“人工智能+物联网”背景下的智慧校园一卡通建设研究

胡先智 梁艳 马文涛 李宏伟 王力

摘   要：人工智能和物联网的结合及其生态发展，促进了高校智慧校园一卡通的技术创新，以及生产方式和业务模式的转变。智慧校园一卡通规划建设的先进性对提升学校教育信息化水平、提高师生信息化素养具有重要意义。文章结合人工智能、物联网等技术，分析了智慧校园一卡通的建设现状及存在问题，提出了智慧校园一卡通的建设策略，以期为高校信息化建设与应用提供参考。

关键词：高校;人工智能;物联网;智慧校园一卡通建设

中图分类号：TP315 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2021）05-0061-05

一、引言

随着时代发展，社会信息化整体水平不断提高，信息技术对教育的革命性影响日趋明显[1]。在“人工智能+物联网”背景下，高校教育信息化是国家信息化发展整体战略的重要组成部分，并逐步推进融合创新。其中，智慧校园一卡通作为高校教育信息化建设的重点内容，其建设的先进性是衡量学校现代化水平的一个重要方面。但随着新时代下各种新需求以及新技术的不断出现，智慧校园一卡通建设面临着由管理信息化向服务信息化转变，且存在不能完全满足师生应用服务需求的现实问题。因此，本文进行智慧校园一卡通建设现状、问题的分析及研究，提出了具有普适性的建设策略，为高校智慧校园一卡通建设提供支撑与借鉴。

二、相关技术分析

1.人工智能

智能是知识和智力的总和，前者是智能的基础，后者是指获取和运用知识求解的能力。人工智能不是人的智能，而是“人工”和“智能”总称，是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的与人类智能相似的方式做出反应的智能机器[2]。

高校教育信息化建设中，人工智能技术主要应用于高校师生管理、教学模式改革、安防管理、能源管理等环境，根据实时感知信息进行推理并执行合理操作，最大限度地提高师生服务的满意度。因此，在智慧校园一卡通建设中将人工智能和高校教育信息化相结合，能够更好地优化校园建设，为高校的智慧教育以及智慧生活提供更好的智能化服务。

2.物联网

物联网又叫泛互联，意指物物相连，万物互通，按约定的标准协议，将射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现区域内任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通[3]。

物联网技术融入并推动了“数字校园一卡通”向“智慧校园一卡通”的升级发展，改变了师生和校园资源相互交互的方式，实现了高校的科学化、智能化管理。具体地讲，就是把传感器等感应设备嵌入和集成到智慧校园一卡通应用场景中。如智慧生活、智慧教学、智慧教务、智慧校务、智慧办公等，形成“物联网”，并与现有的校园网融合起来，实现教学、生活与校园资源和各应用系统的互联互通、自动化管理，如图1所示。

3.智慧校园一卡通

智慧校园一卡通利用人工智能、移动互联、物联网、5G等先进技术，以服务学校师生为核心，构建线上线下結合的开放平台和应用生态，为餐厅、公寓、门卫、图书馆、会议室、教室、办公楼宇、实验室、校园安保和车辆进出等提供智慧化应用场景，推进生活、学习、科研等应用的融合、互联互通，实现“无卡化、自助化、线上化、一体化”的金融、生活服务，支撑并辅助智慧校园管理决策，提升师生体验，以及管理和服务的信息化应用水平。

智慧校园一卡通建设的重点内容可以归纳为：将数字技术与综合聚合支付、多介质身份识别、移动服务、安防监控、自助服务相结合，实现高校生活、学习、科研、服务以及校园泛在“人—机—环境”系统之间的跨界融合[4]，为师生提供全面的智能感知环境和一站式办事大厅，为学校和社会提供更好的交流和感知接口。具体来讲：①“智慧生活”。以综合缴费平台为核心，驱动高校支付场景融合，整合多种支付手段和支付形态，构建全校无现金支付生活环境。②“智慧识别”。融合实体卡、二维码（虚拟卡）、人脸生物特征（简称卡码脸）等多元化介质，兼容在线和离线的数据、逻辑、业务一致性，实现卡、码、脸一体化场景识别应用。③“智慧管理”。全面建设一站式信息服务大厅，包含人工业务咨询、自主化业务办理，为师生提供线上、线下服务，实现校内外综合信息管理体系。④“智慧决策”。通过专业工具收集全校一卡通系统产生的过程数据，对其清洗、重组，形成有效的一卡通主题数据库，并利用专业数据模型及智能算法，进行高效的数据分析，从而为高校管理提供有效决策。

三、智慧校园一卡通现状分析

1.发展历程

随着信息技术的不断发展，高校校园一卡通应用更加成熟和全面，并与教育信息化建设逐步相融合，其经历了如下发展阶段[5-6]。

（1）M1卡阶段。这一阶段高校中各系统相互独立，互不干涉，多证卡共存，彼此之间没有实现共享。

（2）CPU卡阶段。这一阶段校园一卡通逐渐发展成能够进行身份识别和综合消费的多功能卡片，成为连接数字化校园建设各系统的纽带。

（3）金融IC卡、二维码（虚拟卡）混合阶段。这一阶段以服务师生为导向，采用IC卡、虚拟校园卡混合载体，逐渐延伸到教学科研、校务管理与服务等领域，注重对信息资源的整合与共享。

（4）实体卡、二维码、人脸生物特征融合阶段。这一阶段以服务校园为驱动，采用卡、码、脸识别等载体，借助各类智能终端、人工智能、物联网等新技术，为高校师生打造更便捷的生活服务圈，同时，注重对信息资源的融合创新。

2.建设应用现状

高校智慧校园一卡通建设是一个繁杂的过程，不仅需要投入大量的人力、物力和财力，同时还受环境等诸多因素的影响。由于区域教育发展水平不同和经济水平的限制，高校智慧校园一卡通建设还不够完善。此外，各高校建设侧重点有所不同，目前整体建设水平与智慧校园一卡通建设的目标还存在一定差距。

课题组通过走访、问卷调查、厂商技术交流等方式对高校智慧校园一卡通建设情况进行调研。截至2020年7月，课题组选取了我国东部、西部、南部、北部、中部共30余所高校进行了统计分析，其中985高校10所、211高校10所、非211高校10所，分析结果如表1所示。从表1可以看出，国内高校智慧校园一卡通总体应用技术涵盖范围为：人工智能、物联网、虚拟卡、大数据、精细化点餐、自助服务、校城互通、多元介质载体等。总体来说，985高校应用技术走在前列，211高校应用技术次之，非211高校应用技术相对较弱。下面从三方面分析具体的应用现状。

（1）建设投资

目前由于各高校教育信息化发展水平和经济实力存在差异，导致高校智慧校园一卡通规划建设水平参差不齐。表2列出了选取的陕西省十所高校近几年智慧校园一卡通建设的投资情况。这十所高校建设内容具体涉及一卡通网络基础设施、基础平台与应用系统等。如移动支付、聚合支付、人脸识别、智慧教室、一卡通大数据分析等方面的应用。但各高校在投入资金、建设内容、涉及应用场景等方面有所不同，最终一卡通系统所发挥的效果也不同。

另外，高校智慧校园一卡通规划建设模式主要有高校自主模式、“高校—银行”模式、“高校—运营商”模式。高校为了降低经济压力，通常与银行、运营商合作。从表2可以看出，“高校—银行”这一模式是当前智慧校园一卡通建设的首选模式，最受青睐。通过这种方式可以控制财务风险的发生，实现双方的合作共赢。

（2）共享与开放

当前，高校智慧校园一卡通通用产品较少，无法形成市场竞争力，极大降低了校园一卡通平台的开放性，限制了校园一卡通应用和需求拓展。另外，由于校园一卡通基础平台缺乏规范性和统筹性，导致信息资源冗余和分散，阻碍了全校范围数字空间和共享环境的形成。然而，一卡通基础数据开放不足，就很难为高校管理与决策提供全面准确的数据支持。

（3）系统安全

高校智慧校园一卡通建设虽然有利于教育信息化的发展，但是也带来了一系列的安全问题。例如：网络病毒纵向横向攻击、黑客攻击、网页篡改、数据库信息泄密等。特别是一些涉及师生个人隐私的数据，这些数据如果在平台传递过程中被泄露，将造成较大的安全损失。高校对校园一卡通安全的认识程度和投入力度，直接关系到校园一卡通的大规模应用与推广。

3.存在的问题

在“人工智能+物联网”时代背景下，高校智慧校园一卡通发展迎来了新机遇，同时也面临着新的挑战[7]。现有智慧校园一卡通在建设应用过程中仍存在一些问题，具体表现在以下四个方面。

（1）智慧校园一卡通建设者对信息化的认识不到位

高校智慧校园一卡通建设内容多、牵扯部门广、覆盖场景广泛，但部门间配合协作不够紧密，思想认识不到位。此外，部分管理者对信息化建设的认识和素养参差不齐，缺乏先进的教育信息化理念，这些因素阻碍了智慧校园一卡通建设的先进性。

（2）智慧校园一卡通建设的顶层规划不足

“人工智能+物联网”的应用就是为了将更多更好的资源分享到智慧校园一卡通，给师生的校园生活带来便捷化、智能化服务，更大程度上让师生受益于其成果。然而，在高校智慧校園一卡通的规划建设过程中，有时只注重于建设的结果，却忽视了建设智慧校园一卡通的内在要求和意义。主要表现在：缺乏系统整体的顶层规划设计、调研论证和部署方案;参与建设的部门在统一协调性和共识性方面存在不足，导致一卡通系统开发设计与应用相脱节;信息传输不及时，造成了人力、物力、财力等浪费。其结果和智慧校园一卡通的建设要求不一致。

（3）智慧校园一卡通基础服务能力有短板

虽然智慧校园一卡通的网络设施、云计算等资源已经基本建成，但是功能较为薄弱，难以满足各类业务应用的需求。智慧校园一卡通基础服务平台为师生带来了很多便利，但缺少跨校区跨部门的线上一站式师生服务平台。智慧校园一卡通应用系统虽实现了身份识别、消费、门禁管理等基本功能，但是随着人工智能、物联网技术的发展，还存在应用覆盖面不足、缺乏生物特征管理平台等问题，师生关心的一些系统未能全部实现对接。

（4）智慧校园一卡通建设忽视了“人工智能+物联网”的重要作用

高校智慧校园一卡通建设和智慧校园的建设标准、理念没有做到有机融合，只注重基础设施建设和卡业务信息查询服务，忽视了“人工智能+物联网”的重要作用。尽管高校在智慧校园一卡通基础设施建设方面投入了不少资金，但并没有发挥人工智能、物联网的真正作用。如移动服务、个性化场景服务、一站式服务无法快速落地;多设备、多系统无法实现全连接、全联通;物理空间和信息空间无法有机衔接，缺乏统一管理与可视化。

综上所述，当前我国高校智慧校园一卡通建设仍面临许多问题和困难，需要各高校结合自身实际情况，以师生需求服务为导向，科学合理规划与建设，提高智慧校园一卡通的现代化水平。

四、智慧校园一卡通的建设策略

本文结合智慧校园一卡通存在的问题，提出智慧校园一卡通的建设策略，旨在为高校教育信息化建设提供借鉴。“人工智能+物联网”背景下的智慧校园一卡通是信息技术发展到一定阶段的必然产物，也是为广大师生提供更好的校园生活环境的重要应用。因此，利用“人工智能+物联网”技术建设智慧校园一卡通，不仅符合师生的实际需求，而且能够增强师生对学校的归属感，具有深远意义。

为了让建设策略具有更好的适用性，本文结合西安理工大学智慧校园一卡通总体建设规划，从四个方面对建设策略进行具体阐述。

1.提高对“人工智能+物联网”的认知

在“人工智能+物联网”时代下，高校智慧校园一卡通建设是一项庞杂的系统工程。在建设过程中，首先应将智能感知作为基础，通过物联网平台，以及前端各类支付、认证、计量、传感智能设备，将全校的人、机、物互联互通，建立全系统智能化数据驱动的服务支撑体系。其次，应以万物互联、生物特征识别等数据作为支撑智慧校园一卡通建设的重点，提供设备远程控制管理，实现实时数据收集、处理和可视化。最后，注重细节，以师生的需求为建设重点，形成“以人为中心”的信息感知和身份核验平台，并为今后开展大数据分析提供基础数据。

2.加强顶层整体规划，狠抓落实

高校智慧校园一卡通建设不仅涉及基础平台、应用系统、数据中心、专网等建设，还牵扯到多个业务部门，应用需求多且复杂。如何从源头上化解积弊，在重点应用领域取得突破，“顶层规划设计”是重中之重，尤为重要。因此，在高校智慧校园一卡通建设过程中，需要坚持统筹规划，运用“人工智能+物联网”的安全性和可操作性，实现信息高度共享和融合。狠抓落实，将数据作为学校的核心资源加以利用，切实提高师生的应用体验。

下面以西安理工大学智慧校园一卡通建设的顶层规划为例，进行具体分析。该校从教育信息化发展的实际出发，按照“完善机制、服务全局、深化应用、融合创新”的总体思路，坚持“统筹规划、分步实施，整体推进、突出重点”的原则，以满足全校师生日益增长的信息化需求为出发点，以提升学校核心竞争力为目标，参照国家《智慧校园总体框架（GBT36342-2018）》《中国教育现代化2035》《教育信息化2.0行动计划》等标准和政策，设计了“1+4+8+4”的智慧校园一卡通总体架构，即一个智慧校园一卡通大腦、四个统一、八个平台和四大体系，如图2所示。

智慧校园一卡通建设的主要内容包括：

（1）一个智慧校园一卡通大脑

运用大数据、云计算、人工智能、物联网、5G等新技术，汇集学校餐厅、公寓、门卫、图书馆、会议室、课堂、迎新离校、考场等场景数据，构建智慧校园一卡通大数据中心，形成学校治理、决策分析的可视图，使场景更智慧、运行更智能、管理更高效。

（2）四个统一

互联互通一张网：主要包括有线无线网络、各类应用专网，以及5G、物联网等校园网络基础设施，为智慧校园一卡通提供稳定的网络环境支撑，最终实现应用服务的“四通”，即一卡通、一码通、一脸通、一账通。

数据汇集一个库：基于学校各类一卡通数据资产，构建全域数据中心，提供数据采集、清洗、整合、服务、归档全生命周期管理，为智慧校园各类应用提供数据环境支撑。

师生服务一平台：建设基于一卡通数据的线上线下融合、多业务联动的服务平台，推动智慧校园一卡通服务向网上延伸，实现网上直办、随时随地可办。

应用访问一泛卡：整合校内分散的服务资源和服务渠道，构建统一的校园一卡通服务入口，用户可以通过一泛卡（即实体卡、虚拟卡、人脸识别等多模态介质总称）进行校园生活、身份识别、信息查询和业务办理，构建以人为本的智慧校园一卡通应用生态圈。

（3）八个平台

八个平台是物联网平台、虚拟卡平台、多介质核验平台、聚合支付平台、能力开放平台、移动服务平台、数据分析平台和运维管理平台。这些平台是智慧校园一卡通整体应用的支撑平台，为所有的应用系统提供基础服务，将校园内的教学、科研、管理、消费、安保和门禁等多方面管理信息智能化关联，便利师生的校园生活、学习和科研等。

（4）四大体系

信息标准规范体系：一套符合国家、教育部及行业标准并适用于学校智慧校园一卡通建设的标准规范，包括信息编码标准、管理实施规范、维护规范等。提供日常运行维护，是保障智慧校园一卡通可靠运行的基础。

主题数据库标准体系：对智慧校园一卡通主题数据进行标准管理，构建业务预警模型，提供数据驱动的校园管理与生活决策支撑。

安全保障体系：依据密钥管理体系、《信息系统等级保护2.0制度》的要求，建立完善的人防、物防、技防“三位一体”信息安全管理机制，形成一套基于网络风险评估与等级保护、密码技术与网络信任体系、应急机制、灾备等一系列闭环管理与技术措施的保障体系。

运维监控体系：以“监、管、控”为核心，对智慧校园一卡通运行状态、各类指标进行实时监控，第一时间掌握各类资源的使用情况以及各项服务的运行状态，从故障的预警、发现、诊断到处理，整个流程自动化管理，保障业务持续稳定运行。

3.重视信息安全，构建智慧校园一卡通安全平台

智慧校园一卡通应用为高校带来智能化管理的同时，也产生了许多安全隐患。如学校、用户、银行、商户等层面都可能产生数据错误、数据误差、数据篡改、数据泄密等问题，成为智慧校园一卡通的潜在危险。

因此，为了保障校园一卡通终端、网络、应用和数据的安全，高校应根据信息系统安全等级保护2.0思想，构建以技术保障为基础、以监测预警为核心、以协同响应为目标的网络安全防御体系。同时，建设智慧校园一卡通安全平台，对通信网络、区域边界、计算环境进行智能化运维和可视化管理，达到国家网络安全等级保护制度的要求。

4.构建人才培育体系，提升管理服务水平

2018年4月，教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》指出，人工智能、大数据、物联网等技术迅猛发展，将深刻改变人才需求和教育形态，推动教育理念更新、模式变革、体系重构。因此，在智慧校园一卡通建设中，应建立以专职人员为主、兼职人员为辅、第三方技术人员为补充，以及在校生协助管理的人才培育体系，实现高校一卡通由功能应用型向智慧服务性的转变。同时，重视智慧校园一卡通应用生态圈管理，为师生开展信息化培训推广工作，让师生的日常生活学习更加智慧化。

五、结语

本文通过分析高校智慧校园一卡通建设的主要现状及问题，针对性地提出了智慧校园一卡通的建设策略。事实证明，“人工智能+物联网”背景下的智慧校园一卡通建设是一个长期复杂的过程，需要顶层规划设计，分步实施。要以一卡通数据为基础，以师生为本，结合高校实际需求，突出重点，推进新一代万物互联的智慧校园一卡通建设，为师生呈现快捷的校园生活和学习生态圈，为高校提供科学决策依据，促进智慧校园向现代化方向发展。

参考文献：

[1]杨宗凯，吴砥，陈敏.新兴技术助力教育生态重构[J].中国电化教育，2019（2）：1-5.

[2]廖方圆，陈剑锋，甘植旺.人工智能驱动的关键信息基础设施防御研究综述[J].计算机工程，2019，45（7）：181-187，193.

[3]黄静.物联网综述[J].北京财贸职业学院学报，2016，32（6）：21-26.

[4]杨志贤，贾小峰，王亚翠.浅析智慧校园一卡通系统的应用[J].智能建筑，2015（7）：66-70.

[5]王占鑫.高校校园一卡通应用应用现状及发展趋势分析[J].黑龙江科学，2019，10（8）：158-159.

[6]吴丽杰.高校校园一卡通存在的问题及对策分析——以沈阳航空航天大学为例[J].中国教育信息化，2015（21）：64-65.

[7]徐俊波，刘秀琴.新一代高校校园一卡通系统建设研究[J].中国教育信息化，2020（9）：60-62，66.

（编辑：王晓明）