智慧校园一卡通与图书馆系统对接探究

王永建　王海兵　周显　张鑫　刘永涛

摘要：智慧校园中一卡通系统与图书馆系统的有效对接非常关键，为此进行了系统对接探究。首先设计了一卡通系统架构，描述了各层功能。然后设计了系统对接方案和接口对接方案。这些设计思路在一些实际项目中已运用，效果良好。

关键词：一卡通；图书馆系统；Web服务；XML

中图分类号：TP393 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003 6970.2016.05.027

本文著录格式：王永建，王海兵，周

显，等.智慧校园一卡通与图书馆系统对接探究[J].软件，2016，37（5）：111-114

0.引言

图书馆作为大学校园中书籍、文献、资料保存与管理，信息检索与传播，图书借阅、出版等职能的机构，在教学、科研、文化传播、校园生活中至关重要。近些年云计算、大数据、RFID（Radio

Frequency Identification）等信息技术的发展，深刻着影响着教育的变革与发展，也对大学图书馆产生着重大影响。

教育部近些年大力推动智慧校园规划与建设的创新工作。2015年7月8日，教育部、清华大学等机构举行了“2015智慧校园规划与建设暨高校信息化峰会”。2016年2月2日，教育部印发了《2016年教育信息化工作要点》的通知。一卡通在智慧校园中应用广泛，与图书馆更是联系紧密。不过，现有学校图书馆系统往往建设比较早，信息化水平不够高，或者信息技术方式单一等，因此图书馆系统与校园一卡通系统的有效对接、升级改造十分重要与必要，本文对此进行了探究。

1.总体设计

1.1一卡通系统架构

本文的智慧校园一卡通系统采用B/S服务模式，系统架构分为四层，从底层往上依次为物理层、数据层、中间件层、应用层。如图1所示。

（1）物理层：是整个一卡通系统运行的基础信息设施，包括感知层的前端机具、卡片、传感器、网络设备、服务器、磁盘阵列等物理设备，以及设备之间互联的物理接口。

（2）数据层：由一卡通中心数据库与灾备中心组成，包括数据缓冲服务系统、数据调度系统、服务组件、技术组件、安全管理系统等。实现校园一卡通系统数据的采集、处理、存储、管理与容灾、备份、检索等。

（3）中间件层：实现一卡通中心数据库与应用层的隔离，屏蔽用户直接对数据库的操作，以保证数据的安全。传统的RMI、CORBA、DCOM等中间件方式已经不能适应Internet发展的需要，本文采用Web Service技术。

（4）应用层：是用户能够感知、体验到的业务系统，可概括为核心系统、自助服务、其它应用三类。

1.2开发环境

1.2.1J2EE技术

采用基于Java平台的J2EE技术，不仅具备Java2平台、标准版（J2SE）的许多特性，并添加了对EJB组件、Java Servlet、JSP及XML（Extensible MarkupLanguage）技术的全面支持13]。系统采用轻量级SSH（Struts Spring Hibernate）开源框架，构建于B/S三层应用体系结构之上，将复杂的业务逻辑、流程控制逻辑和数据存取逻辑在不同的层面上实现。在应用服务器之上，实现业务逻辑的快速部署和灵活调整，充分保证数据库系统的安全可靠访问。

系统要求支持Oracle、DB2、My Sql等主流关系型数据库，利用XML作为系统接口的数据交换标准进行信息资源整合；在应用支撑平台上采用Web Services基于XML的标准化接口定义。

1.2.2基于Java的NIO的Socket网络编程技术

传统Java的I/O是基于流的方式，因此I/O被认为是单个字节移动，采用被称为Stream的对象每次移动一个字节。利用传统Java的I/O建立的SOCKET服务器接收客户端连接，适用于为每一个连接建立一个线程，但是如果连接数据量巨大时，服务器的开销非常巨大。

为解决这个技术难点，本文采用Java NIO技术，这时I/O采用面向块的思想，以块的方式处理I/O数据，每一个操作在一步中生产或者消耗一个数据块，NIO将最耗时的I/0操作（填充和提取缓冲区）转移回操作系统实现，因而极大地提高了效率。

2.系统对接方案

2.1对接实现目标

校园卡替代图书证：在图书馆可以使用图书证的地方都更换为使用校园卡作为有效证件，实现校园“一卡通行”。

统一收费管理：图书馆中用户所产生的费用，都可以从校园卡中扣除，满足学校的财务管理制度。

图书信息共享：学生、教职工等用户，只需在一卡通系统中提供一次个人基本信息，其它业务系统即能共享用户信息，用户就能享有校园里各个系统的服务。

2.2对接改造原则

2.2.1校园卡与图书证的过渡

暂时保留图书证，系统对接完成后，图书证将逐步被一卡通校园卡替代，以保证所有的图书馆用户都可以使用校园卡借书为止。

2.2.2条形码生成系统改造

图书馆提供所有读者的条形码数据或条形码产生规则，校园卡中写入条形码信息。通过安装一卡通软件和相应的读卡设备，实现在图书馆借还书，通道门禁处可以使用校园卡作为通行证，减少图书馆系统的开发和改造。

2.2.3借还书业务端对接

保留原激光条码扫描仪，安装校园卡读卡器；安装扫描助手程序在借还书的客户端电脑上。扫描助手在图书借阅端的应用模式下（虚线表示新增加功能），条码扫描仪和扫描助手，两者功能相同，信息源不同，前者是图书证，后者是卡。工作模式如图2所示：

使用方式：在原扫描条码的界面中，校园卡在读卡器上刷卡后，即可检索出个人的借阅信息，界面弹出个人信息的小窗口，可加载照片信息。

过渡期间（在两证并行期间）：校园卡若丢失，需挂失校园卡，挂失的校园卡不能在图书馆借书；图书证若丢失，需挂失图书证，挂失的图书证卡不能再借书。

说明：该工作模式下，需要图书馆提供图书证号或图书证号的生成规则。

2.2.4收取罚款或缴费

读卡器支持借还书、缴纳超期归还滞纳金、缴纳物品（如书籍、图书设施等）损坏赔偿金等。在过渡阶段，读卡器将交费记录先存到图书馆系统中的结算系统，然后将交费记录反馈给校园一卡通结算系统；对接完成后，读卡器将交费记录直接反馈给校园一卡通结算系统。

2.3系统对接拓扑

一卡通系统与图书馆系统对接，建议采用数据网关的方式。要求数据网关支持双网卡，或者通过交换机同时与一卡通系统和通图书馆管理系统互联。如图3所示：

（1）数据网关主要实现图书馆系统与一卡通数据中心之间的数据交换，保证数据同步和身份认证，为图书馆系统识别校园卡提供认证依据。

（2）校园一卡通用户的信息同步到数据网关中，如新增读者，挂失、解挂、补卡换卡、注销、重要字段的修改等信息。

（3）校园卡的身份认证提供2种方式：①在线认证，一卡通数据中心将校园卡的身份信息同步到-数据网关上，读卡器将读取的卡片信息在数据网关上进行认证；②离线认证，数据网关将一卡通数据中心同步过来的身份信息下发到借阅点客户端电脑上或者前端机具上（如读卡器、扫描枪），即使网络中断，在短时间内仍能正常使用，网络恢复后自动更新数据。从安全考虑，建议2种方式混合使用。

本方案在保证数据同步的同时，亦能保障在数据网关与一卡通数据中心网络中断，或者借阅点与数据网关网络中断时图书馆业务的正常运行，提升系统的安全性与可靠性。

3.接口对接设计

3.1接口要求

智慧校园中图书馆系统的接口主要实现有：收费和数据交互两种。收费类功能根据交费方式分为批量收费、小额脱机收费、联机收费和网上收费。要实现一卡通系统与图书馆系统之间的有效对接，接口应采用报文交换和卡数据交互两种方式相结合。

（1）报文交换：实现智慧校园查询图书馆系统中的借阅信息、交费信息、交费结果，以及两个系统之间交换数据。

（2）卡数据交互方式：图书馆系统通过调取一卡通中心数据库读取卡片上数据。

3.2接口选择

3.2.1应用层接口

对于B/S模式的第三方系统接入一卡通系统，若采用应用层接口互联，接口的方式可以是.dll和.JavaPackage等形式。

接口程序中将第三方系统智能卡的读写、认证、消费、考勤等具体应用进行封装，只需要第三方应用系统对程序进行相应调整即可，如图4（a）所示：

3.2.2中间件层接口

中间件层统一定义所有的接口规范，制定严格的数据数据访问策略，必须通过数据访问层才能访问数据库。支持异构数据库操作系统，数据访问层要求标准的接口定义，后台数据库操作系统的变化，前台的应用系统无需变化。

对于基于Web Service的第三方应用系统，根据对接需要为第三方提供相应的Web Service接口，采用XML格式，如图4（b）所示。

Web Service接口分为调用方法与调用实体实现，在校园一卡通与银行或者其它支付系统的电子账户接口中，建议采用调用实体方法，不仅提高安全性，并且方便编程。基于SOAP的Web Services虽然可以解决跨Internet的异构访问问题，但是需要进行定制，管理和调用接口变得比较复杂。本文采用REST Web Services，既能容易的实现异构系统之间调用，又能充分利用HTTP协议。

3.3接口设计

3.3.1读者数据同步

（1）新增读者数据同步

校园卡的用户信息可以做为读者信息使用，一卡通数据中心实时或定时将读者信息发送至图书馆系统中。

（2）离校读者数据同步

离校读者（如毕业、退学、肄业、转学、开除等）信息，由一卡通数据中心实时或定时将读者信息发送至图书馆系统中进行清除。

3.3.2黑名单同步

挂失的校园卡，或者其它原因列入黑名单的校园卡，由一卡通数据中心实时或定时将读者信息发送至图书馆系统中，拒绝为黑名单用户提供借书或者其它服务。

3.3.3校园身份验证

校园卡在借书时，图书馆系统必须对校园卡的合法性进行认证，并支持多种验证方式。（1）图书馆系统验证，黑名单由一卡通数据中心同步到图书馆管系统中，在图书馆系统中进行认证。（2）校园卡中心系统验证，到校园一卡通数据中心或者数据网关进行在线认证。（3）离线状态验证，如挂失或者其它原因列入黑名单的校园卡，一旦在POS机或其它前端机具上使用，就会被打上“禁止”标识，保证前端机具在离线状态下能够验证。上述几种方式可单独使用，亦可混合使用。

3.3.4识别借书证号

校园卡和条码卡不一样，条码卡上印刷有条形码，学生借书时，用扫描枪直接扫描出条码即可。但校园卡的读者证号信息是存储在校园卡内的，建议仍使用读卡器的方式，但图书的扫描还需要扫描枪。

3.3.5通道机对接身份验证

图书馆门口设置有通道机，只允许刷卡才能开门。通道机亦可采用宽松认证，没有借书权限人也可以通过通道机，根据图书馆的管理规定进行灵活的权限控制。可以更换现有通道机读卡器实现与通道系统的对接。

4.结束语

智慧校园建设过程中，一卡通系统与图书馆系统对接十分重要，本文对此进行了探究，相关成果在实际项目中已开始运用，效果良好。图书馆系统与一卡通系统对接涉及的内容广泛，这里仅涵盖了其中一部分。另外，随着信息化新技术的不断涌现，智慧校园将产生新的建设理念、业务应用、服务模式，对一卡通系统与图书馆系统对接将提出新的标准与要求，将会有更多的技术手段与实现方案。