“互联网+智慧校园”的立体架构及应用研究 *

王 曦

(南阳师范学院 软件学院，河南 南阳 473061)

“互联网+智慧校园”的立体架构及应用研究 *

王 曦

(南阳师范学院 软件学院，河南 南阳 473061)

随着“互联网+”时代的到来，互联网为智慧校园建设带来了机遇和挑战。“互联网+智慧校园”意味着将互联网和智慧校园深度融合，具有新的技术形态、数据形态、组织形态、空间形态、结构形态和关系形态。该文构建了由校园感知层、数据传输层、数据智能处理与存储层、支撑服务层、应用服务层、智慧应用层6个横向的层次，标准与评估体系、安全保障体系2个纵向体系组成的“六横两纵”智慧校园立体技术体系架构，并以智慧管理、智慧实验室为例介绍了智慧校园的智慧应用，对“互联网+智慧校园”建设进行了初步探讨，旨在为“互联网+”背景下的智慧校园建设提供参考。

“互联网+”；智慧校园；智慧管理；智慧实验室

一、引言

2015年3月5日，十二届全国人大三次会议上李克强总理首次提出“互联网+”行动计划。2015年10月，中国共产党第十八届中央委员会第五次全体会议公报指出：实施网络强国战略，实施“互联网+”行动计划，实施国家大数据战略，推进数据资源开放共享。由此，“互联网+”进入了越来越多人的视野，也引起了各行各业的探讨，正处在信息化高速发展的教育行业也包含其中。

目前，大多数高校处于转型发展的关键时期，人数逐年递增，规模逐渐扩大，校园建设过程中出现了诸多新问题、新现象、新特性。如何优化和整合校园现有资源，构建便捷、高效、安全、人性化、低碳化的智慧校园，如何将互联网思维、互联网技术与智慧校园深度融合，解决“互联网+”视阈下智慧校园建设中出现的诸多问题，是需要关注和进一步探讨的问题[1]。本文将“互联网+”与智慧校园结合在一起，概括出“互联网+智慧校园”的内涵、特征，尝试构建了“六横两纵”的“互联网+智慧校园”立体技术体系架构，并对智慧管理、智慧实验室两个智慧应用进行了设计，期望能对“互联网+智慧校园”的未来建设带来一些启发。

二、“互联网+智慧校园”的内涵特征

“互联网+”是互联网发展的新形态，并非是把互联网简单叠加到传统行业上，而是要把物联网、大数据、云计算等互联网技术与传统行业高度融合，利用互联网平台将互联网思维、信息通信技术融入传统行业的形态演进和深入应用。过去的信息化校园建设，着重点在于校园内各个传统业务环节的更新、优化，解决的是物理校园内的问题，互联网只是作为一种工具加入其中。“互联网+”时代，我们面临的并非是利用互联网对校园业务进行补充、修补，更多的是用互联网思维完全颠覆和重塑传统校园，使其与互联网有机地融为一体，从而实现校园顶层设计的“转型”和底层架构的“升级”，最终产生大量的创新和实用价值[2]。将“互联网+”与智慧校园叠加起来，是指以学习、科研、生活、管理为中心，实现校园这一教育载体和以互联网为基础的新技术的连接和融合，构建智能化学习、科研、生活、管理的过程，又指在此过程中打造的一个开放、共享、创新的智能化校园环境本身。

结合“互联网+”与智慧校园的内涵和实际，“互联网+智慧校园”的特征可概括为以下几点：

(一)以泛在网和“云”“端”为核心的技术形态

“互联网+”与智慧校园强调的是无所不在、无所不包、无所不能的泛在网络，实现“人人”“人物”等各类终端之间信息的获取、传输、存储、分析、管理、使用，提供随时、随地、随意的顺畅通信。“云”指云平台、云存储、云计算，“端”指各类移动终端、智能终端。通过“端”连接“云”与用户之间的数据、信息传输，使用户获得智能化、个性化便捷服务。

(二)以海量多源异构大数据为基础的数据形态

随着物联网、互联网的极速发展，校园内每天产生的数据量级将从现在的GB(Gigabyte)和TB(Terabyte)逐渐增长到PB(Petabyte)甚至EB(Exabyte)级。这些数据具有4V特性、时空多维特性、多尺度与多粒度、多元异构性，以半结构化和非结构化数据为主[3]。通过大数据、数据活化、数据挖掘等数据管理、应用和分析技术，从繁杂的数据中提取、整合信息，服务智慧校园建设。

(三)以实时感知、智能融合为目的组织形态

通过无所不在的传感器、移动互联网、智能终端，实现随时随地的数据获取、感知和普适计算。通过校园中人与人、人与物、物与物之间的全面互联，将新技术渗透到学校的各项业务中，在各项业务应用中实现个性定制、功能整合，推动实现智能融合、随需随意的个性化应用，充分发挥智慧校园的整体效能。

(四)物理空间和数字空间无缝衔接的空间形态

在原来的校园体系中，受地理区域、物理空间的限制，校园与外界泾渭分明。在“互联网+智慧校园”体系中，由于互联网的广泛应用，学习、科研、生活、管理已不局限于校园的物理边界内，依托互联网技术突破了有限的校园视阈，形成广阔的数字空间，呈现出一种新型的大学校园空间形态。

(五)“六横两纵”立体架构的结构形态

智慧校园的概念由“智慧城市”衍生而来，智慧校园也是智慧城市的一个缩影。借鉴科技部“863计划”智慧城市(一期)项目组提出的“六横两纵”的智慧城市技术框架，将“互联网+智慧校园”的技术体系框架分为校园感知层、数据传输层、数据智能处理与存储层、支撑服务层、应用服务层、智慧应用层等6个横向的层次，即“六横”；同时贯穿全局的有标准与评估体系、安全保障体系，即“两纵”[4]。

(六)高度开放、交互的关系形态

借助互联网的深度融合，智慧校园中的各类信息化应用和“云”深度融合、自由交互，最大程度上发挥其应用过程中的智慧化。在“互联网+”时代，校园中的教学和科研资源打破固有的边界和区域，不再局限于校园内部，而是向社会延伸和开放，例如慕课、微课等。在这种关系形态中，学习个体来源的多样性、个体学习的自主性、个体之间的交互性、学习范围的广阔性都得到了前所未有的拓展。

三、“互联网+智慧校园”的立体架构

在“六横两纵”的智慧校园立体技术体系架构中，详细介绍了各层的技术集合，也确定了以校园数据的感知、获取、传输为基础，以数据的分析、处理为核心，以校园内各种服务应用为目的的基本架构模型。“互联网+智慧校园”的“六横两纵”立体技术体系架构如图1所示[5]。

图1 “互联网+智慧校园”的“六横两纵”立体技术体系架构

(一)该架构实现的功能需求

1.全方位的智慧联通

随着高校地域、人员扩充，校区与校区之间、部门与部门之间的联系、沟通显得尤为重要。智慧校园作为一个感知信息、整合信息、传播信息的综合平台，利用“互联网+”的技术优势，实现无时无处不联通、长尾聚合、资源高效利用，提高校园的智慧效能。

2.业务融合的智慧支撑

智慧校园的建设目标就是为了实现各类业务的智慧融合，打破原有相对封闭、低效的信息化架构。该架构利用目前比较成熟的云计算、大数据、智能设备等高科技手段，打造一个开放、高效、统一的信息化平台，通过“云”的超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性、按需服务等特征，为各类业务的使用者提供个性化、智能化服务，提升业务管理者的决策水平和业务使用者的学习能力。

3.无缝集成的智慧应用

无缝集成校园内新旧各类智慧应用，消除信息孤岛和数据冗余，促进数据利用最大化。利用IT技术，把数据交换、用户管理、身份认证、资源共享、业务整合等融合起来，建设一个开放性、兼容性、先进性、安全性、持续发展性的智慧校园。例如，将智慧校园中的各类智慧应用集成起来，开发成APP，实现一键操作。

(二)“六横两纵”的立体架构

1.校园感知层

通过感知设备、传感网和各类移动终端对校园实施实时感测，对校园内人的活动状态、物的运行状态、人与物之间的互动状态等实时感知，实时采集数据。校园感知层是“互联网+智慧校园”架构中的先决条件和物质基础。

2.数据传输层

采用泛在网中的有线、无线网络通信技术、专网技术、传输控制技术实现自由全面的互联，对校园中的数据、声音、图像、视频等信息进行随时随地的传输。数据传输层是“互联网+智慧校园”架构中的网络基础。

3.数据智能处理与存储层

利用数据的存储、清洗、挖掘、分析、活化、建模及安全等相关技术，对汇聚的智慧校园中各种数据进行处理、管理，向上层提供智能处理后的数据支持。数据智能处理与存储层是“互联网+智慧校园”架构中的数据基础。

4.支撑服务层

利用各种通用、专用技术软件，构建面向各类校园应用的公共服务支撑平台，向应用服务层和智慧应用层提供共性服务支持。支撑服务层是“互联网+智慧校园”架构中的技术基础。

5.应用服务层

该层汇聚了不同校园业务的应用服务，提供了连接智慧应用层的平台开发技术，是构建校园内各智慧应用领域的基础，也实现了校园内外跨地域、跨部门、跨业务的交互应用。应用服务层是“互联网+智慧校园”架构中的应用基础。

6.智慧应用层

包括校园内各个智慧型应用，直接面向各类终端和各级用户，为各类用户、系统提供具体的智慧应用。根据“软”“硬”件区分，智慧应用可归纳为下面两大类[6]：“智慧软件”侧重于过程的智慧化，“智慧硬件”侧重于物理技术架构的智慧化。

7.标准与评估体系、安全保障体系

“互联网+智慧校园”中，标准与评估体系主要由信息技术基础标准体系、信息资源标准体系、网络基础设施标准体系、信息安全标准体系、应用标准体系、管理标准体系等组成，安全保障体系包括网络安全、操作系统安全、服务器安全、数据库安全以及应用系统安全等，为智慧校园高效、稳定、安全的运行提供了保障。

四、“互联网+智慧校园”的应用实例

(一)智慧管理

智慧管理是智慧校园的重要组成部分，是智慧校园架构中的重要模块，也是智慧校园中充分体会便捷、人性化、智能化服务的重要平台。智慧管理是指将互联网、大数据、云计算等信息技术运用到学校管理的各个部门，受众到学校内外每一个用户，在打造一个智能化管理平台的同时，让每一个受众者体会到便捷、高效、安全、人性化服务的管理过程，在各种管理系统的信息化平台上，对人才培养、科学研究、社会服务、文化传承创新等高校职能提供智能化服务。

目前，大部分学校的教育管理信息化水平都比较高，但是也存在着部门之间系统不兼容、数据共享程度低、数据冗余度大、信息利用不充分等问题。各个学校建成的信息化系统庞杂繁复，导致用户被动地去适应系统，便捷性、高效性大打折扣。在“互联网+智慧校园”的发展阶段，更强调用户的核心地位，注重系统和用户之间交互性的开发，强调在交互开发的过程中，各类智慧应用的数据、信息以个性化、按需地推送给用户，提供动态、高效服务。

为了提升校园管理的智慧水平，充分利用管理系统中的数据信息，需要建立统一的智慧管理云平台，对用户需求进行智能分析、响应、处理，提供资源配置、数据集成、信息管理、运行状态监测、管理质量监控等业务支持，实现教育管理的资源配置预测、智能决策、过程管控、科学评估和安全预警等[7]。参考上述架构，结合高校智慧管理实践经验，给出某高校基于“互联网+”的智慧管理系统结构，如图2所示。

图2 智慧管理系统结构

在该架构中，以摄像头、传感器、RFID、手机移动终端等感知设施为基础，采集的视频、语音、图片、文字、数据通过3G/4G通信、互联网进行通信传输，在校园云平台利用数据处理软件进行数据采集、存储、转换、计算、分析、备份等。涉及校园智慧管理相关内容，数据资源包括了“人、事、物、地”的结构化、半结构化、非结构化类型的数据。支撑服务层具体细化为应用集成环境、数据支撑服务和决策支持服务等内容。在智慧管理的应用服务层，以智慧管理涵盖的业务管理和处置过程为依据，设计了OA应用系统、人事信息管理系统、学生管理系统、综合财务系统平台、教务管理平台等应用模型。通过智慧管理应用平台，在PC和移动终端上实现实时动态管理，对全校数据信息进行整合、协同，随时随地提供智能化服务，并自动生成数据统计表，为智慧决策提供大数据支持。

(二)智慧实验室

高校实验室承担着培养学生自主性学习能力、综合素质、创业创新能力的重要任务，也是教师教学、科研、创新能力提高的重要平台。目前，大部分高校实验室还存在着信息管理碎片化、设备管理人工化、安全管理非智能化、环境管理非低碳化、资源管理非共享化等诸多问题。智慧实验室作为智慧校园的重要组成部分，以物联网、传感器、射频识别、云技术等互联网技术为基础，为师生提供一个智能化实验环境和综合信息管理系统，打造一个泛在互联、互动协作、高度开放、信息共享、智能化、可视化、低碳化、安全化的智慧应用平台[8]。

结合智慧实验室的功能需求，智慧实验室体系结构设计如图3所示。智慧实验室体系主要由三部分构成：第一部分由实验教学信息系统、设备资产管理系统、智能水电管理系统、监控系统、考勤系统、智能门禁系统、智能环境系统等七个功能子系统组成；第二部分是总控系统，采集存储传感器节点信息，并保存到数据库中，对收集的信息进行实时响应、分析、处理；第三部分是客户端访问控制设备，由触摸控制台、PC、手机等移动终端组成，用户通过这些终端进行操作和控制[9]。

图3 智慧实验室体系结构

在七个功能子系统中，实验教学信息系统安装在客户端，用于显示实验室名称、课程名称、课程时间、授课老师、专业班级，便于查询、统计。设备资产管理系统由RFID标签、RFID读卡器和配套软件组成，设备、仪器、耗材、药剂上带有RFID标签，实验室门口安装有超高频RFID读卡器，对设备等采购、出入库、使用操作、维修进行统一管理。智能水电管理系统对用电、用水、用气进行实时监测、智能控制，并将其用量与上一周期进行自动比对，如有异常，及时发出警告提示。监控系统通过摄像头能实现监控室内及周边防范系统(公共区域监控、出入口管理联动)、红外栅栏/门窗报警系统(区域监视、报警联动管理)、实验室安防(燃气报警、火警、紧急触发)等功能，并对采集的实时安防信息进行分析处理[10]。考勤系统由RFID考勤机、考勤卡和配套软件组成，对进入实验室人员进行身份识别、考勤统计，对非法用户进行警告提示，并对考勤情况进行远程监控、存档打印。智能门禁系统具有身份认证、远程控制开门、来访视频监视、预警报警等功能。智能环境系统是基于温湿度、光线、烟雾传感器和空调、电视、电灯、窗帘的开关控制器搭建的，通过传感器对温度、湿度、采光、烟雾等参数实时监测，将数据进行传输、分析、处理，通过总控系统连接空调、电视、电灯、窗帘等，执行相应的操作。

五、结束语

互联网的汹涌浪潮不断冲击着教育行业，迫使教育行业不断转型升级、整合、创新。面对此严峻形势，将“互联网+”与智慧校园高度融合，体现出明显优势：资源高效利用、无界线信息交流、绿色低碳化发展、全方位一体化智能服务。但在该架构的实现过程中会遇到诸多问题：硬件不匹配、软件不兼容、管理队伍不专业、使用者信息化水平不高等瓶颈问题。下一步的研究主要关注上述问题的解决和网络安全问题的防范。“互联网+智慧校园”不仅是校园信息化建设的新阶段，更是新形势下校园建设的新变革。随着信息技术的不断发展，智慧校园将借助互联网和新技术的力量，把搭建智能化信息平台和构建智能化教学、科研、管理、生活过程作为目标，积极面对高等教育的转型发展和互联网带来的巨大挑战。

[1]蒋东兴,付小龙等.大数据背景下的高校智慧校园建设探讨[J].华东师范大学学报,2015, (3):119-125.

[2]吴旻瑜,刘欢,任友群.“互联网+”校园:高校智慧校园建设的新阶段[J].远程教育杂志,2015,(4):8-13.

[3]李德仁,姚远,邵振峰.智慧城市中的大数据[J].武汉大学学报(信息科学版),2014(6):631-640.

[4]王静远,李超,熊璋等.以数据为中心的智慧城市研究综述[J].计算机研究与发展,2014,(2):239-259.

[5]863 Smart City (first phase) project group.Technical white paper of Smart City(2012)[EB/OL].www.docin.com/p-417808631.htm,2016-06-18.

[6]郑爱民,满青珊,孙亭.一种基于云的智慧城市系统架构[J].中国电子科学研究院学报,2014,(6):226-233.

[7]杨现民,余胜泉.智慧教育体系架构与关键支撑技术[J].中国电化教育,2015,(1):77-84.

[8]周春月,闫子淇.基于物联网技术的智慧实验室架构研究[J].实验室研究与探索,2014,(5):239-243.

[9]车辚辚,孔英会等.基于互联网的智慧实验室设计[J].实验技术与管理,2013,(10):212-215.

[10]互联网实训基地建设项目运营中心.T9云智慧实验室管理系统[EB/OL].http://www.csipiot.com/xingyechanpin/shiyanshi/68.html,2015-03-29.

Three-dimensional Construction and Application Study on “Internet+ Smart Campus”

Wang Xi
(School of Software, Nanyang Normal University, Nanyang Henan 473061)

With “Internet+” age coming, Internet brings about opportunity as well as challenge to the construction of smart campus.Uniting internet and smart campus, “Internet+ Smart Campus” possesses new forms of technology, data, organization, space,structure and relationship, and constructs a three-dimensional technological framework of six horizontal levels including campus perception, data transmission, intelligent data processing and storage, supportive services, application services, smart application,and two longitudinal systems including standard and evaluation, security assurance. This thesis presents the application of smart administration and smart lab, making a preliminary discussion of “Internet+ smart campus” construction, in order to provide a reference for smart campus construction in the context of “Internet+”.

“Internet+”; Smart Campus; Smart Administration; Smart Lab

G434

A

王曦：硕士，讲师，研究方向为计算机应用、网络安全(nanyangwangxi@163.com)。

2016年7月28日

责任编辑：赵兴龙

1006—9860(2016)10—0107—05

* 本文受到河南省科技厅基础与前沿技术研究计划项目“大数据与云计算环境下智慧校园架构及应用研究”(项目编号：142300410397)资助。