云計(jì)算在智慧校園研發(fā)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

開 浩(桐城師范高等專科學(xué)校，安徽桐城 231400)

云計(jì)算在智慧校園研發(fā)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

開 浩
(桐城師范高等專科學(xué)校，安徽桐城 231400)

大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、多媒體等技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步有效地促進(jìn)了校園信息化建設(shè)，許多校園引入了教學(xué)管理系統(tǒng)、網(wǎng)上直播教學(xué)系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)、科研管理系統(tǒng)等，迅速提升了校園信息化水平。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、智能手機(jī)等軟硬件技術(shù)的普及和改進(jìn)，傳統(tǒng)的校園信息化系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足教學(xué)、科研和管理需求，利用GPS、WebGIS、云計(jì)算等開發(fā)智慧校園已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。本文詳細(xì)地分析了智慧校園系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及功能，提出利用云計(jì)算等技術(shù)構(gòu)建一個(gè)立體化、信息化、智能化的虛擬校園，提高校園便捷服務(wù)、信息共享水平和智慧校園的應(yīng)用性能。

云計(jì)算；智慧校園；服務(wù)器；三維圖像

隨著高校招生規(guī)模的迅速上升，高校校區(qū)擴(kuò)建也在不斷地加快步伐，許多高校擁有2～4個(gè)校區(qū)，為了滿足招生宣傳、科研教學(xué)需求，利用先進(jìn)的信息技術(shù)構(gòu)建一個(gè)集成校園導(dǎo)航、招生宣傳、校區(qū)展示、學(xué)校物業(yè)管理的智慧校園，已經(jīng)成為許多高校的工作重點(diǎn)和研究熱點(diǎn)，也成為高校教學(xué)管理、科研管理、行政管理不可或缺的得力助手。

云計(jì)算是一種先進(jìn)的計(jì)算服務(wù)技術(shù)，其可以將服務(wù)器、終端等按照矩陣模式連接起來，同時(shí)引入三維建模、WebGIS技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)地理信息服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以采集、保存、檢索、建模、分析和輸出學(xué)校相關(guān)建筑、地理信息，比如教室、圖書館、食堂、宿舍、辦公樓等，為這些建筑提供強(qiáng)大的綜合地理信息服務(wù)，采用直接明了的形式提供地理信息展示功能，幫助學(xué)校更好地規(guī)劃、建設(shè)和優(yōu)化校園資源配置，為教學(xué)、科研和管理提供便利[1]。

1 智慧校園功能分析與設(shè)計(jì)

學(xué)校是一個(gè)規(guī)模龐大的大型建設(shè)區(qū)域，人財(cái)物都處在不斷的、持續(xù)的變化過程中，涵蓋的信息面非常廣泛[2]。近年來，學(xué)校為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入了改革的攻堅(jiān)階段，開始大規(guī)模采購(gòu)辦公設(shè)備、教學(xué)設(shè)備和科研設(shè)備，并且擴(kuò)大了校園的覆蓋面積，同時(shí)也為校園管理帶來了更多的問題。目前校園管理面臨的問題包括以下幾個(gè)方面：校園基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目發(fā)展非常快，校園地貌變化非常大，校園占地面積增大、建筑設(shè)計(jì)復(fù)雜，也給校內(nèi)外人員帶來了瀏覽困難。學(xué)校的教學(xué)樓、圖書館、科研樓、宿舍樓等一直處于文字和圖片結(jié)合展示模式，這種模式只能提供靜態(tài)的介紹，信息展示不生動(dòng)、不直觀、不形象。學(xué)校對(duì)人財(cái)物信息的管理處于獨(dú)立應(yīng)用時(shí)期，采用的管理方法多為傳統(tǒng)的MIS信息管理模式，因此只能停留在對(duì)象屬性信息方面，忽略了空間屬性，表現(xiàn)內(nèi)容及形式非常單一。因此，為了解決上述問題，本文提出采用先進(jìn)的WebGIS、3D建模、云計(jì)算技術(shù)等構(gòu)建一個(gè)智慧校園系統(tǒng)，校園主要功能如圖1所示。

圖1 智慧校園功能架構(gòu)

智慧校園的主要功能包括定位導(dǎo)航服務(wù)、教室分布服務(wù)、宿舍分布服務(wù)、圖書館導(dǎo)航服務(wù)、餐廳分布服務(wù)、生活設(shè)施分布服務(wù)，這些服務(wù)開發(fā)過程中采用了GIS地圖數(shù)據(jù)、空間模型數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)[3]。每一個(gè)功能的詳細(xì)描述如下。

(1)定位導(dǎo)航服務(wù)。教師、學(xué)生等工作人員或訪客可以登錄智慧校園門戶網(wǎng)，選擇定位導(dǎo)航服務(wù)，查詢自己的當(dāng)前位置信息、目的地位置信息，實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能交通服務(wù)。通過定位導(dǎo)航可以查詢校內(nèi)的道路、停車位、辦公地點(diǎn)、ATM機(jī)、體育場(chǎng)館等，大大地提高校園服務(wù)能力。

(2)教室分布服務(wù)。采用三維模型進(jìn)行構(gòu)建，方便教師及時(shí)地查詢教室位置以及該教室是否被占用、是否空置或是否安排本人課程等使用現(xiàn)狀信息。

(3)宿舍分布服務(wù)。學(xué)生報(bào)到之后，后勤管理工作人員為每一個(gè)學(xué)生分配宿舍，宿舍分布服務(wù)可以幫助工作人員瀏覽、查詢宿舍的使用現(xiàn)狀，學(xué)生也可以根據(jù)院系分配查詢教室位置和上課狀態(tài)。

(4)圖書館導(dǎo)航服務(wù)。圖書館是智慧校園的重要功能之一，圖書館書籍眾多，通常劃分為理科區(qū)、工科區(qū)、文科區(qū)、外文區(qū)，同時(shí)學(xué)生自習(xí)室也非常多，三維導(dǎo)航服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖書館的開館時(shí)間、閉館時(shí)間、館藏書籍、使用情況的管理。

(5)餐廳分布服務(wù)。采用三維模型進(jìn)行構(gòu)建，方便教師和學(xué)生及時(shí)查詢餐廳位置以及是否開飯、人員管理等使用情況。餐廳分布服務(wù)內(nèi)置了許多攝像頭，通過這些攝錄信息可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加工和操作。

(6)生活設(shè)施分布服務(wù)。校園是一個(gè)小型的社會(huì)，涉及學(xué)生生活的各個(gè)方面，比如銀行存取款、商業(yè)超市購(gòu)物、洗浴中心、體育場(chǎng)館、電話廳、休息廳等。生活設(shè)施分布雖然不是校園的主要內(nèi)容，但是這些建筑設(shè)施點(diǎn)非常分散，并且多個(gè)設(shè)施共同集成在一棟建筑物中，因此系統(tǒng)開發(fā)中更需要精準(zhǔn)的建模和統(tǒng)計(jì)，方便教師、學(xué)生和管理人員查詢、使用和定位。

智慧校園應(yīng)用服務(wù)中，最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)服務(wù)功能包括地圖數(shù)據(jù)服務(wù)、空間模型數(shù)據(jù)服務(wù)和GIS應(yīng)用服務(wù)框架。地圖數(shù)據(jù)服務(wù)可以為用戶提供地理信息，這些基礎(chǔ)的地圖數(shù)據(jù)需要與經(jīng)緯度進(jìn)行結(jié)合，同時(shí)規(guī)劃學(xué)校的每一個(gè)道路，地圖數(shù)據(jù)服務(wù)采用OGC開放標(biāo)準(zhǔn)組織制定的WMS和WFS-T服務(wù)器，并且可以將地圖數(shù)據(jù)作為maps/images實(shí)現(xiàn)WEB應(yīng)用服務(wù)發(fā)布。空間模型信息服務(wù)可以根據(jù)學(xué)校的道路、建筑物形狀等，使用高清攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，然后經(jīng)過3DSMAX等建模工具進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)空間模型數(shù)據(jù)類型統(tǒng)一的管理，以及模型數(shù)據(jù)的柵格、網(wǎng)絡(luò)、影像、拓?fù)洹⑹噶俊⒕W(wǎng)格化管理，也可以集中分析空間信息內(nèi)容。GIS應(yīng)用服務(wù)框架可以為用戶提供一個(gè)集成功能，實(shí)現(xiàn)地圖信息編輯，包括地圖信息的放大、縮小、漫游、展示、策略、分析功能，并且可以實(shí)現(xiàn)地圖信息的打印服務(wù)，提供一系列的API接口，供各類型的應(yīng)用服務(wù)功能調(diào)用。

2 云計(jì)算在智慧校園中的應(yīng)用

2.1 基于云計(jì)算的智慧校園架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于云計(jì)算的智慧校園系統(tǒng)主要包括三個(gè)關(guān)鍵層次，分別實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)、平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)和軟件即服務(wù)(SaaS)等功能，為分布式管理系統(tǒng)的服務(wù)提供虛擬化、分布式、透明性的服務(wù)支撐。

(1)基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)。基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)可以為智慧校園應(yīng)用軟件部署提供硬件支撐，比如為其分配光纖通道、存儲(chǔ)單位、CPU資源等，如果這些資源由學(xué)校建設(shè)，需要花費(fèi)較多成本，并且占用大量的物理空間，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)可以利用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)物理硬件空間共享，節(jié)約建設(shè)成本[3]。

(2)平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)。平臺(tái)即服務(wù)可以為智慧校園應(yīng)用系統(tǒng)提供一個(gè)強(qiáng)大的部署平臺(tái)，這些應(yīng)用系統(tǒng)部署過程中與硬件資源沒有任何直接的關(guān)系，可以由云服務(wù)平臺(tái)按需進(jìn)行分配資源，包括CPU資源、存儲(chǔ)資源和通信資源，這些資源是共享的，一旦某個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的邏輯業(yè)務(wù)運(yùn)行完畢即可釋放資源，便于云服務(wù)平臺(tái)為其他應(yīng)用系統(tǒng)提供支撐[4]。平臺(tái)即服務(wù)可以為智慧校園應(yīng)用軟件提供強(qiáng)大資源管理服務(wù)，這樣就可以進(jìn)一步提升資源輪轉(zhuǎn)效率。

(3)軟件即服務(wù)(SaaS)。軟件即服務(wù)是指云服務(wù)平臺(tái)可以采用先進(jìn)的工作流程、系統(tǒng)響應(yīng)機(jī)制開發(fā)一個(gè)通用的軟件，如果某些企業(yè)期望使用這些軟件，即可進(jìn)行適應(yīng)性和個(gè)性化改造，實(shí)現(xiàn)用戶邏輯業(yè)務(wù)的操作和處理，提高了軟件資源利用效率[5]。軟件即服務(wù)可以提升云服務(wù)平臺(tái)的通用軟件定制能力，適應(yīng)性地改進(jìn)每個(gè)單位的服務(wù)性能。

云計(jì)算是一個(gè)功能強(qiáng)大的計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，該平臺(tái)能夠?yàn)橹腔坌@提供三維模型、地理信息的快速加工和處理，保證數(shù)以萬(wàn)計(jì)的用戶能夠并發(fā)訪問系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的響應(yīng)效率。

2.2 智慧校園云服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

智慧校園開發(fā)和承載的應(yīng)用軟件非常多，如教務(wù)管理系統(tǒng)、成績(jī)管理系統(tǒng)、圖書館管理系統(tǒng)、后勤管理系統(tǒng)、科研管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)均需要部署在服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)邏輯業(yè)務(wù)處理和數(shù)據(jù)操作。目前智慧校園采用的服務(wù)器種類非常多，包括Web服務(wù)器、應(yīng)用軟件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、陣列存儲(chǔ)服務(wù)器、防火墻服務(wù)器等，有的服務(wù)器甚至組成了服務(wù)器群，因此傳統(tǒng)服務(wù)模式無法滿足多用戶、異構(gòu)型和并發(fā)性應(yīng)用需求，本文提出采用云計(jì)算技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)強(qiáng)大的服務(wù)器群，同時(shí)與云計(jì)算的三層應(yīng)用相結(jié)合，將智慧校園劃分為三個(gè)層次，分別是用戶端層、服務(wù)層和數(shù)據(jù)層。智慧校園三層服務(wù)之間采用標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行通信，同時(shí)引入先進(jìn)的防火墻、訪問控制規(guī)則、木馬病毒查殺軟件等保護(hù)線路，進(jìn)一步確保智慧校園服務(wù)器的安全性。智慧校園引入云計(jì)算服務(wù)技術(shù)之后，用戶的操作流程可以如下描述：智慧校園首先為用戶分配賬號(hào)和密碼，用戶獲取這些信息之后，可以通過智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦和PC機(jī)登錄到智慧校園云服務(wù)平臺(tái)中；平臺(tái)可以為用戶提供負(fù)載管理、安全管理、計(jì)費(fèi)服務(wù)、資源監(jiān)控等功能，確保實(shí)現(xiàn)邏輯資源虛擬化，為軟件系統(tǒng)分配相關(guān)的操作；數(shù)據(jù)層可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享管理，包括網(wǎng)絡(luò)通信管理、存儲(chǔ)設(shè)備管理、應(yīng)用軟件管理等功能，實(shí)現(xiàn)智慧校園數(shù)據(jù)共享服務(wù)、傳輸服務(wù)和保存功能。基于云計(jì)算的智慧校園服務(wù)器部署設(shè)計(jì)模式如圖2所示。

圖2 基于云計(jì)算的智慧校園服務(wù)器部署設(shè)計(jì)模式

3 結(jié)語(yǔ)

智慧校園是一個(gè)功能強(qiáng)大的校園信息化系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以構(gòu)建一個(gè)虛擬的、沉浸式的校園信息化系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)校園強(qiáng)大的流程管理服務(wù)，方便用戶查詢教室、宿舍、圖書館、食堂等多種建筑物的位置信息，提高校園的智能化服務(wù)水平。

[1]王于丁,楊家海,徐聰,等.云計(jì)算訪問控制技術(shù)研究綜述[J].軟件學(xué)報(bào),2015(5):1129-1150.

[2]余曉杉,王琨,顧華璽,等.云計(jì)算數(shù)據(jù)中心光互連網(wǎng)絡(luò):研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2015(10):1924-1945.

[3]查曉穎.智慧校園網(wǎng)的云計(jì)算安全體系架構(gòu)分析[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用,2016(8):71-72.

[4]楊祥來,馬鳳霞,喬磊,等.基于云計(jì)算平臺(tái)的國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院智慧校園設(shè)計(jì)構(gòu)想[J].國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2015(2):28-32.

[5]萬(wàn)志華.應(yīng)用云計(jì)算構(gòu)建智慧校園的可行性分析[J].信息系統(tǒng)工程,2015(1):53.

Cloud Computing in the Application of Wisdom Campus Development and Design

KAI Hao

(Tongcheng Normal College，Tongcheng Anhui 231400，China)

The rapid development of multimedia technology and progress effectively promote the construction of campus informatization, many school teaching management system, live online teaching system is introduced, such as books management system, scientific management system, etc., rapidly improve the campus informatization level. With the development of mobile Internet, geographic information system (GIS), smart phones, such as the popularization and improvement of the software and hardware technology, the traditional campus information system has been unable to meet the demand of teaching, scientific research and management, using GPS, WebGIS, cloud computing and other development wisdom campus has become a hot research topic. In this paper, the application status of wisdom campus system are analyzed in detail, put forward using cloud computing technology to build a three-dimensional, informationization, such as intelligent virtual campus, improve the level of convenient services in schools, information sharing, and the application performance of wisdom campus.

cloud computing; wisdom campus; the server; 3D image

2017-03-14

開 浩(1974- )，男，講師，碩士，從事計(jì)算機(jī)教育應(yīng)用研究。

TP393

A

2095-7602(2017)06-0059-04