肖明，徐艷，郭丹

（黑龍江八一農墾大學，大慶 163319）

隨著信息技術的不斷發(fā)展，具備科研、教學和管理功能應用的信息系統(tǒng)在高校中越來越普及。然而，由于信息化建設的前期缺乏長期整體規(guī)劃，獨立分散的信息資源、標準各異、數(shù)據(jù)重復、信息化程度差異顯著以及信息孤島等問題變得日益嚴重。因此，在當前的信息化建設過程中，數(shù)據(jù)整合工作是最為不可或缺和重要的環(huán)節(jié)。有效的數(shù)據(jù)整合[1]可以顯著提高各部門的數(shù)據(jù)集成水平，通過整合來自各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一身份認證平臺，并通過基礎數(shù)據(jù)中心和信息門戶平臺提供一站式服務，極大地方便了用戶使用。在此基礎上結合微服務模式，可以很方便的搭建很多新應用，根據(jù)具體的服務需求實現(xiàn)新功能。

研究通過數(shù)據(jù)整合建立教室智能管控的輕應用，實現(xiàn)新的教室管理方式。以往教室管理需要教師在上課前領取鑰匙，登記信息，下課后需要歸還鑰匙，而上下課時間人員眾多，不但耽誤教師的時間，還有可能出現(xiàn)錯拿、丟失，前后節(jié)課交接不暢等諸多問題。智能教室管控方式，教師無需課前集中借取鑰匙，只需現(xiàn)場手機操作智慧教室輕應用，即可自助控制教學設備，所有教室設備實現(xiàn)智能控制，并且使用授權與課程表精準對應。

1 基于微服務的智慧校園融合服務大廳建設

2020 年6 月，《職業(yè)院校數(shù)字校園規(guī)范》提出，智慧校園是數(shù)字校園后續(xù)發(fā)展形式，通過使用物聯(lián)網、人工智能以及大數(shù)據(jù)等技術實現(xiàn)一站式服務的功能，更加智能的管理校內應用[2]。2021 年3 月，《教育部關于加強新時代教育管理信息化工作的通知》中的工作目標指出，到2025 年，新時代教育管理信息化制度體系基本形成，信息系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)化整合，一體化水平大幅提升，數(shù)據(jù)孤島得以打通、數(shù)據(jù)效能充分發(fā)揮、在線服務靈活便捷，“一網通辦”深入普及，服務體驗明顯提升。目前，高校的信息化水平已發(fā)展到智慧校園建設的新階段，注重智能化和融合。用戶可以通過智慧校園綜合服務大廳訪問教學管理、應用管理等在線服務。然而，隨著不同業(yè)務需求的并發(fā)操作增加，服務大廳的功能需求變得更加復雜，急需構建一個“高度內聚、松耦合、快速響應、易于擴展和管理”的智慧校園綜合服務大廳。微服務架構[3-7]是一種新型的軟件開發(fā)模式，將應用程序劃分為小型、獨立的服務單元，每個單元可以獨立部署、擴展和更新。這種架構風格能夠提高應用程序的可維護性、可伸縮性、靈活性和可靠性，因為每個服務都是獨立的，不會影響到其他服務，即高度內聚、松耦合的系統(tǒng)架構。

基于微服務的智慧校園融合服務大廳建設[8-11]，主要是實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享交換平臺、統(tǒng)一身份認證平臺與融合服務門戶三大核心功能平臺。

（1）數(shù)據(jù)交換共享平臺

數(shù)據(jù)交換共享平臺是通過采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準和數(shù)據(jù)訪問接口規(guī)范來建立的數(shù)據(jù)中心，旨在提供一種便捷、高效、安全的方式，使得跨層級、跨部門、跨數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和應用系統(tǒng)能夠共享和利用數(shù)據(jù)，從而消除信息孤島。這些數(shù)據(jù)資源可能包括結構化數(shù)據(jù)、非結構化數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等，可以用于分析、研究、應用等多種目的。數(shù)據(jù)交換共享平臺可以幫助高校更好地管理和利用自己的數(shù)據(jù)資源，同時也可以促進數(shù)據(jù)資源的共享和流通，推動數(shù)據(jù)的再利用和創(chuàng)新。平臺的建設主要包括采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準、開發(fā)公共數(shù)據(jù)平臺和數(shù)據(jù)交換平臺等，需要建立技術架構、數(shù)據(jù)治理和數(shù)據(jù)服務等。

（2）統(tǒng)一身份認證平臺

統(tǒng)一身份認證平臺（Unified Authentication Platform）[12-14]是一種用于集中管理和控制用戶身份驗證和授權的平臺。它是一種基于標準的、跨領域的身份驗證和授權解決方案，可以使用戶只需使用一個賬戶和密碼就可以訪問多個應用程序和服務。

在統(tǒng)一身份認證平臺中，用戶只需要進行一次身份驗證，就可以獲得訪問多個系統(tǒng)和應用程序的權限，而不需要重復進行身份驗證。這種方法可以提高用戶體驗，同時也可以提高安全性，因為用戶只需要記住一個賬戶和密碼，而不需要為每個應用程序和系統(tǒng)都記住不同的憑證。

統(tǒng)一身份認證平臺通常包括以下功能：身份驗證和授權、單點登錄、用戶管理、權限管理、認證協(xié)議支持等。它可以應用于各種場景，包括內部應用程序、云服務、移動應用程序等。

（3）融合服務門戶

智慧校園融合服務門戶是一個以互聯(lián)網為基礎，以學生、教職工為中心，集學校信息化建設和校園服務于一體的綜合性平臺。該平臺可以提供多種功能和服務，例如學生選課、課表查詢、成績查詢、圖書館借閱、校園卡充值、繳費、校園活動信息發(fā)布等等。同時，平臺還可以通過數(shù)據(jù)分析和人工智能技術為學生和教職工提供個性化、精準的服務，以提高高校服務和管理效率，優(yōu)化師生服務體驗，提高學校的整體競爭力。同時，它也是數(shù)字化校園建設的重要組成部分，能夠推進高校數(shù)字化轉型和創(chuàng)新發(fā)展。

通過基于微服務的智慧校園融合服務大廳建設，可以很好地解決系統(tǒng)的復雜性問題，實現(xiàn)對不同子系統(tǒng)的高效管理和調用，將學校所有業(yè)務系統(tǒng)集成在一起，提高了系統(tǒng)的可維護性和可擴展性，為學生、教職工和管理人員提供更加便捷和高效的服務，為教室智能管控提供前期基礎。

2 基于物聯(lián)網技術的教室智能設備管控平臺建設

隨著信息技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，新的技術和應用不斷涌現(xiàn)出來，使得我們的生活和工作方式發(fā)生了巨大的變化。信息技術的發(fā)展已經賦予我們更多的便利和更高效的工作方式，使得人類社會的發(fā)展進程變得更加快速和高效。當前，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網、區(qū)塊鏈等新興技術正在不斷涌現(xiàn)，它們正在推動著信息技術的進一步發(fā)展和應用，為人類社會的未來帶來更多的可能性和機遇。在這樣的背景下，當前教室現(xiàn)代化、信息化技術也在不斷的發(fā)展，在高校結合智慧校園建設的基礎上，為實現(xiàn)智慧教室[15-16]的搭建，提供良好的技術支持。使用智慧教室網關，利用ZigBee 協(xié)議與TCP／IP 協(xié)議的轉換和終端節(jié)點形成局域網絡[17]，使用DTU 進行串口轉換IP 數(shù)據(jù)，并借助校園有線網絡和管理平臺，實現(xiàn)管控平臺對教室的智能用電設備（智能插座）的狀態(tài)讀取和供電控制。

2.1 智慧網關和終端節(jié)點組建局域網絡

在每個教室安裝智慧網關，通過ZigBee 協(xié)議組建物聯(lián)網，網內接入2 個智能插座和1 多路控制器。

（1）智能插座是一種帶有智能功能的電源插座，它可以通過ZigBee 協(xié)議的物聯(lián)網連接到智慧網關，具有計時、計量等功能。

（2）多路控制器是用于控制多個輸入和輸出通道信號流的電子設備，能夠處理多種輸入信號并產生相應的輸出信號。通常包含一個或多個輸入端口和一個或多個輸出端口。輸入端口接收來自傳感器、開關或其他設備的信號，輸出端口則發(fā)送控制信號到執(zhí)行器、電機或其他設備。多路控制器可以對輸入信號進行邏輯運算，從而實現(xiàn)復雜的控制邏輯和功能。

在組網中2 個智能插座分別用于電腦供電控制和投影儀電流監(jiān)測，多路控制器用于控制幕布的升降。具體方法：通過控制為電腦供電的智能插座的開關，實現(xiàn)對電腦使用的權限控制；通過對投影儀供電插座電流值大小狀態(tài)的監(jiān)控，判斷投影儀的開啟關閉狀態(tài)。為了保證控制的穩(wěn)定，智慧網關采用有線網絡連接管理平臺，實現(xiàn)平臺對智慧網關的控制，智慧網關通過物聯(lián)網實現(xiàn)控制電腦與幕布開啟與關閉。

2.2 DTU 控制投影儀

數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU）是指一種數(shù)據(jù)采集和傳輸設備，可以將串口數(shù)據(jù)轉換為IP 數(shù)據(jù)，并通過有線/無線網絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。通過DTU 將投影儀的串口數(shù)據(jù)轉換為IP 數(shù)據(jù)，并且為保證控制的穩(wěn)定，采用有線網絡與管理平臺進行數(shù)據(jù)傳輸。管理平臺根據(jù)投影儀供電的智能插座獲得的電流數(shù)據(jù)，判斷為投影儀發(fā)送開機或關機命令，實現(xiàn)投影儀的遠程控制。

2.3 電腦狀態(tài)監(jiān)控軟件

在每個教室的電腦中安裝電腦開關機軟件，用于實現(xiàn)管控平臺對電腦開關機狀態(tài)的感知及遠程關機的控制。通過MAC 地址的綁定，實現(xiàn)平臺對各個教室電腦的精確標識。

2.4 智能設備管控平臺

在平臺管理系統(tǒng)可對教室的物聯(lián)網設備進行集中管理配置，主要配置的內容包括空間管理、設備管理、測點配置、實時數(shù)據(jù)、歷史庫配置、系統(tǒng)管理、用戶管理、文檔管理等各項功能。通過系統(tǒng)可以配置教室位置信息，網關設備，DTU 設備，電腦控制等，實現(xiàn)集中控制教室設備，監(jiān)控教室設備狀態(tài)、故障告警的功能。系統(tǒng)主界面見圖1。

圖1 智能設備管控平臺主界面Fig.1 Main interface of intelligent device management and control platform

圖2 APP 控制頁面Fig.2 APP control page

3 整合業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)結合服務大廳微服務實現(xiàn)教室精準控制

通過共享數(shù)據(jù)中心平臺，將教務系統(tǒng)、研究生系統(tǒng)中的教師信息、課表信息與教室智能設備管控平臺進行數(shù)據(jù)集成整合[18-20]，結合服務大廳輕應用，使教師可以通過手機按照課表授權，精準控制教室教學設備。

3.1 數(shù)據(jù)整合模式

數(shù)據(jù)整合是數(shù)據(jù)共享的基礎，通過數(shù)據(jù)整合實現(xiàn)不同業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)打通。在實際運用中，數(shù)據(jù)整合模式需要根據(jù)具體的數(shù)據(jù)情況和業(yè)務需求來決定，主要有以下幾種模式：

（1）批量處理模式：將數(shù)據(jù)從源系統(tǒng)中提取出來，經過清洗、轉換等處理后，再批量導入到目標系統(tǒng)中。這種模式適用于數(shù)據(jù)量大、不需要實時性的情況。

（2）實時處理模式：將數(shù)據(jù)源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)侥繕讼到y(tǒng)中，可以使用消息隊列、流處理，實時讀取數(shù)據(jù)庫等技術來實現(xiàn)。這種模式適用于需要實時或近實時處理數(shù)據(jù)的場景。

（3）增量處理模式：將數(shù)據(jù)源系統(tǒng)中發(fā)生的變化（新增、修改、刪除等）同步到目標系統(tǒng)中，可以使用增量同步技術實現(xiàn)。這種模式適用于需要保持數(shù)據(jù)實時更新的場景。

（4）聚合處理模式：將多個數(shù)據(jù)源系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行聚合，生成一份全局的視圖。這種模式適用于需要綜合多個數(shù)據(jù)源的場景。

3.2 教務系統(tǒng)，研究生系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成整合方案

（1）數(shù)據(jù)整合方式

為了保證課表數(shù)據(jù)的即時性，采用實時處理模式，通過數(shù)據(jù)中心與業(yè)務系統(tǒng)直接同步的方法，利用數(shù)據(jù)交換工具訪問業(yè)務系統(tǒng)接口，通過對數(shù)據(jù)交換流程進行配置，經過對共享數(shù)據(jù)的抽取、清洗、轉換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時同步。

（2）數(shù)據(jù)交換的方式

由于教務系統(tǒng)、研究生系統(tǒng)只負責提供教師信息，課表信息、教室信息等數(shù)據(jù)，而不需要從數(shù)據(jù)中心中獲取其他業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，因此采用系統(tǒng)創(chuàng)建視圖方式來提供數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)交換工具同步到數(shù)據(jù)中心。

3.3 教室智能設備管控平臺認證及數(shù)據(jù)集成方案

教室智能設備管控平臺集成體現(xiàn)在以下二個方面：

（1）認證集成

確定統(tǒng)一身份認證系統(tǒng)的用戶權威身份信息，建立起統(tǒng)一的認證平臺，實現(xiàn)管控平臺系統(tǒng)的登錄口令與智慧校園其它業(yè)務系統(tǒng)的口令一致；實現(xiàn)PC端、校園APP 端、企業(yè)微信端認證登錄。通過身份認證單點登錄，實現(xiàn)管控平臺統(tǒng)一身份認證，由統(tǒng)一身份認證平臺處理登錄和認證，并能訪問管控平臺。

（2）數(shù)據(jù)集成

利用共享數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)管控平臺系統(tǒng)與教務系統(tǒng)、研究生系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，使管控平臺系統(tǒng)可以從數(shù)據(jù)中心獲取部門數(shù)據(jù)、教師數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)集成后，實現(xiàn)管控平臺從共享數(shù)據(jù)中心獲取人員信息數(shù)據(jù)（人員基本信息、部門代碼），數(shù)據(jù)信息通過視圖接口發(fā)送，管控平臺系統(tǒng)接受數(shù)據(jù)后自行處理，并更新到物聯(lián)網管控平臺數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)同步方式、數(shù)據(jù)中心將數(shù)據(jù)推送到管控平臺中間庫。

3.4 服務大廳教室管控輕應用建設

在基于微服務的智慧校園融合服務大廳中搭建智慧教室管控輕應用，通過數(shù)據(jù)中心整合獲取到的教室、課表、教師身份等數(shù)據(jù)，根據(jù)教師信息、課表時間，為教師展示授課時間的教室控制鏈接。通過教室智能設備管控平臺認證及數(shù)據(jù)集成，使教師通過APP 應用點擊教室控制鏈接，無感知跳轉到教室智能設備管控平臺的對應教室控制頁面，實現(xiàn)教師自助控制教學設備，并且確保使用授權與課程表精準對應，有效的配合教學計劃執(zhí)行。

4 結論

在當今數(shù)據(jù)驅動的世界中，高校通常需要處理和分析各種類型的數(shù)據(jù)，包括結構化數(shù)據(jù)（如數(shù)據(jù)庫中的表格數(shù)據(jù)）、半結構化數(shù)據(jù)（如XML 或JSON 文件）和非結構化數(shù)據(jù)（如文本文檔或圖像）等等。數(shù)據(jù)整合可以更好地利用這些數(shù)據(jù)，并從中獲取更深入的洞見和價值。數(shù)據(jù)整合的成功與否直接關系到數(shù)據(jù)分析和決策的質量，因此，它已成為高校信息化建設的重要工作之一。合理的數(shù)據(jù)整合是建立智慧校園融合服務的基礎，通過數(shù)據(jù)整合實現(xiàn)各個業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接，進而實現(xiàn)統(tǒng)一平臺，一站式服務，并且便于擴展新應用?；谌诤戏掌脚_，實現(xiàn)了一種全新的教室管控模式，有效的改進了教學環(huán)境，也便于設備狀態(tài)的實時監(jiān)控，提高了教學設備保障的及時性，并且通過課表與管控的精確對應，加強了教學計劃管理，為今后的智慧教室建設提供了新思路。