基于大數(shù)據(jù)技術的智慧校園構建

章喜字　林雙欽

摘? 要： 為了促進高校數(shù)字化教學資源的共享，通過分析智慧校園的需求，分析智慧校園所使用的關鍵技術，包括大數(shù)據(jù)技術、物聯(lián)網(wǎng)技術和社交網(wǎng)絡，設計了智慧校園建設中分別為智能感知層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)層和應用層的四層架構，以及大數(shù)據(jù)分析的核心算法。智慧化校園的建設為師生提供個性化的服務，推動教育事業(yè)的進一步發(fā)展。

關鍵詞： 智慧校園; 物聯(lián)網(wǎng); 大數(shù)據(jù); 算法

中圖分類號：TP391? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1006-8228（2020）06-115-03

Abstract： In order to promote the sharing of digital teaching resources in colleges and universities， this paper analyzes the needs of smart campus， and the key technologies used in smart campus， including big data technology， Internet of Things technology and social network， and designs the four-tier architecture of smart campus construction， including the intelligent sensing layer， network layer， data layer and application layer， as well as the core algorithm of big data analysis. The construction of intelligent campus provides personalized services for teachers and students， and promotes the further development of education.

Key words： smart campus; Internet of Things; big data; algorithm

0 引言

隨著信息化的發(fā)展，教育信息化成為其中重要的一部分，具有重要的現(xiàn)實意義。高校在信息化發(fā)展的過程中，應綜合運用各類資源來提高教學、科研和創(chuàng)新能力，進而提升高校教育的改革和創(chuàng)新能力。

中國高校經(jīng)歷了校園網(wǎng)、數(shù)字校園的建設，隨著計算機技術的進一步發(fā)展，智慧校園逐漸成為建設的重點。隨著高校師生數(shù)量的增加，信息量越來越大，因此，必須改變校園的管理模式，使之適應現(xiàn)代化的發(fā)展需要。大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展，對高校的智慧校園建設提出了新的挑戰(zhàn)[1-2]。論文分析智慧校園中各數(shù)據(jù)資源的使用情況，結合目前智慧校園發(fā)展現(xiàn)狀，建立基于大數(shù)據(jù)的智慧校園平臺，能夠促進高校數(shù)字化教學資源的共享提供更為高效的途徑，對校園管理提供科學決策依據(jù)，為廣大師生的工作、學習和生活提供更加便利的服務，該平臺的建立對促進高校數(shù)字化的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義[3]。

1 智慧校園建設關鍵技術

⑴ 大數(shù)據(jù)

隨著數(shù)據(jù)量的迅猛增加，大數(shù)據(jù)（Big Data）技術的應用更加廣泛。大數(shù)據(jù)是指使用常規(guī)的工具、軟件在一定時間內(nèi)無法獲取、處理和管理的數(shù)據(jù)集合。需要使用新的處理模式才能夠洞察、決斷復雜多樣的信息資源。大數(shù)據(jù)具有如下特點：數(shù)據(jù)規(guī)模大、多樣性、時效性、準確性和價值大。其中多樣性是指數(shù)據(jù)種類包括圖片、運行日志等結構化和非結構化的數(shù)據(jù)。時效性是指獲取和處理數(shù)據(jù)要求及時和高效。準確性是指數(shù)據(jù)處理后的結果要求準確。大價值是指利用大數(shù)據(jù)技術對數(shù)據(jù)處理存在巨大的價值。在智慧校園的建設中，數(shù)據(jù)復雜而多樣，需要從這些復雜而海量的數(shù)據(jù)中獲取有價值的信息。因此，要充分利用大數(shù)據(jù)技術來建設高水平的智慧校園。

⑵ 物聯(lián)網(wǎng)

20世紀90年代物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）由美國卡內(nèi)基梅隆大學的研究者提出，是指將實體中嵌入芯片和軟件達到物機交互[4]。智能技術、傳感器技術、納米技術、射頻識別技術（RFID，Radio Frequency Identification）等是物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的關鍵技術。在智慧校園的建設中，物聯(lián)網(wǎng)起到關鍵作用，通過無線傳感器技術將各設備連接，構成一個系統(tǒng)性的空間。RFID將無線射頻和嵌入式有機結合，達到自動獲取相關數(shù)據(jù)的目的。

⑶ 社交網(wǎng)絡

社交網(wǎng)絡（Social Network Service）可以不受時空限制，提供虛擬化的社會交流空間。社交網(wǎng)絡利用社交平臺使學生能夠展現(xiàn)自我、獲取知識信息、增進友誼，深受學生的青睞[5]。如人們經(jīng)常使用的微信、QQ、電子郵件等。社交網(wǎng)絡成為人們工作、生活和學習，不可缺少的一部分。因此，應充分利用社交網(wǎng)絡實現(xiàn)智慧校園的建設。

2 智慧校園需求分析

校園中存在大量的數(shù)據(jù)資源，包括個人信息、教學資源等。智慧校園應該能夠為師生提供豐富的資源信息，達到資源的共享。對于學校的管理者需要高效地管理和服務師生，參與到智慧校園的管理，及時對師生的需求響應。各管理者的管理權限明確，達到安全管理的要求。聯(lián)通各部分達到信息共享。對于安全性要求較高的資源，要求設置一定的權限。智慧校園為了要具有可擴展性。在功能上，要求具有存儲能力和計算能力。能夠采集和存儲實時數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)備份和容錯能力，需要可靠的服務器支持。需要計算系統(tǒng)對海量數(shù)據(jù)進行初步處理、篩選。對突發(fā)情況能夠處理。基于大數(shù)據(jù)的智慧校園安全性非常重要，應避免為了病毒的攻擊，確保數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)穩(wěn)定。系統(tǒng)要求方便操作，支持各應用接口和Web端口。

3 智慧校園架構設計

根據(jù)智慧校園的需求，進行架構設計，整個架構可以分為四層進行設計，分別為最下面的智能感知層，依次向上分別為網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)層和應用層。智能感知層中利用RFID技術、ZigBee等技術采集校園中各類信息、業(yè)務數(shù)據(jù)，全面感知各設施的運行情況，以及師生與校園環(huán)境的互動。包括智慧課室、智慧教學、智慧安防、智慧后勤和智慧資產(chǎn)等。網(wǎng)絡層中包括物聯(lián)網(wǎng)、無線、校園網(wǎng)、監(jiān)控網(wǎng)和有線網(wǎng)，提供智慧校園各應用的移動互聯(lián)服務，方便師生訪問和獲取信息。數(shù)據(jù)層中利用數(shù)據(jù)采集、分析、治理和挖掘技術，對各類信息進行處理和分析。包括統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準、統(tǒng)一數(shù)據(jù)視圖、統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換平臺、統(tǒng)一數(shù)據(jù)共享平臺和統(tǒng)一數(shù)據(jù)生成等。應用層是智慧校園應用的接口，在數(shù)據(jù)層的基礎上提供個性化的服務。包括網(wǎng)上事務中心、個人工作平臺、大數(shù)據(jù)中心、資訊中心、移動門戶、網(wǎng)絡社區(qū)平臺等。

智慧校園能夠提供個性化服務，通過校園中海量數(shù)據(jù)，挖掘師生的生活學習規(guī)律，提高用戶體驗和服務質量，為智慧校園的構建提供全面、科學的數(shù)據(jù)基礎。另外，智慧校園中的信息標準和安全是智慧校園架構設計不可忽略的重要部分，需要統(tǒng)一的信息標準，規(guī)范化數(shù)據(jù)建模、加工和交換過程，實現(xiàn)資源共享。同時需要建立有效的安全機制。智慧校園架構如圖1所示。

4 大數(shù)據(jù)分析和算法選擇

⑴ 數(shù)據(jù)分析

智慧校園中的數(shù)據(jù)分析是基于交互式Spark分析平臺，平臺分為三層，分別為分布式緩沖層、中間層和算法層。分布式緩沖層緩存數(shù)據(jù)，能夠減少訪問時間。中間層支持基于stream實時數(shù)據(jù)流的計算。算法層提供算法庫和應用訪問接口。論文中設計的智慧校園數(shù)據(jù)分析平臺能夠大大提高存儲和計算效率。提高執(zhí)行效率，SQL執(zhí)行方面采用優(yōu)化策略，優(yōu)化了其性能。本平臺采用ANSI SQL 2003及PL/SQL過程語言擴展，這種方法支持復雜的數(shù)據(jù)倉庫的應用，遷移性能優(yōu)越。平臺使用機器學習算法，通過Spark訪問分布式數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)檢索和挖掘。

⑵ 算法選擇

平臺采用的算法包括邏輯回歸算法、聚類算法、推薦算法、線性回歸、支持向量機和關聯(lián)分析算法等。其中邏輯回歸包括常用的機器學習算法，可以預測事務發(fā)生的概率。聚類算法中，使用經(jīng)典的機遇劃分的聚類算法K-means，用于統(tǒng)計分析。推薦算法用于根據(jù)以后瀏覽記錄預測以后的喜好。線性回歸算法確定多變量依賴關系。支持向量機可廣泛用于分類和回歸分析，是一種監(jiān)督式學習方法。關聯(lián)分析算法是根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘結果的頻繁項集，挖掘出信息的關聯(lián)規(guī)則。

5 結束語

智慧校園是高速發(fā)展的信息化和大數(shù)據(jù)發(fā)展的產(chǎn)物，是數(shù)字化校園建設的關鍵。智慧校園的建設是各學校重點發(fā)展的事務之一。論文結合高校發(fā)展需要，分析了智慧校園的各種需求，設計了智慧校園的架構，整個架構分為四層，分別為智能感知層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)層和應用層。智慧校園提供個性化服務，通過校園中海量數(shù)據(jù)挖掘師生的生活學習規(guī)律，提高用戶體驗和服務質量，為智慧校園的構建提供全面、科學的數(shù)據(jù)基礎。另外設計了智慧校園的信息標準和安全體系，對智慧校園的大數(shù)據(jù)進行分析，以及對所使用的算法進行選擇，能夠保證智慧校園安全平穩(wěn)運行。智慧化校園的建設能夠為師生提供個性化的服務，推動教育事業(yè)的進一步發(fā)展，能夠為其他高效智慧校園的建設提供參考。

參考文獻（References）：

[1] 郭良玉，彭科.高中智慧校園在大數(shù)據(jù)背景下的建設模式[J].電子技術與軟件工程，2020.1：151-152

[2] 朱文祥.物聯(lián)網(wǎng)技術在智慧校園建設中的應用分析[J].南方農(nóng)機，2019.50（24）：245

[3] 張華.教育信息化背景下智慧校園的建設[J].教學與管理，2019.36：33-35

[4] 張偉，胡雄強，王明倩，任康.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設計[J].信息技術，2019.3：48-51

[5] 章訊，龍華，周芝民.基于網(wǎng)絡結構改進社交網(wǎng)絡好友推薦算法研究[J].信息技術，2017.8：152-156