面向大数据的智慧校园建设研究

唐立江，张双狮

(中国人民警察大学，河北 廊坊 065000)

随着物联网技术和移动互联网技术的深入发展，大数据技术应用而生。如果说计算机数值模拟是继生产实践和科学试验之后的人类认识自然规律的第三种工具，那么大数据技术便是第四种强有力的工具，通过大数据采集、存储和可视化可以还原事物运动的过去和现在，这不是虚拟现实和增强现实，而是事物运动的本来面貌。通过人工智能、机器学习技术和大数据挖掘技术可以推测事物运动未来的可能形态，2016年AlphaGo战胜世界围棋冠军李世石就是一个生动的例子。将其应用在校园管理中即为智慧校园建设的过程。智慧校园建设需要从观念意识上进行彻底的更新，是一个从整个校园活动过程空间到大数据流动计算和结果展示过程空间的“映射”，是一个线上线下联动，无法区分界限的过程。这必将使整个校园管理、科研教学变得高效运转和快速升级，使整个校园生活变得更加丰富多彩和有序便捷。

当前，对智慧校园的定义、特征、意义、建设技术框架、相关技术、个案以及紧迫性等方面的研究已经非常丰富[1-4]。但是，在实战操作方面还缺乏系统的认识与研究，很多高校在智慧校园建设中仍然感到茫然，不知从何处着手，如何布局和展开。为此，本文拟围绕校园大数据，从四个方面提出智慧校园建设的思路和参考实施方案：(1)智慧引领，即管理层的观念转变；(2)智慧基础，安全的宽带网络建设；(3)智慧主力，IT队伍建设与人才培养；(4)智慧服务，校园数字化转型的目的。此四个方面可作为智慧校园建设鉴定的参考标准，也可作为智慧校园建设评价的参考标准。

一、智慧校园建设中管理层需重视观念转变，向大数据要管理，让数据说话

智慧校园建设工作能否顺利推进，根本力量是科技的发展和进步，但是管理层重视和观念转变也是一个非常关键的因素，起到重要的引领作用。没有校园管理工作的数字化转型，就不可能有智慧校园建设。管理中如何保证公平、公开、公正，管理过程如何做到科学透明，管理工作的好坏如何评价，管理中如何避免和减少腐败，这些都是管理工作关键问题。要想彻底解决这些问题，必须依靠智能信息技术，依靠大数据技术。习近平总书记提出要将权力关进制度的笼子，这个笼子一定要用现代科技来编织。管理者对此要有一个清楚而明确的认识，又要有为人民服务的高尚情怀以及革故鼎新的政治魄力与勇气。

(一)减少管理的随意性，增强管理的制度化

管理制度化最强有力的手段就是将工作流程计算机程序化。首先，在明确各项工作的流程基础上，制定各项规章制度，做到有章可循，让人人心中明白，什么事可做，什么事不可做，如果可做，如何做；其次，将工作流程绑定到校园网上，任何人，任何时候，任何地点只要打开校园网，工作状态一目了然，什么事情从什么时候开始，由谁发起，经过几个环节，当前处于什么状态。不仅如此，整个事情的起因、经过、结果(包括对管理部门的满意度评价、意见反馈)都详细地记录到数据库中。有了这些宝贵的记录，经过大数据分析、可视化，各个管理人员的德、能、勤、绩则一目了然。这样省去了大量的民意调查表、民主测评表。所有人都是工作流程中的一个环节，每个人都是“用户”，被其他人“服务”，都有进行满意度评价、意见反馈的权利和义务。同时，每个人又是“服务者”，所做的每一件事都是为其他“用户”服务。所有业务都需在办公网上流转，尽可能地减少或者避免网外作业。这样做的结果是，大家都遵守规则，照章办事，责任明确，上下一视同仁。

对每一次业务的流水客观真实地记录了相关人员的态度、速度和质量。对数据的横向和纵向分析及结果展示反映出所有人及同一人不同时段的表现。如此一来，对每一位职工的评价减少了某个人的意见影响，凸显了群体的意见，提高了评价的公平、公正和客观性。评价结果也不受机构改革、人员调整或者是岗位变换的影响。任何时候、任何地点，只要登录校园网，都可以按照不同的授权通过搜索引擎将相关工作记录、德才表现和评价调出。

管理工作的数字化、程序化转型使得靠人情关系圈、朋友圈维持的工作模式失去了发展土壤，让消极腐败行为无处藏身，每个人都要努力做好工作，为其他部门做好服务。

(二)减少纸质文件报表传递，加强各类业务流水记录和各类数据的采集抓取

当前管理中全年涉及到大量信息表格填写，个人事项申报、科研成果申报、个人信息登记等等，每个管理部门都要求上报信息，经常会造成信息不一致的现象，而且也浪费了大量纸张，这跟中央要求的绿色、低碳、环保的办公精神背道而驰。将文件流转的方式，固化到校园网上，提倡用电子签章、电子水印、电子密码等方式作为确认、阅读、学习的标记，与电子商务中的支付密码、指纹识别、刷脸识别等确认方式类似。校园内任何地方都可以通过无线终端办理业务、学习文件，然后电子签章确认，这样既提高了工作的便捷性，又最大限度地避免了政治学习的形式化和弄虚作假；智慧校园建设要求校园内每位教职工拥有唯一账号，登录系统后可以填写自己的各种信息，各部门都以相同接口访问信息，保证了所有个人信息的一致性；校园搜索引擎可以以账号为关键字采集和抓取个人行为信息，作为给每个人画像的依据。

长期以来高校中存在的官僚主义、形式主义等落后思想都可以在大数据的应用中逐步得以消除。(1)督促检查。以往上级布置任务后要督导检查完成情况，基层临时要补很多假记录，以应付检查，这种形式主义没有什么实际意义，就是自欺欺人，浪费资源，浪费时间。管理程序化后，工作每进行一步都要录入系统，时间日戳、办公地点都会自动写入流水里，上级可以直接通过系统查看完成情况。这样做不仅可以客观真实地记录任务完成的过程和效果，而且基层还可以养成总结经验的习惯，培养求真务实的品质。(2)会议记录。以往各种会议，交流学习都需要有记录，这个要求本来对工作进步非常有好处，可是如果流于形式则适得其反。工作程序化后，会议记录可以通过手机APP及时录入系统，个人心得体会和组织会议内容，形成的决议都可以实时录入系统，还可上传开会学习的现场照片、短视频、个人发言录音等多媒体资料。这种方式不仅可以让开会学习真正落到实处，发挥其应有的作用，而且可以锻炼每一个人口头语言表达能力和书面语言组织能力。

通过采用人工智能技术可以对开会、学习、工作过程中所留下的图片、文字、声音、视频等海量数据进行统计、分类、识别、挖掘，很容易给出各单位和个人的客观评价。“大数据智慧”真正使管理人员、教职员工从无意义的、形式化的文山会海中解放出来，避免大量不必要的纸质文件和报表。

二、智慧校园建设中需夯实基础网络和平台，做好大数据的采集、传输与存储

(一)有线与无线相结合的宽带数据传输通道

光纤通信有容量大、带宽宽、空间小、保密性好、抗干扰能力强、故障率低等特点，适合建设校园网的骨干网。线路平直的地方可以考虑光纤接入终端设备，线路弯曲复杂地方采用双绞线接入、wifi接入或者5G接入。特别是安全可靠的无线宽带接入网络的建设，使每一位师生员工都可以用手机、平板、PC等终端设备通过无线接入校园网，真正实现移动学习、移动教学和移动办公，进一步提高工作、学习效率。

(二)校园全覆盖的物联网保证数据的全面性

在校园的关键部位，如各建筑的进出口、十字路口、教学楼、实验楼、办公楼通道内安装摄像头，采集校园内人员的行为大数据；校园内餐饮、娱乐、医疗、购物点等涉及消费的点安置一卡通终端，记录消费大数据；教学、科研、实验楼口安装刷脸、刷指纹、刷声音等生物识别终端，记录人员进出情况；办公室安装统一标准的云终端，将所有日常工作行为拉到虚拟服务器端，本地终端不存储任何资料和数据，这样，服务器端可以统一填写每人每天的工作日志，既省去了大量闲置或利用率极低的办公终端设备，同时也保证了数据的全面性和准确性，便于分析挖掘。

(三)分布式文件存储系统保证数据的可靠性

虽然校园网跟互联网相比，规模小，数据量小，但是数据种类全，数据的异构性是相同的。另外，校园网内数据包括日常管理中的业务数据、教学中的过程数据、科研中的成果数据、生活中的交易交往数据等等，这些数据合到一起数量非常庞大，从横的方向看，种类多，从纵的方向看，每一类数据都是一本随时间记录的流水账。如此大量数据如果采用集中存储，非常不安全，容灾能力差，因此，需采用分布式碎片存储，多点备份。还有，大量异构数据也不宜全部用传统的关系型数据库来存储，如，大量视频、抓拍的图片、各类业务的流水记录、各种评论、意见、反馈文本及表情等等。仅使用传统关系型数据库存储和处理显得力不从心。可以选用开源Hadoop(HDFS+MapReduce)架构对数据进行统一分布式存储和处理，根据需要选择采用关系型数据库(SQL)、非关系型数据库(NoSQL)，文本数据库、图数据库、视频数据库等等。比如，以往的各类办公业务系统，其工作流程数据用关系型数据库存储，可以通过专用工具转入Hadoop平台；当前办公过程中涉及到的各个环节信息以日志的形式写入Hadoop平台的分布式文件中，或以非关系数据库存储，方便用搜索引擎检索，大数据分析。当然大数据分析还需要对非关系型数据和关系型数据记录进行清洗、集成规范化创建面向特定业务的数据仓库，而提供决策支持服务还要创建知识库和方法库[5]。

总之，面对智慧校园大数据，需要用到多种分布式数据库技术来存储和处理。

(四)多层防护及防火墙体系保证数据的安全性

“得大数据者得天下”，反映出数据对未来工作及相关决策的重要性。那么，保证数据的有效和安全流动便成为校园网网络安全的头等大事。可从身份安全、应用安全、数据安全、终端安全、传输安全和通信安全等软硬件6个方面层层设防，确保校园网内数据不能轻易流出或被窃取。(1)身份安全。不论是采用有线通信还是无线通信接入校园网，都需要进行安全登录认证，可采用类似U盾的外插硬件认证，如“校园网盾”，外加密码认证，语音、指纹、人脸等生物认证方式，确保登录校园网者为校内人员。(2)应用安全。校园网内所使用软件只能通过校园网安全下载得到，无法通过其他方式安装，避免不明身份软件进入校园网。(3)数据安全。可采取两种方式：校园网终端接入采用虚拟终端方式，所有数据操作都放到服务器的虚拟主机中，这样可将本地计算机中的应用与校园网隔离；校园网数据文件添加数字水印，这样，即使不慎将网内数据流出，也不能轻易解读。(4)终端安全。不论是固定PC机，还是移动终端，如PAD或手机都采用经过加密处理的定制设备，或者要安装专用防火墙和专用监测软件。(5)传输安全。采用数据流加密传输，比如网页文件采用https的密文传输方式，防止数据被轻易监听。(6)通信安全。主要指通信接入的密码认证，比如校园无线连接需要进行密码认证，或者生物认证，或者“校园网盾”辅助认证等多种方式，避免接入伪基站。

三、智慧校园建设中需加强人才培养和队伍建设，做好大数据的管理和控制，让其成为智慧的源泉

随着智慧校园建设的不断深入，校园网规模越来越大，承载的业务越来越多，急需整合资源，集成分享，以保证数据的透明流动，减少业务的人为主观因素，提高管理决策的客观性。这些网络设备和平台的运行维护不仅涉及大量的新硬件、新软件，也会涉及大量的新技术，靠某几个第三方公司承包很难胜任，弊端太多，比如技术含量低，成本高，面对大量的专业应用软件和新技术往往无能为力或者力不从心，有时还涉及到保密问题，第三方维护人员不便介入。这样会造成基础网络的重复建设和大量无用投入，平台系统不仅不能发挥其应有的作用，有时甚至使本来简单的工作变得愈加复杂，当然不可能有智慧可言。因此，学校要着力培养自己的运维人员，组建自己的大数据队伍。为此，学校需成立云计算中心，中心需建立五个研究团队：发展规划研究团队，网络运维研究团队，智能计算研发团队，大数据挖掘与分析团队，在线课程研发团队。云计算中心的主要职能是对外技术引进、技术合作，对内研发、维护适合本学校办学特点、专业特点、管理模式的云计算平台，其组成人员由常驻专职人员和受聘兼职人员组成。各研发团队成员可以是本校受聘兼职老师，也可以对外聘用全职科研人员。

(一)组建发展规划研究团队，培养高效的网络建设规划人才

凡事预则立，不预则废。发展规划关系到整个智慧校园建设的发展方向，关系到校园网络大数据平台能否稳定高效为教学、科研、管理、生活提供强有力的支撑和便捷的服务。因此，发展规划团队要关注IT技术前沿和发展动态，所作的决策建议必须具有高度的科学性和权威性，提出的建设方案需在相当长的时间内技术上不落后，设备高效可用，能保证数据的合理流动及相关业务服务的及时提供。发展规划团队成员不仅要懂专业技术，而且要懂教学并承担一定量教学科研任务，还要懂管理，考虑问题要站在学校发展的高度，做好学校信息化建设的智囊团。定期对学校智慧校园建设工程进行评估，组织各项IT工程的招投标和项目验收。定期组织线上线下网络建设讨论，以充分了解各方面的需求和当前存在的问题。

(二)组建网络运行维护研究团队，培养专业的网络运维人才

网络运维团队负责网络设备监控，设备异常及时发现，校园内网络业务的办理(如互联网业务，虚拟服务器的租用，虚拟终端使用等等)及网络质量的定期分析。不断提高网络运行质量，保证大数据产生、传输、存储以及分析结果展示的顺利进行。具体主要涉及到物联网(传感网络，如视频监控设备、定位签到设备、一卡通终端、环境监测传感器等等)，完成大数据的采集；通信网络，如光纤网(光传输设备、转接设备等)，无线网(350M移动台、wifi接入点、Zigbee节点、5G接入点等)，双绞线网，同轴线网等，完成大数据的传输；存储域网，云存储所用的磁盘阵列，完成图、文、声、视等大数据的存储；服务器网络(互联网服务器集群，校园网服务器集群，高性能计算服务器集群等等)，保证各项业务的正常进行；各种软件模块、系统、平台正常运行及对其所产生数据的维护。总之，网络运维团队要保证全校网络设备稳定、软件平台可用、大数据安全有效，并对网络运维质量提出评价，定期给出运维报告。

(三)组建智能计算研究团队，培养技术研发和智能计算人才

智能计算团队的主要任务有三个：

一是高性能数值计算方法的研究及适合本校培养专业方向的实战化数值模拟方法的推进和辅助设计。如计算数学、计算物理、计算化学、计算生物、虚拟现实、增强现实等方法。高性能计算涉及CPU内部算数运算器并行计算、多线程并行计算、集群并行计算、分布式并行计算、GPU协同并行计算以及GPU集群并行计算等等。高性能并行计算方法的研究既有利于数值模拟技术的发展，也有利于搜索引擎技术的发展，还有利于大数据分析应用的推进。

二是校园网搜索引擎的引进、研发与维护。搜索引擎是资源集成共享的智能核心，也是智慧校园“智慧”的核心表现。搜索引擎的任务有多个方面：(1)将校园网内所有业务资源集中动态管理起来，成为校园的百科全书，任何涉及本校园的业务、知识都可以在校园网搜索引擎中得到解答。(2)校园舆情的晴雨表。搜索引擎不断抓取校园网内论坛、教学教务生活管理新闻，以及相关评论，以便进一步通过大数据分析，了解本校师生的舆论动态和情感倾向。(3)学校科研人员的知音。搜索引擎通过动态监测校园内师生科研信息检索轨迹，分析全校师生的科研价值取向，主动到相关网站抓取最新的资源，保存到校园网内，一方面可以提高科研资源的检索速度和效率，另一方面可以动态地推荐最新科研信息，大家关注的新技术、新成果信息。(4)互联网访问的智能代理。有些学校对校园网内信息的安全保密要求非常高，采用校园网和互联网物理隔离的方式，这种方法理论上是最安全的，在一定程度上遏制了泄密事件频发的可能性，但是却不能从根本上阻止泄密事件的发生，也阻止不了校园网内数据的流出。反而客观上需要增购大量可访问互联网的计算机，造成大量资源浪费，互联网的信息又共享不到校园网，给日常工作带来很大的不便。物理隔离并不是信息化建设、数字校园、智慧校园建设的科学方法。而校园网搜索引擎技术的应用可以承担起互联网访问智能代理的任务。在校园网和互联网之间建起一道屏障，通过这道屏障，从校园网向外边看是透明的，从互联网往里看是不透明的，也就是数据只能流入，无法流出。(5)生活助手。通过搜索引擎可以建立起点对点的安全连接，比如校园网到各大银行、证券、大型购物网站等的访问，这样既方便了广大师生的日常生活，同时也可以通过流动的电子商务数据采集分析广大师生的消费观念、价值取向等方面的信息。因此，建设“校园百度”是智慧校园建设的核心内容之一。

三是云计算技术的引进和研发。随着校园跟外界交流合作的不断频繁，校园网业务的不断增加，比如在线课程的推出，云计算技术的应用就成为必须。当前信息技术的发展使得WEB服务系统成为编程松耦合、模块快速集成和升级、扩展容易的系统，同时人力成本却越来越高，软件维护费用随之大幅提高，校园网上运行的系统不可能紧靠软件公司来维护，而要有自己的研发团队，从事云计算技术的研发和应用开发。再加上开源软件的发展，自己研发与维护变得更加可能与现实。当然从整个系统架构来说可以引进大公司的解决方案，但是，后期的维护和扩展则一定要有自己的团队。云计算技术是搜索引擎的核心技术，也是在线课程的核心技术，涉及到人工智能、机器学习、模式识别和大数据挖掘，是智慧校园建设的核心技术。根据业务往来的流量建设校园私有云、租用公有云或者建设混合云。

为此，智能计算实验室或者人工智能实验室建设就成为必须。管理优化私有云、公有云以及混合云建设的顶层设计。

(四)组建大数据挖掘与分析团队，培养高级的大数据分析人才

主要负责面向决策，对监控视频大数据、监控抓拍大数据、校园舆论与意见反馈文本大数据、语音监控大数据、科研人员科研成果大数据、科研人员科研信息检索大数据、教学过程大数据、管理过程大数据等等进行分类、聚类、统计、汇总、预测分析，最后将分析结果可视化，给出推荐方案和决策建议，定期编写、推送个性化的大数据分析报告。

(五)组建在线课程研发团队，培养在线课程培训、研发、辅助建设的专业人才

未来教育一定是线上线下混合模式的多媒体教育，是传统课堂与慕课、微课、云课、私播课等多种模式的整合重现，开发多媒体在线课程离不开专业的团队。在线课程研发团队，负责跟踪教育领域先进的手段和技术，结合本校实际，跟各专业课团队和老师一道开发出独具特色的在线课程；负责云课堂系统平台的引进、合作开发和后期的维护，以期将全校所有课程全部上线；与教务处一道设计总体教学环节，考核评价体系，尽可能地减少教学中的人为因素，能够记录教师的整个教学过程，记录学生的整个学习过程；负责教学新技术的推广和培训。

四、智慧校园建设为高校科研、教学、管理和生活提供强有力的支撑和便捷的服务

(一)教学过程的跟踪与监控

对教学过程分两条线进行跟踪。首先，线上云课堂系统，如教师教学资源的准备情况、教学环节设置情况、作业布置、问题简答、测验分析，学生的学习情况跟踪记录；其次，线下讲课视频录制和抓拍，通过刷脸、指纹、声音等方式记录老师的到课情况，学生的到课情况。

(二)科研能力的评价与挖掘

校园网通过搜索引擎收集全校师生的个人信息，包括科研信息，如发表论文、出版专著、申请专利、申报项目、参加活动等等内容。纵向可通过对大量的个人科研异构数据进行智能数据分析，对其科研能力做出科学评价，给出改进建议和更优的发展方向推荐，还可以发现人才；横向可以对科研人员进行考核评比，通过分类聚类，给兴趣爱好相似、相近的人员提出优化组合、组建团队的建议。还有，对本校师生的教学水平、科研能力和水平与其他院校的师生进行比较，以便更好地评估本校的科研、教学层次和水平，给出更加科学的结论，做到心中有数。

(三)人员行为的监控与分析

一方面，通过线上网络舆论的观察记录分析，发现异常，发出危险预警；另一方面，对校园内人员进行视频监控，及时发现可疑人员、行为异常人员，并发出实时预警。

(四)内网外网的连接与转换

出于安全和保密考虑，实现校园网和互联网的安全转接。首先通过多级保护，保证校园网的安全认证。做一个智能代理，校园网可以通过登录认证，进入校园网搜索引擎，提交检索任务，搜索引擎负责访问互联网，并返回检索结果，校园网内用户不能直接访问互联网，确保互联网资源可以通过代理进入内网，内网的资源禁止流出。允许内网用户通过特定方式访问特定安全站点，办理特殊业务，设立发送邮件保密审查电子警察。最终，既保证校园网安全独立运行，又能满足广大师生、家属的互联网接入需求。

(五)管理工作的决策与建议

校园管理工作涉及到方方面面。通过监控视频大数据，分析各教职员工出勤、参加活动、参加会议情况，作为日常考评的依据；通过个人科研成果记录、奖惩情况记录大数据的分析，为职称晋升提供参考。

五、结束语

智慧校园建设中，管理理念和思维模式的转变是先导条件，“智慧”的物质基础是大数据，良好的宽带网络是保证大数据安全流动的基础，云计算中心是“智慧”的驱动力量，团队建设和人才培养是智慧校园建设得以不断推进的根本保证，而机器学习、模式识别、大数据挖掘和分析、人工智能是智慧校园建设的核心技术，面向大数据的教学跟踪、科研挖掘、搜索引擎、辅助管理决策是智慧校园服务的主要内容。