“人工智能+物聯網”背景下的智慧校園一卡通建設研究

胡先智 梁艷 馬文濤 李宏偉 王力

摘? ?要：人工智能和物聯網的結合及其生態發展，促進了高校智慧校園一卡通的技術創新，以及生產方式和業務模式的轉變。智慧校園一卡通規劃建設的先進性對提升學校教育信息化水平、提高師生信息化素養具有重要意義。文章結合人工智能、物聯網等技術，分析了智慧校園一卡通的建設現狀及存在問題，提出了智慧校園一卡通的建設策略，以期為高校信息化建設與應用提供參考。

關鍵詞：高校;人工智能;物聯網;智慧校園一卡通建設

中圖分類號：TP315 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2021）05-0061-05

一、引言

隨著時代發展，社會信息化整體水平不斷提高，信息技術對教育的革命性影響日趨明顯[1]。在“人工智能+物聯網”背景下，高校教育信息化是國家信息化發展整體戰略的重要組成部分，并逐步推進融合創新。其中，智慧校園一卡通作為高校教育信息化建設的重點內容，其建設的先進性是衡量學校現代化水平的一個重要方面。但隨著新時代下各種新需求以及新技術的不斷出現，智慧校園一卡通建設面臨著由管理信息化向服務信息化轉變，且存在不能完全滿足師生應用服務需求的現實問題。因此，本文進行智慧校園一卡通建設現狀、問題的分析及研究，提出了具有普適性的建設策略，為高校智慧校園一卡通建設提供支撐與借鑒。

二、相關技術分析

1.人工智能

智能是知識和智力的總和，前者是智能的基礎，后者是指獲取和運用知識求解的能力。人工智能不是人的智能，而是“人工”和“智能”總稱，是計算機科學的一個分支，它企圖了解智能的實質，并生產出一種新的與人類智能相似的方式做出反應的智能機器[2]。

高校教育信息化建設中，人工智能技術主要應用于高校師生管理、教學模式改革、安防管理、能源管理等環境，根據實時感知信息進行推理并執行合理操作，最大限度地提高師生服務的滿意度。因此，在智慧校園一卡通建設中將人工智能和高校教育信息化相結合，能夠更好地優化校園建設，為高校的智慧教育以及智慧生活提供更好的智能化服務。

2.物聯網

物聯網又叫泛互聯，意指物物相連，萬物互通，按約定的標準協議，將射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備與互聯網結合起來而形成的一個巨大網絡，實現區域內任何時間、任何地點，人、機、物的互聯互通[3]。

物聯網技術融入并推動了“數字校園一卡通”向“智慧校園一卡通”的升級發展，改變了師生和校園資源相互交互的方式，實現了高校的科學化、智能化管理。具體地講，就是把傳感器等感應設備嵌入和集成到智慧校園一卡通應用場景中。如智慧生活、智慧教學、智慧教務、智慧校務、智慧辦公等，形成“物聯網”，并與現有的校園網融合起來，實現教學、生活與校園資源和各應用系統的互聯互通、自動化管理，如圖1所示。

3.智慧校園一卡通

智慧校園一卡通利用人工智能、移動互聯、物聯網、5G等先進技術，以服務學校師生為核心，構建線上線下結合的開放平臺和應用生態，為餐廳、公寓、門衛、圖書館、會議室、教室、辦公樓宇、實驗室、校園安保和車輛進出等提供智慧化應用場景，推進生活、學習、科研等應用的融合、互聯互通，實現“無卡化、自助化、線上化、一體化”的金融、生活服務，支撐并輔助智慧校園管理決策，提升師生體驗，以及管理和服務的信息化應用水平。

智慧校園一卡通建設的重點內容可以歸納為：將數字技術與綜合聚合支付、多介質身份識別、移動服務、安防監控、自助服務相結合，實現高校生活、學習、科研、服務以及校園泛在“人—機—環境”系統之間的跨界融合[4]，為師生提供全面的智能感知環境和一站式辦事大廳，為學校和社會提供更好的交流和感知接口。具體來講：①“智慧生活”。以綜合繳費平臺為核心，驅動高校支付場景融合，整合多種支付手段和支付形態，構建全校無現金支付生活環境。②“智慧識別”。融合實體卡、二維碼（虛擬卡）、人臉生物特征（簡稱卡碼臉）等多元化介質，兼容在線和離線的數據、邏輯、業務一致性，實現卡、碼、臉一體化場景識別應用。③“智慧管理”。全面建設一站式信息服務大廳，包含人工業務咨詢、自主化業務辦理，為師生提供線上、線下服務，實現校內外綜合信息管理體系。④“智慧決策”。通過專業工具收集全校一卡通系統產生的過程數據，對其清洗、重組，形成有效的一卡通主題數據庫，并利用專業數據模型及智能算法，進行高效的數據分析，從而為高校管理提供有效決策。

三、智慧校園一卡通現狀分析

1.發展歷程

隨著信息技術的不斷發展，高校校園一卡通應用更加成熟和全面，并與教育信息化建設逐步相融合，其經歷了如下發展階段[5-6]。

（1）M1卡階段。這一階段高校中各系統相互獨立，互不干涉，多證卡共存，彼此之間沒有實現共享。

（2）CPU卡階段。這一階段校園一卡通逐漸發展成能夠進行身份識別和綜合消費的多功能卡片，成為連接數字化校園建設各系統的紐帶。

（3）金融IC卡、二維碼（虛擬卡）混合階段。這一階段以服務師生為導向，采用IC卡、虛擬校園卡混合載體，逐漸延伸到教學科研、校務管理與服務等領域，注重對信息資源的整合與共享。

（4）實體卡、二維碼、人臉生物特征融合階段。這一階段以服務校園為驅動，采用卡、碼、臉識別等載體，借助各類智能終端、人工智能、物聯網等新技術，為高校師生打造更便捷的生活服務圈，同時，注重對信息資源的融合創新。

2.建設應用現狀

高校智慧校園一卡通建設是一個繁雜的過程，不僅需要投入大量的人力、物力和財力，同時還受環境等諸多因素的影響。由于區域教育發展水平不同和經濟水平的限制，高校智慧校園一卡通建設還不夠完善。此外，各高校建設側重點有所不同，目前整體建設水平與智慧校園一卡通建設的目標還存在一定差距。

課題組通過走訪、問卷調查、廠商技術交流等方式對高校智慧校園一卡通建設情況進行調研。截至2020年7月，課題組選取了我國東部、西部、南部、北部、中部共30余所高校進行了統計分析，其中985高校10所、211高校10所、非211高校10所，分析結果如表1所示。從表1可以看出，國內高校智慧校園一卡通總體應用技術涵蓋范圍為：人工智能、物聯網、虛擬卡、大數據、精細化點餐、自助服務、校城互通、多元介質載體等。總體來說，985高校應用技術走在前列，211高校應用技術次之，非211高校應用技術相對較弱。下面從三方面分析具體的應用現狀。

（1）建設投資

目前由于各高校教育信息化發展水平和經濟實力存在差異，導致高校智慧校園一卡通規劃建設水平參差不齊。表2列出了選取的陜西省十所高校近幾年智慧校園一卡通建設的投資情況。這十所高校建設內容具體涉及一卡通網絡基礎設施、基礎平臺與應用系統等。如移動支付、聚合支付、人臉識別、智慧教室、一卡通大數據分析等方面的應用。但各高校在投入資金、建設內容、涉及應用場景等方面有所不同，最終一卡通系統所發揮的效果也不同。

另外，高校智慧校園一卡通規劃建設模式主要有高校自主模式、“高校—銀行”模式、“高校—運營商”模式。高校為了降低經濟壓力，通常與銀行、運營商合作。從表2可以看出，“高校—銀行”這一模式是當前智慧校園一卡通建設的首選模式，最受青睞。通過這種方式可以控制財務風險的發生，實現雙方的合作共贏。

（2）共享與開放

當前，高校智慧校園一卡通通用產品較少，無法形成市場競爭力，極大降低了校園一卡通平臺的開放性，限制了校園一卡通應用和需求拓展。另外，由于校園一卡通基礎平臺缺乏規范性和統籌性，導致信息資源冗余和分散，阻礙了全校范圍數字空間和共享環境的形成。然而，一卡通基礎數據開放不足，就很難為高校管理與決策提供全面準確的數據支持。

（3）系統安全

高校智慧校園一卡通建設雖然有利于教育信息化的發展，但是也帶來了一系列的安全問題。例如：網絡病毒縱向橫向攻擊、黑客攻擊、網頁篡改、數據庫信息泄密等。特別是一些涉及師生個人隱私的數據，這些數據如果在平臺傳遞過程中被泄露，將造成較大的安全損失。高校對校園一卡通安全的認識程度和投入力度，直接關系到校園一卡通的大規模應用與推廣。

3.存在的問題

在“人工智能+物聯網”時代背景下，高校智慧校園一卡通發展迎來了新機遇，同時也面臨著新的挑戰[7]。現有智慧校園一卡通在建設應用過程中仍存在一些問題，具體表現在以下四個方面。

（1）智慧校園一卡通建設者對信息化的認識不到位

高校智慧校園一卡通建設內容多、牽扯部門廣、覆蓋場景廣泛，但部門間配合協作不夠緊密，思想認識不到位。此外，部分管理者對信息化建設的認識和素養參差不齊，缺乏先進的教育信息化理念，這些因素阻礙了智慧校園一卡通建設的先進性。

（2）智慧校園一卡通建設的頂層規劃不足

“人工智能+物聯網”的應用就是為了將更多更好的資源分享到智慧校園一卡通，給師生的校園生活帶來便捷化、智能化服務，更大程度上讓師生受益于其成果。然而，在高校智慧校園一卡通的規劃建設過程中，有時只注重于建設的結果，卻忽視了建設智慧校園一卡通的內在要求和意義。主要表現在：缺乏系統整體的頂層規劃設計、調研論證和部署方案;參與建設的部門在統一協調性和共識性方面存在不足，導致一卡通系統開發設計與應用相脫節;信息傳輸不及時，造成了人力、物力、財力等浪費。其結果和智慧校園一卡通的建設要求不一致。

（3）智慧校園一卡通基礎服務能力有短板

雖然智慧校園一卡通的網絡設施、云計算等資源已經基本建成，但是功能較為薄弱，難以滿足各類業務應用的需求。智慧校園一卡通基礎服務平臺為師生帶來了很多便利，但缺少跨校區跨部門的線上一站式師生服務平臺。智慧校園一卡通應用系統雖實現了身份識別、消費、門禁管理等基本功能，但是隨著人工智能、物聯網技術的發展，還存在應用覆蓋面不足、缺乏生物特征管理平臺等問題，師生關心的一些系統未能全部實現對接。

（4）智慧校園一卡通建設忽視了“人工智能+物聯網”的重要作用

高校智慧校園一卡通建設和智慧校園的建設標準、理念沒有做到有機融合，只注重基礎設施建設和卡業務信息查詢服務，忽視了“人工智能+物聯網”的重要作用。盡管高校在智慧校園一卡通基礎設施建設方面投入了不少資金，但并沒有發揮人工智能、物聯網的真正作用。如移動服務、個性化場景服務、一站式服務無法快速落地;多設備、多系統無法實現全連接、全聯通;物理空間和信息空間無法有機銜接，缺乏統一管理與可視化。

綜上所述，當前我國高校智慧校園一卡通建設仍面臨許多問題和困難，需要各高校結合自身實際情況，以師生需求服務為導向，科學合理規劃與建設，提高智慧校園一卡通的現代化水平。

四、智慧校園一卡通的建設策略

本文結合智慧校園一卡通存在的問題，提出智慧校園一卡通的建設策略，旨在為高校教育信息化建設提供借鑒。“人工智能+物聯網”背景下的智慧校園一卡通是信息技術發展到一定階段的必然產物，也是為廣大師生提供更好的校園生活環境的重要應用。因此，利用“人工智能+物聯網”技術建設智慧校園一卡通，不僅符合師生的實際需求，而且能夠增強師生對學校的歸屬感，具有深遠意義。

為了讓建設策略具有更好的適用性，本文結合西安理工大學智慧校園一卡通總體建設規劃，從四個方面對建設策略進行具體闡述。

1.提高對“人工智能+物聯網”的認知

在“人工智能+物聯網”時代下，高校智慧校園一卡通建設是一項龐雜的系統工程。在建設過程中，首先應將智能感知作為基礎，通過物聯網平臺，以及前端各類支付、認證、計量、傳感智能設備，將全校的人、機、物互聯互通，建立全系統智能化數據驅動的服務支撐體系。其次，應以萬物互聯、生物特征識別等數據作為支撐智慧校園一卡通建設的重點，提供設備遠程控制管理，實現實時數據收集、處理和可視化。最后，注重細節，以師生的需求為建設重點，形成“以人為中心”的信息感知和身份核驗平臺，并為今后開展大數據分析提供基礎數據。

2.加強頂層整體規劃，狠抓落實

高校智慧校園一卡通建設不僅涉及基礎平臺、應用系統、數據中心、專網等建設，還牽扯到多個業務部門，應用需求多且復雜。如何從源頭上化解積弊，在重點應用領域取得突破，“頂層規劃設計”是重中之重，尤為重要。因此，在高校智慧校園一卡通建設過程中，需要堅持統籌規劃，運用“人工智能+物聯網”的安全性和可操作性，實現信息高度共享和融合。狠抓落實，將數據作為學校的核心資源加以利用，切實提高師生的應用體驗。

下面以西安理工大學智慧校園一卡通建設的頂層規劃為例，進行具體分析。該校從教育信息化發展的實際出發，按照“完善機制、服務全局、深化應用、融合創新”的總體思路，堅持“統籌規劃、分步實施，整體推進、突出重點”的原則，以滿足全校師生日益增長的信息化需求為出發點，以提升學校核心競爭力為目標，參照國家《智慧校園總體框架（GBT36342-2018）》《中國教育現代化2035》《教育信息化2.0行動計劃》等標準和政策，設計了“1+4+8+4”的智慧校園一卡通總體架構，即一個智慧校園一卡通大腦、四個統一、八個平臺和四大體系，如圖2所示。

智慧校園一卡通建設的主要內容包括：

（1）一個智慧校園一卡通大腦

運用大數據、云計算、人工智能、物聯網、5G等新技術，匯集學校餐廳、公寓、門衛、圖書館、會議室、課堂、迎新離校、考場等場景數據，構建智慧校園一卡通大數據中心，形成學校治理、決策分析的可視圖，使場景更智慧、運行更智能、管理更高效。

（2）四個統一

互聯互通一張網：主要包括有線無線網絡、各類應用專網，以及5G、物聯網等校園網絡基礎設施，為智慧校園一卡通提供穩定的網絡環境支撐，最終實現應用服務的“四通”，即一卡通、一碼通、一臉通、一賬通。

數據匯集一個庫：基于學校各類一卡通數據資產，構建全域數據中心，提供數據采集、清洗、整合、服務、歸檔全生命周期管理，為智慧校園各類應用提供數據環境支撐。

師生服務一平臺：建設基于一卡通數據的線上線下融合、多業務聯動的服務平臺，推動智慧校園一卡通服務向網上延伸，實現網上直辦、隨時隨地可辦。

應用訪問一泛卡：整合校內分散的服務資源和服務渠道，構建統一的校園一卡通服務入口，用戶可以通過一泛卡（即實體卡、虛擬卡、人臉識別等多模態介質總稱）進行校園生活、身份識別、信息查詢和業務辦理，構建以人為本的智慧校園一卡通應用生態圈。

（3）八個平臺

八個平臺是物聯網平臺、虛擬卡平臺、多介質核驗平臺、聚合支付平臺、能力開放平臺、移動服務平臺、數據分析平臺和運維管理平臺。這些平臺是智慧校園一卡通整體應用的支撐平臺，為所有的應用系統提供基礎服務，將校園內的教學、科研、管理、消費、安保和門禁等多方面管理信息智能化關聯，便利師生的校園生活、學習和科研等。

（4）四大體系

信息標準規范體系：一套符合國家、教育部及行業標準并適用于學校智慧校園一卡通建設的標準規范，包括信息編碼標準、管理實施規范、維護規范等。提供日常運行維護，是保障智慧校園一卡通可靠運行的基礎。

主題數據庫標準體系：對智慧校園一卡通主題數據進行標準管理，構建業務預警模型，提供數據驅動的校園管理與生活決策支撐。

安全保障體系：依據密鑰管理體系、《信息系統等級保護2.0制度》的要求，建立完善的人防、物防、技防“三位一體”信息安全管理機制，形成一套基于網絡風險評估與等級保護、密碼技術與網絡信任體系、應急機制、災備等一系列閉環管理與技術措施的保障體系。

運維監控體系：以“監、管、控”為核心，對智慧校園一卡通運行狀態、各類指標進行實時監控，第一時間掌握各類資源的使用情況以及各項服務的運行狀態，從故障的預警、發現、診斷到處理，整個流程自動化管理，保障業務持續穩定運行。

3.重視信息安全，構建智慧校園一卡通安全平臺

智慧校園一卡通應用為高校帶來智能化管理的同時，也產生了許多安全隱患。如學校、用戶、銀行、商戶等層面都可能產生數據錯誤、數據誤差、數據篡改、數據泄密等問題，成為智慧校園一卡通的潛在危險。

因此，為了保障校園一卡通終端、網絡、應用和數據的安全，高校應根據信息系統安全等級保護2.0思想，構建以技術保障為基礎、以監測預警為核心、以協同響應為目標的網絡安全防御體系。同時，建設智慧校園一卡通安全平臺，對通信網絡、區域邊界、計算環境進行智能化運維和可視化管理，達到國家網絡安全等級保護制度的要求。

4.構建人才培育體系，提升管理服務水平

2018年4月，教育部印發的《教育信息化2.0行動計劃》指出，人工智能、大數據、物聯網等技術迅猛發展，將深刻改變人才需求和教育形態，推動教育理念更新、模式變革、體系重構。因此，在智慧校園一卡通建設中，應建立以專職人員為主、兼職人員為輔、第三方技術人員為補充，以及在校生協助管理的人才培育體系，實現高校一卡通由功能應用型向智慧服務性的轉變。同時，重視智慧校園一卡通應用生態圈管理，為師生開展信息化培訓推廣工作，讓師生的日常生活學習更加智慧化。

五、結語

本文通過分析高校智慧校園一卡通建設的主要現狀及問題，針對性地提出了智慧校園一卡通的建設策略。事實證明，“人工智能+物聯網”背景下的智慧校園一卡通建設是一個長期復雜的過程，需要頂層規劃設計，分步實施。要以一卡通數據為基礎，以師生為本，結合高校實際需求，突出重點，推進新一代萬物互聯的智慧校園一卡通建設，為師生呈現快捷的校園生活和學習生態圈，為高校提供科學決策依據，促進智慧校園向現代化方向發展。

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（編輯：王曉明）