馮煒

摘要：智慧校園是在傳統(tǒng)的校園數(shù)字化建設(shè)基礎(chǔ)上發(fā)展出來的，是信息化建設(shè)的高級階段，是把信息技術(shù)與傳統(tǒng)的校園教學(xué)相融合，以提高教學(xué)效果為目的。智慧校園運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和虛擬技術(shù)等為關(guān)鍵技術(shù)，在已有的數(shù)字校園的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級改造，實現(xiàn)對校園資源的高度融合，為全校師生提供環(huán)境全面感知、智能化、數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化的服務(wù)，并能對日常的教學(xué)與教務(wù)管理進(jìn)行洞察與感知的智能學(xué)習(xí)生活環(huán)境。文章對智慧校園的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：智慧校園；物聯(lián)網(wǎng)；云計算；大數(shù)據(jù)；虛擬技術(shù)

隨著信息化技術(shù)建設(shè)的不斷發(fā)展，校園信息化建設(shè)的逐步展開，在原有的信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，智慧校園的各種應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)取得了較大發(fā)展，為廣大師生提供了大量信息資源的服務(wù)，提高了學(xué)校的辦公效率，為學(xué)校節(jié)約了大量的人力物力。特別是近些年，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、虛擬技術(shù)和“智慧城市”等理念的提出與應(yīng)用，智慧校園的發(fā)展迎來了良好契機(jī)。

1 智慧校園關(guān)鍵技術(shù)概述

智慧校園的主要關(guān)鍵技術(shù)包含有：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)與虛擬技術(shù)。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是所有的物質(zhì)通過射頻識別（Radio FrequencyIdentification，RFID）、無線傳感、條碼和視頻監(jiān)控等各傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，這現(xiàn)智能化的識別與管理，目的就是運(yùn)用設(shè)備與感知技術(shù)，把機(jī)器、人員與物品聯(lián)系在一起，實現(xiàn)人與人、物與物、人與物之間的定位、識別與管理，完成對校園環(huán)境的全面感知。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，用戶可以依據(jù)自己的位置與環(huán)境，獲取到相關(guān)的學(xué)科知識。在智慧校園的環(huán)境里，學(xué)生與學(xué)習(xí)的對象可以進(jìn)行相互交流，進(jìn)而產(chǎn)生互動的學(xué)習(xí)效果，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與學(xué)習(xí)興趣。

1.2 云計算技術(shù)

云計算技術(shù)就是將整合全校的教學(xué)資源，以數(shù)據(jù)形式存儲在計算機(jī)設(shè)備（包含網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用軟件）中，使得用戶可以根據(jù)自己的需要獲取數(shù)據(jù)、信息服務(wù)和存儲空間。為師生提供個性化的信息服務(wù)，有效地解決了信息資源分配不平衡、更新速度慢和共享難等問題。校內(nèi)用戶不僅可以隨意的使用校內(nèi)資源，基于云計算數(shù)據(jù)中心可以提供相對穩(wěn)定的高性能服務(wù)器存儲空間服務(wù)，給校內(nèi)的部門和個人用戶提供完整的虛擬化服務(wù)器，使用戶可以去構(gòu)建屬于自己的個性化服務(wù)。

1.3 大數(shù)據(jù)技術(shù)

維基百科對大數(shù)據(jù)的定義是“所涉及的資料量規(guī)模巨大到無法通過目前主流軟件工具，在合理時間內(nèi)達(dá)到擷取、管理、處理、并整理成為幫助企業(yè)經(jīng)營決策更積極目的資訊”[1]。

在傳統(tǒng)的校園信息化建設(shè)中，所獲取的數(shù)據(jù)量較小、數(shù)據(jù)類型比較單一多為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。然而，智慧校園平臺的建設(shè)，就會帶來數(shù)據(jù)量來源巨大同時數(shù)據(jù)形式也多樣化，如以事務(wù)與網(wǎng)頁為對象的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、以視頻與語音為代表的非結(jié)構(gòu)化等多種形式的數(shù)據(jù)。這就要求對數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)的分析挖掘、數(shù)據(jù)的獲取與對復(fù)雜數(shù)據(jù)類型的處理提出了更高的要求。智慧校園利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以對復(fù)雜的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，處理與挖掘提煉出有效的信息呈現(xiàn)給學(xué)校的管理部門與個人用戶。

1.4 虛擬技術(shù)

虛擬技術(shù)就是一種信息資源管理的技術(shù)，是將數(shù)據(jù)中心各實體設(shè)備包括服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲、內(nèi)存等，經(jīng)過抽象轉(zhuǎn)化呈現(xiàn)出來，使用戶可以更多地利用這些資源，打破現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的物理資源來自架設(shè)方式、地理和物理組態(tài)的限制。虛擬技術(shù)主要作用就是解決在大數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程中，比較新與較舊的物理設(shè)備或者不同配置與不同品牌設(shè)備之間重新整合成資源池的矛盾，如有需要可以隨時抓取，從而使中心的物理資源得到最大化利用，減少資源的浪費與重復(fù)建設(shè)。虛擬技術(shù)主要有網(wǎng)絡(luò)虛擬化、服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化、內(nèi)存虛擬化和CPU虛擬化等。

2 關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用研究

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的功能

物聯(lián)網(wǎng)的主要功能是智能識別、在線監(jiān)控、智能追蹤和統(tǒng)計決策等。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過運(yùn)用二維碼、RFID等技術(shù)對具體的目標(biāo)物質(zhì)智能標(biāo)識進(jìn)行識別，并將物品的實際狀態(tài)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給大數(shù)據(jù)中心。基于云計算的大數(shù)據(jù)中心能依據(jù)傳感器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與研判，并最終做出相應(yīng)的決策。對所有的物品實行數(shù)字化的管理，可為人們提供一個可視化的信息服務(wù)平臺。例如傳感器可以監(jiān)控數(shù)據(jù)中心機(jī)房的環(huán)境溫度與濕度，通過攝像頭可以監(jiān)控實驗室設(shè)備與公用機(jī)房，通過GPS可以定位車輛的位置等。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧校園中的實際應(yīng)用

學(xué)校通過引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對學(xué)校的教學(xué)環(huán)境、校園人員與物品安全、師生的日常生活進(jìn)行監(jiān)控與智能化的管理。

2.2.1 應(yīng)用于平安校園建設(shè)

傳統(tǒng)的校園監(jiān)控系統(tǒng)感知手段比較單一。主要是依賴安保人員監(jiān)視與巡邏，既耗費大量人力，又達(dá)不到平安校園的要求。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)的智慧安防管理系統(tǒng)，在全校重要地點都裝有攝像頭和感應(yīng)設(shè)備，對學(xué)校的資產(chǎn)物品貼有二維碼，利用感應(yīng)設(shè)備可以感知和跟蹤物品的位移。同時，還可以對進(jìn)出入學(xué)校的車輛與人員進(jìn)行監(jiān)測與跟蹤，實現(xiàn)了安全定位，完成對全校的物、人、車輛的信息化管理。

2.2.2 應(yīng)用于智慧圖書館

依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立的智慧型數(shù)字圖書館，圖書館每本圖書都安裝有RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽上記錄了圖書的分類信息、所在位置、內(nèi)容簡介等信息。師生可以通過手機(jī)APP輕松實現(xiàn)對圖書的查找、定位和書架導(dǎo)航等功能。同時，圖書館內(nèi)裝有自動借還系統(tǒng)與錯架報錯設(shè)備，使得借與還更加方便快捷，大大提高了工作的效率降低了人力成本。

2.2.3 應(yīng)用于學(xué)生生活方面

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“一卡通”校園卡，可以具有門禁、就餐、上機(jī)、校內(nèi)消費、用水用電與上課簽到等功能，方便老師與學(xué)生的服務(wù)與管理。除以上所講的功能外，通過校園APP可以實現(xiàn)課程安排、會議、消費、圖書借閱、成績與個人信息的互動查詢。還可以根據(jù)具體個人定制的信息，有通知與提醒功能。實現(xiàn)校內(nèi)管理的信息化與智能化。

2.2.4 應(yīng)用于教學(xué)中去

利用物聯(lián)網(wǎng)建立泛在的學(xué)習(xí)環(huán)境，使學(xué)習(xí)的對象有數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化的特性[2]?？梢詫鹘y(tǒng)課堂學(xué)習(xí)進(jìn)行拓展，增強(qiáng)了學(xué)生的體驗，有助于加深其對學(xué)習(xí)內(nèi)容的影響與興趣。例如：在樂器知識的學(xué)習(xí)課上，學(xué)生可以通過手機(jī)掃描二維碼從教學(xué)平臺獲取相關(guān)所有相關(guān)拓展知識，為學(xué)生提供一個開闊視野好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

2.3 云計算技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用

云計算技術(shù)在智慧校園的建設(shè)中，主要是應(yīng)用在對數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的計算方法。云計算技術(shù)，是智慧校園建設(shè)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)與虛擬技術(shù)把全校各類信息匯總成“資源池”，為全校的師生提供個性化的服務(wù)[3]。智慧校園云平臺主要包括“基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)”“平臺服務(wù)”“軟件服務(wù)”功能，基礎(chǔ)設(shè)施是指硬件資源，主要有“服務(wù)器、儲存、CPU與網(wǎng)絡(luò)”等，為智慧校園軟件提供了硬件支撐，并且運(yùn)用虛擬技術(shù)實現(xiàn)硬件資源共享，最大化利用硬件空間，節(jié)約成本。平臺服務(wù)，此系統(tǒng)主要有“研發(fā)平臺、數(shù)據(jù)庫與云中間件”組成，含有認(rèn)證服務(wù)、共享服務(wù)、數(shù)據(jù)管理服務(wù)等功能。軟件服務(wù)是指為用戶定制各種可視化的應(yīng)用軟件，經(jīng)過系統(tǒng)集成面向個人提供個性化的服務(wù)，是智慧校園的上層服務(wù)。

2.4 大數(shù)據(jù)技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)技術(shù)在智慧校園的建設(shè)中，主要是對數(shù)據(jù)的挖掘與處理，是建設(shè)智慧校園的核心技術(shù)。由于智慧校園物聯(lián)網(wǎng)與視頻技術(shù)的運(yùn)用，大大增加了數(shù)據(jù)量，同時數(shù)據(jù)形式也從原有的單一的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)統(tǒng)一了數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)由原來的單一粗放式管理向客觀精細(xì)化管理的轉(zhuǎn)變[4]。

大數(shù)據(jù)技術(shù)可以應(yīng)用在3個方面。首先，為一線的教學(xué)提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)，通過分析校內(nèi)網(wǎng)上那些教育資源瀏覽的次數(shù)，判斷分析出學(xué)生關(guān)注的重點，進(jìn)而實現(xiàn)教學(xué)方面的調(diào)整。其次，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)去研發(fā)一種數(shù)據(jù)平臺，平臺做好海量的相關(guān)科研數(shù)據(jù)處理、分析，科研人員可以借助這個這個平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，獲取更多更及時的科研資訊。最后，大數(shù)據(jù)技術(shù)還可以把校園內(nèi)網(wǎng)大量而雜亂的、種類繁多的信息，如留言、評論、視頻、圖片等的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行科學(xué)的分析與處理，為學(xué)校的管理、教學(xué)、基礎(chǔ)建設(shè)提供依據(jù)。

2.5 虛擬技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用

虛擬技術(shù)的應(yīng)用，主要是因為智慧校園建成后，由于要對獲取的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行共享、分析與處理。而原有的服務(wù)器相對獨立的工作模式已經(jīng)無法滿足其要求，不能實現(xiàn)智慧校園的建設(shè)目的，所以需要應(yīng)用虛擬技術(shù)將多臺服務(wù)器虛擬成一臺服務(wù)器，形成一個資源池，統(tǒng)一使用所有的硬件與軟件資源。這既實現(xiàn)了所有數(shù)據(jù)的共享，又提高了硬件資源的利用率，降低了硬件投入成本。

3 結(jié)語

在智慧校園建設(shè)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)與虛擬技術(shù)等前沿的信息技術(shù)，在現(xiàn)有的校園信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級改造，實現(xiàn)了校園網(wǎng)的全網(wǎng)覆蓋，有效地整合了校園網(wǎng)內(nèi)的各種信息資源，解決了傳統(tǒng)信息化建設(shè)中的形成的信息孤島問題。同時，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，提供有價值的信息，對于為師生個性信息服務(wù)與學(xué)校的管理決策提供數(shù)字信息，優(yōu)化教學(xué)與管理過程，提高教學(xué)效率與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)具有重要的意義。

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[4]張國梁，金成，李敏.大數(shù)據(jù)在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].軟件導(dǎo)刊，2016（5）：147-149.