周雙+匡芳君

摘要：在大數(shù)據(jù)時代，三維數(shù)字化校園建設(shè)已成為高校信息化建設(shè)重要組成部分。該文結(jié)合院校教育信息化建設(shè)實際情況，給出了構(gòu)建數(shù)字化校園的具體實施方案。首先構(gòu)建數(shù)字化校園體系結(jié)構(gòu)，將三維數(shù)字化校園建設(shè)主要分為核心框架和支撐保障兩大部分。并對數(shù)字化校園的硬件基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)交換平臺、業(yè)務支撐系統(tǒng)和公共服務體系四個主體功能的實現(xiàn)進行詳細分析與描述。對數(shù)字化校園的構(gòu)建與實踐給出了可行的方法手段。

關(guān)鍵詞：三維數(shù)字化校園；體系結(jié)構(gòu)；支援系統(tǒng)；云計算；物聯(lián)網(wǎng)平臺

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）26-0191-03

1 概述

數(shù)字化校園工程以信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，利用先進的計算機、信息處理和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，對學校的教學科研、思想政治教育、管理保障、安防等工作進行全面數(shù)字化，是校園信息化建設(shè)的高級階段，是學校信息化建設(shè)發(fā)展的基礎(chǔ)工程和亮點工程。通過三維數(shù)字化校園建設(shè)工程，對各類信息資源整合和集成，構(gòu)建統(tǒng)一的用戶管理、統(tǒng)一的資源管理和統(tǒng)一的權(quán)限控制，使各類信息系統(tǒng)和資源更好地服務于教學科研、行政管理，實現(xiàn)教育信息化、決策科學化和管理規(guī)范化，提升學校辦學競爭力。

2 三維數(shù)字化校園建設(shè)體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)國內(nèi)外高校開展數(shù)字化校園建設(shè)的寶貴經(jīng)驗，結(jié)合院校教育信息化建設(shè)實際情況，確定院校三維數(shù)字化校園建設(shè)的體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示。其中，基礎(chǔ)層包括網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施、域名服務、目錄服務、網(wǎng)絡(luò)安全等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)服務；數(shù)據(jù)層提供集中統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲；接口層提供各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交換和共享、應用間的互相訪問、統(tǒng)一的信息發(fā)布和用戶訪問接口；應用層主要包含教育訓練等五大類應用系統(tǒng)；門戶主要作為校內(nèi)人員訪問校內(nèi)信息和應用系統(tǒng)的集中入口。

3 三維數(shù)字化校園建設(shè)實踐

三維數(shù)字化校園建設(shè)主要分為核心框架和支撐保障兩大部分。其中核心框架部分是三維數(shù)字化校園建設(shè)的重點，實現(xiàn)數(shù)字化校園的主體功能，主要包括硬件基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)交換平臺、業(yè)務支撐系統(tǒng)和公共服務體系四個部分；支撐保障部分為數(shù)字化校園核心框架建設(shè)提供規(guī)范標準和安全保障，主要包括標準規(guī)范體系、安全防護和運維管理體系。根據(jù)學校的軟硬件實際情況，在充分運用三維仿真、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，可分步驟分階段組織實施。因此，本建設(shè)是先進行“三維校園教學資源信息支援系統(tǒng)”建設(shè)，確保對外招生宣傳和對內(nèi)信息支持；再進行“校園風險視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)”，降低校園公共安全風險；最后視情況進行“三維數(shù)字化校園核心框架和支撐保障”內(nèi)容的建設(shè)。

3.1 三維校園教學資源信息支援系統(tǒng)

采用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，建立校園建筑、實驗場所、教學用房等地上地下、室內(nèi)室外三維場景，準確在三維場景中定位各功能用房的分布、教學設(shè)施的布置，并掛接相關(guān)屬性。為校園風險視頻智能監(jiān)控和數(shù)字化校園各業(yè)務支撐系統(tǒng)提供定位支持，為教學資源的信息獲取、跨學科的教學設(shè)施聯(lián)合調(diào)度、教學設(shè)施的利用情況進行信息支持?！叭S校園教學資源信息支援系統(tǒng)”基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

三維數(shù)字校園在三維場景上實施，圖3至圖6為已建設(shè)完成的某校園內(nèi)外局部場景示意圖。

3.2 校園風險視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控作為城市校園安全的重要組成部分，以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而廣泛應用于各種場合。近年來，隨著現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展特別是網(wǎng)絡(luò)帶寬、計算機處理能力和存儲容量的迅速提高以及各種實用視頻信息處理技術(shù)的出現(xiàn)，視頻監(jiān)控技術(shù)也有長足的發(fā)展，視頻監(jiān)控進入了全數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的時代，日益受到關(guān)注和重視?！靶@風險智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)”系統(tǒng)框架如圖7所示。

校園風險智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：

（1） 校園重要公共場所外環(huán)境安全檢測。校園重要公共場所環(huán)境復雜，存在光線、動態(tài)背景等各類不良因素的干擾，系統(tǒng)主要實現(xiàn)對外環(huán)境的檢測與分析，如出現(xiàn)異常入侵目標則報警；

（2） 校園重要公共場所警衛(wèi)安全檢測。對警衛(wèi)狀態(tài)進行檢測，如出現(xiàn)異常目標進入警衛(wèi)安全警戒區(qū)，發(fā)出警報，預防發(fā)生襲擊警衛(wèi)的惡性事件，同時監(jiān)督警衛(wèi)執(zhí)勤情況，防止警衛(wèi)脫崗；

（3） 校園重要區(qū)域安全檢測。對重要目標區(qū)域進行檢測，如出現(xiàn)異常滯留、非法入侵、特定物品遺失、異常物品遺留等事件，則發(fā)出警報；

（4） 重要設(shè)備間檢測。檢測設(shè)備間運行狀態(tài)，對重要設(shè)備出現(xiàn)被盜、移動等非正常事件進行報警。

3.3 三維數(shù)字化校園之業(yè)務支撐系統(tǒng)

業(yè)務支撐系統(tǒng)面向教學訓練、科研學術(shù)、思想政治教育、行管后勤的需要，為網(wǎng)上教學、網(wǎng)上辦公、網(wǎng)上管理和網(wǎng)上服務提供全面支持。涵蓋各領(lǐng)域應用系統(tǒng)，是學校日常工作主要信息支撐平臺，也是數(shù)字化校園發(fā)揮作用的主要載體。大體可分為教育訓練子系統(tǒng)、科研學術(shù)子系統(tǒng)、政治工作子系統(tǒng)、行管后勤子系統(tǒng)、綜合應用子系統(tǒng)五個子系統(tǒng)。下面以教育訓練子系統(tǒng)為例說明，其他子系統(tǒng)限于篇幅略。

教育訓練子系統(tǒng)教學管理模塊、網(wǎng)上教學模塊、教學科研實踐輔助三維模型素材庫和其他功能模塊等。教學管理包括教學秩序管理、老師業(yè)務管理、課程管理、老師學生評價管理、課表編排、自主選課、畢業(yè)審查、考試管理、教學資源管理、成績管理與分析、在線教學評價、學科評估、在線考核等。網(wǎng)上教學采用同步和異步教學模式相結(jié)合的方法，建立數(shù)字化校園VOD視頻點播系統(tǒng)，提供基于Web方式的點播式教學和基于視頻會議系統(tǒng)的會話式教學。主要包括同步教學、異步教學、遠程教育等。網(wǎng)上教學視頻點播系統(tǒng)采用高性能模塊化設(shè)計并融入了最新技術(shù)和設(shè)計思想，單臺普通服務器可支持的并發(fā)用戶達500人以上，通過服務器集群，自動平衡負載，可滿足更大規(guī)模的直播需求，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖8所示。

利用模塊化理論及“三維設(shè)計”思想，建立基礎(chǔ)課程如高等數(shù)學、大學物理等及專業(yè)課程如電氣自動、建筑與藝術(shù)設(shè)計類等教學科研實踐輔助三維模型素材庫。借助數(shù)字校園基礎(chǔ)平臺，實現(xiàn)對教學訓練及專業(yè)實踐的虛擬指導功能，如圖9所示，為教學與科研實踐提供全新輔助平臺。endprint

3.4 三維數(shù)字化校園之其他系統(tǒng)

三維數(shù)字化校園之其他系統(tǒng)主要包括數(shù)字化掌上校園子系統(tǒng)、數(shù)字化校園數(shù)字迎新子系統(tǒng)、數(shù)字化校園自主招生子系統(tǒng)、數(shù)字化校園校友服務子系統(tǒng)、數(shù)字化校園電子郵件子系統(tǒng)等。

4 三維數(shù)字化校園建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 三維校園生成技術(shù)

地理環(huán)境數(shù)字化技術(shù)：借助一定的硬件設(shè)備和儀器，通過野外采集、圖上作業(yè)等技術(shù)手段，將城市地形、地貌、地物等信息進行數(shù)字化，并通過開發(fā)相應的軟件系統(tǒng)，完成地理數(shù)據(jù)的采集、入庫、處理、應用和分析一體化。該技術(shù)是建立三維模型的基礎(chǔ)技術(shù)。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)：虛擬現(xiàn)實技術(shù)是用計算機軟硬件對某種事物或某項工作進行模擬，創(chuàng)造酷似客觀環(huán)境又超越客觀時空、能沉浸其中又能駕馭其上的和諧人機環(huán)境，即由三維數(shù)據(jù)信息所構(gòu)成的可操控空間。

仿真環(huán)境制作技術(shù)：主要包括模型設(shè)計、場景構(gòu)造、紋理設(shè)計制作等，它要求構(gòu)造逼真的三維模型和制作逼真的紋理等；仿真驅(qū)動主要包括場景驅(qū)動、模型調(diào)動處理、分布交互、地形處理等，它要求高速逼真地再現(xiàn)仿真環(huán)境，實時響應交互操作。

4.2 云計算平臺

利用云計算技術(shù)，建設(shè)數(shù)據(jù)交換和資源共享的“校園云”，將分散建設(shè)的若干信息系統(tǒng)中的資源進行整合，同時利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)校園物聯(lián)網(wǎng)的硬件和軟件服務平臺，依據(jù)相應的數(shù)據(jù)規(guī)范，實現(xiàn)校園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的集中管理，并為上層服務提供高效、統(tǒng)一的訪問接口，實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)庫、應用系統(tǒng)、操作系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換，有效消除數(shù)據(jù)冗余、異構(gòu)和重用性差等問題，最大限度地提高信息資源的利用率。如校園中有某個科研項目開發(fā)團隊，需要共同配合進行程序編制，可采用集中式存儲、分用戶同步編制的方法，程序員本機不保留原代碼，將原代碼集中存儲在服務器上，做到異地同步更新。

4.3 物聯(lián)網(wǎng)平臺

基于高速校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)和設(shè)備，建設(shè)先進的物聯(lián)網(wǎng)平臺，將校園物資物品與校園網(wǎng)連接，進行信息交換和通信，實現(xiàn)校園物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)視、控制和管理，提高學校整體管理水平和效率，提高教學和訓練質(zhì)量。實現(xiàn)信息流、物流和資金流在校園網(wǎng)大平臺系統(tǒng)的無縫運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)校園教學、訓練、科研、思想及保障的智能化動態(tài)管理。如利用智能圖書對現(xiàn)有圖書進行智能化改造，為用戶提供閱覽室圖書定位、自動借還書等智能服務；智能教學設(shè)備，對教學設(shè)備進行智能化改造，實現(xiàn)教學設(shè)備使用情況的自動記錄和識別，改變傳統(tǒng)教學設(shè)備獨家使用的模式，真正做到通用教學設(shè)備全校共享；智能訓練場，對訓練過程、參訓人員、訓練強度等信息進行自動收集和處理，提高訓練管理的精確化；智能車輛，實現(xiàn)車輛定位、路徑管理、自動出入庫等智能車輛管理功能；智能校園，實現(xiàn)用水、用電、用氣的智能化管理的程度，提高節(jié)約意識。

5 結(jié)束語

隨著計算機、信息處理和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展，三維數(shù)字化校園建設(shè)在各大院校競相開展。本文提出的三維數(shù)字化校園建設(shè)方案是將三維校園生成技術(shù)、云計算平臺和物聯(lián)網(wǎng)平臺三個關(guān)鍵技術(shù)納入三維數(shù)字化校園建設(shè)中，包括三維校園教學資源信息支援系統(tǒng)、校園風險視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)、業(yè)務支撐系統(tǒng)等主要功能的設(shè)計與實現(xiàn)，使得該方案能夠最大限度地提高信息資源的利用率，智能化程度更高。

參考文獻：

[1] 張勝春，林鵬，宿娜. 大數(shù)據(jù)背景下高校智慧校園建設(shè)探索[J].中國成人教育，2017（4）：71-74.

[2] 唐翠芳. 三維虛擬學習環(huán)境綜述[J]. 中國電化教育，2015（9）：22-27.

[3] 沈正波. 基于云端的三維數(shù)字校園的研究與實現(xiàn)[D]. 重慶交通大學，2016.

[4] 趙廣元. 一種基于統(tǒng)一理念的整體數(shù)字校園構(gòu)建方案[J]. 西安郵電學院學報，2016，3（11）：13-14.

[5] 夏志鵬，劉革平. 三維虛擬學習環(huán)境中操作指導型虛擬教師設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國電化教育，2016（5）：98-103.endprint