王克平，肖 源

(中國人民大學(xué) a.信息技術(shù)中心；b.公共政策實(shí)驗(yàn)室；c.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與設(shè)備管理處，北京 100872)

0 引 言

智慧校園是教育信息化發(fā)展到新的階段的必然產(chǎn)物，是高校應(yīng)對目前“互聯(lián)網(wǎng)+教育”挑戰(zhàn)的一個(gè)必然選擇，是數(shù)字校園建設(shè)的進(jìn)一步深化與提升。智慧校園就是實(shí)現(xiàn)方便的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、高度信息化的科研、快捷的校務(wù)治理、多彩的校園文化、豐富的校園生活。它的目的就是建設(shè)一個(gè)安全、環(huán)保節(jié)能的校園，如同智慧地球一樣，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展帶動了智慧校園的發(fā)展，將會有更多的人工智能產(chǎn)品應(yīng)用到智慧校園[1]。據(jù)最新數(shù)據(jù)預(yù)測，到2020年，全球?qū)⒂?10億個(gè)互聯(lián)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)工作，屆時(shí)，人們盡情享受無處不在的互聯(lián)網(wǎng)。智慧校園也正是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接任何能夠用到的設(shè)備與技術(shù)，例如RFID、二維碼、視頻監(jiān)控等，實(shí)現(xiàn)它的各種功能[2-3]。

1 智慧校園概念與現(xiàn)狀

簡單的說，智慧校園是信息化校園的延伸。從信息化業(yè)務(wù)運(yùn)行方面來看，數(shù)字校園主要注重管理信息化，智慧校園更加重視信息技術(shù)與科研、人才培養(yǎng)和社會服務(wù)的結(jié)合，利用最新大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)分析與決策，以及提供跨部門業(yè)務(wù)的融合服務(wù)。為了支撐高校智慧教育業(yè)務(wù)的開展，這是智慧校園的目標(biāo)。從信息化角度來看，數(shù)字校園主要注重信息門戶，智慧校園更加重視服務(wù)框架[4]。圖1展示出智慧校園的有效組成部分。①智慧校園綜合運(yùn)用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能感知、移動互聯(lián)等這些新興信息技術(shù)；②結(jié)合學(xué)校的物理環(huán)境，智能識別學(xué)生、教職工群體或個(gè)體特征，同時(shí)智能識別他們的學(xué)習(xí)、工作情景。③將學(xué)校的物理空間和數(shù)字空間充分銜接，改變學(xué)生、教職工與學(xué)校資源的交互方式，提供以人為本的個(gè)性化服務(wù)。

圖1 智慧校園組成和特點(diǎn)

基于智能的傳感器所組成的物聯(lián)網(wǎng)，智慧校園實(shí)現(xiàn)對校園的全覆蓋的感知，并且能夠隨時(shí)獲取信息，借助云計(jì)算等新技術(shù)對感知信息進(jìn)行信息分析并處理，可以針對校園中的各種需求提供預(yù)測和智能的決策，總而提高校園的管理效率，創(chuàng)造一個(gè)高效率的智能校園[5]。

高校校園有自己的特點(diǎn)，高校智慧校園的建設(shè)目標(biāo)[6]，主要包括以下3個(gè)方面內(nèi)容：

(1)智慧教育教學(xué)。如大力推動線上線下融合教學(xué)及基于大數(shù)據(jù)教學(xué)評價(jià)，開展智慧型人才培養(yǎng)；

(2)智慧科研支撐。開展智慧型科學(xué)研究工作，減少科研過程的重復(fù)勞動，加強(qiáng)科研協(xié)作，提高科研水平與效率；

(3)智慧管理與服務(wù)。通過物聯(lián)網(wǎng)和智能感知技術(shù)，構(gòu)建智慧型校園管理與信息化支撐平臺，整合校園資源，開展智慧型服務(wù)；

通過大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘校園運(yùn)行規(guī)律，開展智慧型社會服務(wù)，利用信息化手段加快科技成果轉(zhuǎn)化，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)為學(xué)校管理者決策提供支持，高校智慧校園可促進(jìn)管理服務(wù)流程不斷優(yōu)化或再造、創(chuàng)新管理服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)校系、部門間業(yè)務(wù)協(xié)同和統(tǒng)一服務(wù)平臺[7]。

另外一個(gè)最重要的優(yōu)勢，智慧校園能夠充分響應(yīng)國家號召，開展校園文化創(chuàng)新，發(fā)展先進(jìn)文化，創(chuàng)新高校網(wǎng)絡(luò)思想政治教育，提升高等院校的建設(shè)水平。

2 高校智慧校園概念模型

與前幾年的數(shù)字校園相比，在智能感知、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)的支撐下，高校的物理校園包括人群、設(shè)施、環(huán)境等，已經(jīng)和虛擬校園密不可分，高校涉及到的所有人的活動已經(jīng)處于一個(gè)物理空間和虛擬空間高度融合的環(huán)境中。

通過校園虛擬映像到實(shí)體校園的映射以及校園物理信息系統(tǒng)，作用于實(shí)體校園，具體概念框架見圖2。

圖2 高校智慧校園概念模型圖

智慧校園分為五大部分：

(1)物聯(lián)網(wǎng)。應(yīng)用智能感知技術(shù)采集校園環(huán)境信息(溫度、濕度、光度、壓力、位置等)，用可穿戴技術(shù)采集人群活動信息(位置、視頻、圖像)，實(shí)現(xiàn)校園的物理信息采集、環(huán)境控制和人群協(xié)同，構(gòu)建校園物理信息系統(tǒng)[8]。

(2)互聯(lián)網(wǎng)。應(yīng)用移動互聯(lián)、智能終端和移動應(yīng)用技術(shù)，構(gòu)建全天候、全覆蓋的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，將校園中的社交信息、位置信息和傳感信息映射到網(wǎng)絡(luò)空間中[9](包括位置網(wǎng)，地下管線，gis；傳感器網(wǎng)：ZigBee，RFID)。

(3)網(wǎng)絡(luò)空間?；谠破脚_，應(yīng)用業(yè)務(wù)流程管理、活動協(xié)作支撐、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)空間中建立校園虛擬映像，并據(jù)此構(gòu)建校園虛擬運(yùn)營環(huán)境，建立實(shí)體校園和校園虛擬映像之間的關(guān)聯(lián)[10]。

(4)大數(shù)據(jù)。應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)空間中的校園虛擬映像進(jìn)行全方位分析，掌握實(shí)體校園的運(yùn)行規(guī)律。

(5)智慧運(yùn)行?；谙嚓P(guān)規(guī)律對校園的運(yùn)營管理、資源調(diào)度、業(yè)務(wù)活動等作出決策，從而實(shí)現(xiàn)校園的智慧運(yùn)行與管理，構(gòu)建起智慧校園[11]。

3 高校智慧校園體系構(gòu)架

智慧校園體系架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)智慧校園的關(guān)鍵，高等院校構(gòu)建智慧校園的目標(biāo)是為了實(shí)現(xiàn)學(xué)校物理與數(shù)字空間的高度融合，就需要建立智慧校園信息化支撐平臺，這個(gè)平臺必須以智能感知為信息節(jié)點(diǎn)，以移動互聯(lián)網(wǎng)為運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)，以大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為核心，以智慧應(yīng)用服務(wù)為依托，以個(gè)性化用戶交互為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)高校各項(xiàng)業(yè)務(wù)的運(yùn)行。這樣就可以得出高校智慧校園體系架構(gòu)的初步框架[12-13]，如圖3所示。

圖3 高校智慧校園體系架構(gòu)

(1)智能感知層。智能感知層包括感知節(jié)點(diǎn)、感知網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)支撐平臺和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)等內(nèi)容。采用各種感應(yīng)技術(shù)，例如ZigBee、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、射頻識別技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，他們所采集的數(shù)據(jù)能夠?yàn)橹腔坌@數(shù)據(jù)來源。

ZigBee技術(shù)是一種廉價(jià)、短距離、低功耗、低速率的無線通信技術(shù)。RFID:射頻識別技術(shù)，又稱無線射頻識別，可通過電信號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID讀寫器也分移動式的和固定式的，目前RFID技術(shù)應(yīng)用很廣，如：圖書館，門禁系統(tǒng)，食品安全溯源等。IP CAM就是網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，它只要插上電源，并且聯(lián)網(wǎng)就能通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布視頻。例如在西湖布置200多個(gè)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，網(wǎng)上就可以看到西湖景色。

校園物聯(lián)網(wǎng)屬于校園泛在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的范疇，不僅是對高速校園網(wǎng)感知手段的提升，也是對其感知范圍的擴(kuò)展，物聯(lián)網(wǎng)感知領(lǐng)域可觸及校園內(nèi)任意角落，可利用更加廣泛的信息化手段獲取校園環(huán)境信息，并使之成為信息決策的基礎(chǔ)[14]。

(2)網(wǎng)絡(luò)通信層 。高速校園網(wǎng)是保證用戶信息化體驗(yàn)的最直接手段，也是信息化校園各類智慧應(yīng)用系統(tǒng)得以正常運(yùn)行的保障，屬于基礎(chǔ)建設(shè)范疇。網(wǎng)絡(luò)通信層包括校園網(wǎng)出口、校園核心網(wǎng)、樓宇接入網(wǎng)和校園無線網(wǎng)等建設(shè)內(nèi)容。一般網(wǎng)絡(luò)通信層都是采用有線和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)及時(shí)傳輸各種數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地接入、高速互聯(lián)、隨需應(yīng)用，為智慧校園提供寬帶泛在的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)[15-16]。

(3)云計(jì)算層。云計(jì)算層為智慧校園的大數(shù)據(jù)處理、應(yīng)用服務(wù)提供基礎(chǔ)的計(jì)算和存儲支撐服務(wù)。云計(jì)算層應(yīng)用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)資源(包括計(jì)算資源、存儲資源和帶寬資源)的充分應(yīng)用，最大限度發(fā)揮資源效能。云計(jì)算層不僅包括機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、計(jì)算資源建設(shè)、存儲資源建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)，也包括虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營管理平臺建設(shè)等內(nèi)容[17]。

(4)大數(shù)據(jù)層。大數(shù)據(jù)層是智慧校園的核心，包括數(shù)據(jù)存儲、管理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘的支撐平臺，是連接智慧校園各部分、匯聚智慧校園各種信息的樞紐，為智慧校園提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

校園大數(shù)據(jù)建設(shè)是信息化校園的基礎(chǔ)建設(shè)內(nèi)容，是數(shù)據(jù)治理的最終成果，既包括對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的治理，也包括對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的治理。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要來源于校園業(yè)務(wù)，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要來源于運(yùn)行設(shè)備和運(yùn)行環(huán)境，大數(shù)據(jù)層須兼顧各類異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集和管理。

大數(shù)據(jù)層包括主體虛擬映像和數(shù)據(jù)服務(wù)平臺兩個(gè)部分的建設(shè)內(nèi)容，前者分為元數(shù)據(jù)管理和主數(shù)據(jù)管理，后者則包括數(shù)據(jù)采集平臺、數(shù)據(jù)分析平臺和數(shù)據(jù)交換平臺等內(nèi)容。

(5)智慧應(yīng)用層。智慧應(yīng)用層包括智慧應(yīng)用基礎(chǔ)支撐平臺、智慧學(xué)生事務(wù)平臺、智慧財(cái)務(wù)資產(chǎn)平臺、智慧業(yè)務(wù)協(xié)同平臺、智慧生活服務(wù)平臺、智慧信息資源平臺、智慧決策服務(wù)平臺等建設(shè)內(nèi)容。這些就是各種校園信息化業(yè)務(wù)應(yīng)用，是智慧校園發(fā)揮作用的關(guān)鍵，也是智慧校園建設(shè)的重點(diǎn)。

統(tǒng)一的身份認(rèn)證、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換、統(tǒng)一的支撐平臺、統(tǒng)一的信息標(biāo)準(zhǔn)(信息化建設(shè)時(shí)需要)。智慧應(yīng)用層是信息化校園項(xiàng)目建設(shè)的核心內(nèi)容，既是校園內(nèi)大量信息服務(wù)的載體，也是校園內(nèi)諸多繁雜業(yè)務(wù)的梳理成果的體現(xiàn)。

(6)智能終端層。智能終端層支持各種智能終端，為各類用戶提供與其所處環(huán)境、所用終端相適應(yīng)的多屏交互模式，提升智慧校園的用戶體驗(yàn)。

用戶交互層是面向最終用戶的感知界面，既包括不同服務(wù)主體(教師、學(xué)生、教育管理者和社會公眾等)的個(gè)性化適配問題，也包括不同呈現(xiàn)終端(PC、手機(jī)、平板電腦和自助服務(wù)終端等)的兼容性適配問題，由統(tǒng)一的自適應(yīng)交互平臺完成。

(7)支撐保障體系。沒有完善的支撐保障體系，智慧校園是無法運(yùn)轉(zhuǎn)的，這些保障體系大致包括信息安全保障體系、信息化運(yùn)維服務(wù)體系。他們?yōu)橹腔坌@安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行提供切實(shí)的保障。

(8)統(tǒng)一安全支撐體系。信息安全貫穿信息化校園建設(shè)始終，并可持續(xù)發(fā)揮其信息保護(hù)職能。構(gòu)造主動安全防御體系，快速發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隱患、監(jiān)測安全漏洞、防止網(wǎng)絡(luò)攻擊、實(shí)現(xiàn)安全防御，是統(tǒng)一安全支撐體系建設(shè)的目標(biāo)。

統(tǒng)一支撐體系不僅包括物理層防護(hù)體系、網(wǎng)絡(luò)層防護(hù)體系、數(shù)據(jù)層防護(hù)體系、應(yīng)用層防護(hù)體系和交互層防護(hù)體系等建設(shè)內(nèi)容，還包括校園各類智慧應(yīng)用系統(tǒng)的安全等級保護(hù)體系建設(shè)內(nèi)容。

(9)統(tǒng)一IT 治理體系。IT 治理既包括數(shù)據(jù)的規(guī)范化治理(即統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn))建設(shè)內(nèi)容，也包括數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)共享、應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)、應(yīng)用系統(tǒng)管理等相關(guān)制度建設(shè)，其目的是構(gòu)建良性可持續(xù)發(fā)展的校園IT 生態(tài)體系。

(10)統(tǒng)一系統(tǒng)運(yùn)維服務(wù)體系。良好健全的運(yùn)維服務(wù)體系是確保信息化校園各項(xiàng)目成果系統(tǒng)正常運(yùn)行并提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的關(guān)鍵。統(tǒng)一運(yùn)維服務(wù)體系不僅包括運(yùn)維支撐系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容，也包括運(yùn)維服務(wù)團(tuán)隊(duì)建設(shè)和運(yùn)維服務(wù)制度建設(shè)的內(nèi)容。

4 高校智慧校園成功案例分析

目前很多高校都在建設(shè)智慧校園，在調(diào)研過程中，南京航空航天大學(xué)就構(gòu)建出了符合自己學(xué)校特點(diǎn)的智慧校園[18]，該校的智慧校園整體框架如下圖4所示。

圖4 南京航空航天大學(xué)智慧校園整體構(gòu)架圖

可以看出南京航空航天大學(xué)的智慧校園大致分為7層，分別為：基礎(chǔ)設(shè)施層、公共支撐層、數(shù)據(jù)資源層、共享服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層、信息決策層、用戶訪問層。

(1)基礎(chǔ)設(shè)施層。高速泛在融合網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)，有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、政務(wù)外網(wǎng)、一卡通網(wǎng)、視頻專網(wǎng)、安防專網(wǎng)的建設(shè)和升級。感知校園包括①環(huán)境數(shù)據(jù)感知：基礎(chǔ)環(huán)境感知、無線頻譜感知、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)感知；數(shù)據(jù)可視化；②智慧遠(yuǎn)程管控：基礎(chǔ)環(huán)境智能管控環(huán)境頻譜智能控制、業(yè)務(wù)層面智能管控、教學(xué)部門的教室教學(xué)設(shè)備管控。網(wǎng)絡(luò)安全綜合防護(hù)平臺建設(shè)的主要內(nèi)容包括安全技術(shù)體系設(shè)計(jì)、出口安全防護(hù)、通信網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)、安全管理中心設(shè)計(jì)和雙數(shù)據(jù)中心建設(shè)。

(2)公共支撐層與數(shù)據(jù)資源層。校園云數(shù)據(jù)中心是智慧校園的公共支撐層，建立虛擬化云服務(wù)平臺，提供統(tǒng)一的軟硬件基礎(chǔ)支撐平臺，全面實(shí)現(xiàn)以虛擬化方式提供主機(jī)和存儲資源，支持500臺虛擬化服務(wù)器，存儲容量達(dá)到1PB。網(wǎng)絡(luò)云盤：面向全校師生用戶提供共享協(xié)作的網(wǎng)絡(luò)私有云盤服務(wù)，用戶空間達(dá)到1TB，實(shí)現(xiàn)跨設(shè)備、跨應(yīng)用的統(tǒng)一管理和訪問，支持系統(tǒng)自備份和文件級細(xì)粒度備份，保障數(shù)據(jù)可用性。

(3)共享服務(wù)層。校園大數(shù)據(jù)中心是智慧校園的公共服務(wù)層。學(xué)校整個(gè)信息資源服務(wù)大數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)內(nèi)容主要分為4部分：前置系統(tǒng)、ETL平臺、數(shù)據(jù)倉庫和統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)接口。依據(jù)學(xué)校的實(shí)際需求情況，設(shè)計(jì)一個(gè)以大數(shù)據(jù)平臺為核心，抽取包括各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、無線新生態(tài)等在內(nèi)的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和統(tǒng)一管理的大數(shù)據(jù)平臺，整個(gè)系統(tǒng)全面支持業(yè)各業(yè)務(wù)實(shí)際應(yīng)用，從數(shù)據(jù)端到最終的信息資源服務(wù)業(yè)務(wù)支撐。同時(shí)建設(shè)全?；緮?shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘平臺。通過大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘?yàn)槿粘５墓芾砉ぷ魈峁┓治鲆罁?jù)。

(4)應(yīng)用服務(wù)層。這些應(yīng)用服務(wù)層包括智慧教室、智慧圖書館、數(shù)字檔案館、電子校務(wù)、智能支付、智能后勤、平安校園。

(5)信息決策層。信息決策層就是利用應(yīng)用服務(wù)層的各種服務(wù)，搭建信息化教育教學(xué)能力提升工程、信息化綜合科研能力提升工程、智能化校園信息管理與服務(wù)平臺，支撐用戶決策。

(6)用戶訪問層。學(xué)校的用戶訪問層用門戶網(wǎng)站實(shí)現(xiàn)所有系統(tǒng)的訪問，統(tǒng)一門戶網(wǎng)站如圖5所示。

圖5 南京航空航天大學(xué)智慧校園信息門戶網(wǎng)站

智慧校園已經(jīng)在南京航空航天大學(xué)成功運(yùn)行，該校也在十三五規(guī)劃中提出學(xué)校以智慧校園建設(shè)為契機(jī)，全面提升信息化水平。面向“兩化融合”“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等國家發(fā)展戰(zhàn)略，根據(jù)“一校兩區(qū)”布局，實(shí)施信息化專項(xiàng)建設(shè)，打造與信息化發(fā)展趨勢和學(xué)校改革發(fā)展需求相適應(yīng)的智慧校園，形成具有感知、控制、協(xié)同與服務(wù)能力的智慧運(yùn)行管理平臺體系，推進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)校各項(xiàng)事業(yè)的深度融合[19]。

5 結(jié) 語

智慧校園勢必成為高校發(fā)展的方向，是教育發(fā)展的高級形態(tài)，更是高校建設(shè)的理想目標(biāo)，信息化無疑是達(dá)成這一目標(biāo)的最有力的手段。智慧校園已經(jīng)不只是理念，已經(jīng)有它的理論基礎(chǔ)和實(shí)施手段，智慧校園的最終形態(tài)必將是隨時(shí)隨地為校園里的每一個(gè)人提供信息化服務(wù)。將伴隨著國家的科教興國戰(zhàn)略，使高等教育在國際上處于領(lǐng)先地位，在未來成為引領(lǐng)者。