大數(shù)據(jù)技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用研究

陳向東　李靜蕾

摘要：針對智慧校園建設(shè)過程中遇到的問題，分析了智慧校園建設(shè)的目標(biāo)、大數(shù)據(jù)在智慧校園中的價(jià)值，架構(gòu)了基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的智慧校園模型，并論述了智慧校園建設(shè)中關(guān)鍵問題及解決方案，最后搭建了基于hadoop的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，以實(shí)例給出了大數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在智慧校園建設(shè)中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；智慧校園；數(shù)據(jù)挖掘

中圖分類號(hào)： TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）15-0001-02

Research on the Application of Big Data Technology in Smart Campus

CHEN Xiang-dong， LI Jing-lei

（Xinyang Normal University， Xinyang 464000， China）

Abstract：In view of the problems encountered in the construction of smart campus， the goal of the construction of smart campus and the value of big data in the smart campus are analyzed. The smart campus model based on big data platform is constructed， and the key problems and solutions in the construction of intelligent campus are discussed. At last， a large data analysis system based on Hadoop is built. The practical application of big data and data mining technology in the construction of smart campus is given by an example.

Key words： big data；smart campus；data mining

1 智慧校園及其建設(shè)目標(biāo)

近年來，高校數(shù)字化校園建設(shè)得到了快速發(fā)展，提升了高校校園建設(shè)的信息化水平，但是也遇到了很多挑戰(zhàn)，智能終端，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及，尤其以校園海量數(shù)據(jù)，以及其巨大的附加值沒有得到合理利用等等。智慧校園是數(shù)字化校園發(fā)展的另一個(gè)階段，也是高校信息化發(fā)展的大趨勢，它綜合運(yùn)用移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能感知等技術(shù)，對校園物理環(huán)境，生活環(huán)境，教學(xué)環(huán)境，科研動(dòng)態(tài)等進(jìn)行全面感知，為師生提供綜合信息服務(wù)，為學(xué)校提供全局性數(shù)據(jù)分析和決策支持，最終實(shí)現(xiàn)校園的“智慧”服務(wù)及“智慧”管理[1]。

智慧校園建設(shè)目標(biāo)是：建設(shè)立體化的數(shù)字化校園解決方案，解決校內(nèi)各信息系統(tǒng)“信息孤島”問題，整合校內(nèi)信息數(shù)據(jù)資源、建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)共享中心、統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換平臺(tái)、統(tǒng)一身份認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)資源共享，為師生提供個(gè)性化的信息服務(wù)，并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘和分析，為學(xué)校決策提供依據(jù)。

2 大數(shù)據(jù)在智慧校園中的價(jià)值[2]

高校信息化建設(shè)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，隨著智慧校園建設(shè)的不斷深入，數(shù)據(jù)量不斷增加，師生日常學(xué)習(xí)生活各項(xiàng)活動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，比如：教學(xué)科研數(shù)據(jù)、師生消費(fèi)行為，無線網(wǎng)絡(luò)感知定位數(shù)據(jù)等等，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，類型不一，對這些非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行有針對性的數(shù)據(jù)挖掘，分析出數(shù)據(jù)中潛在的價(jià)值，可以為學(xué)?？蒲小⒔虒W(xué)、管理等提供輔助決策。

大數(shù)據(jù)的運(yùn)用提高了高校信息化管理問題，解決了校內(nèi)數(shù)據(jù)資源的互聯(lián)互通，保障高校數(shù)據(jù)資源可以在各部門之間的流通和共享，學(xué)校各部門可以以此為依據(jù)，開展教學(xué)、科研、管理等工作，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)各部門、院系之間的協(xié)同發(fā)展。

大數(shù)據(jù)挖掘可以進(jìn)行深度有效的數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化教育資源，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，提供科學(xué)決策，緩解高校就業(yè)壓力。

對校園大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘可以為學(xué)校提供決策：依據(jù)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對校園日常數(shù)據(jù)的分析可以為學(xué)校提供更加智慧型的校園管理，為學(xué)校管理層提供決策服務(wù)。

高校大數(shù)據(jù)分析可以為師生提供全面的信息服務(wù)，為師生提供多維度，全方位的信息資源，為師生工作和生活提供更多的便利。

3 基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的智慧校園建設(shè)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

本文以信陽師范學(xué)院智慧校園建設(shè)架構(gòu)為例，圖1為智慧校園建設(shè)架構(gòu)模型。建設(shè)智慧校園必須解決以下4大關(guān)鍵問題：

3.1 整合數(shù)據(jù)資源

在數(shù)字化校園建設(shè)過程中，校內(nèi)各信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)沒有統(tǒng)一，數(shù)據(jù)無法在各信息系統(tǒng)中互通、共享，智慧校園建設(shè)亟需解決的問題就是建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，這也是實(shí)現(xiàn)校內(nèi)信息數(shù)據(jù)資源共享的必要條件，在智慧校園建設(shè)過程中首先要整合各信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)資源，統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。在智慧校園建設(shè)時(shí)，充分考慮各信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的流動(dòng)，設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格遵循高校信息管理標(biāo)準(zhǔn)，保障校內(nèi)數(shù)據(jù)資源的共享性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性。對于不符合數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的信息系統(tǒng)，應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗工作，使之符合共享數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，最終達(dá)到校內(nèi)所有信息系統(tǒng)均能共享數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)的目標(biāo)。

3.2 建設(shè)基于大數(shù)據(jù)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換平臺(tái)

打破校內(nèi)“信息孤島”，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)共享數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)能在各信息系統(tǒng)之間無障礙流通，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的同步交換，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)數(shù)據(jù)資源共享。統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換平臺(tái)要對各信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、清洗、加工和整合，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換平臺(tái)是校內(nèi)各信息系統(tǒng)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源，保證數(shù)據(jù)共享的同時(shí)，還要減少信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)冗余，在建立數(shù)據(jù)共享平臺(tái)時(shí)，以學(xué)校人事處和招生就業(yè)處數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)共享交換平臺(tái)數(shù)據(jù)庫提供WebService數(shù)據(jù)訪問接口，對外部信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)資源，保持了統(tǒng)一數(shù)據(jù)共享交換平臺(tái)具有良好的擴(kuò)展性、安全性、可維護(hù)性以及標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)來源。統(tǒng)一數(shù)據(jù)共享交換平臺(tái)通過數(shù)據(jù)交換機(jī)制實(shí)現(xiàn)校園共享數(shù)據(jù)的集中管理和授權(quán)，并為用戶提供綜合信息查詢，為決策層提供數(shù)據(jù)挖掘及數(shù)據(jù)分析。

3.3 統(tǒng)一身份認(rèn)證

在數(shù)字化校園建設(shè)過程中，各信息業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需求導(dǎo)向、角色權(quán)限、安全審計(jì)機(jī)制等不同，即使同一用戶，在不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)不同賬號(hào)，不同權(quán)限，切換業(yè)務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)認(rèn)證時(shí)需要輸入不同賬號(hào)和密碼，增大了丟失認(rèn)證信息的可能性，以及找回認(rèn)證信息所帶來的成本，用戶體驗(yàn)較差，智慧校園在建立統(tǒng)一共享數(shù)據(jù)平臺(tái)的情況下，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一身份認(rèn)證是合理的。統(tǒng)一身份認(rèn)證即是實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一授權(quán)，一次授權(quán)認(rèn)證成功，用戶即可自由跳轉(zhuǎn)不同信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源在不同信息系統(tǒng)中的互連互通，統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)將用戶和權(quán)限集中管理，各業(yè)務(wù)平臺(tái)分開授權(quán)，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)用戶身份統(tǒng)一和單點(diǎn)登陸，提升了智慧校園的訪問體驗(yàn)。

3.4 統(tǒng)一登錄門戶

統(tǒng)一登錄門戶平臺(tái)集成了校內(nèi)所有接入共享數(shù)據(jù)交換平臺(tái)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)資源、用戶權(quán)限、業(yè)務(wù)流程等進(jìn)行高度整合，對用戶提供統(tǒng)一登錄門戶，實(shí)現(xiàn)用戶權(quán)限統(tǒng)一管理，以及個(gè)性化的資源訪問頁面，從安全性、集成性、單點(diǎn)登陸等方面整合了校內(nèi)信息系統(tǒng)登錄認(rèn)證方式，面向用戶統(tǒng)一信息發(fā)布模式，便于用戶協(xié)同工作，開展業(yè)務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)訂閱消息的及時(shí)推送和管理，面向用戶提供個(gè)性化的服務(wù)，這種基于校園網(wǎng)異構(gòu)應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)的綜合信息門戶，實(shí)現(xiàn)了面向用戶的一站式服務(wù)大廳模式。

4 智慧校園中大數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用

基于hadoop分布式數(shù)據(jù)處理平臺(tái)的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，如下圖2，采集一卡通數(shù)據(jù)、教務(wù)數(shù)據(jù)，圖書館數(shù)據(jù)，學(xué)工數(shù)據(jù)等進(jìn)行深度挖掘，對在校師生學(xué)習(xí)、生活等行為軌跡進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘分析，通過多維度，綜合性的關(guān)聯(lián)分析，可以挖掘出一系列的大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型及服務(wù)。系統(tǒng)采用扁平化的UI設(shè)計(jì)，以一種圖表的形式呈現(xiàn)出大數(shù)據(jù)分析服務(wù)，非常直觀。生成的大數(shù)據(jù)報(bào)告，一類是供全體師生查閱，以便提高廣大師生的生活學(xué)習(xí)體驗(yàn)；另一部分按角色權(quán)限分類，提供給各部門查閱，以便有針對性地提供管理決策服務(wù)。本系統(tǒng)主要的生成大數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)有以下幾類：

師生畫像：根據(jù)師生行為數(shù)據(jù)和師生基本信息屬性數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)產(chǎn)品自動(dòng)為師生打上符號(hào)標(biāo)簽[3]。可以根據(jù)標(biāo)簽不同，查找符合此標(biāo)簽的人群，方便學(xué)校精準(zhǔn)管理。例如：通過對學(xué)生消費(fèi)行為信息數(shù)據(jù)分析，可以在勤工助學(xué)崗位篩選、助學(xué)貸款申請、餐廳價(jià)格調(diào)整與就餐人員分流方面做出相應(yīng)決策；從教師督導(dǎo)評教，學(xué)生評教等教學(xué)行為，可以對教師教學(xué)質(zhì)量評價(jià)，判斷其是否需要改變某教學(xué)環(huán)節(jié)。

教學(xué)管理：通過對教務(wù)系統(tǒng)教學(xué)行為數(shù)據(jù)的分析，可以找出同一門課，不同教師授課教學(xué)質(zhì)量的差異，有利于教師改進(jìn)教學(xué)方法提升教學(xué)質(zhì)量；學(xué)生選課人數(shù)，可以側(cè)面反映教師教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)水平及受學(xué)生歡迎的程度；對于學(xué)生成績掛科情況分析，向?qū)W生和所在院系推送學(xué)業(yè)預(yù)警的消息。還發(fā)現(xiàn)了有趣的現(xiàn)象，對學(xué)習(xí)成績較好的同學(xué)，他們在開水消費(fèi)、圖書借閱、宿舍門禁、食堂消費(fèi)等行為都很規(guī)律，這種好習(xí)慣和成績是否也有一定關(guān)系呢？

優(yōu)化圖書館管理：通過對圖書館門禁系統(tǒng)及借閱系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析，可以知道哪些學(xué)生喜歡去圖書館，借了什么類型的書；學(xué)生進(jìn)出圖書館次數(shù)與學(xué)習(xí)成績的成正比的關(guān)系；最受歡迎的圖書是現(xiàn)當(dāng)代文學(xué)小說；對借閱圖書數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)學(xué)生借閱圖書頻次最高，漢語言文學(xué)專業(yè)的學(xué)生平均每次借閱圖書數(shù)量最多，這些數(shù)據(jù)對圖書館管理方面都有很好的依據(jù)，來優(yōu)化圖書館管理制度和提供精細(xì)化服務(wù)。

學(xué)生管理：通過對校內(nèi)財(cái)務(wù)信息和一卡通信息的數(shù)據(jù)分析，可以反映學(xué)生欠費(fèi)情況以及是否家庭貧困；也可以了解到食堂價(jià)格與就餐人數(shù)的關(guān)系、提醒學(xué)生避開洗澡高峰、充值時(shí)間等；通過電子郵件為師生提供月賬單，消費(fèi)明細(xì)等情況。

大學(xué)生活全景展示：通過對學(xué)生在校生活、學(xué)習(xí)軌跡的分析，來全景展示學(xué)生大學(xué)生活的場景等。

5 結(jié)語

本文結(jié)合信陽師范學(xué)院智慧校園項(xiàng)目建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，論述了依托大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧校園架構(gòu)及其建設(shè)過程中的關(guān)鍵技術(shù)研究。雖然大數(shù)據(jù)技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用為高校的管理、教學(xué)、科研、生活等帶來了極大的便利，但是，目前基于校園大數(shù)據(jù)的挖掘技術(shù)還處在起步的階段，數(shù)據(jù)挖掘分析仍然面臨著諸多挑戰(zhàn)，相信隨著挖掘技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)深度分析，大數(shù)據(jù)將與智慧校園一起來為高校師生提供更加人性化的服務(wù)，也必將給高校的教育和管理工作帶來質(zhì)的變化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李川.基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)下的智慧校園構(gòu)建分析[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017（7）：10-13.

[2] 姚琪.大數(shù)據(jù)在“智慧校園”中的價(jià)值研究[J].南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（12）：36-38.

[2] 潘奇.基于Hadoop技術(shù)的高校學(xué)生行為分析系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2014.