韓泉葉 賀國旗 高宏文

摘? ?要：智慧校園建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。文章首先介紹了智慧校園的基本概念，然后以教育信息化2.0為背景，在數(shù)據(jù)生命周期概念的基礎(chǔ)上，提出了基于數(shù)據(jù)生命周期的智慧校園設(shè)計(jì)，并詳細(xì)闡述了設(shè)計(jì)中涵蓋的主要組成部分及其功能內(nèi)容。同時(shí)，文章梳理了數(shù)據(jù)在整個(gè)智慧校園系統(tǒng)中的產(chǎn)生、存儲、應(yīng)用和消亡過程，并對基于數(shù)據(jù)生命周期的智慧校園原型進(jìn)行部署實(shí)現(xiàn)，對原型部署后的完善與擴(kuò)建給出建議。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)生命周期;智慧校園;原型實(shí)現(xiàn)

中圖分類號：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2021）13-0059-04

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略的大力實(shí)施，以移動網(wǎng)絡(luò)提速和用戶終端提質(zhì)為主要代表的信息技術(shù)革命，正深刻影響和改變著我們的工作生活。“互聯(lián)網(wǎng)+教育”使得更多優(yōu)質(zhì)教育資源通過互聯(lián)網(wǎng)共享[1]。物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)催生的智慧校園，其建設(shè)和管理將越來越依賴于大數(shù)據(jù)，通過更深入的數(shù)據(jù)治理與挖掘，為學(xué)校教學(xué)、管理提供科學(xué)決策依據(jù)的同時(shí)，也給廣大員工帶來便利。

一、智慧校園概述

智慧校園是運(yùn)用“云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動互聯(lián)”等技術(shù)手段，把學(xué)校分散的、相互獨(dú)立的信息系統(tǒng)和資源整合為一個(gè)具有高度感知能力、協(xié)同能力和服務(wù)能力的集成系統(tǒng)[2]。這個(gè)集成系統(tǒng)以各種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體，將教學(xué)、科研、管理、服務(wù)和校園生活進(jìn)行充分融合，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集、融合、治理、分析與挖掘，得到各種有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)學(xué)院管理精細(xì)化、服務(wù)精益化、資源節(jié)約化、環(huán)境綠色化。最終呈現(xiàn)泛在的學(xué)習(xí)環(huán)境、精準(zhǔn)的信息服務(wù)、一體化的院校管理模式。

二、基于數(shù)據(jù)生命周期的智慧校園設(shè)計(jì)

1.數(shù)據(jù)生命周期

數(shù)據(jù)生命周期是指數(shù)據(jù)從產(chǎn)生到消亡的全過程，分為四大階段，包括數(shù)據(jù)生成的“入”期、數(shù)據(jù)存儲的“存”期、數(shù)據(jù)應(yīng)用的“用”期和數(shù)據(jù)退出的“出”期。

“入”期包括數(shù)據(jù)的定義和采集。有效的數(shù)據(jù)管理始于數(shù)據(jù)產(chǎn)生之前，首先要做好數(shù)據(jù)需求計(jì)劃，對數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定義，制定數(shù)據(jù)管理規(guī)范，確保數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生，從源頭抓起。然后數(shù)據(jù)因各種終端設(shè)備采集而產(chǎn)生。

“存”期包括傳輸、存儲和集成。集成是按照數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從而打通數(shù)據(jù)孤島，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、交換，讓數(shù)據(jù)在集成系統(tǒng)中流動起來，才能發(fā)揮更大價(jià)值。只有實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)集成，數(shù)據(jù)倉庫才能稱之為數(shù)據(jù)倉庫，集成程度不同，數(shù)據(jù)倉庫的作用深度不同，否則即使把數(shù)據(jù)集中起來存儲，也只能叫數(shù)據(jù)垃圾堆。

“用”是數(shù)據(jù)真正產(chǎn)生價(jià)值的期間。數(shù)據(jù)因使用而升值，用處越多價(jià)值越大，包括數(shù)據(jù)治理和發(fā)現(xiàn)。該期間數(shù)據(jù)的最大價(jià)值在于數(shù)據(jù)復(fù)用和服務(wù)復(fù)用，對于節(jié)省成本、提高效率非常重要。

數(shù)據(jù)的“出”期也非常重要。雖然存儲設(shè)備的價(jià)格越來越低，但產(chǎn)生的數(shù)據(jù)如不加以管理，會產(chǎn)生很大的負(fù)擔(dān)，不利于數(shù)據(jù)資產(chǎn)的整體效益。更有甚者，本該歸檔或者清除的數(shù)據(jù)和“活躍”數(shù)據(jù)存放在一起，將嚴(yán)重影響效率。

2.基于數(shù)據(jù)生命周期的智慧校園設(shè)計(jì)

經(jīng)過對智慧校園涵蓋內(nèi)容、組成部分進(jìn)行分析，依據(jù)智慧校園中數(shù)據(jù)的生命周期及其管理意義，對基于數(shù)據(jù)生命周期的智慧校園進(jìn)行設(shè)計(jì)，架構(gòu)如圖1所示。

圖1由應(yīng)用終端、應(yīng)用平臺、數(shù)據(jù)中心、泛在網(wǎng)絡(luò)與信息安全空間幾大部分組成，在泛在網(wǎng)絡(luò)與信息安全空間下，數(shù)據(jù)通過各種應(yīng)用終端經(jīng)過統(tǒng)一身份認(rèn)證或?qū)崟r(shí)采集進(jìn)入各應(yīng)用系統(tǒng)且存儲于數(shù)據(jù)庫，成為原始數(shù)據(jù)。箭頭表示在智慧校園中數(shù)據(jù)或信息的流動方向。數(shù)據(jù)信息可通過請求、響應(yīng)、抽取、轉(zhuǎn)換、加載、建模等方式來往于終端、統(tǒng)一認(rèn)證系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)倉庫和支撐平臺之間，完成搜索、瀏覽、下載和管理等。

（1）應(yīng)用終端

應(yīng)用終端包括通過C/S或B/S技術(shù)訪問接入的應(yīng)用終端（非感知終端）和通過射頻、圖像等技術(shù)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的應(yīng)用終端（感知終端）。其中，感知終端包括傳感器、電子標(biāo)簽、量測裝置、監(jiān)測裝置、采集終端、定位終端、邊緣網(wǎng)關(guān)等，可實(shí)現(xiàn)狀態(tài)感知、量值傳遞、環(huán)境監(jiān)測、行為追蹤等數(shù)據(jù)信息的感知輸入，并生成原始數(shù)據(jù)。

（2）應(yīng)用平臺

應(yīng)用平臺從功能上包括[3][4]智慧教學(xué)環(huán)境、智慧教學(xué)資源、智慧校園管理和智慧校園服務(wù)四大類。其建設(shè)內(nèi)容及功能如圖2所示。

（3）數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心建設(shè)包括機(jī)制規(guī)范和相關(guān)軟件、數(shù)據(jù)、處理過程的構(gòu)建，以及滿足智慧校園需要的存儲資源和計(jì)算資源的建設(shè)。數(shù)據(jù)中心可以消除“信息孤島”，最終實(shí)現(xiàn)具有分析決策支持功能的一體化管理與服務(wù)。

在數(shù)據(jù)中心的建設(shè)過程中，對數(shù)據(jù)的集成由數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與交換平臺完成，通過對數(shù)據(jù)信息的抽取、轉(zhuǎn)換、加載，使不同系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，消除“數(shù)據(jù)孤島”。

核心應(yīng)用系統(tǒng)承載了整個(gè)校園內(nèi)部百分之八十的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，訪問頻繁。當(dāng)數(shù)據(jù)訪問越來越多的時(shí)候，訪問核心應(yīng)用勢必會給系統(tǒng)帶來很大壓力，甚至崩潰，建立主數(shù)據(jù)可有效解決頻繁訪問對核心應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力。

主數(shù)據(jù)是用來描述智慧校園核心業(yè)務(wù)實(shí)體的數(shù)據(jù)，是從學(xué)校的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中整合的最核心且需要共享的數(shù)據(jù)。通過相應(yīng)的技術(shù)和算法，對業(yè)務(wù)流程、業(yè)務(wù)模型和分析模型進(jìn)行提取，并以服務(wù)的方式把統(tǒng)一、完整、準(zhǔn)確的主數(shù)據(jù)分發(fā)給上層應(yīng)用。主數(shù)據(jù)的提取由數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)治理平臺和數(shù)據(jù)挖掘與分析平臺完成。

存儲與計(jì)算資源、支撐平臺之間的數(shù)據(jù)存、用關(guān)系如圖3所示。

在圖3中，不同應(yīng)用終端產(chǎn)生（讀?。┑臄?shù)據(jù)種類有文件型、數(shù)據(jù)庫型、HTTP服務(wù)型和JMS消息型等，并獨(dú)立存儲到各自的數(shù)據(jù)庫中，成為原始數(shù)據(jù)，即存儲在數(shù)據(jù)倉庫的細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)層（Data Warehouse Detail，DWD），該層是數(shù)據(jù)倉庫與業(yè)務(wù)層的隔離層。

DWD層數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與交換平臺，在數(shù)據(jù)定義的基礎(chǔ)上，經(jīng)過ETL（Extract—Transform—Load）處理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、加工，補(bǔ)全各類信息，包括編碼字典解釋等，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，存儲于數(shù)據(jù)倉庫的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層（Data Warehouse Base，DWB）。DWB層是具有大量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的客觀數(shù)據(jù)層，目的是在不同應(yīng)用系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，消除“數(shù)據(jù)孤島”。

DWB層的數(shù)據(jù)根據(jù)學(xué)校不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域創(chuàng)建業(yè)務(wù)模型，按照業(yè)務(wù)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，形成分析某一個(gè)主題域的服務(wù)數(shù)據(jù)，存儲于數(shù)據(jù)倉庫的服務(wù)數(shù)據(jù)層（Data Warehouse Service，DWS）。此階段為數(shù)據(jù)治理階段，更加強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的質(zhì)量與安全，數(shù)據(jù)治理的最終目標(biāo)是提升數(shù)據(jù)的價(jià)值。

DWS層經(jīng)過大數(shù)據(jù)匯總、統(tǒng)計(jì)、分析，將結(jié)果定期存儲在數(shù)據(jù)集市層（Data Mart，DM），為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)源。通俗地說，DM層存儲的是為管理層智能決策特定需求而預(yù)先計(jì)算好的數(shù)據(jù)，從而滿足智慧管理對性能的需求。

元數(shù)據(jù)庫存儲上述DWD、DWB、DWS和DM層四個(gè)庫的表及字段元數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)質(zhì)量的核心。通過元數(shù)據(jù)管理，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)數(shù)據(jù)處理過程的追蹤，知道目標(biāo)數(shù)據(jù)的源頭就可以一步步地追溯到數(shù)據(jù)的提供者。

一般情況下，以文本形式保存的各類應(yīng)用系統(tǒng)每日導(dǎo)出的數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換、加載過程中的日志文件，保存期限為三個(gè)月;核心數(shù)據(jù)根據(jù)活躍程度由強(qiáng)到弱，其保存期限為3～10年;一般數(shù)據(jù)根據(jù)活躍程度由強(qiáng)到弱，其保存期限為1～10年;各類參數(shù)信息永久保存。

（4）泛在網(wǎng)絡(luò)與信息安全空間

泛在網(wǎng)絡(luò)是指實(shí)現(xiàn)有線無線無縫接軌的安全、穩(wěn)定、通暢、萬物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

信息安全包含[5-7]安全管理和安全技術(shù)防護(hù)，其內(nèi)容涵蓋如圖4所示。

三、基于數(shù)據(jù)生命周期的智慧校園原型實(shí)現(xiàn)

1.原型概念及優(yōu)勢

原型是一種讓用戶提前體驗(yàn)產(chǎn)品、交流設(shè)計(jì)構(gòu)想、展示復(fù)雜系統(tǒng)工程的方式。就本質(zhì)而言，原型是一種溝通工具，原型圖是最終系統(tǒng)的代表模型或者模擬。

智慧校園本質(zhì)是復(fù)雜的集成系統(tǒng)，使用原型設(shè)計(jì)的基本思想是在投入大量的人力、物力之前，在限定的時(shí)間內(nèi)，用最經(jīng)濟(jì)的方法開發(fā)出一個(gè)可實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)模型。用戶在運(yùn)行使用整個(gè)原型的基礎(chǔ)上，通過對其評價(jià)，提出改進(jìn)意見，對原型進(jìn)行修改，再統(tǒng)一使用。評價(jià)過程反復(fù)進(jìn)行，使原型逐步完善，直至完全滿足用戶的需求為止，因此，原型在識別問題、減少風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)約成本等方面有著不可替代的價(jià)值。

2.基于數(shù)據(jù)生命周期的智慧校園原型實(shí)現(xiàn)

依據(jù)上述基于數(shù)據(jù)生命周期的智慧校園設(shè)計(jì)思想，抓住智慧校園的管理與服務(wù)核心功能，對智慧校園原型進(jìn)行建設(shè)實(shí)現(xiàn)，通過“數(shù)據(jù)說話”的方式找出學(xué)校教學(xué)、管理上存在的問題，便于后續(xù)的決策和改進(jìn)。

經(jīng)過調(diào)研，學(xué)校在智慧校園原型實(shí)現(xiàn)過程中，采用了廣州瑾祺公司開發(fā)的AIC智能校園系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有集教學(xué)、人事、學(xué)生、財(cái)務(wù)、后勤、資產(chǎn)、督導(dǎo)、招生、就業(yè)、實(shí)驗(yàn)、行政和移動應(yīng)用等于一體的綜合管理功能;涵蓋智能教室、教學(xué)資源庫、校園一卡通、校園監(jiān)控、學(xué)生社區(qū)、學(xué)生服務(wù)大廳、數(shù)字圖書館、電子書包、教與學(xué)互動等綜合服務(wù);具有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析、督導(dǎo)數(shù)據(jù)分析、后勤數(shù)據(jù)分析、學(xué)生情況分析、教學(xué)數(shù)據(jù)分析、課時(shí)數(shù)據(jù)分析、教職工數(shù)據(jù)分析、平臺使用情況分析、新聞數(shù)據(jù)分析、培養(yǎng)計(jì)劃數(shù)據(jù)分析等數(shù)據(jù)監(jiān)測、預(yù)警和分析功能。

該系統(tǒng)采用基于標(biāo)準(zhǔn).Net三層架構(gòu)的SSJ模式、B/S結(jié)構(gòu)和UML進(jìn)行開發(fā)，按照RUP方法管理開發(fā)過程，后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)采用SQL Server 2008。

系統(tǒng)部署采用服務(wù)器虛擬化技術(shù)，通過六臺四路10核Intel XeonE7—4820v4/6.4GT/25ML3處理器、256GB內(nèi)存的高性能物理服務(wù)器和虛擬化軟件搭建了云計(jì)算物理服務(wù)器集群;通過兩臺兩路8核Intel XeonE5-2620v4/8GT/20ML3處理器構(gòu)建了64GB內(nèi)存的雙機(jī)熱備共享存儲數(shù)據(jù)庫服務(wù)器;通過兩臺100TB雙活光纖云存儲、兩臺16Gb FC光纖通道交換機(jī)構(gòu)建FCSAN網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)部署拓?fù)淙鐖D5所示。

部署后的AIC智能校園系統(tǒng)正在全校范圍內(nèi)推進(jìn)應(yīng)用，圖6是AIC自我診改中專業(yè)診改信息的統(tǒng)計(jì)。

3.基于數(shù)據(jù)生命周期的智慧校園原型完善與擴(kuò)建

我校的智慧校園原型實(shí)現(xiàn)不是定制開發(fā)，而是通過采購實(shí)現(xiàn)，因此在推廣使用的過程中，要不斷對其進(jìn)行評價(jià)，提出改進(jìn)意見，對原型進(jìn)行修改，并統(tǒng)一使用。評價(jià)過程反復(fù)進(jìn)行，原型逐步完善的過程會延續(xù)很長一段時(shí)間。

就高校智慧校園建設(shè)來說，AIC智能校園系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心支撐平臺只有部分?jǐn)?shù)據(jù)交換、匯總與分析功能，距離教育信息化2.0時(shí)代需要的具有數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)安全管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量提升和數(shù)據(jù)決策支持的支撐平臺還有很大差距。數(shù)據(jù)中臺建設(shè)是解決上述問題的有效途徑之一。

四、結(jié)語

智慧校園建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，可帶動體制機(jī)制的改革、業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化、信息化服務(wù)的深入，以及人才培養(yǎng)、學(xué)術(shù)研究、 公共服務(wù)、學(xué)校治理、內(nèi)部保障等方面的協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展。通過對數(shù)據(jù)生命周期進(jìn)行梳理，分析智慧校園各組成部分之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、各應(yīng)用系統(tǒng)之間業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)流程、服務(wù)、數(shù)據(jù)的貫通融合和流程優(yōu)化，以穩(wěn)定、安全、泛在的網(wǎng)絡(luò)為依托，充分運(yùn)用大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等信息技術(shù)，構(gòu)建高校管理一體化和整合協(xié)同的信息化支撐體系，實(shí)現(xiàn)高校一站式服務(wù)。本文以教育信息化2.0為大背景，依據(jù)數(shù)據(jù)在智慧校園系統(tǒng)中的產(chǎn)生、存儲、應(yīng)用和消亡過程，提出基于數(shù)據(jù)生命周期的智慧校園設(shè)計(jì)。我校對基于數(shù)據(jù)生命周期的智慧校園原型進(jìn)行了部署及應(yīng)用。

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（編輯：王曉明）