郑州铁路职业技术学院：智慧校园环境下面向服务的校园一卡通系统的建设与实践
来源：郑州铁路职业技术学院 作者：吉鹏霄 梅茜 陈静远等 郑州铁路职业技术学院信息化办公室 发表于：2020.09.30 618浏览
一、一卡通的发展趋势
随着“智慧校园”建设理念的深入人心、各类新技术的逐步成熟和信息化应用需求的不断发展，一卡通系统产品和应用方式也正在不断创新。
图1 高校一卡通发展路径
校园卡不再是唯一的人机交互方式，使用手机和生物特征作为支付和认证的验证方式逐步成为可能；
一卡通支付将覆盖校园内多样化的支付场景，各类费用的缴纳都将可以使用一卡通体系；线上支付、移动支付将和刷卡支付方式混合并存，但逐步向全面的移动支付过渡；线上支付和手机支付可以聚合多样化的支付通道，如借记卡圈存签约、网银、第三方支付等；一卡通系统将扩展至高校内的教学、安保、管理等业务领域，配合第三方信息化建设，充分发挥“物联网”的应用价值；一卡通业务办理将逐步整合至移动终端，同时，由于一卡通系统和校园信息化建设的不断融合，各类应用整合也将使用移动终端进行人机交互，如图书借阅、场馆预约、课表查询等。
二、郑州铁路职业技术学院一卡通体系介绍
“面向服务的校园新型一卡通”使得一卡通系统不再是后勤管理的工具，它能服务于校园内的财务收支、信息化资源整合、信息化运维、能源监管、安保防范、后勤服务、业务联动、流程优化。
一卡通系统的各种产品（各种功能）应构成一个应用体系，使之成为客户面向用户提供的一种服务，在满足管理需求的同时，尽量以自动化的智慧方式简化管理过程、提高管理效率、降低管理成本，也充分考量用户的使用体验，尽量以便捷的操作方式、多方位的服务渠道提高用户黏性、降低使用功能所要付出的时空成本。
1.软件体系设计
图2 一卡通系统软件体系
一卡通软件体系具有以下特点：
（1）维护和升级方式简单。一卡通软件体系部署方便，软件维护只需要管理服务器，所有的客户端都是浏览器，不需要做任何的维护。无论用户的规模有多大都不会增加任何维护升级的工作量，所有的操作只需要针对服务器进行。如果是异地，只需要把服务器连接专网，即可实现远程维护、升级和共享。
（2）跨平台，选择更多。软件体系采用B/S架构，实现了一卡通软件体系与操作系统的无关性，支持使用各种浏览器访问。一卡通系统基础平台服务层，采用SOA/SCA架构模式，实现服务组件的灵活装配和快速实现多种协议模式的服务发布，快速满足不同应用系统的调用需求。
SOA（Service-Oriented Architecture）是一种面向服务架构模型，它可以根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署、组合和使用。服务层是SOA的基础，可以直接被应用调用，从而有效控制系统中与软件代理交互的人为依赖性。
SCA（Service Component Architecture）是一种组件化的面向服务架构模型，是SOA的进一步延伸，SCA组件与传统业务组件最大区别在于SCA实现了“组件和传输协议的分离”、“接口和实现语言的分离”，并提供更完善的组件装配模型和装配策略。并且使用Web Service、XML技术、缓存管理等技术进行建设，面向系统整体需求，分析系统内部的各要素如用户、数据、表现、权限等，针对各要素开发可自我管理、自我扩展的管理构件平台，并最终形成可集成、可搭建、可维护、可扩展、高安全、高性能、高质量的信息化系统。
2.硬件组网设计
承载一卡通系统的网络一般是学校的自有局域网，多机构互联互通和移动互联网应用模式下，也涉及到利用互联网承载部分数据通信的情况，加之项目规模的大小和应用子系统的多少，这些客观需求决定了网络拓扑结构的复杂程度。郑州铁路职业技术学院一卡通系统的网络拓扑是一种“金字塔”结构（如图3）。数据中心位于“金字塔”的顶端，是整个网络的中心（核心层网络）；中间层是连通分支机构、第三方系统、移动设备和一卡通终端设备的汇聚层网络；最下层是分布于楼宇内的接入层网络。
图3 一卡通系统网络拓扑
数据中心的各类设备通常接入机房内的核心交换机，为星型结构。服务器机组支持分布式部署、虚拟化部署，支持VLAN（虚拟局域网）划分，以保障与其他服务器之间的数据隔离。若选择采用两台数据库服务器进行双机热备模式部署并使用磁盘阵列进行数据存储，则使用FC-SAN（光纤存储局域网络）模式。
分支机构之间的组网一般采用VPN（虚拟专用网络）技术利用互联网连接分支机构的局域网，其技术实现是使用虚拟隧道通信技术在互联网上构建虚拟专用通道，以保障通信速率和数据安全。机构内的局域网作为一卡通系统的承载网，一般采用VLAN技术将一卡通系统内数据通信和其它数据通信（如OA、网页浏览等常规的网络访问数据）进行隔离。
大部分一卡通终端直接以TCP/IP方式接入局域网；部分特殊设备以CAN-BUS或485方式接入数据采集器，采集器以TCP/IP方式接入局域网；一卡通无线终端设备利用WiFi、zigbee等技术接入局域网；手机等使用GPRS、CDMA技术的无线终端设备经由运营商网络从互联网接入数据中心，一般使用防火墙等设备进行安全防护。
三、建设成效
1.无现金支付环境
依托系统的支付体系，通过多样化的应用子系统，打造无现金流通的校园支付环境。目前已实现食堂商超、综合缴费、淋浴开水、公寓水电、校车、医疗、借书上机等方面的无现金支付以及虚拟卡支付，达到“完善金融收支渠道，优化财务清结算实现过程”的目的。
充值：支持人工现金充值、圈存机自助充值、现金充值机自助充值、PC端自助充值和手机端自助充值；支持各类补助金发放，支持Excel表格导入和批量规则发放；充值和补助资金，持卡至任意消费终端、领款机、圈存机、自助机等设备，均可刷卡领款，支持手机NFC领款（手机须支持NFC技术）。
消费：支持多个校区内一卡通行；食堂商超消费支持刷卡支付和虚拟卡支付；支持通过圈存机、自助机、PC端和手机端进行自助购水购电，购买量自动网络下发，无需人工干预；通过对接使一卡通成为第三方系统的支付手段，包括校医院、图书馆借阅、市内乘坐公交地铁等；支持刷卡控制热水淋浴和开水直饮水，按时长或流量计费，以经济杠杆调节能源利用率。
校外人员食堂就餐：可以通过综合缴费系统的管理端生成代表商户的二维码，校外人员使用微信/支付宝扫码支付（须自己输入缴费金额）；也可以通过连接在管理工作站上的扫码枪，扫描校外人员使用微信/支付宝生成的付款码进行收款操作（须管理人员在PC上输入金额）。
2.智慧公寓—能耗管理
一卡通系统为宿舍水电提供的解决方案，有效辅助后勤管理，打造绿色节能智慧校园。宿舍电控（或水控）不仅仅是计量和收费，通过补助水电量和阶梯水电价的设置，可有效缓解浪费严重的现象，使用经济因素培养学生的节能意识。
宿舍用电的管理需求多种多样。系统支持分路分时段送/断电、分路恶载识别功能，一旦发现违规电器的使用，自动断电；并且支持识别规则学习功能，可根据实际放行或阻止特定电器的使用。
3.维护安保秩序
系统将校内人员车牌号与人员信息绑定，出入自动放行。校外车辆可根据需要选择放行（计费）或者不放行。
4.移动端服务整合
一卡通完美校园APP主要整合了以下几方面的应用和服务常规卡务操作，如充值、挂失、查询等；虚拟卡的载体；移动支付，包括一卡通体系内支付（购水购电、充值等）；校园信息化整合，包括完美就业、学校介绍、账单查询、通知公告、在线课堂等。
5.一卡通运维保障
自助现金充值、自助补卡：卡务中心大部分的工作量都是人工充值和人工补卡，借助自助设备，可以有效减少人工成本，并提升用户体验。
批量智能发卡：每年暑期过后的迎新发卡压力巨大，使用批量智能发卡机一次性完成卡片的信息写入和卡面打印，支持140张/分钟，基本实现无人值守，可大大减轻卡务运维工作的压力。同时，它还可以用于日常的卡务工作，如补卡、发放临时卡等场景，比常规人工发卡方式更高效。
运维（风险）稽核：一卡通系统中终端设备数量众多、体系庞大复杂、业务链条较长，其运维工作比较复杂，以往都是“事后处理”。学校运维（风险）稽核系统针对一卡通系统正常运转涉及的多个层面（包括但不限于设备、服务器、数据库、接口、性能、拓扑等）和一卡通系统的业务链条（包括但不限于卡状态、缓存交易流水、数据库表空间、坏账等）进行全面监控，支持自动体检，并可以自动发送体检报告。系统旨在收集系统运行数据，注重运维和业务风险预测，进而“事前预防”，并分析系统状态规律，形成故障的自处理模式。
四、后续发展思考
郑州铁路职业技术学院一卡通系统解决了以往的一卡通系统存在的多校区信息无法互通，各校区财务独立结算，无法统一管理、应用孤岛现象严重，业务流程和应用相互脱节，人工办理服务效率低下，运维管理和服务成本高昂，用户体验较差，稳定性和可靠性低，无法满足新的应用需求等问题，为师生学习、工作和生活提供了高效便利的服务。但是，一卡通系统仍然存在数据无法跨部门、跨系统共享流转，各类数据不能形成有价值的信息等问题，阻碍了学校信息化建设的整体进程。
一卡通系统不能仅仅停留于后勤管理和保障，下一步更应该借助于一卡通系统真实记录用户的金融数据和行为数据，侧面收集第三方信息化系统的过程数据，推动信息的集中与共享，通过数据建模分析数据意义，体现数据背后的价值，实现数据分析辅助决策。（本项目获河南省“2019年度教育信息化优秀成果（创新应用类）”二等奖。）