智慧校園系統數據架構設計與研究

◆徐英 田萌 龍學磊 王虹

（中國海關管理干部學院 河北 066000）

1 智慧校園建設思路

為響應黨中央號召，為培養造就忠誠干凈擔當的高素質專業化干部隊伍，不斷把學習貫徹習近平新時代中國特色社會主義思想作為首要政治任務，不斷把習近平新時代中國特色社會主義推向前進。依照中共中央對于信息化的相關要求，遵循《干部教育培訓工作條例》，結合干部教育培訓工作實際，嚴把政治關、質量關、紀律關，樹立互聯網思維，遵循干部網絡培訓相關國家標準。利用云計算、大數據、物聯網、5G移動互聯網、人工智能等先進技術，按照“頂層設計、標準先行”、“集成共享，整合資源”、“管理高效、決策智能”、“線上線下、創新模式”、“訓前中后、全程一體”、“前段微化、后端云化”、“智能運營，激發活力”、“共建共享，服務全國”、“數據畫像，精準培訓”、“趣味學習、個性體驗”的思路，聚焦精細化服務、精品化課程、精準化培訓，打造一體化的一流學院，將其建設成為全國一流線上線下理論學習網絡平臺，習近平新時代中國特色社會主義思想的理論陣地，全國領導干部思想理論教育的學習堡壘，學院教職工在線進修的培養渠道，學院優質干教資源的共建共享平臺，學院“智慧校園”互聯互通的數據樞紐，實現學院在網絡空間的延伸，打造全國學院系統一體化的干部培訓生態圈，實現“大數據驅動、社交化激勵、精準化培訓、個性化服務”的科學運營，全面構建功能齊全、技術先進、性能穩定、安全可靠、用戶體驗滿意的信息化應用的工作、學習和生活環境。為廣大學院在、離校學員以及各級學院教職工提供線上學習服務。

信息化項目統一建設要優化信息化項目治理，按照院校通行做法，學校應當從網絡資源、硬件設施、應用系統、基礎平臺服務等方面統籌推進學校信息化建設。數據的統一管理，重點開展數據治理，實現數據匯聚共享應用新突破。用戶身份統一管理，加快用戶中心建設，實現統一身份驗證全覆蓋。網絡信息安全統一防護，落實網絡信息安全責任，健全機制，筑牢防火墻。信息交互統一平臺，提供統一規范平臺，減少各部門業務平臺，并納入整體安全管控。加強云平臺建設，提供資源統一服務。學?；ヂ摼W統一接入，強化網絡統一接入管理，提升網絡服務質量。借助物聯網技術，實現校園生活統一智慧化。

2 智慧校園建設原則

全面貫徹落實學院科技大會精神，助力學院“十四五”建設，智慧校園項目建設要按照實事求是、應用效能高、滿足實際需求的原則，以提高培訓教育質量、推進干部教育現代化建設為目標，從教育培訓工作實際出發，統一規劃、分步實施，以應用促建設、以需求促發展，不斷推動學院中心工作的高質量發展，建設集智慧管理、移動應用及數據驅動于一體的學院信息化生態，促進教育信息化發展。項目的總體設計應遵循以下原則：

（1）先進性

依據先進性與成熟性并重的原則。在應用軟件平臺方面：基于面向服務的體系結構（SOA）進行軟件開發，具備跨平臺運行能力。在網絡和硬件平臺方面：充分考慮目前網絡現狀和未來國產化發展趨勢，把先進的思想與國內外成熟技術相結合起來，適應學校未來5 到10 年跨越式發展的需要。

（2）開放性和標準性

標準是質量的重要技術基礎，標準決定質量，只有高標準才有高質量。在嚴格遵守國家及教育部門有關技術規范標準之外，學院也要科學規劃、系統分析，建立一套標準體系。在標準框架內同時支持今后網絡及應用的擴展。

（3）整體性和共享性

依據“統一網絡平臺、統一信息標準、統一信息門戶、統一身份認證、統一數據庫平臺”的建設原則，從總體規劃上解決學院內信息及資源孤島問題。建立數據精準、安全共享的網上數據資源服務平臺，實現系統內資源的互聯互通，資源的共享利用。

（4）安全性

多層次、全方位、整體的建立安全體系，對網絡傳輸、數據存儲、用戶身份認證、訪問資源及服務等各個環節提供安全措施。加強信息系統的安全建設，同時建立切實可行的數據、系統和網絡安全的主動免疫屏障，保障應用數據安全可靠。

（5）可靠性和穩定性

能夠保證系統24 小時不間斷運轉，系統主要設備采用冗余技術，保證無單點故障。使用防火墻等技術加以隔離，建立風險預警系統和應急處置機制，強化責任意識，形成重點應用系統全覆蓋監測、全天候監測保護體系和運行機制。

（6）經濟性

在學院已有的信息化設施基礎上，充分利用虛擬存儲機制，整合現有硬件設備資源，形成內部資源的調劑利用。降低了硬件運行維護成本及人員管理成本，大大提高了資源利用率。

3 智慧校園系統架構設計

智慧校園系統建設框架大體上可以分為五個建設層面，即基礎設施層、信息資源層、應用支撐層、業務應用層、用戶服務展示層。

（1）基礎設施層

基礎設施層是整個智慧校園系統的物理基礎層，由網絡平臺和設施云平臺構成。網絡平臺包括校內有線無線網絡、校內專網、校內VPN 虛擬專網。設施云平臺即為基于云計算技術、虛擬化技術建設的智慧校園云數據中心。為智慧校園系統提供網絡連通、數據計算存儲及傳輸能力。

智慧校園系統信息資源層包含基礎數據、業務數據與數據倉庫三個層面的數據庫?；A數據庫主要為在校教師及學員提供個性化的服務，為各業務應用系統的建設，提供必要的基礎數據的支撐。業務數據庫是在為學院提供的教學、教務、科研、后勤、綜合辦公等應用系統產生業務數據。數據倉庫是應用系統長期運行積累的大量歷史數據，利用ETL 技術對這些數據進行有用信息抽取、格式編碼、清洗等操作，最終將應用數據裝載到數據倉庫中，構建全面、全鏈路的共性數據處理與服務能力，面向于上層各類業務的建設、迭代、變化等需求提供低門檻、高可用的數據服務。

（3）應用支撐層

應用支撐層由應用支撐平臺和公共數據平臺構成。應用支撐平臺由統一身份認證授權、統一工作流管理、統一智能平臺、統一信息發布平臺等構成，為智慧校園系統平臺提供數據支撐。公共數據平臺由各業務應用數據庫、公共數據庫、數據倉庫構成，數據支撐決策，實現“用數據說話、用數據管理、用數據創新”。

（4）業務應用層

業務應用層是整個智慧校園系統的核心，也是信息化建設工作與學院業務管理工作深度融合的關鍵。包括智慧教務、教學、科研、后勤、綜合辦公等系統構成，各業務系統之間相互關聯，保證各業務層子系統間數據協同與共享。

（5）個人主頁展示層

個人主頁展示層是整個智慧校園系統的展示窗口。依據智慧校園系統用戶不同的身份角色，展示不同的頁面信息資源。不同的個人主頁將依據不同身份用戶的服務請求，集中調用業務應用層中各子系統的功能，將各子系統功能轉換為不同身份用戶所需要的一站式、一體化的智慧校園服務。

2014年，為深化轉型升級，公司在東莞橋頭鎮建設了力嘉環保包裝印刷產業園，該項目于2014年被東莞市委、市政府列入重大項目，項目分兩期開發建設，一期園區占地面積160畝，投資規模達6.8億元，已成功打造10萬平方米的自動化環保生產基地，目前已吸引超30家印刷包裝上下游企業入駐。此外，公司還精心打造了包裝印刷博物館、蘋果樹創客空間、包裝設計展廳、多功能會議廳、嘉湖觀休閑區等包裝印刷公共配套，并陸續把園區的配套設施共享給行業協會，實現資源共享。

4 智慧校園數據架構設計

4.1 設計思路

數據管理是一項較為復雜的工作，涉及數據的規范、生產與使用等多方面的內容，需要適應校院信息化建設與使用過程中出現的各項具體情況，解決實際問題，全面保證數據服務質量。

總結多所同類型校院項目建設經驗，按照“數據規范—數據生產（存儲、交換、監管）—數據使用”的業務脈絡，以數據中心建設為核心，不斷擴展數據中心應用內涵，構建全方位、立體式數據中心管理體系。

具體建設思路說明如下：

（1）數據規范

通過“樹型結構”信息化處理國家信息標準（含教育部、行業信息標準）和校院執行標準，實現數據標準代碼集和數據集的導入、維護、變更與發布。

參照信息標準建設“數據模型”，將數據標準轉化為業務系統更容易使用的技術規則。業務系統引用數據模型建立數據表，保證數據表和表字段設計符合信息標準規范。

（2）數據中心建設

面對智慧學院多樣化的應用環境，我們對數據中心庫進行合理規劃，包括基礎數據庫、輔助數據庫、應用集中數據庫、主題數據庫和教學資源數據庫等。各類型數據庫相互配合，共同實現數據的高效存儲、規范管理與靈活調度。

（3）數據交換系統、數據交換服務、數據文檔交換

校院業務系統在建設時間、技術方案、業務管理等方面存在多種情況，單一的數據采集方式不能滿足用戶的全面需求。

通過數據交換系統、第三方數據交換產品（ODI）、數據交換服務、數據文檔交換多種數據交換與采集方式，保證任何兩個異構業務系統之間的數據共享基于一種安全、可管理的模式進行。任何業務系統的添加和修改不影響其他業務系統的正常運行。

系統實時監控數據交換過程，嚴格管控服務調用權限，及時提醒技術和業務人員跟進數據交換中出現的異常，確保數據交換安全和數據交換質量。

（4）數據質量管理

重視數據質量管理，實時校驗、跟蹤數據中心及各業務系統數據質量、提供全面的數據質量檢測報告，及時跟進解決數據質量問題，同時盡量減少管理人員數據維護工作量。

（5）數據共享服務

充分利用數據中心建設成果，發布與管理數據共享WS 服務，方便第三方業務系統獲取信息數據，同時，加強數據權限控制，避免數據中心相關表結構對外直接開放，保護數據安全。

4.2 數據架構設計

數據中心采用頂層設計思路，以智慧校院信息標準建設成果為依據，從數據源、數據目標到數據服務整個體系進行規劃，由數據交換、數據存儲與管理、數據服務等三部分組成。

數據交換方式支持數據交換系統、數據交換服務、數據文檔交換等多種方式，并提供完善的數據交換過程監控、異常預警和日志審計功能。

架構主要采用分層架構，分為6 個部分：數據源層、數據采集、數據治理運營、數據開放以及數據治理輸出成果。整個體系將充分支持智慧校院的各種綜合應用。

（1）數據源層：學院內部及外部存在的各種數據源，包括業務系統中的數據（以關系型數據庫中存儲的結構化數據為主）、IT設備中數據（以數據流輸出的日志類半結構化數據為主）、物聯網設備數據以及物聯網相關管理系統數據。

（2）數據采集層：即通過ETL、FILE、Flume、Kafka、MQTT等方式將上述數據采集到系統中，然后對數據進行清洗、轉換、解析、預處理等操作，使數據具備完整性、一致性、規范性等質量要求，然后導入到數據平臺中進行持久性存儲。

（3）數據治理運營層：對數據進行存儲、管理、發布、服務的一套軟件。生成校級層面全面、一致、權威的高質量數據倉庫，為智慧校園建設提供可信的數據源，實現資源集約化、數據資產化，構建與學校發展保持一致的數據治理體系，依靠信息標準與規范體系指導或規范未來的信息系統建設，實現數據融合共享的良性發展。

（4）為實現數據的高質量、高可用，使用ODS 作為數據共享庫，數據共享庫將會繼續保留并被更新為數據治理之后的高質量數據，并與業務系統隨時保持數據一致，作為業務系統的備用數據中心庫，從而實現“雙活數據中心”架構。

（5）數據開放層：為了將數據資產進行完善的管理和發布，還要對數據進行對象管理、API 封裝、發布、授權等，并對開發過程進行管控，將開發好的應用程序進行發布管理。在數據開放之上，因為數據的維度更加豐富、體量更加完整，此時可以借助數據統計、數據挖掘、機器學習方面的大數據技術，對數據進行數學模型設計，使數據的價值得到更加深入的發掘。這些設計完成的模型，可以由大數據平臺的算法功能進行引入，并開放給開發者用于進行應用程序開發使用。

（6）數據治理輸出成果是在數據采集處理過程中，形成的各種輸出交付物，主要包括數據標準體系、數據管理知識庫體系、數據管理規范制度體系。

5 結束語

數據標準規范是學院智慧校園建設的基礎環節和必要步驟，數據資源的規范管理、共享與挖掘利用，是支撐院校治理體系和治理能力的重要基礎。統籌建設智能化教學、管理與服務為一體的智慧校園平臺，是全面推進教育信息化不斷深入的依據，是提高教學質量的重要參考，更是學院高質量發展的重要保障。