字环境的应用体系，使得人们能快速、准确的获取校园中人、财、物和学、研、管业务过程中的信息，同时通过综合数据分析为管理改进和业务流程再造提供数据支持，推动学校进行制度创新、管理创新，最终实现教育信息化、决策科学化和管理规范化；通过应用服务的集成与融合来实现校园的信息获取、信息共享和信息服务；从而推动智慧化的教学、智慧化的科研、智慧化的管理、智慧化的生活、以及智慧化的服务。”[2]

2.2 特性

无论对智慧校园的哪一种解释，概括起来，都包含以下几个特性[3]：

1）无处不在的互联网络。通过有线或者无线，互联网络覆盖校园每一个角落，智慧校园支持所有需要上网的软件系统和硬件设备的连接。

2）全面感知的校园环境。从人员到物品，从校园各类资源（水、电、气等）一天的运行消耗到个人一天的轨迹，智慧校园通过无处不在的传感器、摄像头及各种系统平台，能够随时随地客观的感知、捕获和传递有关人、设备、资源的信息。

3）广阔开放的学习环境。智慧校园将为师生提供一个更为广阔开放的学习环境，使得知识的获取不再局限于课本，师生的互动也不再局限于课堂。智慧校园将为校内师生提供海量的学习资源，支持全天候的在线学习，支持校内任意地点任意人员的互动交流和探讨。

4）智能化的数据处理。依托于数字校园海量数据的收集和存储基础，智慧校园将建构出各类实用的数据挖掘模型，建立预测方法，同时智慧校园能够综合各方面及时新鲜的数据、信息、规则等内容，通过智能推理，做出快速反应，改被动分析为主动应对，更加突出智能化特点。

5）个性化的应用服务。智慧校园更加重视个性化服务理念，任何人都能灵活配置自己所需的功能应用以及喜爱的界面风格。智慧校园的整体架构依然采用SOA理念，面向服务。

3 数字校园基础上的智慧校园构建

智慧校园由数字校园进化衍生而来，智慧校园的构建也不可能脱离数字校园，因此功能完善、架构稳定的数字校园是智慧校园构建的基础。而对于智慧校园的构建，笔者认为最现实和可行的是采用“裹粽子”的方式，在数字校园基础上层层叠加、精心修补。

3.1 数字校园构建现状

各个院校数字校园的构建状况不尽相同，该文以江苏警官学院为例。

由下至上，该架构模型共分为五个层级，分别为基础设施层、业务系统层、数据交换层、流程服务层和信息服务层。基础设施层解决网络互通、服务器软硬件部署相关问题。基础不牢固、不安全，架构的整体就不稳定。在基础设施层采用了IPV6技术和Vmware虚拟化技术保证了网络、服务器运行的稳定和高效。二层是业务系统层，它是高校数字化校园运行的主体，和学校各个业务部门工作都有关联，包括教务、教学、学工等等，各个业务系统之间保持相对独立，但又有关联，而关联它们的就是数据交换层和流程服务层。数据交换是从数据表、数据字段层面保障信息准确及时的传递，具体技术包括企业服务总线技术（ESB）和消息机制（EQ）。而流程管理则是从更高级的代码流程层面保证业务系统间相互的沟通互联，主要通过流程管理器技术（BMP）来实现。数据交换和流程管理最终都是服务于数据中心。数据中心是数字化校园所有数据汇合共享的地方，它既是数据的接收者又是数据的提供者，是数字化校园系统正常运转的核心所在。数据中心包含数据处理的两个阶段：数据共享和数据归档。最后是信息服务层，为用户提供各类信息的WEB展示。纵贯数字化校园架构模型所有层级的是两个保障体系：信息安全技术保障体系包括数字化校园的安全管理，包括安全策略、安全组织、安全评估、安全技术等；信息标准体系包括信息、技术标准、组织机构、管理制度、运维保障体系等。

目前，江苏警官学院数字化校园系统运行正常。相比较传统的校园管理，数字化校园至少具有以下一些优势：

1）信息获取及时透明。门户管理平台集成了各业务系统的信息功能，任何部门的通知新闻都能够立刻显示在校园内网界面中。

2）内部办公高效节俭。多个业务系统的使用，使得数字化办公基本代替了传统的纸质办公。无论教师、学生还是行政管理人员只需要上网就能获知最新的工作消息，而且任何一个业务部门通过本部门业务系统就能随意抽取到所需的其它部门提供的数据，大大提高了办公的效率。

3）校园生活便捷有序。一卡通系统集成了日常校园生活所涉及到的方方面面，如门禁、饭卡、水卡、电卡等等。一张校园卡就能解决师生的吃、用、住、行，反应在数字校园系统中就是一串清晰变化的数字。校园生活也变得简单而有序。

4）学习空间逐渐拓展。师生们可以在任意时间任意地点登陆数字校园后，进行沟通、交流、学习和下载资源，还能在线练习和提交作业。校园学习不再局限于教室和课上的45分钟，数字校园系统大大拓展了师生们学习的空间。

当然，除了优势之外，目前的数字校园系统也存在许多的缺憾，大体上有以下几点：

1）数据中心的功能不够强大。数据中心是数字校园的核心部件，是维系数字校园运行的动力之源。未来，海量的数据要通过数据中心来处理和安置，没有科学、长远的设计和规划，数据中心势必成为整个数字校园或智慧校园运行的最大瓶颈。

2）学习平台的架构不够完善。现在的学习平台大多死板僵硬，缺少“动感”。所谓“动感”一是指“互动”即师生间的互动沟通，探讨交流；二是指“移动”即师生能够随时随地通过移动终端登录平台；三是指“联动”即学习平台和所有的资源平台（如图书馆、课程网站等）互联互通，共享共用。

3）数据来源的层次不够细密。由数字校园总体架构模型可以看到，目前的中心数据主要来源于各大业务系统，且仅限于关系型业务数据，数据来源的层次不够细密。比如说校园环境数据（设备、植物、教室等）、人员流动数据、视频监控数据、个性WEB应用数据（博客、QQ心情、人人网等非私密空间）、其它学习和娱乐相关的数据等等都未被适当引用。

4）校园数据的利用不够充分。部分校园数据被存储后未做进一步加工处理，从而失去其特殊的价值，成为无用的电子垃圾，浪费空间和资源。

5）个不够周到和全面。数字校园系统中虽然也有个性化的处理，比如区分了教工和学生的页面构成，但方法太过简单和粗糙，无法突出每一个人的“个性”。比如师生近期的关注点、学习或者工作的重点等等。且界面无法变换更新，缺少灵活性。

3.2 智慧校园的整体构建

智慧校园整体构建是以已经建成的数字校园为基础，以弥补数字校园系统的缺憾和不足为目标，融入“物联网”的应用，并突出“智能化”特点。其总体架构模型例图2。

智慧校园架构模型是在数字校园架构模型的基础上做了部分的修改和升级。从下至上依旧分为基础设施层、业务系统层、数据交换层、流程服务层和信息服务层，在最上层构造上多了一个终端服务层。每一层都分别做了或多或少的调整。比如基础设施层，在校园网内新融入了移动网络和物联网络；业务系统层，更细致的划分出典型业务系统和非典型业务系统，同时突出校园学习环境的建设，以所有与科研、学习相关的系统为基础，利用云技术手段，构建基于云服务的互动学习及资源共享平台；数据交换层和流程管理服务于大数据中心。大数据中心是以大数据概念进行构建，包括了非关系数据的存储处理和关系数据的存储处理，所有数据通过Hive-Hadoop集群进行深度挖掘分析，最后汇总数据和分析结果导入关系数据库中以联机分析的方式为客户所调用；信息服务层新增个平台，在统一信息门户中灵活调用；最后是终端服务层，在固定终端之外，新增了移动终端，通过定制的校内移动终端平台高速访问智慧校园。

3.3 智慧校园局部构建分析

由图2智慧校园总体架构模型图可以看出新构建的系统至少有两大区域是需要重点关注的，其一是数据中心；其二是基于云服务的互动学习及资源共享平台。

1）大数据中心的构建

大数据中心的构建将是智慧校园构建的重点和难点。大数据中心功能架构例图3所示。

在未来，针对非关系型数据的存储和查询已是必然的趋势。互联网时代，完全的关系型数据库已越来越无法适应当前的形势。该文考虑在大数据中心内的交互区综合应用两种方式的数据库存储，所有的业务系统根据各自需求进行选择性存储。交互区内的数据再经过订阅抽取，归入大型数据仓库系统中按照主题分类建立深度分析模型。在深度分析模型中，分析结果将不仅仅为简单的“是什么”和“怎么样”，而且要解决“为什么”和“怎么办”的复杂问题，包含了查询统计、分析预测和自动控制等功能，突出“智能化”特点。这里的大型数据仓库系统是基于Hadoop（分布式系统基础架构）技术的Hive（Hadoop下的SQL解析引擎）系统，即图3中的Hive-Hadoop集群。经过Hive-Hadoop集群深度挖掘分析之后的数据和分析结果重新导入专用关系数据库中，供系统和用户使用。前端工具不再承担分析功能，仅仅实现数据和结果的可视化查询[4]。

2）基于云服务的互动学习及资源共享平台构建

基于云服务的互动学习及资源共享平台将为智慧校园内泛在的学习提供可能。例图4。

平台以云服务的方式融合了所有学习与科研相关的系统的资源，再经过优化的检索处理，通过各类终端以个性化的方式提供给不同的用户，真正实现按需服务和全天候服务。所有的资源都不会被浪费。同时平台综合多种互动方式如语音、视频、在线留言等等，为教师与教师、教师与学生或者学生与学生之间提供交流畅通可靠的交流场所。教师还能应学生的要求随时安排在线考试或者在线作业，并及时进行有针对性的点评。平台的实现采用SOA架构以及Websrvice技术，通过组件方式灵活组合和调用各类资源。基于云服务的互动学习资源共享平台，将能最大程度的满足师生们的学习需求和表达需求。

4 结束语

计算机、网络技术的不断更新和进步为高校教育信息化的发展提供了源源动力和蓬勃生机，而如何将先进的技术与高校的管理、教学完美结合则是每一个高校信息化建设参与者需要深入考虑的问题。该文对智慧校园的考虑和构建受当前技术发展所限还有一定的局限性，而随着物联网技术、大数据分析、云计算等计算机软、硬件技术的不断发展，未来智慧校园的构建必将更加成熟和完善。

参考文献：

[1] 沈洁，黄宇星.智慧校园及其构建初探[J].福建教育学院学报，2011（6）：122-125.

[2] 宗平，朱洪波，黄刚，等.智慧校园设计方法的研究[J].北京邮电大学学报：自然科学版，2010（4）：15-19.

[3] 黄荣怀，张进宝，胡永斌，等.智慧校园：数字校园发展的必然趋势[J].开放教育研究，2012（4）：12-17.

[4] 覃雄派，王会举，杜小勇，等.大数据分析——RDBMS与MapReduce的竞争与共生[J].软件学报，2012，（1）：32-41.

[5] 王保云.物联网技术综述[J].电子测量与仪器学报，2009（12）：1-7.

[6] 罗军舟，金嘉晖，宋爱波，东方.云计算：体系架构与关键技术[J].通信学报，2011（7）：3-21.