基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧校園整體構(gòu)建研究

安倩楠

摘要：近年來，大數(shù)據(jù)技術(shù)的迅猛發(fā)展為智慧校園的構(gòu)建和落地帶來了新思路。與傳統(tǒng)的智慧校園相比，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧校園能為師生提供教學(xué)、科研、管理、生活上的一體化智慧服務(wù)。首先設(shè)計(jì)一種新的大數(shù)據(jù)下的智慧校園體系架構(gòu)，然后探索出一套智慧校園建設(shè)模型，其中包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)。最后在圖書館管理、教學(xué)監(jiān)督管理、用戶上網(wǎng)管理、網(wǎng)絡(luò)安全管理等方面進(jìn)行應(yīng)用展示。利用該模型能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)資源的整合和校園安全預(yù)警，減少管理成本，進(jìn)一步提高高校信息化水平。

關(guān)鍵詞：智慧校園;大數(shù)據(jù);體系架構(gòu);數(shù)據(jù)分析;建設(shè)模型

中圖分類號(hào)：TN926-34;TM62? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）17-0094-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，高等教育的發(fā)展形態(tài)深受影響，高校信息化建設(shè)正由數(shù)字校園階段向智慧校園階段轉(zhuǎn)型發(fā)展[1]。教育部在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》提出“積極利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，創(chuàng)新資源平臺(tái)、管理平臺(tái)的建設(shè)、應(yīng)用模式”，高校利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，把校內(nèi)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、整合和分析。大數(shù)據(jù)下的智慧校園建設(shè)以數(shù)據(jù)為依托，為師生提供教學(xué)、管理、生活等智慧化服務(wù)。

1 體系架構(gòu)

大數(shù)據(jù)下的智慧校園建設(shè)需要摒棄數(shù)字化校園業(yè)務(wù)獨(dú)立、信息封閉的現(xiàn)狀[2]，利用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)對(duì)校園業(yè)務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行去冗余、標(biāo)準(zhǔn)化、存儲(chǔ)和計(jì)算分析，采用開放、協(xié)同的體系架構(gòu)，在智慧校園中實(shí)現(xiàn)按需服務(wù)、精準(zhǔn)服務(wù)和移動(dòng)服務(wù)，從而加快校園各類資源的合理化配置，提高校園智能化管理水平。

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧校園系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，自頂向下依次為應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)源層、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范體系和信息維護(hù)與安全體系，從網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、制度標(biāo)準(zhǔn)等多個(gè)方面確保智慧校園能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧校園建設(shè)模型

大數(shù)據(jù)背景下的智慧校園建設(shè)本質(zhì)是充分利用云計(jì)算、虛擬化平臺(tái)等信息技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)、信息檢索、在線分析處理、深度學(xué)習(xí)、人工智能等計(jì)算機(jī)技術(shù)[3]，把高校的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)分析整合，并在服務(wù)管理過程中應(yīng)用于教學(xué)、輿情控制、校情服務(wù)的分析與決策中。

2.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是大數(shù)據(jù)下的智慧校園建設(shè)的基石。該模塊主要完成從各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)中利用ETL工具采集業(yè)務(wù)相關(guān)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過Nutch[4]爬蟲引擎采集外部互聯(lián)網(wǎng)中文本、圖像、視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，利用Flume日志處理工具預(yù)處理用戶網(wǎng)絡(luò)行為、服務(wù)器運(yùn)行等日志文本數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)有效、規(guī)范地采集、清理和標(biāo)準(zhǔn)化存儲(chǔ)與應(yīng)用，為后續(xù)高校業(yè)務(wù)發(fā)展提供準(zhǔn)確、一致、可互聯(lián)互通的數(shù)據(jù)來源。

2.2 數(shù)據(jù)治理

數(shù)據(jù)治理是對(duì)數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理和控制，包括數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)核對(duì)、數(shù)據(jù)清洗與整合交換和數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估。構(gòu)建高校數(shù)據(jù)治理框架首先需要確定高校內(nèi)部的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，其中包含數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)，確保各個(gè)部門能得到落實(shí);其次，消除信息孤島，完成各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成整合工作;最后評(píng)估數(shù)據(jù)質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)校內(nèi)統(tǒng)一數(shù)據(jù)治理的目標(biāo)。

2.3 數(shù)據(jù)分析

通過對(duì)高校大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和治理，從海量的數(shù)據(jù)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分類、數(shù)據(jù)聚類發(fā)掘數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，抽取具有標(biāo)識(shí)的特征，比如老師、學(xué)生、科研、教務(wù)等。根據(jù)數(shù)據(jù)分析模型挖掘內(nèi)在的價(jià)值規(guī)律，從而加強(qiáng)學(xué)校的服務(wù)管理能力。

數(shù)據(jù)分析流程如圖2所示，最底層是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式緩存，提高數(shù)據(jù)讀取速度，中間層是利用Spark計(jì)算引擎處理批量數(shù)據(jù)，最上層是通過統(tǒng)計(jì)分析、聚類等算法根據(jù)數(shù)據(jù)特征進(jìn)行分析和挖掘，最后提供面對(duì)不同應(yīng)用服務(wù)的接口。

2.4 數(shù)據(jù)應(yīng)用與服務(wù)

在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理分析后，通過大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)為校內(nèi)師生提供個(gè)性化的服務(wù)。一是校園網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理，學(xué)生在校內(nèi)活動(dòng)的相關(guān)數(shù)據(jù)搜集，包括終端設(shè)備（POS機(jī)、門禁、無線AP等）、防火墻、服務(wù)器、堡壘機(jī)、網(wǎng)絡(luò)日志數(shù)據(jù)等，對(duì)這些海量數(shù)據(jù)的分析和挖掘能夠發(fā)現(xiàn)和預(yù)警異常情況，實(shí)現(xiàn)學(xué)生精準(zhǔn)化服務(wù)與管理。二是科研管理服務(wù)，該服務(wù)能夠根據(jù)老師的科研情況，找出不同學(xué)科、學(xué)院的投入和產(chǎn)出，發(fā)現(xiàn)具有潛力的科研團(tuán)隊(duì)。同時(shí)，在科研項(xiàng)目管理過程中進(jìn)行進(jìn)度提醒，為科研人員提供同類型的研究報(bào)告等，從而有助于高校科研有效、精準(zhǔn)地管理和發(fā)展。三是教學(xué)應(yīng)用與服務(wù)，通過對(duì)教學(xué)資源管理平臺(tái)中的學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，幫助老師有的放矢地把握教學(xué)中的重點(diǎn)，提高教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，教學(xué)數(shù)據(jù)也可以作為評(píng)價(jià)教師教學(xué)水平的依據(jù)。四是移動(dòng)端服務(wù)。隨著智能手機(jī)的普及，基于移動(dòng)端的智慧校園建設(shè)愈發(fā)受到人們重視。將學(xué)校各業(yè)務(wù)系統(tǒng)與微信小程序進(jìn)行對(duì)接，如圖書館座位預(yù)約、線上統(tǒng)一支付平臺(tái)、成績課表查詢等，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地辦理業(yè)務(wù)，推進(jìn)個(gè)性化、精準(zhǔn)化服務(wù)。

3 大數(shù)據(jù)智慧校園應(yīng)用效果

大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)廣泛地從學(xué)校業(yè)務(wù)系統(tǒng)采集各種數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，利用數(shù)據(jù)分析模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和聚合，提取具有業(yè)務(wù)特征的數(shù)據(jù)集合，為不同場景提供更準(zhǔn)確、一致的數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用。

3.1 智慧圖書館

通過建設(shè)實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，搜集到館統(tǒng)計(jì)、借閱排行榜、借還圖書統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)聚合和分類，找出借閱數(shù)量最多的圖書，能夠?yàn)閹熒峁衢T圖書推薦，而且門禁數(shù)據(jù)能夠方便圖書管理人員清點(diǎn)到館人數(shù)、了解借還書情況，提高圖書管理水平。具體見圖3所示。

3.2? 用戶網(wǎng)絡(luò)行為管理

大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)把新增用戶信息、用戶上網(wǎng)行為信息、服務(wù)器日志等數(shù)據(jù)進(jìn)行廣泛采集和整理，通過大數(shù)據(jù)分析模型，基于相關(guān)算法對(duì)用戶行為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，可以發(fā)現(xiàn)用戶上網(wǎng)偏好和興趣，比如用戶檢索的熱門關(guān)鍵詞，如圖4所示。學(xué)校通過大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)挖掘有價(jià)值的信息，有利于提高學(xué)校業(yè)務(wù)管理水平，具體如圖5。

3.3 教學(xué)監(jiān)督管理

全校統(tǒng)一各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，通過對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的收集、處理和分析，提取和教學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，如圖6所示。大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)科員統(tǒng)計(jì)出在線課程的數(shù)量、參與學(xué)生人數(shù)、課程訪問量和相關(guān)教學(xué)資源數(shù)量等信息。經(jīng)過數(shù)據(jù)聚合、數(shù)據(jù)分類和數(shù)據(jù)排序，得到活躍課程排行榜、活躍班級(jí)排行榜、學(xué)生簽到情況等教學(xué)實(shí)時(shí)情況，全面反映教學(xué)狀態(tài)，對(duì)于教師評(píng)價(jià)、提高學(xué)生教學(xué)質(zhì)量、學(xué)科建設(shè)開展具有一定的借鑒和參考價(jià)值。

3.4 網(wǎng)絡(luò)安全管理

通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)日志數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集、挖掘和建模分析，大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)能夠監(jiān)督和管理學(xué)校整個(gè)校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)信息安全情況，精準(zhǔn)獲取網(wǎng)站攻擊IP地址、攻擊次數(shù)等信息，有效防范網(wǎng)頁篡改、信息竊取、拒絕服務(wù)等各類攻擊，便于校園網(wǎng)絡(luò)安全管理。具體見圖7所示。

4 結(jié)語

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，建設(shè)智慧校園已經(jīng)成為高校的普遍共識(shí)。將大數(shù)據(jù)技術(shù)與智慧校園的構(gòu)建相結(jié)合，有助于加快教育事業(yè)的迅速發(fā)展，還能夠完善智慧校園的建設(shè)。本文以大數(shù)據(jù)技術(shù)為支撐點(diǎn)，提出圍繞大數(shù)據(jù)的智慧校園建設(shè)模型，構(gòu)建智慧圖書館、用戶網(wǎng)絡(luò)行為管理、教學(xué)監(jiān)督管理和網(wǎng)絡(luò)安全管理模塊功能，為高校更完善地建設(shè)智慧校園提供一定的參考價(jià)值。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】