基于大數據技術的智慧校園構建

章喜字 林雙欽

摘 ?要： 為了促進高校數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，包括大數據技術、物聯網技術和社交網絡，設計了智慧校園建設中分別為智能感知層、網絡層、數據層和應用層的四層架構，以及大數據分析的核心算法。智慧化校園的建設為師生提供個性化的服務，推動教育事業的進一步發展。

關鍵詞： 智慧校園; 物聯網; 大數據; 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

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

中國高校經歷了校園網、數字校園的建設，隨著計算機技術的進一步發展，智慧校園逐漸成為建設的重點。隨著高校師生數量的增加，信息量越來越大，因此，必須改變校園的管理模式，使之適應現代化的發展需要。大數據技術的發展，對高校的智慧校園建設提出了新的挑戰[1-2]。論文分析智慧校園中各數據資源的使用情況，結合目前智慧校園發展現狀，建立基于大數據的智慧校園平臺，能夠促進高校數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，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字化的發展具有重要的現實意義[3]。

1 智慧校園建設關鍵技術

⑴ 大數據

隨著數據量的迅猛增加，大數據（Big Data）技術的應用更加廣泛。大數據是指使用常規的工具、軟件在一定時間內無法獲取、處理和管理的數據集合。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。大數據具有如下特點：數據規模大、多樣性、時效性、準確性和價值大。其中多樣性是指數據種類包括圖片、運行日志等結構化和非結構化的數據。時效性是指獲取和處理數據要求及時和高效。準確性是指數據處理后的結果要求準確。大價值是指利用大數據技術對數據處理存在巨大的價值。在智慧校園的建設中，數據復雜而多樣，需要從這些復雜而海量的數據中獲取有價值的信息。因此，要充分利用大數據技術來建設高水平的智慧校園。

⑵ 物聯網

20世紀90年代物聯網（Internet of Things，IOT）由美國卡內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）等是物聯網實現的關鍵技術。在智慧校園的建設中，物聯網起到關鍵作用，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據的目的。

⑶ 社交網絡

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

2 智慧校園需求分析

校園中存在大量的數據資源，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據，具有數據備份和容錯能力，需要可靠的服務器支持。需要計算系統對海量數據進行初步處理、篩選。對突發情況能夠處理。基于大數據的智慧校園安全性非常重要，應避免為了病毒的攻擊，確保數據安全和系統穩定。系統要求方便操作，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，依次向上分別為網絡層、數據層和應用層。智能感知層中利用RFID技術、ZigBee等技術采集校園中各類信息、業務數據，全面感知各設施的運行情況，以及師生與校園環境的互動。包括智慧課室、智慧教學、智慧安防、智慧后勤和智慧資產等。網絡層中包括物聯網、無線、校園網、監控網和有線網，提供智慧校園各應用的移動互聯服務，方便師生訪問和獲取信息。數據層中利用數據采集、分析、治理和挖掘技術，對各類信息進行處理和分析。包括統一數據標準、統一數據視圖、統一數據分析、統一數據交換平臺、統一數據共享平臺和統一數據生成等。應用層是智慧校園應用的接口，在數據層的基礎上提供個性化的服務。包括網上事務中心、個人工作平臺、大數據中心、資訊中心、移動門戶、網絡社區平臺等。

智慧校園能夠提供個性化服務，通過校園中海量數據，挖掘師生的生活學習規律，提高用戶體驗和服務質量，為智慧校園的構建提供全面、科學的數據基礎。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，需要統一的信息標準，規范化數據建模、加工和交換過程，實現資源共享。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 大數據分析和算法選擇

⑴ 數據分析

智慧校園中的數據分析是基于交互式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據，能夠減少訪問時間。中間層支持基于stream實時數據流的計算。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據分析平臺能夠大大提高存儲和計算效率。提高執行效率，SQL執行方面采用優化策略，優化了其性能。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據倉庫的應用，遷移性能優越。平臺使用機器學習算法，通過Spark訪問分布式數據以及數據檢索和挖掘。

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，可以預測事務發生的概率。聚類算法中，使用經典的機遇劃分的聚類算法K-means，用于統計分析。推薦算法用于根據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，是一種監督式學習方法。關聯分析算法是根據數據挖掘結果的頻繁項集，挖掘出信息的關聯規則。

5 結束語

智慧校園是高速發展的信息化和大數據發展的產物，是數字化校園建設的關鍵。智慧校園的建設是各學校重點發展的事務之一。論文結合高校發展需要，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、網絡層、數據層和應用層。智慧校園提供個性化服務，通過校園中海量數據挖掘師生的生活學習規律，提高用戶體驗和服務質量，為智慧校園的構建提供全面、科學的數據基礎。另外設計了智慧校園的信息標準和安全體系，對智慧校園的大數據進行分析，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，推動教育事業的進一步發展，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據背景下的建設模式[J].電子技術與軟件工程，2020.1：151-152

[2] 朱文祥.物聯網技術在智慧校園建設中的應用分析[J].南方農機，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.一種基于物聯網的智能家居系統設計[J].信息技術，2019.3：48-51

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