高等職業(yè)院校智慧校園多級平臺構建體系研究

李章勇 江 敏 吳俊峰 文 丹 王 振

（重慶電子工程職業(yè)學院，重慶 401331）

智慧校園是數(shù)字化校園的發(fā)展方向，是數(shù)字園區(qū)在特定空間中的應用。構建數(shù)字孿生校園，打造智慧化、智能化校區(qū)，提高學校信息化水平是高等職業(yè)院校深入推進教育現(xiàn)代化、踐行“管理體制、保障機制改革”必不可少的基礎支撐和重要保障，也是“雙高”建設的主要內(nèi)容之一。在工程標準方面，《中國教育現(xiàn)代化2035》提出要“加快信息化時代教育變革”。國家標準對以學校為單位的智慧校園架構進行了整體性的規(guī)劃，包含由基礎設施層、支撐平臺層、應用平臺層、應用終端組成的四層架構[1]，為單校智慧校園平臺建設提供了基礎，還在智慧城市場景下定義了數(shù)據(jù)融合概念模型，規(guī)范了數(shù)據(jù)匯集及應用的問題[2]。《職業(yè)院校數(shù)字校園規(guī)范》從教育教學、管理服務等方面規(guī)定了支撐職業(yè)教育教學模式和管理服務體系的技術體系，為職業(yè)院校的智慧校園建設提供了標準和支撐。在學術研究方面，曹曉明[3]通過對人工智能教育應用的技術基礎進行系統(tǒng)分析，提出了數(shù)據(jù)層、技術層、算法層、框架層、應用層5個部分的框架模型。陳鋒[4]就平臺化學習和“端、邊、云”協(xié)同的智能化計算架構進行了研究。黃艷等[5]從智慧服務體系等維度設計了一套智慧校園建設評價指標體系。現(xiàn)代職業(yè)教育數(shù)字校園平臺體系大多都是單級單校構建，本文根據(jù)職業(yè)院校常見的業(yè)務屬性和數(shù)據(jù)流向規(guī)則，提出一種多級智慧校園平臺構建體系。

1 平臺結構

我國高等職業(yè)院校大多以省（自治區(qū)、直轄市）為邊界，接受所在地的省級教育主管部門管理。部分共管共治的高等職業(yè)院校，其人事聘用、招生就業(yè)等多項業(yè)務也劃歸到省級教育主管部門。因此在多級平臺構建時，實質(zhì)上是校級與省級教育主管單位組成的兩級平臺。學校是絕大部分業(yè)務數(shù)據(jù)的產(chǎn)生地，校內(nèi)各部門通過角色權限管控不同的業(yè)務，實現(xiàn)校內(nèi)跨部門間的業(yè)務和數(shù)據(jù)往來。主管部門是必要業(yè)務數(shù)據(jù)的使用和匯集地，通過對各個學校同類數(shù)據(jù)的匯集，產(chǎn)生一些管理屬性的業(yè)務。兩級平臺構建的關鍵在于數(shù)據(jù)的共享，在校級平臺產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中，教育主管單位要能實現(xiàn)對具備管理需求業(yè)務數(shù)據(jù)的共享共通，跨校數(shù)據(jù)之間的流轉(zhuǎn)也需要主管單位授權。

兩級平臺結構如圖1所示。

圖1 職業(yè)院校智慧校園兩級平臺結構

結構化數(shù)據(jù)是可以由二維表結構來邏輯表達和實現(xiàn)的數(shù)據(jù)，也稱為行數(shù)據(jù)。結構化數(shù)據(jù)嚴格地遵循數(shù)據(jù)格式與長度規(guī)范，主要通過關系型數(shù)據(jù)庫進行存儲和管理。非結構化數(shù)據(jù)是指不方便用數(shù)據(jù)庫二維邏輯表達的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結構不規(guī)則或不完整，沒有進行預定義的數(shù)據(jù)模型，如圖片、視頻以及音頻等。

視頻圖像采集系統(tǒng)（VICS）位于兩級平臺。下級平臺用作接入高清相機、抓拍機等視頻圖像采集設備，對視頻和圖像兩類非結構化數(shù)據(jù)進行采集；上級平臺用作對各下級平臺的接入設備進行級聯(lián)管理。該系統(tǒng)可配合提供校園安防、車輛管理、人員軌跡等視頻圖像支撐的應用。例如某省組織考試時，省級教育主管部門可通過級聯(lián)數(shù)據(jù)進行多校統(tǒng)一視頻巡考。

視頻圖像分析系統(tǒng)（VIAS）位于兩級平臺，將本級VICS采集的非結構化數(shù)據(jù)解析成結構化數(shù)據(jù)，可參照《公安視頻圖像分析系統(tǒng)》（GA/T 1399.1—2017）標準構建。

對于下級VIAS，需要將本級VICS采集的所有視頻或圖片數(shù)據(jù)中的人、車、物等信息進行特征提取，提供特征比對的功能。

對于上級VIAS，一般僅用作支撐本級圖片特征解析、特征比對等少量智能化應用。VIAS提取的結構化數(shù)據(jù)量級較大，一般需要用基于大數(shù)據(jù)和云存儲技術構建的大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行存儲和管理。VIAS為課堂考勤、門禁管理、校園安防等下級平臺智能化功能提供能力支撐。

大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（BMS）位于兩級平臺，下級平臺管理本校所有結構化數(shù)據(jù)，是本級所有業(yè)務開展的數(shù)據(jù)來源。上級平臺管理所有級聯(lián)學校指定的結構化數(shù)據(jù)以及部分上級平臺產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，支撐高職院校和主管單位之間的業(yè)務往來以及不同高職院校之間的業(yè)務往來。BMS管理數(shù)據(jù)量極大，通常依賴大數(shù)據(jù)技術和云存儲技術使用和存儲數(shù)據(jù)。

物聯(lián)網(wǎng)終端接入系統(tǒng)（I-TAS）位于下級平臺，接入了各校諸如火警探測器、一卡通刷卡機等所有物聯(lián)網(wǎng)終端設備。該系統(tǒng)用于采集校內(nèi)人、車、物所產(chǎn)生的結構化動態(tài)數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)通過消息隊列推送至本級BMS。

跨網(wǎng)域邊界系統(tǒng)（CDBS）位于智慧校園系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間，將VICS和BMS中的數(shù)據(jù)發(fā)送到諸如公安視頻專網(wǎng)、智慧城市專網(wǎng)等其他網(wǎng)域的第三方平臺，實現(xiàn)跨網(wǎng)域之間的數(shù)據(jù)流動，完成智慧校園作為智慧城市一部分的特定使命。

級聯(lián)網(wǎng)關（C-GW）位于上下級平臺之間，將下級VICS、I-TAS和BMS中的數(shù)據(jù)級聯(lián)推送到上級相應系統(tǒng)，實現(xiàn)跨層級之間的數(shù)據(jù)流動。

2 校級平臺功能架構

在構建的智慧校園兩級平臺中，因主要業(yè)務需求的差異，高職院校所在的下級平臺與主管單位所在的上級平臺功能差異較大。根據(jù)業(yè)務需求導向的應用功能構建也需要分開進行，但其數(shù)據(jù)管理和智能化能力的基礎設施基本一致。

校級平臺的功能構建以校內(nèi)業(yè)務開展為主，同時兼顧與上級部門和兄弟院校之間的部分業(yè)務。校級平臺的功能架構由感知層、基礎資源層、平臺層和應用層構成。

校級平臺功能架構如圖2所示。

圖2 校級平臺功能架構

感知層包含校內(nèi)各類采集、感知數(shù)據(jù)的專用設備及供師生、管理者等用戶使用的智能終端、設備或場所，還包含用于執(zhí)行智能決策命令的控制終端。感知層是校內(nèi)業(yè)務開展和自動化執(zhí)行的基礎。

基礎資源層包括用作數(shù)據(jù)傳輸、計算、存儲的實體或虛擬資源。例如服務器、計算設備、存儲設備和交換機等實體資源以及固定或移動寬帶、虛擬機、容器等虛擬資源。

平臺層包括提供數(shù)據(jù)融合、ETL等數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)服務平臺；提供算法管理、任務調(diào)度等視頻圖像解析比對的智能圖像分析平臺；提供用戶、角色權限、統(tǒng)一認證等功能的綜合管理平臺；終端設備運維、平臺或數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)開放共享等功能。

應用層分為業(yè)務中臺和一站式服務大廳。業(yè)務中臺基于中臺思維構建，為一站式服務大廳中的微服務提供API或直接在其門戶網(wǎng)站中進行功能開放。一站式服務大廳是直面用戶、最樸素便捷的智慧校園使用窗口，其中分級分類集合了整個系統(tǒng)能支撐的所有服務入口。一站式服務大廳中的每個服務均使用微服務構建，直接調(diào)用平臺層或業(yè)務中臺的API完成局部功能的構建。每個類別的業(yè)務通常需要根據(jù)其業(yè)務特征開放多個微服務供用戶使用，各微服務或業(yè)務中臺服務的數(shù)據(jù)實質(zhì)上在平臺層互通。

初期投入大量聚焦在平臺層和部分基礎資源層，后期可根據(jù)實際業(yè)務需求逐步部署相應的感知設備和應用。

3 上級平臺功能架構

職業(yè)院校主管單位的上級平臺一般都是省級教育主管單位，是省級教育行政部門，其行政屬性較強，且大多省（自治區(qū)、直轄市）都統(tǒng)一規(guī)劃了各個行政部門的政務平臺，因此作為智慧校園上級平臺，其構建思路主要圍繞上級與下級平臺間的業(yè)務需求以及不同下級平臺間的業(yè)務需求。上級平臺的功能架構仍然由感知層、基礎資源層、平臺層和應用層構成，其功能架構與校級平臺功能架構相似。

上級平臺的感知層是輔助其完成下級平臺管理的數(shù)據(jù)采集和控制執(zhí)行等設備的集成，基礎資源層是支撐上級管理平臺運行的計算、存儲、網(wǎng)絡等設備資源的集成。上級平臺不參與實際動態(tài)業(yè)務數(shù)據(jù)的感知和傳輸，因此相應資源會被弱化。但數(shù)據(jù)匯集后對計算和存儲資源的依賴一般高于下級平臺。

上級平臺的平臺層功能分類與下級平臺基本一致，都是各自平臺數(shù)據(jù)應用和智能化應用的中樞。但因為其業(yè)務需求的差異，上級平臺的平臺層功能也需要差異化構建。

上級平臺的應用層仍然包含業(yè)務中臺和一站式微服務大廳，各自的構建方法也與下級平臺基本一致，差異在于上級平臺應用層匯集的是上、下級之間的業(yè)務以及支撐不同下級之間業(yè)務開展的業(yè)務。例如上、下級平臺均有科研管理，如果上級平臺發(fā)布某項目申報通知，相應通知會根據(jù)送達范圍自動下發(fā)到各下級平臺，各職業(yè)院校師生在下級平臺的科研管理中進行項目申報，學校組織評審后在下級平臺給出推薦結果，相關推薦項目將會直接流轉(zhuǎn)到上級平臺的科研管理模塊，以接受項目發(fā)布單位的再次評審。

4 結語

本文在分析現(xiàn)代職業(yè)院校智慧校園構建方式的基礎上，提出了高等職業(yè)院校智慧校園多級平臺體系構建的方法。針對我國職業(yè)院校管理的模式，圍繞學校所在的下級平臺和主管部門所在的上級平臺進行兩級平臺構建，以充分支撐院校內(nèi)部、院校與主管單位、院校與院校之間的數(shù)據(jù)和業(yè)務。在平臺功能的構建上，提出了校級平臺功能架構和上級平臺功能架構，對各架構中的功能特征和差異點進行了說明，從邏輯上對本文所述多級平臺構建方式進行了功能驗證。在構建方式上，可進一步對智慧校園平臺與外部第三方平臺的聯(lián)系和方式進行研究。