基于人工智能的智慧校园建设过程中存在的问题和解决思路和方案探讨

石绪忠，徐晓峰，宗海静

（1.山东省肥城市老城街道初级中学，山东 肥城 271600；2.航天恒星科技有限公司，北京 100095；3.北京开放大学城市管理学院，北京 100086）

1 建设背景

1.1 国家政策

进入21世纪以来，信息技术革命以互联网+、云计算、大数据平台为依托，得到迅猛发展，智慧校园、数字校园、智慧教育、智慧课堂等新理念、新技术不断涌现，全国性的智慧校园建设已成为必然。为此，国家相继出台了一系列有关教育信息化建设的政策，目的是为了加快职业教育管理信息化平台建设，消除信息孤岛；应用信息技术改造传统教学虚拟仿真时训系统，远程互动教学系统，构建国家、省、学校三级数字教育资源共建共享系统；2018年6月，国家市场监督管理总局中国国家标准管理委员会发布了《智慧校园总体框架 GBT+36342-2018》标准体系，规定了智慧校园建设的总体框架，包括智慧教学环境、智慧教学资源、智慧校园管理、智校园服务、信息安全体系等的系统构架和基本要求，并提出加强物联网、大数据、人工智能等先进技术与教育现代化深度融合构建产学与资本联动的融合服务体系，推进资源整合、开放、共享创新校园精细化治理模式。

1.2 高校信息化痛点和发展趋势

（1）传统校园阶段，主要是指20世纪80年代以前，信息的传递主要是通过电话、传真、会议等形式进行发布和交流。

（2）电子校园阶段，主要是指20世纪80年代到90年代初，计算机开始普及，单位的局域网出现，教学和管理的手段得到了丰富，对学校整体而言没有产生实质意义上的提高。

（3）数字校园阶段，主要是指20世纪90年代末开始一直到现在，由于互联网的兴起，宽带校园网出现，办公0A实现无纸化管理，互联网IPv4、分布式、多应用、单向发布，使校园的管理和教学效率得到了大幅度提升，目前大部分高校正处在这个阶段。

（4）智能校园阶段，即将开始普及推广的阶段，主要以物联网、云计算、数据库、5G为代表的，数据仓库和智能分析相融合的应用模式，为学校管理和教学，乃至学生、教师、员工提供精准互动的信息服务，使得学校的管理、教育，以及外部交流、资源的共享效率大幅度提升。

在这四个阶段的发展过程中，由最初的搭建基础网络环境，能实现简单的信息查询服务，应用系统较少或不能互联互通，到具有较多的数字化资源，能够集成，使相关业务能够整合，对教研教学、管理和服务有了一定的支撑作用，发展到目前具有了丰厚的数字化资源，并能将资源进行整合，将相应的应用系统进行集成，通过高度的整合，支撑软件具有了开放性和可拓展性，并能较好地支撑教学教研、管理和服务。

但综合来看，目前国内的校园整体在信息化建设上还面临着如下问题：一是在系统集成上，存在原有的应用系统单独建设，系统间无法互联互通，欠缺整体规划信息孤岛现象严重的问题；二是在教学资源上，存在资源形式单一，共享性差，教学方式单一的问题；三是在校园安全上，存在校园安全人为判断容易出现疏漏的问题；四是在信息传递上，存在信息传递方式单一的问题[2]。

2 建设目标

鉴于以上问题，提出“一站式服务”+“四个方向”的思路，利用物联网、大数据、数据集成、云服务等技术，形成统一的数据交互平台，实现以下四个服务职能模块：

（1）教育：构建先进实用教学平台，整合、丰富智慧教学资源，通过科学统一教学资源配置，提高教学资源的利用率，提高教学效率与质量，创造主动式、协同式、研究式的新型教学模式。

（2）管理：构建覆盖全校工作流程的、协同的管理信息体系，通过管理信息的同步与共享，畅通学校的信息流，实现管理的科学化、自动化、精细化，突出以人为本的理念，提高管理效率，降低管理成本。

（3）生活：基于一卡通、后勤等软硬件系统，构建便捷、高效、高雅、健康的智慧生活环境，提高校园生活的便捷性。

（4）运维：基于大二层网络架构、3D建模等技术，构建校园网络告警监控、流量分析等机制，实现校园3D可视化运维，实现校园自动化、智能化、精细化、可视化管理，提高学校管理效率和管理质量。

3 总体设计

3.1 设计思想

形成用、智、传、感四层构架，四位一体化应用的设计理念。

（1）在应用层面上，根据具体校园的需求，结合教学管理的实际情况，在数字化校园应用的基础上，开发智能校园的应用，利用卫星通信、卫星导航开发可移动校园应用，形成大数据可视化，利用无人机，地理信息系统，三维建模等手段形成3D校园，为学生、教师、工作人员、领导等提供一站式的应用服务。

（2）在智能化层面上，建设统一的数据管理基础平台，完善构建统一的智慧校园云平台，通过大数据挖掘和分析为上层应用提供服务。

（3）在数据传输层面上，通过卫星通信、地面无线网络、地面通信网、物联网、地面专业有线局域网的互联互通，为上层应用提供可靠、有效的信息传输服务。

（4）在现场感知层面上，空间信息利用无人机、遥感卫星获取，形成基础地理信息。动态信息通过校园监控、校园网络、校园一卡通、校园广播、智能手机终端、定位设备、专用传感器获取，进一步整合形成有用的视频监控信息、三维实景信息、地下管网信息、传感器感知信息、校园周边信息等[1]。

3.2 建设思路

建设的总体思路分成四个部分：一是建标准；二是按标准要求确立初步的集成；三是在集成的基础上试运行；四是就运行过程中存在的问题进行系统的分析扩展。在方案应用环节上，利用大数据标准解决校园内的各分系统的标准建设，利用已经搭好的应用支撑平台进行异构系统的集成，利用应用中心深化业务的应用，利用一体化优势扩展相关的业务系统；初步体现系统的建设和设计优势，统一校内标准方便后续相关应用的扩展，能够保障原有的IT系统，有效接入异构系统，来满足不断增长的教学和管理、服务的要求，应使用组件扩展的使用满足多变的业务需求。

4 建设主要内容和解决方案

建设总体架构包括1个智能校园数据中心，1个智能化工程解决方案，以及5个平台，即3D校园可视化平台、碎片化应用服务平台、大数据可视化平台、移动校园平台、智慧校园云平台。其中，智能化工程解决方案的优劣最为重要，是建设的关键环节，下面详细说明[3]。

（1）智慧校园网络系统。采用核心纵向虚拟化技术实现大二层网络架构，满足网络动态的扩展和交换机接入自动化需求，实现网络统一管理和接入，摆脱了传统三层网络结构臃肿和扩容、日常维护不便的弊端，是数据中心内部及与外部应用进行通信的基本条件。

（2）智慧校园网络安全保障系统。基于现有校园网络基础上，加上安全保护机制，旨在构建成网络安全防御、检测、响应和恢复于一体的网络安全保障体系，保证各个软件系统、硬件系统运行正常。

（3）智慧校园数据机房系统。数据机房系统是数据中心运行的核心硬件环境，包括服务器、通信、网络及辅助系统设备等，由综合布线系统、UPS供电系统、精密空调系统、防雷接地系统、门禁系统、新排风系统、消防系统、监控中心等组成。

（4）智慧校园一卡通系统。系统实现校内各类收费、消费支付、身份认证、信息查询。实现学生证、教师证、食堂饭卡、机房上机卡、图书借阅证、购水卡、购电卡等多种证卡合一，真正做到校内“一卡通行”。实现一卡通系统与统一门户平台实时对接，数据统一接入数据中心，做到平台统一，数据共享。

（5）智慧校园安防监控系统。系统实现对校园核心区域监控、入侵报警、出入控制、电子巡更、电子监考、消防报警、紧急呼叫（求助）报警的统一管理和控制，视频数据存储至数据中心，同时可与3D校园平台进行集成，实现三维场景与监控的实景场景进行融合。

（6）多媒体教室系统。系统采用模块化设计项目，提供多媒体智慧教学所需硬件、软件以及物联网环境等。为智慧教学提供基础硬件、软件与环境支撑，多媒体教室是多种系统的有机结合体，由大屏幕投影系统、中央控制系统及音响系统三大部分组成，数据统一接入数据中心。

（7）IP广播系统。系统实现分区和全区背景音乐、寻呼喊话等服务型和业务性广播，以及不同的分区同时定时播放不同的背景音乐。同时实现接收到消防中心的信号时，系统自动强切到报警广播，数据统一接入数据中心[4]。