面向大數據的智慧校園建設研究

唐立江，張雙獅

(中國人民警察大學，河北 廊坊 065000)

隨著物聯網技術和移動互聯網技術的深入發(fā)展，大數據技術應用而生。如果說計算機數值模擬是繼生產實踐和科學試驗之后的人類認識自然規(guī)律的第三種工具，那么大數據技術便是第四種強有力的工具，通過大數據采集、存儲和可視化可以還原事物運動的過去和現在，這不是虛擬現實和增強現實，而是事物運動的本來面貌。通過人工智能、機器學習技術和大數據挖掘技術可以推測事物運動未來的可能形態(tài)，2016年AlphaGo戰(zhàn)勝世界圍棋冠軍李世石就是一個生動的例子。將其應用在校園管理中即為智慧校園建設的過程。智慧校園建設需要從觀念意識上進行徹底的更新，是一個從整個校園活動過程空間到大數據流動計算和結果展示過程空間的“映射”，是一個線上線下聯動，無法區(qū)分界限的過程。這必將使整個校園管理、科研教學變得高效運轉和快速升級，使整個校園生活變得更加豐富多彩和有序便捷。

當前，對智慧校園的定義、特征、意義、建設技術框架、相關技術、個案以及緊迫性等方面的研究已經非常豐富[1-4]。但是，在實戰(zhàn)操作方面還缺乏系統的認識與研究，很多高校在智慧校園建設中仍然感到茫然，不知從何處著手，如何布局和展開。為此，本文擬圍繞校園大數據，從四個方面提出智慧校園建設的思路和參考實施方案：(1)智慧引領，即管理層的觀念轉變；(2)智慧基礎，安全的寬帶網絡建設；(3)智慧主力，IT隊伍建設與人才培養(yǎng)；(4)智慧服務，校園數字化轉型的目的。此四個方面可作為智慧校園建設鑒定的參考標準，也可作為智慧校園建設評價的參考標準。

一、智慧校園建設中管理層需重視觀念轉變，向大數據要管理，讓數據說話

智慧校園建設工作能否順利推進，根本力量是科技的發(fā)展和進步，但是管理層重視和觀念轉變也是一個非常關鍵的因素，起到重要的引領作用。沒有校園管理工作的數字化轉型，就不可能有智慧校園建設。管理中如何保證公平、公開、公正，管理過程如何做到科學透明，管理工作的好壞如何評價，管理中如何避免和減少腐敗，這些都是管理工作關鍵問題。要想徹底解決這些問題，必須依靠智能信息技術，依靠大數據技術。習近平總書記提出要將權力關進制度的籠子，這個籠子一定要用現代科技來編織。管理者對此要有一個清楚而明確的認識，又要有為人民服務的高尚情懷以及革故鼎新的政治魄力與勇氣。

(一)減少管理的隨意性，增強管理的制度化

管理制度化最強有力的手段就是將工作流程計算機程序化。首先，在明確各項工作的流程基礎上，制定各項規(guī)章制度，做到有章可循，讓人人心中明白，什么事可做，什么事不可做，如果可做，如何做；其次，將工作流程綁定到校園網上，任何人，任何時候，任何地點只要打開校園網，工作狀態(tài)一目了然，什么事情從什么時候開始，由誰發(fā)起，經過幾個環(huán)節(jié)，當前處于什么狀態(tài)。不僅如此，整個事情的起因、經過、結果(包括對管理部門的滿意度評價、意見反饋)都詳細地記錄到數據庫中。有了這些寶貴的記錄，經過大數據分析、可視化，各個管理人員的德、能、勤、績則一目了然。這樣省去了大量的民意調查表、民主測評表。所有人都是工作流程中的一個環(huán)節(jié)，每個人都是“用戶”，被其他人“服務”，都有進行滿意度評價、意見反饋的權利和義務。同時，每個人又是“服務者”，所做的每一件事都是為其他“用戶”服務。所有業(yè)務都需在辦公網上流轉，盡可能地減少或者避免網外作業(yè)。這樣做的結果是，大家都遵守規(guī)則，照章辦事，責任明確，上下一視同仁。

對每一次業(yè)務的流水客觀真實地記錄了相關人員的態(tài)度、速度和質量。對數據的橫向和縱向分析及結果展示反映出所有人及同一人不同時段的表現。如此一來，對每一位職工的評價減少了某個人的意見影響，凸顯了群體的意見，提高了評價的公平、公正和客觀性。評價結果也不受機構改革、人員調整或者是崗位變換的影響。任何時候、任何地點，只要登錄校園網，都可以按照不同的授權通過搜索引擎將相關工作記錄、德才表現和評價調出。

管理工作的數字化、程序化轉型使得靠人情關系圈、朋友圈維持的工作模式失去了發(fā)展土壤，讓消極腐敗行為無處藏身，每個人都要努力做好工作，為其他部門做好服務。

(二)減少紙質文件報表傳遞，加強各類業(yè)務流水記錄和各類數據的采集抓取

當前管理中全年涉及到大量信息表格填寫，個人事項申報、科研成果申報、個人信息登記等等，每個管理部門都要求上報信息，經常會造成信息不一致的現象，而且也浪費了大量紙張，這跟中央要求的綠色、低碳、環(huán)保的辦公精神背道而馳。將文件流轉的方式，固化到校園網上，提倡用電子簽章、電子水印、電子密碼等方式作為確認、閱讀、學習的標記，與電子商務中的支付密碼、指紋識別、刷臉識別等確認方式類似。校園內任何地方都可以通過無線終端辦理業(yè)務、學習文件，然后電子簽章確認，這樣既提高了工作的便捷性，又最大限度地避免了政治學習的形式化和弄虛作假；智慧校園建設要求校園內每位教職工擁有唯一賬號，登錄系統后可以填寫自己的各種信息，各部門都以相同接口訪問信息，保證了所有個人信息的一致性；校園搜索引擎可以以賬號為關鍵字采集和抓取個人行為信息，作為給每個人畫像的依據。

長期以來高校中存在的官僚主義、形式主義等落后思想都可以在大數據的應用中逐步得以消除。(1)督促檢查。以往上級布置任務后要督導檢查完成情況，基層臨時要補很多假記錄，以應付檢查，這種形式主義沒有什么實際意義，就是自欺欺人，浪費資源，浪費時間。管理程序化后，工作每進行一步都要錄入系統，時間日戳、辦公地點都會自動寫入流水里，上級可以直接通過系統查看完成情況。這樣做不僅可以客觀真實地記錄任務完成的過程和效果，而且基層還可以養(yǎng)成總結經驗的習慣，培養(yǎng)求真務實的品質。(2)會議記錄。以往各種會議，交流學習都需要有記錄，這個要求本來對工作進步非常有好處，可是如果流于形式則適得其反。工作程序化后，會議記錄可以通過手機APP及時錄入系統，個人心得體會和組織會議內容，形成的決議都可以實時錄入系統，還可上傳開會學習的現場照片、短視頻、個人發(fā)言錄音等多媒體資料。這種方式不僅可以讓開會學習真正落到實處，發(fā)揮其應有的作用，而且可以鍛煉每一個人口頭語言表達能力和書面語言組織能力。

通過采用人工智能技術可以對開會、學習、工作過程中所留下的圖片、文字、聲音、視頻等海量數據進行統計、分類、識別、挖掘，很容易給出各單位和個人的客觀評價。“大數據智慧”真正使管理人員、教職員工從無意義的、形式化的文山會海中解放出來，避免大量不必要的紙質文件和報表。

二、智慧校園建設中需夯實基礎網絡和平臺，做好大數據的采集、傳輸與存儲

(一)有線與無線相結合的寬帶數據傳輸通道

光纖通信有容量大、帶寬寬、空間小、保密性好、抗干擾能力強、故障率低等特點，適合建設校園網的骨干網。線路平直的地方可以考慮光纖接入終端設備，線路彎曲復雜地方采用雙絞線接入、wifi接入或者5G接入。特別是安全可靠的無線寬帶接入網絡的建設，使每一位師生員工都可以用手機、平板、PC等終端設備通過無線接入校園網，真正實現移動學習、移動教學和移動辦公，進一步提高工作、學習效率。

(二)校園全覆蓋的物聯網保證數據的全面性

在校園的關鍵部位，如各建筑的進出口、十字路口、教學樓、實驗樓、辦公樓通道內安裝攝像頭，采集校園內人員的行為大數據；校園內餐飲、娛樂、醫(yī)療、購物點等涉及消費的點安置一卡通終端，記錄消費大數據；教學、科研、實驗樓口安裝刷臉、刷指紋、刷聲音等生物識別終端，記錄人員進出情況；辦公室安裝統一標準的云終端，將所有日常工作行為拉到虛擬服務器端，本地終端不存儲任何資料和數據，這樣，服務器端可以統一填寫每人每天的工作日志，既省去了大量閑置或利用率極低的辦公終端設備，同時也保證了數據的全面性和準確性，便于分析挖掘。

(三)分布式文件存儲系統保證數據的可靠性

雖然校園網跟互聯網相比，規(guī)模小，數據量小，但是數據種類全，數據的異構性是相同的。另外，校園網內數據包括日常管理中的業(yè)務數據、教學中的過程數據、科研中的成果數據、生活中的交易交往數據等等，這些數據合到一起數量非常龐大，從橫的方向看，種類多，從縱的方向看，每一類數據都是一本隨時間記錄的流水賬。如此大量數據如果采用集中存儲，非常不安全，容災能力差，因此，需采用分布式碎片存儲，多點備份。還有，大量異構數據也不宜全部用傳統的關系型數據庫來存儲，如，大量視頻、抓拍的圖片、各類業(yè)務的流水記錄、各種評論、意見、反饋文本及表情等等。僅使用傳統關系型數據庫存儲和處理顯得力不從心。可以選用開源Hadoop(HDFS+MapReduce)架構對數據進行統一分布式存儲和處理，根據需要選擇采用關系型數據庫(SQL)、非關系型數據庫(NoSQL)，文本數據庫、圖數據庫、視頻數據庫等等。比如，以往的各類辦公業(yè)務系統，其工作流程數據用關系型數據庫存儲，可以通過專用工具轉入Hadoop平臺；當前辦公過程中涉及到的各個環(huán)節(jié)信息以日志的形式寫入Hadoop平臺的分布式文件中，或以非關系數據庫存儲，方便用搜索引擎檢索，大數據分析。當然大數據分析還需要對非關系型數據和關系型數據記錄進行清洗、集成規(guī)范化創(chuàng)建面向特定業(yè)務的數據倉庫，而提供決策支持服務還要創(chuàng)建知識庫和方法庫[5]。

總之，面對智慧校園大數據，需要用到多種分布式數據庫技術來存儲和處理。

(四)多層防護及防火墻體系保證數據的安全性

“得大數據者得天下”，反映出數據對未來工作及相關決策的重要性。那么，保證數據的有效和安全流動便成為校園網網絡安全的頭等大事。可從身份安全、應用安全、數據安全、終端安全、傳輸安全和通信安全等軟硬件6個方面層層設防，確保校園網內數據不能輕易流出或被竊取。(1)身份安全。不論是采用有線通信還是無線通信接入校園網，都需要進行安全登錄認證，可采用類似U盾的外插硬件認證，如“校園網盾”，外加密碼認證，語音、指紋、人臉等生物認證方式，確保登錄校園網者為校內人員。(2)應用安全。校園網內所使用軟件只能通過校園網安全下載得到，無法通過其他方式安裝，避免不明身份軟件進入校園網。(3)數據安全。可采取兩種方式：校園網終端接入采用虛擬終端方式，所有數據操作都放到服務器的虛擬主機中，這樣可將本地計算機中的應用與校園網隔離；校園網數據文件添加數字水印，這樣，即使不慎將網內數據流出，也不能輕易解讀。(4)終端安全。不論是固定PC機，還是移動終端，如PAD或手機都采用經過加密處理的定制設備，或者要安裝專用防火墻和專用監(jiān)測軟件。(5)傳輸安全。采用數據流加密傳輸，比如網頁文件采用https的密文傳輸方式，防止數據被輕易監(jiān)聽。(6)通信安全。主要指通信接入的密碼認證，比如校園無線連接需要進行密碼認證，或者生物認證，或者“校園網盾”輔助認證等多種方式，避免接入偽基站。

三、智慧校園建設中需加強人才培養(yǎng)和隊伍建設，做好大數據的管理和控制，讓其成為智慧的源泉

隨著智慧校園建設的不斷深入，校園網規(guī)模越來越大，承載的業(yè)務越來越多，急需整合資源，集成分享，以保證數據的透明流動，減少業(yè)務的人為主觀因素，提高管理決策的客觀性。這些網絡設備和平臺的運行維護不僅涉及大量的新硬件、新軟件，也會涉及大量的新技術，靠某幾個第三方公司承包很難勝任，弊端太多，比如技術含量低，成本高，面對大量的專業(yè)應用軟件和新技術往往無能為力或者力不從心，有時還涉及到保密問題，第三方維護人員不便介入。這樣會造成基礎網絡的重復建設和大量無用投入，平臺系統不僅不能發(fā)揮其應有的作用，有時甚至使本來簡單的工作變得愈加復雜，當然不可能有智慧可言。因此，學校要著力培養(yǎng)自己的運維人員，組建自己的大數據隊伍。為此，學校需成立云計算中心，中心需建立五個研究團隊：發(fā)展規(guī)劃研究團隊，網絡運維研究團隊，智能計算研發(fā)團隊，大數據挖掘與分析團隊，在線課程研發(fā)團隊。云計算中心的主要職能是對外技術引進、技術合作，對內研發(fā)、維護適合本學校辦學特點、專業(yè)特點、管理模式的云計算平臺，其組成人員由常駐專職人員和受聘兼職人員組成。各研發(fā)團隊成員可以是本校受聘兼職老師，也可以對外聘用全職科研人員。

(一)組建發(fā)展規(guī)劃研究團隊，培養(yǎng)高效的網絡建設規(guī)劃人才

凡事預則立，不預則廢。發(fā)展規(guī)劃關系到整個智慧校園建設的發(fā)展方向，關系到校園網絡大數據平臺能否穩(wěn)定高效為教學、科研、管理、生活提供強有力的支撐和便捷的服務。因此，發(fā)展規(guī)劃團隊要關注IT技術前沿和發(fā)展動態(tài)，所作的決策建議必須具有高度的科學性和權威性，提出的建設方案需在相當長的時間內技術上不落后，設備高效可用，能保證數據的合理流動及相關業(yè)務服務的及時提供。發(fā)展規(guī)劃團隊成員不僅要懂專業(yè)技術，而且要懂教學并承擔一定量教學科研任務，還要懂管理，考慮問題要站在學校發(fā)展的高度，做好學校信息化建設的智囊團。定期對學校智慧校園建設工程進行評估，組織各項IT工程的招投標和項目驗收。定期組織線上線下網絡建設討論，以充分了解各方面的需求和當前存在的問題。

(二)組建網絡運行維護研究團隊，培養(yǎng)專業(yè)的網絡運維人才

網絡運維團隊負責網絡設備監(jiān)控，設備異常及時發(fā)現，校園內網絡業(yè)務的辦理(如互聯網業(yè)務，虛擬服務器的租用，虛擬終端使用等等)及網絡質量的定期分析。不斷提高網絡運行質量，保證大數據產生、傳輸、存儲以及分析結果展示的順利進行。具體主要涉及到物聯網(傳感網絡，如視頻監(jiān)控設備、定位簽到設備、一卡通終端、環(huán)境監(jiān)測傳感器等等)，完成大數據的采集；通信網絡，如光纖網(光傳輸設備、轉接設備等)，無線網(350M移動臺、wifi接入點、Zigbee節(jié)點、5G接入點等)，雙絞線網，同軸線網等，完成大數據的傳輸；存儲域網，云存儲所用的磁盤陣列，完成圖、文、聲、視等大數據的存儲；服務器網絡(互聯網服務器集群，校園網服務器集群，高性能計算服務器集群等等)，保證各項業(yè)務的正常進行；各種軟件模塊、系統、平臺正常運行及對其所產生數據的維護。總之，網絡運維團隊要保證全校網絡設備穩(wěn)定、軟件平臺可用、大數據安全有效，并對網絡運維質量提出評價，定期給出運維報告。

(三)組建智能計算研究團隊，培養(yǎng)技術研發(fā)和智能計算人才

智能計算團隊的主要任務有三個：

一是高性能數值計算方法的研究及適合本校培養(yǎng)專業(yè)方向的實戰(zhàn)化數值模擬方法的推進和輔助設計。如計算數學、計算物理、計算化學、計算生物、虛擬現實、增強現實等方法。高性能計算涉及CPU內部算數運算器并行計算、多線程并行計算、集群并行計算、分布式并行計算、GPU協同并行計算以及GPU集群并行計算等等。高性能并行計算方法的研究既有利于數值模擬技術的發(fā)展，也有利于搜索引擎技術的發(fā)展，還有利于大數據分析應用的推進。

二是校園網搜索引擎的引進、研發(fā)與維護。搜索引擎是資源集成共享的智能核心，也是智慧校園“智慧”的核心表現。搜索引擎的任務有多個方面：(1)將校園網內所有業(yè)務資源集中動態(tài)管理起來，成為校園的百科全書，任何涉及本校園的業(yè)務、知識都可以在校園網搜索引擎中得到解答。(2)校園輿情的晴雨表。搜索引擎不斷抓取校園網內論壇、教學教務生活管理新聞，以及相關評論，以便進一步通過大數據分析，了解本校師生的輿論動態(tài)和情感傾向。(3)學校科研人員的知音。搜索引擎通過動態(tài)監(jiān)測校園內師生科研信息檢索軌跡，分析全校師生的科研價值取向，主動到相關網站抓取最新的資源，保存到校園網內，一方面可以提高科研資源的檢索速度和效率，另一方面可以動態(tài)地推薦最新科研信息，大家關注的新技術、新成果信息。(4)互聯網訪問的智能代理。有些學校對校園網內信息的安全保密要求非常高，采用校園網和互聯網物理隔離的方式，這種方法理論上是最安全的，在一定程度上遏制了泄密事件頻發(fā)的可能性，但是卻不能從根本上阻止泄密事件的發(fā)生，也阻止不了校園網內數據的流出。反而客觀上需要增購大量可訪問互聯網的計算機，造成大量資源浪費，互聯網的信息又共享不到校園網，給日常工作帶來很大的不便。物理隔離并不是信息化建設、數字校園、智慧校園建設的科學方法。而校園網搜索引擎技術的應用可以承擔起互聯網訪問智能代理的任務。在校園網和互聯網之間建起一道屏障，通過這道屏障，從校園網向外邊看是透明的，從互聯網往里看是不透明的，也就是數據只能流入，無法流出。(5)生活助手。通過搜索引擎可以建立起點對點的安全連接，比如校園網到各大銀行、證券、大型購物網站等的訪問，這樣既方便了廣大師生的日常生活，同時也可以通過流動的電子商務數據采集分析廣大師生的消費觀念、價值取向等方面的信息。因此，建設“校園百度”是智慧校園建設的核心內容之一。

三是云計算技術的引進和研發(fā)。隨著校園跟外界交流合作的不斷頻繁，校園網業(yè)務的不斷增加，比如在線課程的推出，云計算技術的應用就成為必須。當前信息技術的發(fā)展使得WEB服務系統成為編程松耦合、模塊快速集成和升級、擴展容易的系統，同時人力成本卻越來越高，軟件維護費用隨之大幅提高，校園網上運行的系統不可能緊靠軟件公司來維護，而要有自己的研發(fā)團隊，從事云計算技術的研發(fā)和應用開發(fā)。再加上開源軟件的發(fā)展，自己研發(fā)與維護變得更加可能與現實。當然從整個系統架構來說可以引進大公司的解決方案，但是，后期的維護和擴展則一定要有自己的團隊。云計算技術是搜索引擎的核心技術，也是在線課程的核心技術，涉及到人工智能、機器學習、模式識別和大數據挖掘，是智慧校園建設的核心技術。根據業(yè)務往來的流量建設校園私有云、租用公有云或者建設混合云。

為此，智能計算實驗室或者人工智能實驗室建設就成為必須。管理優(yōu)化私有云、公有云以及混合云建設的頂層設計。

(四)組建大數據挖掘與分析團隊，培養(yǎng)高級的大數據分析人才

主要負責面向決策，對監(jiān)控視頻大數據、監(jiān)控抓拍大數據、校園輿論與意見反饋文本大數據、語音監(jiān)控大數據、科研人員科研成果大數據、科研人員科研信息檢索大數據、教學過程大數據、管理過程大數據等等進行分類、聚類、統計、匯總、預測分析，最后將分析結果可視化，給出推薦方案和決策建議，定期編寫、推送個性化的大數據分析報告。

(五)組建在線課程研發(fā)團隊，培養(yǎng)在線課程培訓、研發(fā)、輔助建設的專業(yè)人才

未來教育一定是線上線下混合模式的多媒體教育，是傳統課堂與慕課、微課、云課、私播課等多種模式的整合重現，開發(fā)多媒體在線課程離不開專業(yè)的團隊。在線課程研發(fā)團隊，負責跟蹤教育領域先進的手段和技術，結合本校實際，跟各專業(yè)課團隊和老師一道開發(fā)出獨具特色的在線課程；負責云課堂系統平臺的引進、合作開發(fā)和后期的維護，以期將全校所有課程全部上線；與教務處一道設計總體教學環(huán)節(jié)，考核評價體系，盡可能地減少教學中的人為因素，能夠記錄教師的整個教學過程，記錄學生的整個學習過程；負責教學新技術的推廣和培訓。

四、智慧校園建設為高校科研、教學、管理和生活提供強有力的支撐和便捷的服務

(一)教學過程的跟蹤與監(jiān)控

對教學過程分兩條線進行跟蹤。首先，線上云課堂系統，如教師教學資源的準備情況、教學環(huán)節(jié)設置情況、作業(yè)布置、問題簡答、測驗分析，學生的學習情況跟蹤記錄；其次，線下講課視頻錄制和抓拍，通過刷臉、指紋、聲音等方式記錄老師的到課情況，學生的到課情況。

(二)科研能力的評價與挖掘

校園網通過搜索引擎收集全校師生的個人信息，包括科研信息，如發(fā)表論文、出版專著、申請專利、申報項目、參加活動等等內容。縱向可通過對大量的個人科研異構數據進行智能數據分析，對其科研能力做出科學評價，給出改進建議和更優(yōu)的發(fā)展方向推薦，還可以發(fā)現人才；橫向可以對科研人員進行考核評比，通過分類聚類，給興趣愛好相似、相近的人員提出優(yōu)化組合、組建團隊的建議。還有，對本校師生的教學水平、科研能力和水平與其他院校的師生進行比較，以便更好地評估本校的科研、教學層次和水平，給出更加科學的結論，做到心中有數。

(三)人員行為的監(jiān)控與分析

一方面，通過線上網絡輿論的觀察記錄分析，發(fā)現異常，發(fā)出危險預警；另一方面，對校園內人員進行視頻監(jiān)控，及時發(fā)現可疑人員、行為異常人員，并發(fā)出實時預警。

(四)內網外網的連接與轉換

出于安全和保密考慮，實現校園網和互聯網的安全轉接。首先通過多級保護，保證校園網的安全認證。做一個智能代理，校園網可以通過登錄認證，進入校園網搜索引擎，提交檢索任務，搜索引擎負責訪問互聯網，并返回檢索結果，校園網內用戶不能直接訪問互聯網，確保互聯網資源可以通過代理進入內網，內網的資源禁止流出。允許內網用戶通過特定方式訪問特定安全站點，辦理特殊業(yè)務，設立發(fā)送郵件保密審查電子警察。最終，既保證校園網安全獨立運行，又能滿足廣大師生、家屬的互聯網接入需求。

(五)管理工作的決策與建議

校園管理工作涉及到方方面面。通過監(jiān)控視頻大數據，分析各教職員工出勤、參加活動、參加會議情況，作為日常考評的依據；通過個人科研成果記錄、獎懲情況記錄大數據的分析，為職稱晉升提供參考。

五、結束語

智慧校園建設中，管理理念和思維模式的轉變是先導條件，“智慧”的物質基礎是大數據，良好的寬帶網絡是保證大數據安全流動的基礎，云計算中心是“智慧”的驅動力量，團隊建設和人才培養(yǎng)是智慧校園建設得以不斷推進的根本保證，而機器學習、模式識別、大數據挖掘和分析、人工智能是智慧校園建設的核心技術，面向大數據的教學跟蹤、科研挖掘、搜索引擎、輔助管理決策是智慧校園服務的主要內容。