數字化時代下校園一卡通信息集成開發與有效利用

華北電力大學 孫雅茹 陳 燈 張明月 孔 嬌

隨著時代向數字化、信息化的方向發展，智慧校園的概念應運而生，而在智慧校園中的一個亮點就是虛擬校園卡。虛擬校園卡是依附于電子設備存在的，相對于傳統校園卡易丟失，補辦成本較高等弱點，虛擬校園卡具有無可比擬的優勢。虛擬校園卡不僅可以繼承傳統校園卡一卡多用、身份認證功能，而且可以增加數據統計、信息服務等新功能，更好的符合了數字化、信息化時代發展的需求。

現如今人們的生活不斷向智能化、數字化的方向發展，人臉識別技術，二維碼技術，指紋識別技術等等逐步發展成熟并不斷的推廣應用。在各種智能技術拓展建設的過程中，智慧校園的理念產生了。智慧校園是學校在信息化時代下“以人為本，深度融合”的一個新的發展階段。智慧校園強調“以服務為核心，以管理為支撐”的理念，智能感知、資源組織、信息交換、管理邏輯與科學決策等。注重學校信息化工作與學校各項常規工作在機制與機構等層面的融合、信息化平臺資源的融合與集約化利用、信息化業務流程與消息數據的融合、信息化基于所有校園活動以及與外部環境(如智慧城市)的融合。智慧校園環節最終目的都是向用戶提供更好的服務。

高校校園生活中學生們不可或缺的東西之一就是校園一卡通。經過積年累月的發展，各校校園卡的功能在不斷地完善，校園內的許多需求都可以憑借校園卡實現，但是校園卡作為一個攜帶物品，性質上和以前普遍使用的貨幣有相似的地方，容易出現丟失或忘帶等情況，每年在補辦校園卡上浪費不少人力物力。隨著從數字校園向智慧校園發展，傳統的實體校園卡也需向數字化、虛擬化邁步。在虛擬校園卡中，我們要考慮兩個主要問題，一是如何將傳統校園卡的功能在不失便捷性的情況下順利轉移在虛擬校園卡上，二是如何結合現在的智能技術，賦予校園卡更多的功能。

1 校園卡的使用過程和特點

1.1 傳統校園卡

本文以華北電力大學為例，淺談實體卡的使用過程和特點。

傳統校園卡開通：

新生剛入學，在登記報到的時候，會獲得一張未激活的校園卡，然后由學長學姐帶領著新生去激活認證。實體校園卡的激活需要在圈存機上操作，新生排隊會浪費很多時間，同時也為迎新工作增大了難度。

傳統校園卡充值：

無論是微信充值校園卡或是從綁定的銀行卡中轉賬到校園卡，充值校園卡都必須通過圈存機實現。圈存機分布不算廣泛，感應并不靈敏，因此尋找圈存機、排隊、充值，這一系列過程會花費較長時間。

傳統校園卡掛失：

校園卡較薄較小，即使增加卡套也很容易丟失。丟失后即使通過學校企業號掛失，也只能保護掛失后的金額，存在被他人盜刷的危險。即使未被盜刷，丟失后也不易找到。

傳統校園卡補辦：

校園卡兼具刷門禁、支付餐費、進出圖書館等功能的唯一工具，對學生的校園生活影響巨大，丟失后的第一選擇就是補辦。補辦可以通過機器自助完成，但補辦的金額較高。補辦后，之前使用的卡失去作用，且不能回收重復使用。

由以上可知，傳統校園卡具有普適性，但缺點明顯。此外，卡片實體的大規模生產會花費大量材料和環境成本。校園卡無法再次利用且不易降解，對環境有很大影響。且卡片容易消磁，使用壽命并不長。

1.2 虛擬校園卡

虛擬校園卡的出現會解決實體校園卡的大部分問題。虛擬校園卡通過技術手段繼承傳統校園卡的功能且不具有卡片實體。同時虛擬校園卡的開通、充值都可以線上完成。成本會進一步壓縮，對環境的污染大大減少。

那么，在大數據的時代背景下，虛擬校園卡如何發揮作用呢？

首先，虛擬校園卡不管通過什么方式發揮作用，扣費方式都可以分為兩種。一種是綁定銀行卡實時扣費，另一種是利用獨立的應用軟件（如支付寶）充值扣費。前者比較簡單，而后者擁有更大的空間。通過銀行卡實時扣費操作便捷，但校園消費情況可能不易統計。獨立的應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，作為學校特色的應用軟件。

2 虛擬校園卡支付方案

校園卡的必要性是因為校園卡證明了使用者為在校學生的身份，從而使用學校的一些相關的功能。根據實際情況，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校園卡的兩大功能——身份認證和支付消費。身份認證的功能容易實現，下文重點介紹虛擬校園卡如何實現支付功能。虛擬校園卡方案如圖1所示。

圖1 虛擬校園卡方案

2.1 二維碼識別支付

二維碼，尤其是付款碼，是如今移動支付的一種主流形式。收款方在掃描學生付款碼的時候，不僅認證了學生的身份，同時收取了相應費用。如果利用這一功能代替傳統校園卡的身份認證和支付功能，學生只需要攜帶手機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(以下統稱微信支付）來替代傳統校園卡呢？答案是否定的。大學生吃飯享有國家補貼，因此學校食堂的食物費用較低。但微信支付是全國普遍的，如果學校食堂全面使用微信支付，就會使校外不明身份的人員可以來學校享受學生的這份補貼，這樣其實是一種不公平，也是一種不安全的狀況，因此，這里所說的付款碼支付不借助微信支付等外界支付方式。我們的初步設想是，與微信付款碼的原理一樣，在學校的企業號或者學校專用的一個App里面提供一個這樣的功能——學生通過輸入學號以及學校初設的密碼認證自己的身份，從而開通該App的使用功能，而后就會像生成動態的付款二維碼，學校掃描學生付款碼的時候可以識別學生的身份，從而進行對應的扣款。動態保證了學生支付碼的安全性，學號和密碼驗證保證了付款碼只能由該校學生使用。這種方案學校會花費一定的研發成本，但極大地保證虛擬校園卡在校園內的專用性，并且現在該技術已經趨于成熟，相對成本已經降低了很多，因此這種費用在整個智慧校園的建設中并不大。新生入學時，可以在了解流程后自主在手機上完成身份認證，也比傳統校園卡的激活方式更加便捷。

2.2 指紋識別支付

指紋技術屬于人體生物特征識別技術。首先，使用者錄入指紋，系統通過指紋圖像輸入、圖像預處理與增強、提取指紋特征值，建立指紋數據庫。使用時通過同樣的步驟，與數據庫比對特征值指紋進行指紋匹配。指紋具有唯一性和穩定性，在系統完善的情況下，學生的身份認證不會出現差錯。在學校需要支付時，也只需要按入自己的指紋，而后機器識別指紋認證身份，在相應的賬戶里面扣除費用。這種虛擬校園卡的方式在新生入學時也很容易操作，新生錄入一個或多個指紋后即可向數據庫中錄入自己的信息，激活虛擬校園卡。

2.3 人臉識別支付

人臉識別是通過比對人的面部特征與信息進行身份認證。檢測器首先判斷機器前有無人臉，然后識別臉部信息，處理器與數據庫進行對比，最終判斷被識別者的身份。根據現在的技術水平看，與上述的指紋支付相比，人臉識別支付的識別準確度低一些，不同時期人臉會有不同的變化，而且長相相似的人，如雙胞胎，精確識別也會有一定難度，若兩個人同時出現在檢測器檢測范圍內，身份認證的速度和精度難以保證，同時檢測器的高度固定，對于身高也有一定的限制。針對這一情況，可以借鑒人臉支付技術較為完善的支付寶的認證方式。支付寶在人臉識別不能完全確認身份時，可以輸入手機號尾號來確認，仍然不能確定時，就輸入全部的手機號碼。學校的人臉支付也可以仿照這種認證方式：檢測器未識別人臉時不工作，當檢測器判斷有人臉、但人臉特征識別不準確時，可以通過讓用戶輸入具有分辨性的學號尾號或身份證尾號來加以辨認。依附于人臉識別技術的虛擬校園卡的建立數據庫方式與方案二類似，新生入學后，將人臉數據錄入到學校系統中即可認證身份，獲得自己專屬的虛擬校園卡。

2.4 NFC識別支付

方案四中校園卡的依附方式是現在快速發展的NFC技術。NFC技術是RFID的進階，使用NFC近場通信技術的單一芯片結合P2P模式、卡模式、讀卡器模式的功能就可以實現與其他電子設備進行信息交換。目前已經有部分學?？梢酝ㄟ^NFC功能綁定學生的校園卡，從而實現校園卡的功能。由于NFC功能以日常生活不可缺少的手機作為載體，雖然不及指紋識別支付、人臉識別支付便捷，但相比傳統卡來說，丟失和忘帶的可能性大大降低，充值也便捷許多。

如果是為了實現一般的食堂支付、門禁系統、圖書館進出等基本身份認證和消費功能，以上四種方式都是可以的，但是便捷性會有所不同。例如人臉識別不適合長時間排隊的食堂支付，基于手機NFC認證的虛擬校園卡對于想要避免手機干擾、去圖書館學習的同學們不太適用，每種都相對具有一定的限制性。這里要特別分析基于虛擬校園卡的接水洗澡問題。以華北電力大學的熱水機為例，傳統校園卡在余額不足或未插入機器時沒有熱水供給，在卡正常且有余額時可以調節水溫并接水，機器根據插卡時長扣除費用，使用傳統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，學生洗澡時帶手機是很不方便的。因此為了彌補這一缺陷，洗澡時可以通過輸入自己的學號密碼開始計費，按相應的按鍵結束計費。如果是指紋支付或者刷臉支付，不需要依靠手機設備，可以通過洗澡前指紋或人臉識別認證身份從而開始計費，洗澡后再次刷臉或用指紋結束計費。

3 虛擬校園卡的功能拓展

3.1 收取快遞的功能

現在校園內出現了多個快遞點，除了之前就存在的菜鳥驛站，京東快遞點，還新增加了近鄰寶。菜鳥驛站簽收的方法是打開“菜鳥裹裹”APP，找到身份碼，將包裹和身份碼同時放在簽收的地點即可簽收。這種辦法需要等待工作人員輔助簽收，順豐京東等快遞點的簽收方式也很類似，相對費時費力。而近鄰寶采用儲蓄柜保存快遞，微信公眾號取件或者是輸入密碼取件，不僅能夠相對準確地識別身份，而且無需人工服務，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別的特性，我們可以通過與近鄰寶等快遞點的合作，使用二維碼、NFC、人臉識別、指紋識別等方式，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器數量不多，人力投入較少，且相關的技術也趨于成熟，因此，這個功能所需的成本相對較低，只要學校與近鄰寶等快遞點達成協議，錄入學生簡單的身份信息就能實現。

3.2 校園卡與學生交通卡的一體化

學生交通卡對于學生來說還是非常優惠的，尤其是大學生經常會出去游玩，用到交通卡的地方也比較多。但是，因持學生卡乘坐公交可享受特殊票價優惠，故學生必須本人攜帶證件到指定發卡充值網點辦理充值及延期業務。然而，指定網點的數量是有限的，充值及延期業務不能在一般公交卡的辦理地點辦理，因此對于學校不同的地理位置，有的學校指定網點會離學校較遠，在校學生到指定網點辦理業務相對繁瑣，導致一些學生為了避免這些麻煩，放棄了學生公交卡的優惠。但是，當校園卡與學生公交卡合為一體時，高校學生交通卡不僅可以通過線下公交充值網點進行人工充值，還可在校園內的自助設備上自行完成充值及卡片延期操作，免去了在校學生到指定網點辦理業務的繁瑣手續。根據北京晚報的報導，目前北京市已經有五所高校與北京一卡通公司達成合作，實行“兩卡合一”，推出了兼具校園卡及交通卡功能的“高校學生卡”，高校學生卡有線上充值渠道，持卡人僅需下載“北京一卡通”App，通過NFC智能手機即可為卡片隨時隨地在線充值。如此豐富、快捷的充值渠道，有效的解決了學生卡的“充值難”問題。當然，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獨立的部門，因此仍然是兩個獨立的賬戶，要分別向兩個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，相信更多的在校學生會選擇使用學生公交卡去坐公交，享受屬于學生的公交優惠。因此，既然現在兩卡合一的方式效果很好，我們可以改進和優化的可能性就很大。只不過現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備的更新。

3.3 通過校園卡統計數據分析人流

在大學中經常會遇到這樣的問題——不知道哪個食堂的人相對較少一點，去哪個食堂可能會更早的買到飯，甚至是抉擇去食堂吃飯還是點外賣；不知道學校圖書館或自習室大概的人數，抉擇是去自習室或是去圖書館。那么，有沒有方法可以緩解這種情況呢？校園一卡通系統集成了用戶大量的使用信息，如師生在食堂就餐消費、在超市購物消費、在校醫院看病消費、進出學校大門和宿舍門禁等等，通過對這些校園一卡通系統的大量數據進行預處理提取關鍵特征，然后，采用K-means聚類算法建立數據分析模型，可以實現校園內人流密度的圖像分析、預測和繪制。這些處理好的人流密度信息及時反映給學校和師生后，學校的管理工作會得到很好的參考，便于學校管理者做出更好的決策，同時方便學生更有效的在校園內安排自己的行程。

結語：在數字化時代下，二維碼，NFC，人臉識別，指紋識別等技術已經趨近于成熟，高校實現智慧校園是一種必然的趨勢，如何將原有校園卡的功能完全轉移到虛擬校園卡，并利用新的技術開發更多校園卡的功能從而更好地服務于學生是智慧校園建設的關鍵，從現在高校改革的趨勢來看，未來智慧校園一定能夠蓬勃發展，促進學生在學校更好地生活。