高校智慧校园的构建与研究

王克平，肖 源

(中国人民大学 a.信息技术中心；b.公共政策实验室；c.实验室建设与设备管理处，北京 100872)

0 引 言

智慧校园是教育信息化发展到新的阶段的必然产物，是高校应对目前“互联网+教育”挑战的一个必然选择，是数字校园建设的进一步深化与提升。智慧校园就是实现方便的网络学习、高度信息化的科研、快捷的校务治理、多彩的校园文化、丰富的校园生活。它的目的就是建设一个安全、环保节能的校园，如同智慧地球一样，随着物联网技术的发展带动了智慧校园的发展，将会有更多的人工智能产品应用到智慧校园[1]。据最新数据预测，到2020年，全球将有310亿个互联设备联网工作，届时，人们尽情享受无处不在的互联网。智慧校园也正是通过物联网技术连接任何能够用到的设备与技术，例如RFID、二维码、视频监控等，实现它的各种功能[2-3]。

1 智慧校园概念与现状

简单的说，智慧校园是信息化校园的延伸。从信息化业务运行方面来看，数字校园主要注重管理信息化，智慧校园更加重视信息技术与科研、人才培养和社会服务的结合，利用最新大数据技术进行科学分析与决策，以及提供跨部门业务的融合服务。为了支撑高校智慧教育业务的开展，这是智慧校园的目标。从信息化角度来看，数字校园主要注重信息门户，智慧校园更加重视服务框架[4]。图1展示出智慧校园的有效组成部分。①智慧校园综合运用云计算、物联网、大数据、智能感知、移动互联等这些新兴信息技术；②结合学校的物理环境，智能识别学生、教职工群体或个体特征，同时智能识别他们的学习、工作情景。③将学校的物理空间和数字空间充分衔接，改变学生、教职工与学校资源的交互方式，提供以人为本的个性化服务。

图1 智慧校园组成和特点

基于智能的传感器所组成的物联网，智慧校园实现对校园的全覆盖的感知，并且能够随时获取信息，借助云计算等新技术对感知信息进行信息分析并处理，可以针对校园中的各种需求提供预测和智能的决策，总而提高校园的管理效率，创造一个高效率的智能校园[5]。

高校校园有自己的特点，高校智慧校园的建设目标[6]，主要包括以下3个方面内容：

(1)智慧教育教学。如大力推动线上线下融合教学及基于大数据教学评价，开展智慧型人才培养；

(2)智慧科研支撑。开展智慧型科学研究工作，减少科研过程的重复劳动，加强科研协作，提高科研水平与效率；

(3)智慧管理与服务。通过物联网和智能感知技术，构建智慧型校园管理与信息化支撑平台，整合校园资源，开展智慧型服务；

通过大数据技术挖掘校园运行规律，开展智慧型社会服务，利用信息化手段加快科技成果转化，利用大数据技术为学校管理者决策提供支持，高校智慧校园可促进管理服务流程不断优化或再造、创新管理服务模式，实现校系、部门间业务协同和统一服务平台[7]。

另外一个最重要的优势，智慧校园能够充分响应国家号召，开展校园文化创新，发展先进文化，创新高校网络思想政治教育，提升高等院校的建设水平。

2 高校智慧校园概念模型

与前几年的数字校园相比，在智能感知、物联网、移动互联、大数据和云计算技术的支撑下，高校的物理校园包括人群、设施、环境等，已经和虚拟校园密不可分，高校涉及到的所有人的活动已经处于一个物理空间和虚拟空间高度融合的环境中。

通过校园虚拟映像到实体校园的映射以及校园物理信息系统，作用于实体校园，具体概念框架见图2。

图2 高校智慧校园概念模型图

智慧校园分为五大部分：

(1)物联网。应用智能感知技术采集校园环境信息(温度、湿度、光度、压力、位置等)，用可穿戴技术采集人群活动信息(位置、视频、图像)，实现校园的物理信息采集、环境控制和人群协同，构建校园物理信息系统[8]。

(2)互联网。应用移动互联、智能终端和移动应用技术，构建全天候、全覆盖的网络应用环境，将校园中的社交信息、位置信息和传感信息映射到网络空间中[9](包括位置网，地下管线，gis；传感器网：ZigBee，RFID)。

(3)网络空间。基于云平台，应用业务流程管理、活动协作支撑、大数据分析等技术，在网络空间中建立校园虚拟映像，并据此构建校园虚拟运营环境，建立实体校园和校园虚拟映像之间的关联[10]。

(4)大数据。应用大数据技术，对网络空间中的校园虚拟映像进行全方位分析，掌握实体校园的运行规律。

(5)智慧运行。基于相关规律对校园的运营管理、资源调度、业务活动等作出决策，从而实现校园的智慧运行与管理，构建起智慧校园[11]。

3 高校智慧校园体系构架

智慧校园体系架构是实现智慧校园的关键，高等院校构建智慧校园的目标是为了实现学校物理与数字空间的高度融合，就需要建立智慧校园信息化支撑平台，这个平台必须以智能感知为信息节点，以移动互联网为运行网络，以大数据分析技术为核心，以智慧应用服务为依托，以个性化用户交互为目标，实现高校各项业务的运行。这样就可以得出高校智慧校园体系架构的初步框架[12-13]，如图3所示。

图3 高校智慧校园体系架构

(1)智能感知层。智能感知层包括感知节点、感知网络、业务支撑平台和物联网应用系统建设等内容。采用各种感应技术，例如ZigBee、无线传感网络、射频识别技术、网络摄像机，他们所采集的数据能够为智慧校园数据来源。

ZigBee技术是一种廉价、短距离、低功耗、低速率的无线通信技术。RFID:射频识别技术，又称无线射频识别，可通过电信号识别特定目标并读写相关数据。RFID读写器也分移动式的和固定式的，目前RFID技术应用很广，如：图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。IP CAM就是网络摄像机，它只要插上电源，并且联网就能通过网络发布视频。例如在西湖布置200多个网络摄像机，网上就可以看到西湖景色。

校园物联网属于校园泛在网络建设的范畴，不仅是对高速校园网感知手段的提升，也是对其感知范围的扩展，物联网感知领域可触及校园内任意角落，可利用更加广泛的信息化手段获取校园环境信息，并使之成为信息决策的基础[14]。

(2)网络通信层 。高速校园网是保证用户信息化体验的最直接手段，也是信息化校园各类智慧应用系统得以正常运行的保障，属于基础建设范畴。网络通信层包括校园网出口、校园核心网、楼宇接入网和校园无线网等建设内容。一般网络通信层都是采用有线和无线网络技术，可以实现及时传输各种数据，实现随时随地接入、高速互联、随需应用，为智慧校园提供宽带泛在的网络基础[15-16]。

(3)云计算层。云计算层为智慧校园的大数据处理、应用服务提供基础的计算和存储支撑服务。云计算层应用虚拟化技术实现基础资源(包括计算资源、存储资源和带宽资源)的充分应用，最大限度发挥资源效能。云计算层不仅包括机房基础设施建设、计算资源建设、存储资源建设、网络资源建设，也包括虚拟化基础设施和运营管理平台建设等内容[17]。

(4)大数据层。大数据层是智慧校园的核心，包括数据存储、管理、数据分析和数据挖掘的支撑平台，是连接智慧校园各部分、汇聚智慧校园各种信息的枢纽，为智慧校园提供坚实的数据基础。

校园大数据建设是信息化校园的基础建设内容，是数据治理的最终成果，既包括对结构化数据的治理，也包括对非结构化数据的治理。结构化数据主要来源于校园业务，非结构化数据主要来源于运行设备和运行环境，大数据层须兼顾各类异构数据的采集和管理。

大数据层包括主体虚拟映像和数据服务平台两个部分的建设内容，前者分为元数据管理和主数据管理，后者则包括数据采集平台、数据分析平台和数据交换平台等内容。

(5)智慧应用层。智慧应用层包括智慧应用基础支撑平台、智慧学生事务平台、智慧财务资产平台、智慧业务协同平台、智慧生活服务平台、智慧信息资源平台、智慧决策服务平台等建设内容。这些就是各种校园信息化业务应用，是智慧校园发挥作用的关键，也是智慧校园建设的重点。

统一的身份认证、统一的数据交换、统一的支撑平台、统一的信息标准(信息化建设时需要)。智慧应用层是信息化校园项目建设的核心内容，既是校园内大量信息服务的载体，也是校园内诸多繁杂业务的梳理成果的体现。

(6)智能终端层。智能终端层支持各种智能终端，为各类用户提供与其所处环境、所用终端相适应的多屏交互模式，提升智慧校园的用户体验。

用户交互层是面向最终用户的感知界面，既包括不同服务主体(教师、学生、教育管理者和社会公众等)的个性化适配问题，也包括不同呈现终端(PC、手机、平板电脑和自助服务终端等)的兼容性适配问题，由统一的自适应交互平台完成。

(7)支撑保障体系。没有完善的支撑保障体系，智慧校园是无法运转的，这些保障体系大致包括信息安全保障体系、信息化运维服务体系。他们为智慧校园安全、稳定、高效的运行提供切实的保障。

(8)统一安全支撑体系。信息安全贯穿信息化校园建设始终，并可持续发挥其信息保护职能。构造主动安全防御体系，快速发现网络隐患、监测安全漏洞、防止网络攻击、实现安全防御，是统一安全支撑体系建设的目标。

统一支撑体系不仅包括物理层防护体系、网络层防护体系、数据层防护体系、应用层防护体系和交互层防护体系等建设内容，还包括校园各类智慧应用系统的安全等级保护体系建设内容。

(9)统一IT 治理体系。IT 治理既包括数据的规范化治理(即统一数据标准)建设内容，也包括数据管理、数据应用、数据交互、数据共享、应用系统建设、应用系统管理等相关制度建设，其目的是构建良性可持续发展的校园IT 生态体系。

(10)统一系统运维服务体系。良好健全的运维服务体系是确保信息化校园各项目成果系统正常运行并提供优质服务的关键。统一运维服务体系不仅包括运维支撑系统的建设内容，也包括运维服务团队建设和运维服务制度建设的内容。

4 高校智慧校园成功案例分析

目前很多高校都在建设智慧校园，在调研过程中，南京航空航天大学就构建出了符合自己学校特点的智慧校园[18]，该校的智慧校园整体框架如下图4所示。

图4 南京航空航天大学智慧校园整体构架图

可以看出南京航空航天大学的智慧校园大致分为7层，分别为：基础设施层、公共支撑层、数据资源层、共享服务层、应用服务层、信息决策层、用户访问层。

(1)基础设施层。高速泛在融合网络平台建设，有线网络、无线网络、政务外网、一卡通网、视频专网、安防专网的建设和升级。感知校园包括①环境数据感知：基础环境感知、无线频谱感知、业务数据感知；数据可视化；②智慧远程管控：基础环境智能管控环境频谱智能控制、业务层面智能管控、教学部门的教室教学设备管控。网络安全综合防护平台建设的主要内容包括安全技术体系设计、出口安全防护、通信网络安全设计、安全管理中心设计和双数据中心建设。

(2)公共支撑层与数据资源层。校园云数据中心是智慧校园的公共支撑层，建立虚拟化云服务平台，提供统一的软硬件基础支撑平台，全面实现以虚拟化方式提供主机和存储资源，支持500台虚拟化服务器，存储容量达到1PB。网络云盘：面向全校师生用户提供共享协作的网络私有云盘服务，用户空间达到1TB，实现跨设备、跨应用的统一管理和访问，支持系统自备份和文件级细粒度备份，保障数据可用性。

(3)共享服务层。校园大数据中心是智慧校园的公共服务层。学校整个信息资源服务大数据平台的建设内容主要分为4部分：前置系统、ETL平台、数据仓库和统一数据服务接口。依据学校的实际需求情况，设计一个以大数据平台为核心，抽取包括各业务系统数据、无线新生态等在内的全部数据进行整合和统一管理的大数据平台，整个系统全面支持业各业务实际应用，从数据端到最终的信息资源服务业务支撑。同时建设全校基本数据和业务数据的大数据分析和数据挖掘平台。通过大数据分析和数据挖掘为日常的管理工作提供分析依据。

(4)应用服务层。这些应用服务层包括智慧教室、智慧图书馆、数字档案馆、电子校务、智能支付、智能后勤、平安校园。

(5)信息决策层。信息决策层就是利用应用服务层的各种服务，搭建信息化教育教学能力提升工程、信息化综合科研能力提升工程、智能化校园信息管理与服务平台，支撑用户决策。

(6)用户访问层。学校的用户访问层用门户网站实现所有系统的访问，统一门户网站如图5所示。

图5 南京航空航天大学智慧校园信息门户网站

智慧校园已经在南京航空航天大学成功运行，该校也在十三五规划中提出学校以智慧校园建设为契机，全面提升信息化水平。面向“两化融合”“中国制造2025”“互联网+”等国家发展战略，根据“一校两区”布局，实施信息化专项建设，打造与信息化发展趋势和学校改革发展需求相适应的智慧校园，形成具有感知、控制、协同与服务能力的智慧运行管理平台体系，推进信息技术与学校各项事业的深度融合[19]。

5 结 语

智慧校园势必成为高校发展的方向，是教育发展的高级形态，更是高校建设的理想目标，信息化无疑是达成这一目标的最有力的手段。智慧校园已经不只是理念，已经有它的理论基础和实施手段，智慧校园的最终形态必将是随时随地为校园里的每一个人提供信息化服务。将伴随着国家的科教兴国战略，使高等教育在国际上处于领先地位，在未来成为引领者。