蒋东兴：高校智慧校园架构研究

来源：清华大学信息化技术中心 作者：蒋东兴 发表于：2016.03.30  2267浏览

智慧校园是高校信息化的高级形态，是对数字校园的进一步扩展与提升，它综合运用云计算、物联网、移动互联、大数据、智能感知、商业智能、知识管理、社交网络等新兴信息技术，全面感知校园物理环境，智能识别师生群体的学习、工作情景和个体的特征，将学校物理空间和数字空间有机衔接起来，为师生建立智能开放的教育教学环境和便利舒适的生活环境，改变师生与学校资源、环境的交互方式，实现以人为本的个性化创新服务，支撑学校开展智慧教育。

高校智慧校园具有互联网络高速泛在、智能终端广泛应用、团队协作便利充分、集体知识共生共荣、业务应用智能融合及外部智慧融会贯通等特征。        

 一、高校智慧校园概念模型

相对于数字校园，智慧校园更强调融合——在智能感知技术、物联网技术、移动互联技术、大数据技术和云计算技术的支撑下，高校的物理校园和虚拟校园已经越来越不可分，高校师生的活动已经处于一个物理空间和数字空间融合的智慧校园中。高校智慧校园概念模型如图1所示。

图1 高校智慧校园概念模型

具体来讲：

1.物联网：应用智能感知技术采集校园环境信息，应用可穿戴技术采集人群活动信息，实现校园的物理信息采集、环境控制和人群协同，构建校园信息物理系统(Cyber Physical Systems, CPS)。

2.互联网：应用移动互联、智能终端和移动应用技术，构建全天候、全覆盖的网络应用环境，将校园中的社交信息、位置信息和传感信息映射到网络空间中。

3.网络空间：基于云平台，应用流程、协作、大数据等技术，在网络空间中建立校园虚拟映像，并据此构建校园虚拟运营环境，建立实体校园和校园虚拟映像之间的关联。

4.大数据：应用大数据技术，对网络空间中的校园虚拟映像进行全方位分析，掌握实体校园的运行规律。

5.智慧运行：基于相关规律对校园的运营管理、资源调度、业务活动等作出决策，通过校园虚拟映像到实体校园的映射以及校园物理信息系统，作用于实体校园，从而实现校园的智慧运行与管理，构建起智慧校园。

二、高校智慧校园技术参考模型

1.体系架构

为了实现物理空间与数字空间的融合，需要建立以智能感知为神经末梢，以移动互联为神经网络，以大数据为智慧核心，以智慧应用为依托，以自适应、个性化用户交互为目标的智慧校园信息化支撑平台，实现高校各项业务的智慧运行。高校智慧校园体系架构如图2所示。

图2 高校智慧校园体系架构

具体说明如下：

（1）智能感知层

采用各种感应技术，实时采集各种数据，实现对师生的活动状态、仪器设备的运行状态、学习与生活环境的互动状态等全面感知，为智慧校园提供采集海量数据与实时反馈控制的物质基础。

（2）网络通信层

综合采用有线和无线网络技术，及时传输各种数据，实现随时随地的接入、高速全面的互联、随需随意的应用，为智慧校园提供宽带泛在的网络基础。

（3）云计算层

云计算层为智慧校园的大数据处理、应用服务提供基础的计算和存储支撑。

（4）大数据层

大数据层是智慧校园的核心，包括数据存储、管理、数据分析和数据挖掘的支撑平台，是连接智慧校园各部分、汇聚智慧校园各种信息的枢纽，为智慧校园提供坚实的数据基础。

（5）智慧应用层

智慧应用层包括各种智慧型的校园信息化业务应用，如教学、科研、管理、服务等各类应用，是智慧校园发挥作用的关键，也是智慧校园建设的重点。

（6）智能终端层

智能终端层支持各种智能终端，为各类用户提供与其所处环境、所用终端相适应的多屏交互模式，为用户提供贴心的服务，提升智慧校园的用户体验。

（7）支撑保障体系

支撑保障体系包括信息安全保障体系、信息化运维服务体系等，为智慧校园安全、稳定、高效的运行提供切实的保障。

2.框架模型

高校智慧校园框架模型如图3所示。

 

图3 高校智慧校园框架模型             

具体说明如下:

（1）通信框架是智慧校园框架体系的传输核心，为智慧校园各类信息的高速传输和广泛覆盖提供基础的支撑。

（2）环境框架是智慧校园框架体系的计算核心，为智慧校园各类信息的即时、高效处理提供基础的计算、存储和内部传输的支撑。

（3）数据框架是智慧校园框架体系的逻辑核心，以大数据的模式承载了智慧校园的虚拟映像。

（4）服务框架是智慧校园框架体系的应用核心，通过服务框架，智慧校园内的各类服务才能够有机地集成起来，形成柔性、可演化的智慧校园应用环境。

智慧校园的持续建设和演进，面对系统不稳定、碎片化严重系统关系复杂等挑战，则需重点解决系统间的功能互访、业务集成等问题，因此需要构建统一的服务框架，如图4所示。

图4 高校智慧校园服务框架

3.成熟度模型

智慧校园成熟度模型（如图5所示），也称为智慧校园演进模型，用于描述智慧校园建设发展和演进过程。智慧校园成熟度模型将智慧校园建设与发展状态划分为不同阶段，并给出各阶段的关键特征和阶段描述，可用于智慧校园的评估工作，也可以指导智慧校园建设向更高水平发展。智慧校园发展分为萌芽阶段、集成阶段、融合阶段和创新阶段等四个阶段，智慧校园一般情况下会逐级演进，其成熟度逐级提高。

图5 智慧校园成熟度模型

（1）成熟度评价维度与观察点

智慧技术引用程度：观察智慧校园主流技术在学校中的引进使用情况，每一个技术可以分五级：未使用、局部使用、大面积使用、全面使用、全面深度使用。

智慧应用开展程度：观察智慧校园主流应用在学校的开展情况，针对每一种应用可以分五级：未开展、零星开展、有组织开展、全面开展、全面深度开展。

智慧业务融合程度：观察学校主要业务在IT支持下的融合创新程度，每类业务可以分五级：无影响、组合、整合、融合、创新。

（2）成熟度阶段划分

萌芽阶段：部分智慧技术在少数业务领域得到应用，相互之间处于孤立状态。

集成阶段：多种智慧技术在多个业务领域得到规模应用，相互之间已经互联互通，实现系统集成。

融合阶段：各个业务领域都有智慧技术的深度应用，业务与技术深度融合。

创新阶段：在IT支持下，学校的教育教学模式、科研协作模式、管理决策模式都有了创新，IT贡献度大。

二、高校智慧校园标准体系

图6 高校智慧校园标准体系

在高校智慧校园标准体系（如图6所示）中，设置有总体标准、应用标准、技术标准及安全与运维标准。

总体标准是对智慧校园的名词术语、技术参考模型、评价指标等内容进行描述，从宏观上对智慧校园的概念、框架、边界等进行约束。

应用标准是对智慧校园的各类应用内容和应用形式等进行描述，从业务角度对智慧教学服务、科研服务、管理服务、生活服务、社会服务和文化服务等进行约束。

技术标准是对智慧校园的技术架构和关键技术等内容进行描述，从通信框架、环境框架、数据框架和服务框架等方面约束智慧校园的技术体系、技术路线和关键技术。

安全与运维标准是对智慧校园的运维模式进行描述，阐述智慧校园的运维保障机制；对智慧校园的安全架构和进行描述，阐述智慧校园的安全体系、安全边界和安全机制等。（蒋东兴：中国高等教育学会常务理事、教育信息化分会理事长。本文根据新开普“‘互联网+’时代智慧校园建设研讨会”报告整理。）