基于人工智能的智慧校園建設過程中存在的問題和解決思路和方案探討

石緒忠，徐曉峰，宗海靜

（1.山東省肥城市老城街道初級中學，山東 肥城 271600；2.航天恒星科技有限公司，北京 100095；3.北京開放大學城市管理學院，北京 100086）

1 建設背景

1.1 國家政策

進入21世紀以來，信息技術革命以互聯網+、云計算、大數據平臺為依托，得到迅猛發展，智慧校園、數字校園、智慧教育、智慧課堂等新理念、新技術不斷涌現，全國性的智慧校園建設已成為必然。為此，國家相繼出臺了一系列有關教育信息化建設的政策，目的是為了加快職業教育管理信息化平臺建設，消除信息孤島；應用信息技術改造傳統教學虛擬仿真時訓系統，遠程互動教學系統，構建國家、省、學校三級數字教育資源共建共享系統；2018年6月，國家市場監督管理總局中國國家標準管理委員會發布了《智慧校園總體框架 GBT+36342-2018》標準體系，規定了智慧校園建設的總體框架，包括智慧教學環境、智慧教學資源、智慧校園管理、智校園服務、信息安全體系等的系統構架和基本要求，并提出加強物聯網、大數據、人工智能等先進技術與教育現代化深度融合構建產學與資本聯動的融合服務體系，推進資源整合、開放、共享創新校園精細化治理模式。

1.2 高校信息化痛點和發展趨勢

（1）傳統校園階段，主要是指20世紀80年代以前，信息的傳遞主要是通過電話、傳真、會議等形式進行發布和交流。

（2）電子校園階段，主要是指20世紀80年代到90年代初，計算機開始普及，單位的局域網出現，教學和管理的手段得到了豐富，對學校整體而言沒有產生實質意義上的提高。

（3）數字校園階段，主要是指20世紀90年代末開始一直到現在，由于互聯網的興起，寬帶校園網出現，辦公0A實現無紙化管理，互聯網IPv4、分布式、多應用、單向發布，使校園的管理和教學效率得到了大幅度提升，目前大部分高校正處在這個階段。

（4）智能校園階段，即將開始普及推廣的階段，主要以物聯網、云計算、數據庫、5G為代表的，數據倉庫和智能分析相融合的應用模式，為學校管理和教學，乃至學生、教師、員工提供精準互動的信息服務，使得學校的管理、教育，以及外部交流、資源的共享效率大幅度提升。

在這四個階段的發展過程中，由最初的搭建基礎網絡環境，能實現簡單的信息查詢服務，應用系統較少或不能互聯互通，到具有較多的數字化資源，能夠集成，使相關業務能夠整合，對教研教學、管理和服務有了一定的支撐作用，發展到目前具有了豐厚的數字化資源，并能將資源進行整合，將相應的應用系統進行集成，通過高度的整合，支撐軟件具有了開放性和可拓展性，并能較好地支撐教學教研、管理和服務。

但綜合來看，目前國內的校園整體在信息化建設上還面臨著如下問題：一是在系統集成上，存在原有的應用系統單獨建設，系統間無法互聯互通，欠缺整體規劃信息孤島現象嚴重的問題；二是在教學資源上，存在資源形式單一，共享性差，教學方式單一的問題；三是在校園安全上，存在校園安全人為判斷容易出現疏漏的問題；四是在信息傳遞上，存在信息傳遞方式單一的問題[2]。

2 建設目標

鑒于以上問題，提出“一站式服務”+“四個方向”的思路，利用物聯網、大數據、數據集成、云服務等技術，形成統一的數據交互平臺，實現以下四個服務職能模塊：

（1）教育：構建先進實用教學平臺，整合、豐富智慧教學資源，通過科學統一教學資源配置，提高教學資源的利用率，提高教學效率與質量，創造主動式、協同式、研究式的新型教學模式。

（2）管理：構建覆蓋全校工作流程的、協同的管理信息體系，通過管理信息的同步與共享，暢通學校的信息流，實現管理的科學化、自動化、精細化，突出以人為本的理念，提高管理效率，降低管理成本。

（3）生活：基于一卡通、后勤等軟硬件系統，構建便捷、高效、高雅、健康的智慧生活環境，提高校園生活的便捷性。

（4）運維：基于大二層網絡架構、3D建模等技術，構建校園網絡告警監控、流量分析等機制，實現校園3D可視化運維，實現校園自動化、智能化、精細化、可視化管理，提高學校管理效率和管理質量。

3 總體設計

3.1 設計思想

形成用、智、傳、感四層構架，四位一體化應用的設計理念。

（1）在應用層面上，根據具體校園的需求，結合教學管理的實際情況，在數字化校園應用的基礎上，開發智能校園的應用，利用衛星通信、衛星導航開發可移動校園應用，形成大數據可視化，利用無人機，地理信息系統，三維建模等手段形成3D校園，為學生、教師、工作人員、領導等提供一站式的應用服務。

（2）在智能化層面上，建設統一的數據管理基礎平臺，完善構建統一的智慧校園云平臺，通過大數據挖掘和分析為上層應用提供服務。

（3）在數據傳輸層面上，通過衛星通信、地面無線網絡、地面通信網、物聯網、地面專業有線局域網的互聯互通，為上層應用提供可靠、有效的信息傳輸服務。

（4）在現場感知層面上，空間信息利用無人機、遙感衛星獲取，形成基礎地理信息。動態信息通過校園監控、校園網絡、校園一卡通、校園廣播、智能手機終端、定位設備、專用傳感器獲取，進一步整合形成有用的視頻監控信息、三維實景信息、地下管網信息、傳感器感知信息、校園周邊信息等[1]。

3.2 建設思路

建設的總體思路分成四個部分：一是建標準；二是按標準要求確立初步的集成；三是在集成的基礎上試運行；四是就運行過程中存在的問題進行系統的分析擴展。在方案應用環節上，利用大數據標準解決校園內的各分系統的標準建設，利用已經搭好的應用支撐平臺進行異構系統的集成，利用應用中心深化業務的應用，利用一體化優勢擴展相關的業務系統；初步體現系統的建設和設計優勢，統一校內標準方便后續相關應用的擴展，能夠保障原有的IT系統，有效接入異構系統，來滿足不斷增長的教學和管理、服務的要求，應使用組件擴展的使用滿足多變的業務需求。

4 建設主要內容和解決方案

建設總體架構包括1個智能校園數據中心，1個智能化工程解決方案，以及5個平臺，即3D校園可視化平臺、碎片化應用服務平臺、大數據可視化平臺、移動校園平臺、智慧校園云平臺。其中，智能化工程解決方案的優劣最為重要，是建設的關鍵環節，下面詳細說明[3]。

（1）智慧校園網絡系統。采用核心縱向虛擬化技術實現大二層網絡架構，滿足網絡動態的擴展和交換機接入自動化需求，實現網絡統一管理和接入，擺脫了傳統三層網絡結構臃腫和擴容、日常維護不便的弊端，是數據中心內部及與外部應用進行通信的基本條件。

（2）智慧校園網絡安全保障系統。基于現有校園網絡基礎上，加上安全保護機制，旨在構建成網絡安全防御、檢測、響應和恢復于一體的網絡安全保障體系，保證各個軟件系統、硬件系統運行正常。

（3）智慧校園數據機房系統。數據機房系統是數據中心運行的核心硬件環境，包括服務器、通信、網絡及輔助系統設備等，由綜合布線系統、UPS供電系統、精密空調系統、防雷接地系統、門禁系統、新排風系統、消防系統、監控中心等組成。

（4）智慧校園一卡通系統。系統實現校內各類收費、消費支付、身份認證、信息查詢。實現學生證、教師證、食堂飯卡、機房上機卡、圖書借閱證、購水卡、購電卡等多種證卡合一，真正做到校內“一卡通行”。實現一卡通系統與統一門戶平臺實時對接，數據統一接入數據中心，做到平臺統一，數據共享。

（5）智慧校園安防監控系統。系統實現對校園核心區域監控、入侵報警、出入控制、電子巡更、電子監考、消防報警、緊急呼叫（求助）報警的統一管理和控制，視頻數據存儲至數據中心，同時可與3D校園平臺進行集成，實現三維場景與監控的實景場景進行融合。

（6）多媒體教室系統。系統采用模塊化設計項目，提供多媒體智慧教學所需硬件、軟件以及物聯網環境等。為智慧教學提供基礎硬件、軟件與環境支撐，多媒體教室是多種系統的有機結合體，由大屏幕投影系統、中央控制系統及音響系統三大部分組成，數據統一接入數據中心。

（7）IP廣播系統。系統實現分區和全區背景音樂、尋呼喊話等服務型和業務性廣播，以及不同的分區同時定時播放不同的背景音樂。同時實現接收到消防中心的信號時，系統自動強切到報警廣播，數據統一接入數據中心[4]。