智慧校園系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構設計與研究

◆徐英 田萌 龍學磊 王虹

（中國海關管理干部學院 河北 066000）

1 智慧校園建設思路

為響應黨中央號召，為培養(yǎng)造就忠誠干凈擔當?shù)母咚刭|專業(yè)化干部隊伍，不斷把學習貫徹習近平新時代中國特色社會主義思想作為首要政治任務，不斷把習近平新時代中國特色社會主義推向前進。依照中共中央對于信息化的相關要求，遵循《干部教育培訓工作條例》，結合干部教育培訓工作實際，嚴把政治關、質量關、紀律關，樹立互聯(lián)網(wǎng)思維，遵循干部網(wǎng)絡培訓相關國家標準。利用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進技術，按照“頂層設計、標準先行”、“集成共享，整合資源”、“管理高效、決策智能”、“線上線下、創(chuàng)新模式”、“訓前中后、全程一體”、“前段微化、后端云化”、“智能運營，激發(fā)活力”、“共建共享，服務全國”、“數(shù)據(jù)畫像，精準培訓”、“趣味學習、個性體驗”的思路，聚焦精細化服務、精品化課程、精準化培訓，打造一體化的一流學院，將其建設成為全國一流線上線下理論學習網(wǎng)絡平臺，習近平新時代中國特色社會主義思想的理論陣地，全國領導干部思想理論教育的學習堡壘，學院教職工在線進修的培養(yǎng)渠道，學院優(yōu)質干教資源的共建共享平臺，學院“智慧校園”互聯(lián)互通的數(shù)據(jù)樞紐，實現(xiàn)學院在網(wǎng)絡空間的延伸，打造全國學院系統(tǒng)一體化的干部培訓生態(tài)圈，實現(xiàn)“大數(shù)據(jù)驅動、社交化激勵、精準化培訓、個性化服務”的科學運營，全面構建功能齊全、技術先進、性能穩(wěn)定、安全可靠、用戶體驗滿意的信息化應用的工作、學習和生活環(huán)境。為廣大學院在、離校學員以及各級學院教職工提供線上學習服務。

信息化項目統(tǒng)一建設要優(yōu)化信息化項目治理，按照院校通行做法，學校應當從網(wǎng)絡資源、硬件設施、應用系統(tǒng)、基礎平臺服務等方面統(tǒng)籌推進學校信息化建設。數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，重點開展數(shù)據(jù)治理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚共享應用新突破。用戶身份統(tǒng)一管理，加快用戶中心建設，實現(xiàn)統(tǒng)一身份驗證全覆蓋。網(wǎng)絡信息安全統(tǒng)一防護，落實網(wǎng)絡信息安全責任，健全機制，筑牢防火墻。信息交互統(tǒng)一平臺，提供統(tǒng)一規(guī)范平臺，減少各部門業(yè)務平臺，并納入整體安全管控。加強云平臺建設，提供資源統(tǒng)一服務。學校互聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一接入，強化網(wǎng)絡統(tǒng)一接入管理，提升網(wǎng)絡服務質量。借助物聯(lián)網(wǎng)技術，實現(xiàn)校園生活統(tǒng)一智慧化。

2 智慧校園建設原則

全面貫徹落實學院科技大會精神，助力學院“十四五”建設，智慧校園項目建設要按照實事求是、應用效能高、滿足實際需求的原則，以提高培訓教育質量、推進干部教育現(xiàn)代化建設為目標，從教育培訓工作實際出發(fā)，統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施，以應用促建設、以需求促發(fā)展，不斷推動學院中心工作的高質量發(fā)展，建設集智慧管理、移動應用及數(shù)據(jù)驅動于一體的學院信息化生態(tài)，促進教育信息化發(fā)展。項目的總體設計應遵循以下原則：

（1）先進性

依據(jù)先進性與成熟性并重的原則。在應用軟件平臺方面：基于面向服務的體系結構（SOA）進行軟件開發(fā)，具備跨平臺運行能力。在網(wǎng)絡和硬件平臺方面：充分考慮目前網(wǎng)絡現(xiàn)狀和未來國產(chǎn)化發(fā)展趨勢，把先進的思想與國內(nèi)外成熟技術相結合起來，適應學校未來5 到10 年跨越式發(fā)展的需要。

（2）開放性和標準性

標準是質量的重要技術基礎，標準決定質量，只有高標準才有高質量。在嚴格遵守國家及教育部門有關技術規(guī)范標準之外，學院也要科學規(guī)劃、系統(tǒng)分析，建立一套標準體系。在標準框架內(nèi)同時支持今后網(wǎng)絡及應用的擴展。

（3）整體性和共享性

依據(jù)“統(tǒng)一網(wǎng)絡平臺、統(tǒng)一信息標準、統(tǒng)一信息門戶、統(tǒng)一身份認證、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫平臺”的建設原則，從總體規(guī)劃上解決學院內(nèi)信息及資源孤島問題。建立數(shù)據(jù)精準、安全共享的網(wǎng)上數(shù)據(jù)資源服務平臺，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源的互聯(lián)互通，資源的共享利用。

（4）安全性

多層次、全方位、整體的建立安全體系，對網(wǎng)絡傳輸、數(shù)據(jù)存儲、用戶身份認證、訪問資源及服務等各個環(huán)節(jié)提供安全措施。加強信息系統(tǒng)的安全建設，同時建立切實可行的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)和網(wǎng)絡安全的主動免疫屏障，保障應用數(shù)據(jù)安全可靠。

（5）可靠性和穩(wěn)定性

能夠保證系統(tǒng)24 小時不間斷運轉，系統(tǒng)主要設備采用冗余技術，保證無單點故障。使用防火墻等技術加以隔離，建立風險預警系統(tǒng)和應急處置機制，強化責任意識，形成重點應用系統(tǒng)全覆蓋監(jiān)測、全天候監(jiān)測保護體系和運行機制。

（6）經(jīng)濟性

在學院已有的信息化設施基礎上，充分利用虛擬存儲機制，整合現(xiàn)有硬件設備資源，形成內(nèi)部資源的調(diào)劑利用。降低了硬件運行維護成本及人員管理成本，大大提高了資源利用率。

3 智慧校園系統(tǒng)架構設計

智慧校園系統(tǒng)建設框架大體上可以分為五個建設層面，即基礎設施層、信息資源層、應用支撐層、業(yè)務應用層、用戶服務展示層。

（1）基礎設施層

基礎設施層是整個智慧校園系統(tǒng)的物理基礎層，由網(wǎng)絡平臺和設施云平臺構成。網(wǎng)絡平臺包括校內(nèi)有線無線網(wǎng)絡、校內(nèi)專網(wǎng)、校內(nèi)VPN 虛擬專網(wǎng)。設施云平臺即為基于云計算技術、虛擬化技術建設的智慧校園云數(shù)據(jù)中心。為智慧校園系統(tǒng)提供網(wǎng)絡連通、數(shù)據(jù)計算存儲及傳輸能力。

智慧校園系統(tǒng)信息資源層包含基礎數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)倉庫三個層面的數(shù)據(jù)庫。基礎數(shù)據(jù)庫主要為在校教師及學員提供個性化的服務，為各業(yè)務應用系統(tǒng)的建設，提供必要的基礎數(shù)據(jù)的支撐。業(yè)務數(shù)據(jù)庫是在為學院提供的教學、教務、科研、后勤、綜合辦公等應用系統(tǒng)產(chǎn)生業(yè)務數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)倉庫是應用系統(tǒng)長期運行積累的大量歷史數(shù)據(jù)，利用ETL 技術對這些數(shù)據(jù)進行有用信息抽取、格式編碼、清洗等操作，最終將應用數(shù)據(jù)裝載到數(shù)據(jù)倉庫中，構建全面、全鏈路的共性數(shù)據(jù)處理與服務能力，面向于上層各類業(yè)務的建設、迭代、變化等需求提供低門檻、高可用的數(shù)據(jù)服務。

（3）應用支撐層

應用支撐層由應用支撐平臺和公共數(shù)據(jù)平臺構成。應用支撐平臺由統(tǒng)一身份認證授權、統(tǒng)一工作流管理、統(tǒng)一智能平臺、統(tǒng)一信息發(fā)布平臺等構成，為智慧校園系統(tǒng)平臺提供數(shù)據(jù)支撐。公共數(shù)據(jù)平臺由各業(yè)務應用數(shù)據(jù)庫、公共數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫構成，數(shù)據(jù)支撐決策，實現(xiàn)“用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新”。

（4）業(yè)務應用層

業(yè)務應用層是整個智慧校園系統(tǒng)的核心，也是信息化建設工作與學院業(yè)務管理工作深度融合的關鍵。包括智慧教務、教學、科研、后勤、綜合辦公等系統(tǒng)構成，各業(yè)務系統(tǒng)之間相互關聯(lián)，保證各業(yè)務層子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)協(xié)同與共享。

（5）個人主頁展示層

個人主頁展示層是整個智慧校園系統(tǒng)的展示窗口。依據(jù)智慧校園系統(tǒng)用戶不同的身份角色，展示不同的頁面信息資源。不同的個人主頁將依據(jù)不同身份用戶的服務請求，集中調(diào)用業(yè)務應用層中各子系統(tǒng)的功能，將各子系統(tǒng)功能轉換為不同身份用戶所需要的一站式、一體化的智慧校園服務。

2014年，為深化轉型升級，公司在東莞橋頭鎮(zhèn)建設了力嘉環(huán)保包裝印刷產(chǎn)業(yè)園，該項目于2014年被東莞市委、市政府列入重大項目，項目分兩期開發(fā)建設，一期園區(qū)占地面積160畝，投資規(guī)模達6.8億元，已成功打造10萬平方米的自動化環(huán)保生產(chǎn)基地，目前已吸引超30家印刷包裝上下游企業(yè)入駐。此外，公司還精心打造了包裝印刷博物館、蘋果樹創(chuàng)客空間、包裝設計展廳、多功能會議廳、嘉湖觀休閑區(qū)等包裝印刷公共配套，并陸續(xù)把園區(qū)的配套設施共享給行業(yè)協(xié)會，實現(xiàn)資源共享。

4 智慧校園數(shù)據(jù)架構設計

4.1 設計思路

數(shù)據(jù)管理是一項較為復雜的工作，涉及數(shù)據(jù)的規(guī)范、生產(chǎn)與使用等多方面的內(nèi)容，需要適應校院信息化建設與使用過程中出現(xiàn)的各項具體情況，解決實際問題，全面保證數(shù)據(jù)服務質量。

總結多所同類型校院項目建設經(jīng)驗，按照“數(shù)據(jù)規(guī)范—數(shù)據(jù)生產(chǎn)（存儲、交換、監(jiān)管）—數(shù)據(jù)使用”的業(yè)務脈絡，以數(shù)據(jù)中心建設為核心，不斷擴展數(shù)據(jù)中心應用內(nèi)涵，構建全方位、立體式數(shù)據(jù)中心管理體系。

具體建設思路說明如下：

（1）數(shù)據(jù)規(guī)范

通過“樹型結構”信息化處理國家信息標準（含教育部、行業(yè)信息標準）和校院執(zhí)行標準，實現(xiàn)數(shù)據(jù)標準代碼集和數(shù)據(jù)集的導入、維護、變更與發(fā)布。

參照信息標準建設“數(shù)據(jù)模型”，將數(shù)據(jù)標準轉化為業(yè)務系統(tǒng)更容易使用的技術規(guī)則。業(yè)務系統(tǒng)引用數(shù)據(jù)模型建立數(shù)據(jù)表，保證數(shù)據(jù)表和表字段設計符合信息標準規(guī)范。

（2）數(shù)據(jù)中心建設

面對智慧學院多樣化的應用環(huán)境，我們對數(shù)據(jù)中心庫進行合理規(guī)劃，包括基礎數(shù)據(jù)庫、輔助數(shù)據(jù)庫、應用集中數(shù)據(jù)庫、主題數(shù)據(jù)庫和教學資源數(shù)據(jù)庫等。各類型數(shù)據(jù)庫相互配合，共同實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效存儲、規(guī)范管理與靈活調(diào)度。

（3）數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換服務、數(shù)據(jù)文檔交換

校院業(yè)務系統(tǒng)在建設時間、技術方案、業(yè)務管理等方面存在多種情況，單一的數(shù)據(jù)采集方式不能滿足用戶的全面需求。

通過數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、第三方數(shù)據(jù)交換產(chǎn)品（ODI）、數(shù)據(jù)交換服務、數(shù)據(jù)文檔交換多種數(shù)據(jù)交換與采集方式，保證任何兩個異構業(yè)務系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享基于一種安全、可管理的模式進行。任何業(yè)務系統(tǒng)的添加和修改不影響其他業(yè)務系統(tǒng)的正常運行。

系統(tǒng)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)交換過程，嚴格管控服務調(diào)用權限，及時提醒技術和業(yè)務人員跟進數(shù)據(jù)交換中出現(xiàn)的異常，確保數(shù)據(jù)交換安全和數(shù)據(jù)交換質量。

（4）數(shù)據(jù)質量管理

重視數(shù)據(jù)質量管理，實時校驗、跟蹤數(shù)據(jù)中心及各業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)質量、提供全面的數(shù)據(jù)質量檢測報告，及時跟進解決數(shù)據(jù)質量問題，同時盡量減少管理人員數(shù)據(jù)維護工作量。

（5）數(shù)據(jù)共享服務

充分利用數(shù)據(jù)中心建設成果，發(fā)布與管理數(shù)據(jù)共享WS 服務，方便第三方業(yè)務系統(tǒng)獲取信息數(shù)據(jù)，同時，加強數(shù)據(jù)權限控制，避免數(shù)據(jù)中心相關表結構對外直接開放，保護數(shù)據(jù)安全。

4.2 數(shù)據(jù)架構設計

數(shù)據(jù)中心采用頂層設計思路，以智慧校院信息標準建設成果為依據(jù)，從數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)目標到數(shù)據(jù)服務整個體系進行規(guī)劃，由數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)存儲與管理、數(shù)據(jù)服務等三部分組成。

數(shù)據(jù)交換方式支持數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換服務、數(shù)據(jù)文檔交換等多種方式，并提供完善的數(shù)據(jù)交換過程監(jiān)控、異常預警和日志審計功能。

架構主要采用分層架構，分為6 個部分：數(shù)據(jù)源層、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)治理運營、數(shù)據(jù)開放以及數(shù)據(jù)治理輸出成果。整個體系將充分支持智慧校院的各種綜合應用。

（1）數(shù)據(jù)源層：學院內(nèi)部及外部存在的各種數(shù)據(jù)源，包括業(yè)務系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)（以關系型數(shù)據(jù)庫中存儲的結構化數(shù)據(jù)為主）、IT設備中數(shù)據(jù)（以數(shù)據(jù)流輸出的日志類半結構化數(shù)據(jù)為主）、物聯(lián)網(wǎng)設備數(shù)據(jù)以及物聯(lián)網(wǎng)相關管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)采集層：即通過ETL、FILE、Flume、Kafka、MQTT等方式將上述數(shù)據(jù)采集到系統(tǒng)中，然后對數(shù)據(jù)進行清洗、轉換、解析、預處理等操作，使數(shù)據(jù)具備完整性、一致性、規(guī)范性等質量要求，然后導入到數(shù)據(jù)平臺中進行持久性存儲。

（3）數(shù)據(jù)治理運營層：對數(shù)據(jù)進行存儲、管理、發(fā)布、服務的一套軟件。生成校級層面全面、一致、權威的高質量數(shù)據(jù)倉庫，為智慧校園建設提供可信的數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)資源集約化、數(shù)據(jù)資產(chǎn)化，構建與學校發(fā)展保持一致的數(shù)據(jù)治理體系，依靠信息標準與規(guī)范體系指導或規(guī)范未來的信息系統(tǒng)建設，實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合共享的良性發(fā)展。

（4）為實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高質量、高可用，使用ODS 作為數(shù)據(jù)共享庫，數(shù)據(jù)共享庫將會繼續(xù)保留并被更新為數(shù)據(jù)治理之后的高質量數(shù)據(jù)，并與業(yè)務系統(tǒng)隨時保持數(shù)據(jù)一致，作為業(yè)務系統(tǒng)的備用數(shù)據(jù)中心庫，從而實現(xiàn)“雙活數(shù)據(jù)中心”架構。

（5）數(shù)據(jù)開放層：為了將數(shù)據(jù)資產(chǎn)進行完善的管理和發(fā)布，還要對數(shù)據(jù)進行對象管理、API 封裝、發(fā)布、授權等，并對開發(fā)過程進行管控，將開發(fā)好的應用程序進行發(fā)布管理。在數(shù)據(jù)開放之上，因為數(shù)據(jù)的維度更加豐富、體量更加完整，此時可以借助數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)挖掘、機器學習方面的大數(shù)據(jù)技術，對數(shù)據(jù)進行數(shù)學模型設計，使數(shù)據(jù)的價值得到更加深入的發(fā)掘。這些設計完成的模型，可以由大數(shù)據(jù)平臺的算法功能進行引入，并開放給開發(fā)者用于進行應用程序開發(fā)使用。

（6）數(shù)據(jù)治理輸出成果是在數(shù)據(jù)采集處理過程中，形成的各種輸出交付物，主要包括數(shù)據(jù)標準體系、數(shù)據(jù)管理知識庫體系、數(shù)據(jù)管理規(guī)范制度體系。

5 結束語

數(shù)據(jù)標準規(guī)范是學院智慧校園建設的基礎環(huán)節(jié)和必要步驟，數(shù)據(jù)資源的規(guī)范管理、共享與挖掘利用，是支撐院校治理體系和治理能力的重要基礎。統(tǒng)籌建設智能化教學、管理與服務為一體的智慧校園平臺，是全面推進教育信息化不斷深入的依據(jù)，是提高教學質量的重要參考，更是學院高質量發(fā)展的重要保障。