李書欽，史運濤，馬時來，李琳

（北方工業(yè)大學信息中心，北京 100144）

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的日益完善，用大數(shù)據(jù)促進教育信息化已成為廣泛共識，近年來，國家陸續(xù)出臺了《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要（2015）》、《教育信息化“十三五”規(guī)劃（2016）》、《2016教育信息化工作要點》等文件，明確提出利用大數(shù)據(jù)技術(shù)加快教育信息化的發(fā)展步伐，建立“用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新”的管理機制，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的科學決策[1]。

高校信息化建設經(jīng)過了基礎設施建設階段、數(shù)字化校園建設階段，正在朝著“環(huán)境全面感知、網(wǎng)絡無縫互通、海量數(shù)據(jù)支撐、師生個性服務”的智慧校園階段邁進[2]，如何利用已有業(yè)務系統(tǒng)（教務、科研、人事、財務、卡務、網(wǎng)絡）的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（無線網(wǎng)絡日志），進行數(shù)據(jù)加工和大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)學生行為分析、學生畫像、學生異常狀態(tài)預警等功能，全面掌握學生情況，以便及時、準確地應對突發(fā)事件與公共危機；及早識別學業(yè)預警、心理異常、沉迷游戲的學生，提升學生素質(zhì)；對發(fā)展態(tài)勢做出準確預測和判斷，提前預警、及時干預、消除隱患，等等，顯得尤為重要[3]。因此，擬結(jié)合大數(shù)據(jù)和無線網(wǎng)絡技術(shù)，研究校園智慧決策系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)和實現(xiàn)方法，為學校領導、管理部門等提供科學決策和智慧決策。

1 無線網(wǎng)絡和信息化建設現(xiàn)狀

北方工業(yè)大學無線網(wǎng)絡服務于全校學生和教職工，約13000多人，截至2018年6月，共部署無線AP點位3780個，最大同時接入終端總數(shù)超過7000個，無線網(wǎng)絡流量峰值超過2GBps。目前，北方工業(yè)大學數(shù)字化校園建設和信息化建設都比較完善，包括一卡通系統(tǒng)、教務系統(tǒng)、OA辦公系統(tǒng)、網(wǎng)絡教學平臺、圖書館管理系統(tǒng)、人事系統(tǒng)、科研管理系統(tǒng)、上網(wǎng)認證系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換平臺、財務系統(tǒng)等，并且學校已對部分業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行了整理及標準化。

北方工業(yè)大學積累了海量的教育數(shù)據(jù)，即學生服務類數(shù)據(jù)、學校管理類、教學類以及設備類的數(shù)據(jù)都比較豐富。但是學校還未有效利用相關(guān)數(shù)據(jù)進行挖掘分析，為學校展示學生、教師以及資產(chǎn)的相關(guān)信息。另外，校領導無法及時掌握學校業(yè)務數(shù)據(jù)、學生管理數(shù)據(jù)，這就需要建立各類預警模型，例如針對學生、教師信息呈現(xiàn)，促進學校教學、科研提升、校園管理等。因此擬通過建設全量及增量原始大數(shù)據(jù)倉庫，并針對數(shù)據(jù)源進行標準化和建模清洗，構(gòu)建服務學生、教師和領導的校園智慧決策系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

本研究擬利用無線網(wǎng)絡和各業(yè)務系統(tǒng)（教務、科研、人事、財務、卡務、網(wǎng)絡）的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（無線網(wǎng)絡日志），進行數(shù)據(jù)整合、數(shù)學建模分析，對學生狀態(tài)、學生異常行為等做出準確預判或預測，為校領導和管理部門等提供詳盡的數(shù)據(jù)支撐和科學決策。

2.1 技術(shù)路線

首先，利用教室、圖書館、餐廳、宿舍內(nèi)安裝的校園無線，從無線AP獲取學生的在線用戶信息，包括上網(wǎng)賬號、上網(wǎng)IP、MAC地址等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析，確定學生軌跡，進行上網(wǎng)行為分析、逃課行為分析、課堂出勤分析和疑似失聯(lián)預警等預測預警。其次，利用各業(yè)務系統(tǒng)（教務、科研、人事、財務、卡務、網(wǎng)絡）的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)建模和統(tǒng)計分析，對學校輿情、學業(yè)預警、沉迷游戲、疑似貧困學生、教師畫像等做多維呈現(xiàn)和準確預測預判。最后，結(jié)合上述分析預測結(jié)果，開發(fā)領導駕駛艙，將領導關(guān)注的板塊進行展現(xiàn)，為領導和管理部門提供全方位的科學決策和智慧決策。

2.2 獲取無線AP在線用戶信息

我校無線AP包括華為和思科2個品牌，在無線AC上可以實時獲取每個AP的在線用戶信息，如圖1所示。無線AP的在線用戶信息包括用戶名、接入終端MAC地址，接入IP地址和接入AP名稱，輸入某個無線AP，可以直接查找該AP的在線用戶信息。目前，華為和思科的無線AC均提供第三方接口，可以供用戶直接調(diào)用，獲取無線AP的實時在線用戶信息。

2.3 獲取結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)

我校信息門戶和數(shù)據(jù)中心已經(jīng)建設完成，信息門戶已經(jīng)集成了包括一卡通系統(tǒng)、教務系統(tǒng)、OA辦公系統(tǒng)、網(wǎng)絡教學平臺、圖書館管理系統(tǒng)、人事系統(tǒng)、科研管理系統(tǒng)、上網(wǎng)認證系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換平臺、財務系統(tǒng)等，而且大部分業(yè)務系統(tǒng)已經(jīng)建設多年。目前，學校已經(jīng)對部分數(shù)據(jù)進行了整理及標準化，積累了海量的教育數(shù)據(jù)，即學生服務類數(shù)據(jù)、學校管理類、教學類以及設備類的數(shù)據(jù)都比較豐富。

對各業(yè)務系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗及標準化處理，如認證計費系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)等海量分散數(shù)據(jù)進行清洗預處理，并分析適配，形成數(shù)據(jù)分析表、入庫存儲，對傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，也包括XML等半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以及以視頻、音頻、文本和其他形式存在的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，將如殘缺數(shù)據(jù)、錯誤數(shù)據(jù)和重復數(shù)據(jù)進行處理，把結(jié)果集入庫，并記錄清洗結(jié)果，形成標準化數(shù)據(jù)庫倉庫，最后通過建模分析，針對模型建立模型分析主題數(shù)據(jù)倉庫。

圖1 無線AP在線用戶信息

2.4 數(shù)據(jù)整合、建模和統(tǒng)計分析

在獲取結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)后，需要對建立的數(shù)據(jù)倉庫進行數(shù)據(jù)整合，并采用建模和統(tǒng)計分析等算法進行數(shù)據(jù)分析，例如關(guān)聯(lián)和推薦、深度機器學習、統(tǒng)計、分類、聚類、回歸、貝葉斯等算法[4,5]。下面以學業(yè)預警預測模塊為例，分別使用回歸算法、貝葉斯方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡等3種不同的預測算法，進行1萬次以上的機器訓練，得出學業(yè)預警預測準確率如表1所示（僅列出8次結(jié)果），可以看出人工神經(jīng)網(wǎng)絡算法的準確率明顯高于回歸算法與貝葉斯方法。

表1 學業(yè)預測預警模塊不同算法預測準確率對比分析

2.5 系統(tǒng)運行實例

基于大數(shù)據(jù)和無線網(wǎng)絡的校園智慧決策系統(tǒng)包含學生行為分析、學生畫像、學生異常狀態(tài)預警等功能，下面以學生行為軌跡分析模塊為例，闡述結(jié)合大數(shù)據(jù)和無線網(wǎng)絡的具體實現(xiàn)方法。通過校園無線獲取終端用戶的MAC地址，與計費認證系統(tǒng)結(jié)合獲取終端用戶賬號，然后與校內(nèi)地圖結(jié)合，實現(xiàn)對校內(nèi)人員行為軌跡分析，實現(xiàn)終端軌跡定位和用戶信息分步定位，追蹤各師生在校園的Wi-Fi軌跡情況，以及全校的行為軌跡分析地圖，同時實時監(jiān)控校園的人員分布和流向。經(jīng)過大數(shù)據(jù)分析，可預測未來24小時內(nèi)的人流密集程度，以便于及時發(fā)現(xiàn)潛在的風險與問題，校園智慧決策系統(tǒng)軌跡分析模塊運行效果如圖2所示。

3 結(jié)語

圖2 校園智慧決策系統(tǒng)軌跡分析模塊運行效果

隨著高等教育事業(yè)快速發(fā)展，各高校的日常管理工作變得更加繁重，針對學校管理中面臨的綜合管理難度大、學生管理問題多、信息孤島、學校對學生感知不全面等問題，本著“用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新”實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的科學決策為根本目的[6]，本研究結(jié)合大數(shù)據(jù)和無線網(wǎng)絡技術(shù)，研究校園智慧決策系統(tǒng)，實現(xiàn)學生生活行為和學習行為等的智能管理和智慧決策，為領導決策等提供數(shù)據(jù)支撐和可視化參考。

基于大數(shù)據(jù)和無線網(wǎng)絡的校園智慧決策系統(tǒng)，不僅能進一步提升我校日常管理的科學化水平，達到科學決策、智慧決策的目標，還可以對發(fā)展態(tài)勢做出準確預測和判斷，提前預警、及時干預、消除隱患，將有效減少和化解學校管理中的風險點。