信息化2.0背景下高校智慧宿舍建設模式研究

劉合富，史永銀，江迎春，陳 娟，廖莉莉

(華中師范大學信息化辦公室，武漢 430079)

1 建設背景

隨著信息化2.0時代到來，高校學生宿舍管理在智慧化服務上提出了新的需求，原有簡單、相對落后的管理方法和手段已經不能適應學校的發展.各高校的信息化建設所具備的環境已經逐漸完備并已經日漸成熟.高校后勤在推進信息化管理上也已經逐步進入深水區，智慧化宿舍服務和管理需要要進一步提檔升級，由智慧化管理向智能化管理轉換，在提高學生宿舍管理水平、有效管理學生日常行為、增強服務意識方面已經成為建設智慧宿舍的必要條件.針對以上存在的宿舍管理現狀，國內高校學者做了大量的研究工作，并提出了許多建設思路和方法.文獻[1]首先提出了用大數據分析讓高校精準掌握學生動態，涉及智慧宿舍建設內容很少.文獻[2]智慧校園框架下的智能宿舍管理產品設計與實現，主要針對宿舍環境建設進行闡述.文獻[3，4]從軟件技術上提出了對智慧宿舍日常事務進行規范管理.文獻[5]主要從宿舍管理系統和網上報修系統共同探討智慧后勤建設.文獻[6]提出了從物聯網方面進行智慧宿舍設計.文獻[7]是基于人臉識別的智能宿舍考勤系統設計.文獻[8]針對高校學生宿舍管理系統功能需求分析.文獻[9]主要是在高校宿舍文化培育方面進行研究.以上研究文獻只對智慧宿舍某些方面進行討論，未給出新時代下智慧宿舍的完整的綜合性建設模式.

2 面臨問題和需求分析

隨著高校管理學生要求的不斷提升，學生宿舍管理維度越來越多，需要智慧化智能化管理方式.傳統的宿舍管理模式無法滿足宿舍管理的需求，并且與迅猛發展的的智慧化信息化管理時代極不相適應，諸多業務融合管理也存在不對稱的問題.目前宿舍管理面臨的問題主要如下.

1) 已建成的涉及學生宿舍人財物的有關系統種類繁多，業務融合力不強，綜合管理難度大、效率低；

2) 相關宿舍業務應用系統繁多，業務管理不統一，無法發揮其重要的作用.各有關信息化系統數據未高度共享，數據準確性完整性不高，數據價值大打折扣，無法為管理者提供系統化決策依據和幫助；

3) 宿舍許多工作還是停留在依靠人工管理模式，勞動強度大，人工成本居高不下，管理人員的業務水平和素質有待提高；

4) 宿舍管理缺少精細化、可視化、智慧化的系統管理，在管理育人方面效果也不突出；宿舍管理和安全缺乏有效的統一的智慧化管理，日常管理上重視程度不夠.

實際上，許多高校在信息化1.0逐步提升到信息化2.0項目建設過程中，建設智慧宿舍項目所需的外在的主要信息化系統(如：學校三大平臺、一卡通、宿管系統、節能監管平臺、智慧門禁、智慧門鎖、報修系統等)已經完成，并形成一定的應用規模；各高校師生信息化素養逐步提高，智慧宿舍項目信息化應用需求基本明確，并且已有部分高校初步完成類似項目建設和應用.

于是，為了及時有效地解決目前學生宿舍管理存在的一系列問題，提出了以下需求：

1) 需建設一個完整性綜合性強的智慧宿舍管理平臺(以下簡稱“平臺”).能統一管理宿舍各項事務，涉及到宿舍方面的應用更集中，有利于更好服務學生；能有利于提高管理效率，降低管理成本；能創造良好育人環境.

2) 學校管理學生工作的需要.作為學校管理者，需要進一步了解學生在校工作生活的流程細節；需要加強學生和宿舍安全保障；需要建立一套規范化宿舍管理體系；產生的業務數據要有利于學校事務決策分析；實現管理部門、后勤、學校管理服務一體化等.

3) 信息時代智慧化應用的需要.能實現宿舍管理和應用功能的微服務、微應用，實現智能化聯防聯控，業務應用互聯互通并且交互能力強.

4) 實現落實高校宿舍“三個育人”提供保障，打造“四個智慧”的學生公寓.其中三個育人是指“管理育人、服務育人、環境育人”；四個智慧是指智慧環境(安全、綠色低碳、和諧、感知、智能)、智慧管理(智慧分析、智慧聯動、智慧決策、智慧安保、智慧監管)、智慧服務(微服務、業務融合、開放共享、智能預警、方便快捷、可視化)、智慧育人(享受良好服務環境、培養良好生活學習習性、培養遵規守紀行為、培養信息化素養、增強服務意識、增強責任感).

3 平臺建設技術路線探討

由于智慧型宿舍管理平臺涉及宿舍各項事務復雜，關聯的信息化業務系統也比較多，要想高效地、完美地實現學生宿舍智慧化管理和智能業務應用，在建設過程中一定要秉承以下思路進行建設：項目實施前要做好整體規劃、分步實施的頂層設計工作，建設需求要清晰，業務流程要規范；建設中要充分考慮到系統技術方案是否高度符合學校信息化標準，是否貼合學校發展，是否實現了“四個一”功能(系統登錄統一入口、業務統一管理、用戶體系統一、基礎數據統一)；建設完成的平臺運行要安全可靠、數據開放要高度共享、業務接口全開放、業務集成高度融合，各項應用靈活，能高效服務師生.

實現平臺與外部多個信息化系統(平臺)的相關功能整合，綜合應用各個系統開放的業務接口功能和業務數據，實現一體化宿舍管理平臺，無需重復建設已建成的功能，實現以平臺為核心的全聯合，如圖1所示.

圖1 智慧宿舍管理平臺與外部多個信息化系統(平臺)關系Fig.1 The relationship between intelligent dormitory management platform and multiple external information systems (platforms)

從上圖可以看出，高校信息化建設過程中，智慧宿舍管理平臺不是獨立于各個關聯系統(平臺)之外，與各個關聯系統是緊密結合、相互協作的關系，可以實現宿舍多業務融合，各個系統關聯為平臺提供各自關聯業務接口功能和業務數據，實現宿舍服務高度集成化.

3.1 平臺整個系統架構

整個系統架構需要建成智慧宿舍應用數據和業務集成中心，動態實時實現智慧宿舍全方位應用管理，動態展示智慧宿舍建設成果(如圖2).

整個平臺架構在遵從學校信息化建設規范和用戶體系的前提下，主要實現以下三大功能.

1) 業務融合：與宿舍業務相關的系統(平臺)的業務數據、接口等高度融合在一個管理平臺上，實現數據聯通和業務聯通，為智慧宿舍提供完備和穩定的基礎環境.基礎環境包括與宿舍有關的有線無線網絡、物聯網、云計算、信息安全、三大平臺、安防監控、一卡通、房產、門禁通道、門鎖、教務學工、節能監管、財務繳費、決策分析、訪客及其他相關的系統業務整合.

2) 流程再造：通過宿舍基礎業務的融合，重組宿舍管理業務流程，實現應用、查詢、評測、管理等方面的智能應用，打造全方位、全過程、全時域的宿舍業務管理新流程，突破部門管理和各個系統業務對接的壁壘，充分實現管理流程的智能化，服務流程的智慧化.

圖2 智慧宿舍管理平臺整個系統架構圖Fig.2 Intelligent dormitory management platform system architecture

3) 互聯互通：通過有線無線網絡、物聯網空間將各種終端互聯起來.終端應用包括：學校APP、微信、門戶、PC端、物聯終端等，為各個不同用戶提供更加靈活、更加便捷、更加智能的終端服務，涉及到用戶包括：學生、管理人員、輔導員、校領導、家長等，實現全用戶、全終端應用.

平臺系統架構設計采用智慧化、沉浸式、全場景、模塊化的結構.在智慧化思想指引下，宿舍管理走向智能化、可視化、透明化，實現宿舍管理科學決策、智能分析、多業務聯動、應用高度集成；讓師生感受到沉浸式宿舍服務，服務場景明確、應用順暢、業務融合流暢、服務過程無干擾；全場景管理各項宿舍事務，包括宿舍人財物管理、安全管理、業務應用、業務評管全面覆蓋.整個平臺采用模塊化設計，應用模塊之間松散耦合，可單獨使用，也可組合使用.

3.2 智慧宿舍主要功能模塊實現

3.2.1 基礎信息管理模塊 實現樓棟信息、宿舍房間信息、宿舍房間報表等事務管理；實現學校數據中心的基本人事信息、院系部處年級信息等內容同步；結合學校統一身份認證平臺實現統一的單點登錄和用戶集成；實現基礎信息標準化數據字典管理；實時查看用戶信息和管理信息，提供管理帳號模塊化授權管理；實現與多業務系統無縫對接接口統一管理.

3.2.2 能耗管控模塊 調用學校節能監管平臺有關功能接口和節能數據，進行能耗智能控制和大數據分析，主要實現的功能包括：根據光線強弱控制照明開啟及開啟數量，根據溫度濕度控制空調開啟達到適宜溫度，自動控制冷熱水及電控設備節能，自動控制公用廚房、洗衣房等用電控制設備節能，實現惡性負載用電安全智能管控.在智慧宿舍管理平臺中提供智慧化能耗管理和分析環境.

3.2.3 熱水及小電器智能管理模塊 對接一卡通繳系統統一管理宿舍熱水系統，主要功能含：實現洗澡、洗衣、飲水、吹風機、充電等方便快捷的充值繳費功能，采用宿舍有線網、WIFI、物聯網等實現互聯互通；實現消費流水明細清晰可查；學生在宿舍就可以自助申請租賃設備，消除衛生顧慮；通過移動端APP第一時間接收熱水停供、設備維護等通知.

3.2.4 智能門禁模塊 通過對接宿舍管理系統、一卡通系統、學校三大門戶、視頻監控等系統，高效獲取人臉識別信息和一卡通信息，精準識別用戶身份，打造高安全性控制系統；平臺結合數據中心、教務系統及其他業務活動系統，根據學生出入數據，進行大數據分析，能輕松統計和展示學生到校情況、出入情況等行為軌跡；讓管理者能透明管理到學生在?；顒訝顟B，提高學生管理效率，智能化管理學生工作；還可以利用訪客系統管理外來人員出入情況.

3.2.5 智能門鎖模塊 采用物聯網技術，實現動態管理宿舍房間門鎖，利用學校統一身份各種認證介質，無需獨立發卡，大幅度減少人力物力成本；通過系統后臺管理，學生信息自動同步到門鎖，結合一卡通黑白名單管理提高安全性，實現房間智能分配與入住，提高宿舍房間資源調度能力；實現留宿情況查詢與自動統計；實現智慧化管理學生公寓系統，提升宿舍門鎖管理效率.

3.2.6 宿舍自習室預約模塊 實現自習室空位查詢、預約；實現刪除、添加、修改自習室各種管理信息；動態發布自習室座位信息和自習室用量統計，實現自習室座位狀態可視化顯示.

3.2.7 消息推送管理模塊 基于平臺日常業務管理的需要，對所觸發的事件進行提醒，或利用大數據分析模塊產生不同類消息內容實現分級分類推送，根據級別和類別不同可以動態設置不同控制閥值.平臺能選擇郵件、手機短信平臺、微信公眾號、OA系統等多種方式進行信息推送，讓管理者或各類用戶即時接收消息提醒.

3.2.8 用戶端業務模塊 在移動終端上實現APP、微信企業號等方式集成平臺各種業務應用.包括：個人門禁考勤信息查詢，個人水電信息查詢，繳費和充值，水電網報修，報警信息接收，能耗查詢及其他宿舍業務消息查詢;智能洗衣，實現線下洗衣，線上繳費和操作；智能用電，實現實時記錄異常情況，線上充值，設置無人值守操作；智能報修，實現用微信、網頁等多種手段解決報修、查詢、派單和評價體系，全天候移動端在線報修，及時反饋各種設備故障.

3.2.9 宿舍事務管理模塊 公共財產信息管理，宿舍報修管理，洗衣廚房管理，繳費和充值管理，視頻監控管理，上網管理，安全文明檢查事務管理，宿舍活動情況管理，衛生檢查管理，信息通知上傳下達，管理人員交接班和巡查流程管理等.

3.2.10 系統維護模塊 將平臺的功能模塊、權限設置等實現數據字典管理；將系統運行日志記錄入庫，實時進行設備和數據監測分析，實現閥值超限預警管理，宿舍各種設備報備報修.

3.2.11 部門業務考核模塊 由于本平臺涉及到多部門的聯動業務應用，為提高業務應用效率和業務管理高度協調性，基于平臺產生的大量業務數據，需要實現系統應用管理考核、系統數據質量考核、業務故障處理能力考核、周志考核分析報表管理、服務能力評估等功能.采用通用KPI指標量化算法評估，按月進行各部門業務能力測算：∑月度考核得分=(∑目標任務考核得分)×80%+(∑綜合評價考核得分)×20%；其中，∑目標任務考核得分=(系統應用管理滿意度加減分+數據質量貢獻比例加減分+業務故障處理能力加減分)，∑綜合評價考核得分=(工作效率加減分+工作效果加減分+考勤紀律考核得分+工作態度評價得分+服務創新獎勵得分)×40%+業務能力完成率考核得分×60%.上述各項指標權重分配指標計算可根據業務具體情況適當進行調整.

3.2.12 大數據分析模塊 依照參與的相關部門提出決策分析模型、實際需求，多維度統計晚歸、未歸、重點人員的在寢活動情況，分析宿舍學生生活和學習習慣，可輸出豐富的各種統計報表；實現公寓的多維度可視化、精細化管理，記錄學生住宿行為軌跡，完成學生失聯預警、在寢預警、出入預警、生活預警等；了解學生最近的變化趨勢，對反常行為作出預測分析，及時提醒教育管理工作者盡早介入；實現住宿可視化管理住房狀態和業務信息；結合教務教學課表，實現學生考勤分析；根據系統日常運維數據，實現宿管員業務考核、運維業務考核分析、平臺綜合業務分析、數據監控展示和其他大數據分析.

目前各高校大數據分析采用如分類、聚類、關聯、數據挖掘等多種算法，聚類中使用K-means算法比較普遍.下面結合宿舍產生的各類業務數據，提出分析學生活動行為多維度K-means參考算法.針對學生宿舍的多維數據離散數據分析過程中，許多數據都是定性的，比如：這些數據只表示某方面的標識，無大小含義，如果采用普通K-means距離算法就無法進行下去，必須考慮到其它數字化轉換方式.要解決多維度定性數據的分析問題，可以分析定性數據的特征，將不同數據標識含義用不同數字表示，然后采用多種距離度量方法進行分析所定義的距離.如宿舍門禁門鎖出入、未在寢狀態標識可以用0、1、2表示；學生在寢情況有晚歸、未歸、正常，可以用0、1、2表示；業務報修有：報修未受理、報修已受理、等待處理、處理完成，可以用0、1、2、3表示；等等.以上定性數據標識轉變為數字要注意合理反映這類數據間的距離含義，要充分體現學校對這類數據間距離的理解，采用多維度K-means距離算法，才能充分全面地實現智慧宿舍大數據分析的合理性.

算法流程：

輸入：基于每天24 h對學生日常行為分析，確定簇的數目k=24，取1，2，…，24，維度包含平臺中的門禁門鎖、水電節能、教務課表、繳費、宿管、網絡、視頻監控、一卡通、洗衣、報修、文明檢查等n個維度對象的數據庫表信息.

輸出：k個簇，使平方誤差準則最小.

算法步驟：

①按照整天每一個小時為每個維度聚類確定一個初始聚類中心，這樣就有K=24個初始聚類中心；

②將多維樣本按照最小歐式距離原則分配到相關最鄰近聚類；

③使用每個維度聚類中的樣本均值作為新的聚類中心；

④計算所有維度誤差函數平方和，判斷是否最??；

⑤重復步驟②、③、④步直到聚類中心不再變化；

⑥算法結束.得到K個多維度屬性聚類，通過宿舍各個空間服務數據特性和業務時間特性兩個處理過程，提取學生行為軌跡特征，利用K-means聚類算法可解釋性強的優點，對學生行為特征進行聚類并分析，分析出學生行為習慣和需要預警的信息.

上述算法中的②實現過程如下：

采用歐式距離計算的K-means算法.假設給定的宿舍相關活動的數據集X={xm|m=1，2，3，…}，X中的樣本用N個維度描述各個業務應用屬性A1，A2,…,AN來表示，并且N個描述屬性都是連續型屬性.業務數據樣本xi=(xi1，xi2，…,xiN)，xj=(xj1，xj2，…,xjN)，其中，xi1，xi2，…,xiN和xj1，xj2，…，xjN分別是樣本xi和xj對應N個描述屬性A1，A2，…AN的具體取值.樣本xi和xj之間的相似度通常用它們之間的距離D(xi，xj)來表示，距離越小，樣本xi和xj越相似越靠近，聚合度比較大；距離越大，樣本xi和xj越不相似，聚合度比較小.

歐式距離公式如下：

當N=1時，上述公式變成為一維業務數據分析.

上述算法中的④中計算誤差平方和公式如下：

同傳統的大數據分析方法(分類、評估、關聯)相比較，以上算法更能準確更全面地反映學生宿舍的活動軌跡和行為分析，客觀性反映智慧宿舍業務數據分析的結果，而傳統的分析評估法只是更多采用定性定量進行分析，采用方法如下：計算信息量、極差、算術均值、方差等結合統計圖形進行綜合分析，得出的結論也存在很多的模糊結論，分析結果不精確、主觀因素強.

通過上述一系列功能模塊構造設計，宿舍資源配置更合理，育人環境更加先進.建成的平臺具備了穩定性、安全性、移動性、個性化等特點的應用系統，同時還可以實現管理高效、業務可控、職責分明、高度集成化的管理系統.

4 結束語

信息化2.0新時代背景下，學生宿舍管理和育人環境是學校各項工作的重要部分，構建一個基于大數據、業務融合、綜合型的智慧宿舍管理平臺，是高校學工建設發展的重要要求.高校學生工作管理者應該緊抓信息化智慧化時代帶來的機遇，結合自身在高校學生宿舍管理工作過程中遇到的問題，利用大數據和業務高度融合的思路，從學生自身信息素養、學生在校數據分析和大數據挖掘分析等方面全方位入手，利用信息化的手段，更好的掌握學生的在校動態，傳播良好的智慧化思想，真正意義上實現智慧宿舍管理，提高好的學生宿舍育人環境服務高校學生，讓學生服務工作和管理獲得良好的效益.

由于智慧宿舍涉及到業務管理復雜，在建設統一的綜合性智慧宿舍管理平臺過程中，校內相關業務部門之間需要有良好協作精神，力求管理到位，責任到位.平臺運行過程中，還需要打造專業化管理隊伍來運維，保證宿舍各項業務具有持續性和有效性.新建的智慧化平臺必須做到系統技術方案要有實用性、前瞻性、開放性、安全性，同時要選擇軟件實力比較強、可信度高的承建公司來實施，充分保證系統穩定性和可靠性.系統建設完成后，主管部門和協作部門要有很清晰責任劃分，需要建設完備的管理和考核機制，防止出現建而不用、用而不管的現象.