數(shù)字化時(shí)代下校園一卡通信息集成開(kāi)發(fā)與有效利用

華北電力大學(xué) 孫雅茹 陳 燈 張明月 孔 嬌

隨著時(shí)代向數(shù)字化、信息化的方向發(fā)展，智慧校園的概念應(yīng)運(yùn)而生，而在智慧校園中的一個(gè)亮點(diǎn)就是虛擬校園卡。虛擬校園卡是依附于電子設(shè)備存在的，相對(duì)于傳統(tǒng)校園卡易丟失，補(bǔ)辦成本較高等弱點(diǎn)，虛擬校園卡具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。虛擬校園卡不僅可以繼承傳統(tǒng)校園卡一卡多用、身份認(rèn)證功能，而且可以增加數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、信息服務(wù)等新功能，更好的符合了數(shù)字化、信息化時(shí)代發(fā)展的需求。

現(xiàn)如今人們的生活不斷向智能化、數(shù)字化的方向發(fā)展，人臉識(shí)別技術(shù)，二維碼技術(shù)，指紋識(shí)別技術(shù)等等逐步發(fā)展成熟并不斷的推廣應(yīng)用。在各種智能技術(shù)拓展建設(shè)的過(guò)程中，智慧校園的理念產(chǎn)生了。智慧校園是學(xué)校在信息化時(shí)代下“以人為本，深度融合”的一個(gè)新的發(fā)展階段。智慧校園強(qiáng)調(diào)“以服務(wù)為核心，以管理為支撐”的理念，智能感知、資源組織、信息交換、管理邏輯與科學(xué)決策等。注重學(xué)校信息化工作與學(xué)校各項(xiàng)常規(guī)工作在機(jī)制與機(jī)構(gòu)等層面的融合、信息化平臺(tái)資源的融合與集約化利用、信息化業(yè)務(wù)流程與消息數(shù)據(jù)的融合、信息化基于所有校園活動(dòng)以及與外部環(huán)境(如智慧城市)的融合。智慧校園環(huán)節(jié)最終目的都是向用戶提供更好的服務(wù)。

高校校園生活中學(xué)生們不可或缺的東西之一就是校園一卡通。經(jīng)過(guò)積年累月的發(fā)展，各校校園卡的功能在不斷地完善，校園內(nèi)的許多需求都可以憑借校園卡實(shí)現(xiàn)，但是校園卡作為一個(gè)攜帶物品，性質(zhì)上和以前普遍使用的貨幣有相似的地方，容易出現(xiàn)丟失或忘帶等情況，每年在補(bǔ)辦校園卡上浪費(fèi)不少人力物力。隨著從數(shù)字校園向智慧校園發(fā)展，傳統(tǒng)的實(shí)體校園卡也需向數(shù)字化、虛擬化邁步。在虛擬校園卡中，我們要考慮兩個(gè)主要問(wèn)題，一是如何將傳統(tǒng)校園卡的功能在不失便捷性的情況下順利轉(zhuǎn)移在虛擬校園卡上，二是如何結(jié)合現(xiàn)在的智能技術(shù)，賦予校園卡更多的功能。

1 校園卡的使用過(guò)程和特點(diǎn)

1.1 傳統(tǒng)校園卡

本文以華北電力大學(xué)為例，淺談實(shí)體卡的使用過(guò)程和特點(diǎn)。

傳統(tǒng)校園卡開(kāi)通：

新生剛?cè)雽W(xué)，在登記報(bào)到的時(shí)候，會(huì)獲得一張未激活的校園卡，然后由學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐帶領(lǐng)著新生去激活認(rèn)證。實(shí)體校園卡的激活需要在圈存機(jī)上操作，新生排隊(duì)會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間，同時(shí)也為迎新工作增大了難度。

傳統(tǒng)校園卡充值：

無(wú)論是微信充值校園卡或是從綁定的銀行卡中轉(zhuǎn)賬到校園卡，充值校園卡都必須通過(guò)圈存機(jī)實(shí)現(xiàn)。圈存機(jī)分布不算廣泛，感應(yīng)并不靈敏，因此尋找圈存機(jī)、排隊(duì)、充值，這一系列過(guò)程會(huì)花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間。

傳統(tǒng)校園卡掛失：

校園卡較薄較小，即使增加卡套也很容易丟失。丟失后即使通過(guò)學(xué)校企業(yè)號(hào)掛失，也只能保護(hù)掛失后的金額，存在被他人盜刷的危險(xiǎn)。即使未被盜刷，丟失后也不易找到。

傳統(tǒng)校園卡補(bǔ)辦：

校園卡兼具刷門禁、支付餐費(fèi)、進(jìn)出圖書(shū)館等功能的唯一工具，對(duì)學(xué)生的校園生活影響巨大，丟失后的第一選擇就是補(bǔ)辦。補(bǔ)辦可以通過(guò)機(jī)器自助完成，但補(bǔ)辦的金額較高。補(bǔ)辦后，之前使用的卡失去作用，且不能回收重復(fù)使用。

由以上可知，傳統(tǒng)校園卡具有普適性，但缺點(diǎn)明顯。此外，卡片實(shí)體的大規(guī)模生產(chǎn)會(huì)花費(fèi)大量材料和環(huán)境成本。校園卡無(wú)法再次利用且不易降解，對(duì)環(huán)境有很大影響。且卡片容易消磁，使用壽命并不長(zhǎng)。

1.2 虛擬校園卡

虛擬校園卡的出現(xiàn)會(huì)解決實(shí)體校園卡的大部分問(wèn)題。虛擬校園卡通過(guò)技術(shù)手段繼承傳統(tǒng)校園卡的功能且不具有卡片實(shí)體。同時(shí)虛擬校園卡的開(kāi)通、充值都可以線上完成。成本會(huì)進(jìn)一步壓縮，對(duì)環(huán)境的污染大大減少。

那么，在大數(shù)據(jù)的時(shí)代背景下，虛擬校園卡如何發(fā)揮作用呢？

首先，虛擬校園卡不管通過(guò)什么方式發(fā)揮作用，扣費(fèi)方式都可以分為兩種。一種是綁定銀行卡實(shí)時(shí)扣費(fèi)，另一種是利用獨(dú)立的應(yīng)用軟件（如支付寶）充值扣費(fèi)。前者比較簡(jiǎn)單，而后者擁有更大的空間。通過(guò)銀行卡實(shí)時(shí)扣費(fèi)操作便捷，但校園消費(fèi)情況可能不易統(tǒng)計(jì)。獨(dú)立的應(yīng)用軟件在作為虛擬校園卡支付手段之外，也可以集合校園信息，作為學(xué)校特色的應(yīng)用軟件。

2 虛擬校園卡支付方案

校園卡的必要性是因?yàn)樾@卡證明了使用者為在校學(xué)生的身份，從而使用學(xué)校的一些相關(guān)的功能。根據(jù)實(shí)際情況，我們選擇了四種較為成熟的虛擬校園卡方案——二維碼，指紋，人臉，NFC。四種方案需要繼承傳統(tǒng)校園卡的兩大功能——身份認(rèn)證和支付消費(fèi)。身份認(rèn)證的功能容易實(shí)現(xiàn)，下文重點(diǎn)介紹虛擬校園卡如何實(shí)現(xiàn)支付功能。虛擬校園卡方案如圖1所示。

圖1 虛擬校園卡方案

2.1 二維碼識(shí)別支付

二維碼，尤其是付款碼，是如今移動(dòng)支付的一種主流形式。收款方在掃描學(xué)生付款碼的時(shí)候，不僅認(rèn)證了學(xué)生的身份，同時(shí)收取了相應(yīng)費(fèi)用。如果利用這一功能代替?zhèn)鹘y(tǒng)校園卡的身份認(rèn)證和支付功能，學(xué)生只需要攜帶手機(jī)就可以享受便捷的校園生活。那可不可以直接用微信或支付寶的付款碼支付方式(以下統(tǒng)稱微信支付）來(lái)替代傳統(tǒng)校園卡呢？答案是否定的。大學(xué)生吃飯享有國(guó)家補(bǔ)貼，因此學(xué)校食堂的食物費(fèi)用較低。但微信支付是全國(guó)普遍的，如果學(xué)校食堂全面使用微信支付，就會(huì)使校外不明身份的人員可以來(lái)學(xué)校享受學(xué)生的這份補(bǔ)貼，這樣其實(shí)是一種不公平，也是一種不安全的狀況，因此，這里所說(shuō)的付款碼支付不借助微信支付等外界支付方式。我們的初步設(shè)想是，與微信付款碼的原理一樣，在學(xué)校的企業(yè)號(hào)或者學(xué)校專用的一個(gè)App里面提供一個(gè)這樣的功能——學(xué)生通過(guò)輸入學(xué)號(hào)以及學(xué)校初設(shè)的密碼認(rèn)證自己的身份，從而開(kāi)通該App的使用功能，而后就會(huì)像生成動(dòng)態(tài)的付款二維碼，學(xué)校掃描學(xué)生付款碼的時(shí)候可以識(shí)別學(xué)生的身份，從而進(jìn)行對(duì)應(yīng)的扣款。動(dòng)態(tài)保證了學(xué)生支付碼的安全性，學(xué)號(hào)和密碼驗(yàn)證保證了付款碼只能由該校學(xué)生使用。這種方案學(xué)校會(huì)花費(fèi)一定的研發(fā)成本，但極大地保證虛擬校園卡在校園內(nèi)的專用性，并且現(xiàn)在該技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，相對(duì)成本已經(jīng)降低了很多，因此這種費(fèi)用在整個(gè)智慧校園的建設(shè)中并不大。新生入學(xué)時(shí)，可以在了解流程后自主在手機(jī)上完成身份認(rèn)證，也比傳統(tǒng)校園卡的激活方式更加便捷。

2.2 指紋識(shí)別支付

指紋技術(shù)屬于人體生物特征識(shí)別技術(shù)。首先，使用者錄入指紋，系統(tǒng)通過(guò)指紋圖像輸入、圖像預(yù)處理與增強(qiáng)、提取指紋特征值，建立指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。使用時(shí)通過(guò)同樣的步驟，與數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)特征值指紋進(jìn)行指紋匹配。指紋具有唯一性和穩(wěn)定性，在系統(tǒng)完善的情況下，學(xué)生的身份認(rèn)證不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。在學(xué)校需要支付時(shí)，也只需要按入自己的指紋，而后機(jī)器識(shí)別指紋認(rèn)證身份，在相應(yīng)的賬戶里面扣除費(fèi)用。這種虛擬校園卡的方式在新生入學(xué)時(shí)也很容易操作，新生錄入一個(gè)或多個(gè)指紋后即可向數(shù)據(jù)庫(kù)中錄入自己的信息，激活虛擬校園卡。

2.3 人臉識(shí)別支付

人臉識(shí)別是通過(guò)比對(duì)人的面部特征與信息進(jìn)行身份認(rèn)證。檢測(cè)器首先判斷機(jī)器前有無(wú)人臉，然后識(shí)別臉部信息，處理器與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，最終判斷被識(shí)別者的身份。根據(jù)現(xiàn)在的技術(shù)水平看，與上述的指紋支付相比，人臉識(shí)別支付的識(shí)別準(zhǔn)確度低一些，不同時(shí)期人臉會(huì)有不同的變化，而且長(zhǎng)相相似的人，如雙胞胎，精確識(shí)別也會(huì)有一定難度，若兩個(gè)人同時(shí)出現(xiàn)在檢測(cè)器檢測(cè)范圍內(nèi)，身份認(rèn)證的速度和精度難以保證，同時(shí)檢測(cè)器的高度固定，對(duì)于身高也有一定的限制。針對(duì)這一情況，可以借鑒人臉支付技術(shù)較為完善的支付寶的認(rèn)證方式。支付寶在人臉識(shí)別不能完全確認(rèn)身份時(shí)，可以輸入手機(jī)號(hào)尾號(hào)來(lái)確認(rèn)，仍然不能確定時(shí)，就輸入全部的手機(jī)號(hào)碼。學(xué)校的人臉支付也可以仿照這種認(rèn)證方式：檢測(cè)器未識(shí)別人臉時(shí)不工作，當(dāng)檢測(cè)器判斷有人臉、但人臉特征識(shí)別不準(zhǔn)確時(shí)，可以通過(guò)讓用戶輸入具有分辨性的學(xué)號(hào)尾號(hào)或身份證尾號(hào)來(lái)加以辨認(rèn)。依附于人臉識(shí)別技術(shù)的虛擬校園卡的建立數(shù)據(jù)庫(kù)方式與方案二類似，新生入學(xué)后，將人臉數(shù)據(jù)錄入到學(xué)校系統(tǒng)中即可認(rèn)證身份，獲得自己專屬的虛擬校園卡。

2.4 NFC識(shí)別支付

方案四中校園卡的依附方式是現(xiàn)在快速發(fā)展的NFC技術(shù)。NFC技術(shù)是RFID的進(jìn)階，使用NFC近場(chǎng)通信技術(shù)的單一芯片結(jié)合P2P模式、卡模式、讀卡器模式的功能就可以實(shí)現(xiàn)與其他電子設(shè)備進(jìn)行信息交換。目前已經(jīng)有部分學(xué)?？梢酝ㄟ^(guò)NFC功能綁定學(xué)生的校園卡，從而實(shí)現(xiàn)校園卡的功能。由于NFC功能以日常生活不可缺少的手機(jī)作為載體，雖然不及指紋識(shí)別支付、人臉識(shí)別支付便捷，但相比傳統(tǒng)卡來(lái)說(shuō)，丟失和忘帶的可能性大大降低，充值也便捷許多。

如果是為了實(shí)現(xiàn)一般的食堂支付、門禁系統(tǒng)、圖書(shū)館進(jìn)出等基本身份認(rèn)證和消費(fèi)功能，以上四種方式都是可以的，但是便捷性會(huì)有所不同。例如人臉識(shí)別不適合長(zhǎng)時(shí)間排隊(duì)的食堂支付，基于手機(jī)NFC認(rèn)證的虛擬校園卡對(duì)于想要避免手機(jī)干擾、去圖書(shū)館學(xué)習(xí)的同學(xué)們不太適用，每種都相對(duì)具有一定的限制性。這里要特別分析基于虛擬校園卡的接水洗澡問(wèn)題。以華北電力大學(xué)的熱水機(jī)為例，傳統(tǒng)校園卡在余額不足或未插入機(jī)器時(shí)沒(méi)有熱水供給，在卡正常且有余額時(shí)可以調(diào)節(jié)水溫并接水，機(jī)器根據(jù)插卡時(shí)長(zhǎng)扣除費(fèi)用，使用傳統(tǒng)校園卡洗澡也是類似。如果使用二維碼支付或者NFC功能支付的虛擬校園卡，學(xué)生洗澡時(shí)帶手機(jī)是很不方便的。因此為了彌補(bǔ)這一缺陷，洗澡時(shí)可以通過(guò)輸入自己的學(xué)號(hào)密碼開(kāi)始計(jì)費(fèi)，按相應(yīng)的按鍵結(jié)束計(jì)費(fèi)。如果是指紋支付或者刷臉支付，不需要依靠手機(jī)設(shè)備，可以通過(guò)洗澡前指紋或人臉識(shí)別認(rèn)證身份從而開(kāi)始計(jì)費(fèi)，洗澡后再次刷臉或用指紋結(jié)束計(jì)費(fèi)。

3 虛擬校園卡的功能拓展

3.1 收取快遞的功能

現(xiàn)在校園內(nèi)出現(xiàn)了多個(gè)快遞點(diǎn)，除了之前就存在的菜鳥(niǎo)驛站，京東快遞點(diǎn)，還新增加了近鄰寶。菜鳥(niǎo)驛站簽收的方法是打開(kāi)“菜鳥(niǎo)裹裹”APP，找到身份碼，將包裹和身份碼同時(shí)放在簽收的地點(diǎn)即可簽收。這種辦法需要等待工作人員輔助簽收，順豐京東等快遞點(diǎn)的簽收方式也很類似，相對(duì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而近鄰寶采用儲(chǔ)蓄柜保存快遞，微信公眾號(hào)取件或者是輸入密碼取件，不僅能夠相對(duì)準(zhǔn)確地識(shí)別身份，而且無(wú)需人工服務(wù)，高效便捷。因此我們可以推廣近鄰寶的取件方式。介于校園一卡通也具有身份識(shí)別的特性，我們可以通過(guò)與近鄰寶等快遞點(diǎn)的合作，使用二維碼、NFC、人臉識(shí)別、指紋識(shí)別等方式，為虛擬校園卡添加收取快遞的功能。由于簽收快遞所需的機(jī)器數(shù)量不多，人力投入較少，且相關(guān)的技術(shù)也趨于成熟，因此，這個(gè)功能所需的成本相對(duì)較低，只要學(xué)校與近鄰寶等快遞點(diǎn)達(dá)成協(xié)議，錄入學(xué)生簡(jiǎn)單的身份信息就能實(shí)現(xiàn)。

3.2 校園卡與學(xué)生交通卡的一體化

學(xué)生交通卡對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)還是非常優(yōu)惠的，尤其是大學(xué)生經(jīng)常會(huì)出去游玩，用到交通卡的地方也比較多。但是，因持學(xué)生卡乘坐公交可享受特殊票價(jià)優(yōu)惠，故學(xué)生必須本人攜帶證件到指定發(fā)卡充值網(wǎng)點(diǎn)辦理充值及延期業(yè)務(wù)。然而，指定網(wǎng)點(diǎn)的數(shù)量是有限的，充值及延期業(yè)務(wù)不能在一般公交卡的辦理地點(diǎn)辦理，因此對(duì)于學(xué)校不同的地理位置，有的學(xué)校指定網(wǎng)點(diǎn)會(huì)離學(xué)校較遠(yuǎn)，在校學(xué)生到指定網(wǎng)點(diǎn)辦理業(yè)務(wù)相對(duì)繁瑣，導(dǎo)致一些學(xué)生為了避免這些麻煩，放棄了學(xué)生公交卡的優(yōu)惠。但是，當(dāng)校園卡與學(xué)生公交卡合為一體時(shí)，高校學(xué)生交通卡不僅可以通過(guò)線下公交充值網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行人工充值，還可在校園內(nèi)的自助設(shè)備上自行完成充值及卡片延期操作，免去了在校學(xué)生到指定網(wǎng)點(diǎn)辦理業(yè)務(wù)的繁瑣手續(xù)。根據(jù)北京晚報(bào)的報(bào)導(dǎo)，目前北京市已經(jīng)有五所高校與北京一卡通公司達(dá)成合作，實(shí)行“兩卡合一”，推出了兼具校園卡及交通卡功能的“高校學(xué)生卡”，高校學(xué)生卡有線上充值渠道，持卡人僅需下載“北京一卡通”App，通過(guò)NFC智能手機(jī)即可為卡片隨時(shí)隨地在線充值。如此豐富、快捷的充值渠道，有效的解決了學(xué)生卡的“充值難”問(wèn)題。當(dāng)然，雖然交通卡和校園卡可以合并為一張卡，但是鑒于校園卡和交通卡仍然歸屬于兩個(gè)獨(dú)立的部門，因此仍然是兩個(gè)獨(dú)立的賬戶，要分別向兩個(gè)賬戶充值才可以使用。如果這種二合一的校園卡可以推廣使用，相信更多的在校學(xué)生會(huì)選擇使用學(xué)生公交卡去坐公交，享受屬于學(xué)生的公交優(yōu)惠。因此，既然現(xiàn)在兩卡合一的方式效果很好，我們可以改進(jìn)和優(yōu)化的可能性就很大。只不過(guò)現(xiàn)在乘坐公交的支付方式只有刷卡、掃碼支付和NFC支付，如果使用指紋或刷臉的話，還需要看更久以后的公交公司設(shè)備的更新。

3.3 通過(guò)校園卡統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析人流

在大學(xué)中經(jīng)常會(huì)遇到這樣的問(wèn)題——不知道哪個(gè)食堂的人相對(duì)較少一點(diǎn)，去哪個(gè)食堂可能會(huì)更早的買到飯，甚至是抉擇去食堂吃飯還是點(diǎn)外賣；不知道學(xué)校圖書(shū)館或自習(xí)室大概的人數(shù)，抉擇是去自習(xí)室或是去圖書(shū)館。那么，有沒(méi)有方法可以緩解這種情況呢？校園一卡通系統(tǒng)集成了用戶大量的使用信息，如師生在食堂就餐消費(fèi)、在超市購(gòu)物消費(fèi)、在校醫(yī)院看病消費(fèi)、進(jìn)出學(xué)校大門和宿舍門禁等等，通過(guò)對(duì)這些校園一卡通系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理提取關(guān)鍵特征，然后，采用K-means聚類算法建立數(shù)據(jù)分析模型，可以實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)人流密度的圖像分析、預(yù)測(cè)和繪制。這些處理好的人流密度信息及時(shí)反映給學(xué)校和師生后，學(xué)校的管理工作會(huì)得到很好的參考，便于學(xué)校管理者做出更好的決策，同時(shí)方便學(xué)生更有效的在校園內(nèi)安排自己的行程。

結(jié)語(yǔ)：在數(shù)字化時(shí)代下，二維碼，NFC，人臉識(shí)別，指紋識(shí)別等技術(shù)已經(jīng)趨近于成熟，高校實(shí)現(xiàn)智慧校園是一種必然的趨勢(shì)，如何將原有校園卡的功能完全轉(zhuǎn)移到虛擬校園卡，并利用新的技術(shù)開(kāi)發(fā)更多校園卡的功能從而更好地服務(wù)于學(xué)生是智慧校園建設(shè)的關(guān)鍵，從現(xiàn)在高校改革的趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)智慧校園一定能夠蓬勃發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生在學(xué)校更好地生活。