大數據在智慧校園建設中的應用研究

黃偉豐

（北京福富軟件技術股份有限公司福州分公司 福建 福州 350001）

0 引言

大數據在促進當前社會發展的過程中發揮著重要的作用，將大數據應用到智慧校園的建設過程中，能夠通過數據共享和分析來滿足加快高水平的校園建設的要求。而在當前信息技術不斷發展的背景下，大數據技術應用的范圍也越來越廣。對大數據在智慧校園建設中的應用進行分析，能夠結合具體的分析結果，為當前我國智慧校園的建設提供一些建設和發展的經驗。

1 大數據與智慧校園

1.1 高校大數據

大數據是依托現代信息技術建立起來的，能夠在網絡應用中體現出大容量、多類型、存取速度快等特點的一種數據集合。在大數據誕生之初，通常將其應用于IT 行業，而隨著大數據的應用價值逐漸被發現，現階段，大數據已經能夠被廣泛地應用于計算機、數學、金融以及統計學等領域，在為各個行業和領域提供發展條件的同時，也對促進社會的發展起到了積極的作用。從當前我國社會的發展情況來看，各種類型的數據資源共享開放已經成為能夠促進行業產業發展的有效措施[1]。在依托大數據發展的過程中，不僅需要注重保障各種數據信息的網絡安全，還需要充分發揮大數據在促進行業發展、提高服務質量水平等方面的作用，才能夠更好地讓大數據為促進我國社會整體的發展提供助力。

將大數據應用到高校信息化建設的過程中，是大數據與教育的首次融合形式，而在高校信息化建設和發展的過程中，高校大數據能夠呈現出以下幾個方面的特點：首先，學生是各種數據產生的主體，具體單一性的特點[2]。其次，高校信息化建設中的教務系統、學工系統、招生系統、收費系統都是數據的主要來源，呈現出來源豐富的特征。第三，收集到的數據信息不僅量大，而且結構具有更多樣化的特征。第四，盡管高校有意識地將各種數據信息收集起來，但尚未實現對各種數據信息的有效處理，使得被收集的各種數據信息利用率較低。第五，盡管高校內部能夠實現對于信息的及時收集和處理，但高校與高校之間尚未形成數據信息的共享和聯動機制，不僅會出現信息數據重復采集的情況，還會產生信息孤島的現象，從而影響到高校信息化的建設成果[3]。

在這種情況下，以建設智慧校園為主要目標，充分發揮大數據和信息化建設在促進高校教育發展中的作用，不僅能夠實現對大量數據信息的有效處理，還能夠有效解決信息孤島等問題的存在，并對促進高校之間的交流與合作起到重要的作用。

1.2 智慧校園

智慧校園是當前一種新型的校園建設和發展的模式，以大數據、云計算和物聯網等技術為基礎，在結合校園信息化建設發展趨勢的基礎上，讓信息化系統運行中的各種數據進行有效的分析和運用，以此來更好地滿足促進教育教學以及校園管理等工作水平不斷提高的要求，滿足當前學生群體的學習要求，并通過對各項數據的有效分析來及時發現當前各項校園工作開展過程中存在的問題，為師生營造一個更加和諧、舒適的校園環境奠定良好的基礎[4]。在這個過程中，智慧校園能夠以為師生提供更好水平的建設服務為主要目標，在滿足師生學習和工作開展要求的同時，以更加先進的技術來為師生提供更加個性化的服務。

大數據是能夠實現智慧校園建設的基礎技術，促進現代信息技術和教育教學工作的有效融合、各種教育教學資源和數據的信息共享，都離不開大數據技術的支持。充分發揮大數據在建設智慧校園中的作用，能夠有效解決智慧校園建設中存在的一些實質性問題，從而更好地滿足提升校園質量、提高教學服務水平等方面的目的。

2 大數據在智慧校園建設中應用的具體分析

建設智慧校園是我國為了實現促進教育信息化建設和發展需要采取的必然措施，智慧校園的建設工作目前是以高校為基礎的，通過建設智能化的網絡服務評價架構，滿足對于教育現代化的建設和發展要求[5]。大數據技術是智慧校園建設的重要組成部分，對促進智慧校園的建設具有重要的作用。在對大數據在智慧校園建設中的應用進行分析時，主要可以從以下幾個方面來入手。

2.1 構建高校智慧校園建設框架

智慧校園的建設需要遵循國家對于智慧校園和教育信息化建設的主要規范，按照目前我國對于建設智慧校園提出的要求，在構建高效智慧校園建設框架時，需要包括基礎設施層、支撐平臺層、應用平臺層、應用終端以及信息安全體系5 個主要的部分。

基礎設施層以數據庫、服務器、感知設備和校園內部的基礎設施為主，能夠為智慧校園的建設提供網絡搭建、網絡通信、數據存儲等方面的功能，有效滿足數據采集、存儲、網絡傳輸等方面的要求；支撐平臺層需要以云計算和大數據為基礎來搭建核心技術結構，從而在智慧校園建設中起到承接應用平臺層和聯系基礎設施層的作用；應用平臺層是教師和學生能夠接觸到的智慧校園的構成部分，是能夠為教師和學生提供智慧服務的重要平臺；應用終端是為師生提供智慧服務的主要載體，能夠用于智能手機、平板以及各種移動端設備，讓教師和學生在校園內能夠隨時隨地借助信息平臺共享教育資源；信息安全體系則是能夠有效保障整個智慧校園系統運行安全的重要依據，能夠貫穿于整個智慧校園的建設過程中，能夠有效保障各類信息的安全。

在以此為大的標準構建高校智慧校園建設框架時，需要充分認識到校園設備以及網絡空間的重要性，以搭建一個完整的網絡空間為主要目標，讓智慧校園能夠實現對于校園環境和校園內部各種隱蔽角落的有效監控，將信息安全體系貫穿到整個智慧校園的建設過程中，以此來更好地發揮保障校園安全的作用。在這一前提下，智慧校園的建設框架主要包括4 個方面的內容：首先，在感知層借助RFID、WSN、ZigBee 等技術，及時獲取校園環境以及學習活動中產生的各種數據，并依據這些數據來實現對于各種校園設施工作狀態的有效監控。其次，網絡層需要將校園網、互聯網、移動網以及物聯網結合起來，讓信號傳輸服務能夠覆蓋到校園的每個角落，從而為師生提供更加便利的學習條件。第三，數據層主要依據數據庫、數據集成、云計算平臺、數據挖掘平臺、校園一卡通平臺、數據智能分析等來實現校園內部各項信息的有效整合。第四，應用層主要包括智慧教學、綠色校園、智慧管理、智慧生活以及平安校園5 個方面的內容。在建設智慧校園的過程中，依據這些具體的框架內容來實現對于智慧校園機制的建設，能夠對營造更加和諧的校園環境起到重要的作用。

2.2 基于大數據技術設計高校智慧校園一體化平臺

搭建智慧校園一體化平臺，是建設智慧校園過程中最為重要的一項內容。以大數據技術為基礎來設計高校智慧校園一體化平臺，能夠依據大數據技術擁有的數據庫、數據挖掘、分布式文件系統以及云計算等具體的技術內容，實現對各項校園數據信息的有效整理和分析，并依據最終的分析結果來為高校各項決策的制定提供更加科學的依據。

在設計高校智慧校園一體化平臺的過程中，首先需要充分認識到一體化平臺是一種能夠呈現出復雜多樣特點的信息資源管理平臺，從本質上來說，一體化平臺的建設能夠實現對各種信息資源的有效管理，而大數據基礎本身也是能夠對信息資源進行處理的一種技術方法，再加上大數據擁有更龐大的信息存儲空間，在保證校園內部各項信息能夠被即時處理的同時，也能夠確保資源信息處理結果的準確性。從這種意義上來說，基于大數據技術設計高校智慧校園一體化平臺，不僅能夠滿足基本的數據信息資源收集和處理的需要，還能夠更好地為師生提供定制化的服務，從而進一步提高校園服務的質量和水平。具體來說，在以大數據技術為基礎設計高校智慧校園一體化平臺的過程中，可以將一體化平臺的框架具體分為3 個大的部分：應用層、平臺以及數據層。在應用層主要為師生提供學生管理、教務管理、科研管理、后勤服務以及資源查詢等方面的內容；平臺主要能夠支撐一卡通、學工系統、教務系統、科研系統、后勤系統、圖書館系統的運行；在數據層則具體包括業務數據、日志源等內容。需要注意的是，在依據以上框架設計高校智慧校園一體化平臺時，不僅需要注重數據信息的及時收集和處理，還需要提高對教學管理工作的重視程度，在校園建設的過程中將教學、教研、管理等方面的工作有機結合起來，以此來更好地滿足校園信息化和智慧化的建設要求。

2.3 建立校園建設一體化平臺數據采集模塊

對于智慧校園一體化平臺而言，數據采集模塊是否能夠正常運行，直接關系到智慧校園的最終建設成果。在完成一體化平臺的建設任務之后，就可以依據一體化平臺來實現數據的采集功能。對于一體化平臺的數據采集模塊來說，具體可以將其劃分為內部采集模塊和外部采集模塊兩個主要的內容。本文著重分析的就是這種內部采集模塊。內部采集模塊主要針對的是校園內部各項數據的采集工作，應用線上采集和線下采集兩種具體的方式，線上采集主要針對的是各種網絡日志和操作日志數據。線下主要是借助互聯網技術來滿足對于校園信息自動采集的相關要求。在進行內部數據采集的過程中，可以借助樸素貝葉斯算法來滿足數據挖掘的要求。

在應用樸素貝葉斯算法時，首先需要假設樣本集為X={x1，x2，…，xn}，并在假定有j 個分類的前提下，將樣本集用bj 的形式表現出來，然后再依據給定描述對象的屬性值＜a1，a2，…，an＞，就可以將目標值表示為：

V=argmaxP（bj）ΠP＜a1|bj＞

在該表達式中，P（bj）表示概率，P＜a1|bj＞表示后驗概率。

在完成數據挖掘和采集的任務之后，及時將各種數據信息保存到一體化平臺當中，借助平臺中的技術來滿足將數據從非結構化到結構化的轉換要求，從而轉換后的結構化的數據能夠更好地滿足智慧校園建設和管理的要求。

2.4 實現高校智慧校園的大數據架構

在進行高校智慧校園大數據架構的過程中，無論是數據資源的采集還是分析處理，都需要建立在對高校校園內部建設情況熟練掌握的基礎上，才能夠更好地促進智慧校園的建設和發展。結合我國高校智慧校園的建設情況來看，建設高校智慧校園的基礎架構，按照基礎設施的標準劃分為建筑、交通、能源、通信、生態以及科學6 個主要的類型。其中，建筑類主要包括教學樓、實驗樓、科技樓和學生活動中心；交通類主要包括停車場、候車區、停車棚、公交站牌；能源類主要包括供水、供電、供暖等方面；通信類主要包括有線、無線通信設備、快遞收發等內容；生態類主要包括各種維護生態平衡的設施；科學類主要包括各種能夠為研究人員提供良好科研環境的物質和技術。在建設高校智慧校園大數據架構的過程中，充分發揮數據中心、文獻檢索等教學管理系統的作用，能夠更好地滿足建設智慧校園的目的和要求。

2.5 仿真實驗和具體的應用場景

仿真實驗是能夠有效驗證智慧校園一體化平臺是否符合實際高校建設發展要求的有效途徑。在基于大數據技術基礎上建設智慧校園時，首先需要在準備實驗的過程中確定好用于實驗的樣本選取方式。在高校內部選取實驗樣本對象時，需要從本科學生、研究生學生、博士生、研究員、教師和輔導員、教授、管理人員等隊伍中選取合適的比例進行實驗。而在依據這些數據來對智慧校園一體化平臺的服務能力進行實驗時，需要依據測算公式來實現：

Pi=xi+rand(0，1)×（yij-xi）

在該式中，Pi表示數據響應時間，xi表示誤碼率，rand(0，1)表示一體化平臺數據庫規模，yij表示實際的查詢情況。表1 為某一種高校智慧校園一體化平臺的實驗測算結果。

表1 一種高校智慧校園一體化平臺的測算結果

從表1 可以看出，在經過5 次測算之后，數據響應時間的平均值為53 ms，誤碼率能夠達到0.3%以下，數據庫規模的平均數為122.7 TB，且查詢次數均能夠達到10 000次以上。

而從現實的角度來說，智慧校園是當前我國高校建設發展的主要方向和趨勢，也是能夠實現高校信息化建設目標的一個重要途徑。基于高校校園內部不同群體的需求不同，一體化平臺在實驗過程中呈現出來的良好性能，不僅能夠為不同群體提供各種類型的信息服務，還能夠在保證信息準確性的前提下，通過提高校園管理水平來更好地滿足促進智慧校園和信息化建設發展的需要。舉例來說，在現實的校園場景當中，智慧校園一體化平臺能夠被應用到學校各個部門業務開展和可視化展示的工作當中，滿足學校對于招生情況的展示以及改善生源情況等方面的業務要求；智慧校園一體化平臺還能夠被應用到減少安全事故發生概率中，借助智慧校園中應用的大數據技術，對校園內部學生的行為軌跡進行實時監測，針對一些存在異常的行為能夠及時預警，從而有效減少各類安全事故的發生概率；智慧校園一體化平臺還能夠被應用到教學管理工作當中。在開展教學工作的過程中，從教學任務大數據、學生培養大數據的收集和分析結果的角度，讓教師能夠對學生當前的學習情況進行及時準確的了解。這樣不僅能夠讓教師為制定各種針對學生的教學方法提供更加科學的依據，還能夠對優化教學進度、調整改善教師應用的教學模式起到重要的作用。

3 結論

綜上所述，大數據在智慧校園建設中發揮著重要的作用。結合當前我國智慧校園建設發展的實際情況來看，無論是教學管理、科研分析還是生活服務，都需要借助大數據技術的作用，才能夠更好滿足建設智慧校園的發展要求。在以大數據技術為基礎建設智慧校園的過程中，不僅需要注重整體框架的搭建，還需要從平臺建設、數據采集和大數據架構等方面來對智慧校園的建設進行補充和完善，才能夠更好滿足智慧校園的建設需要和發展要求。