魯鵬薇

（上海電機學院信息化辦公室，上海 201306）

基于校園一卡通的數(shù)據(jù)分析與展示平臺建設

魯鵬薇

（上海電機學院信息化辦公室，上海 201306）

校園一卡通系統(tǒng)通過對各種信息、資源的有效集成、整合和優(yōu)化，能夠實現(xiàn)對信息的有效配置和充分利用。多年運營下來，校園一卡通系統(tǒng)積累了很多數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)隱藏著很大的價值，如何挖掘出有用的信息成為一個重大的研究課題。高校依托一卡通業(yè)務系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)開展針對持卡用戶的行為分析具有很大的意義。目前，大數(shù)據(jù)在教育領域的應用主要集中于教學領域，在學生管理領域則研究較少。分析校園一卡通所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進行抽取、轉換和清洗，構建數(shù)據(jù)倉庫，然后進行數(shù)據(jù)挖掘，最后采用前端工具進行數(shù)據(jù)分析，形成數(shù)據(jù)分析報表，建成上海電機學院數(shù)據(jù)分析與展示平臺。該平臺可以為領導層以及管理層提供決策支持服務，有著現(xiàn)實的重要意義和廣泛的應用前景。

大數(shù)據(jù)；校園一卡通；數(shù)據(jù)分析；平臺

0 引言

近年來，大數(shù)據(jù)（Big Data）的受關注程度越來越高。如何對大數(shù)據(jù)流進行抽取轉換成有用的信息并應用于各行各業(yè)變得越來越重要[1]。大數(shù)據(jù)處理與分析成為了全球性的問題，例如在2012年3月，美國政府[2]就率先發(fā)表了《大數(shù)據(jù)研究與發(fā)展計劃》。如今的高校，建設有龐大的業(yè)務信息系統(tǒng)，多年來積累了大量的數(shù)據(jù)，包括學生的選課、考試成績、圖書借閱和吃飯刷卡等，還有老師的課件、研究項目等等。這些數(shù)據(jù)具有很高的教學與科研價值，能夠改變教育領域的授課和學習模式。比方說：位于加拿大的湖首大學創(chuàng)建的學生行為分析系統(tǒng)[3]。國內(nèi)的廖珣[4]給出的對高校就業(yè)形勢的分析，主要結合K-means算法和CBR方法。葉煉[5]提出的對電信客戶的行為分析，成為電信運營商增加收入和利潤，提高客戶滿意度和忠誠度的有效工具。因此，上海電機學院建設的關于學校數(shù)據(jù)的分析平臺是很有必要的，可以充分利用這些數(shù)據(jù)為師生提供高質量的信息服務，并為學校未來的發(fā)展方向和領導決策提供強有力的支撐。

1 校園一卡通系統(tǒng)平臺介紹

校園一卡通系統(tǒng)在高校應用十分廣泛，目前上海電機學院主要利用校園一卡通對校園中的各類消費、門禁、圖書借閱、補助領取等進行統(tǒng)一管理。校園一卡通平臺架構采用當前業(yè)界流行的三層系統(tǒng)架構，即用戶層、中間層和數(shù)據(jù)層，整個系統(tǒng)具有良好的開放性和可擴展性，能夠實現(xiàn)客戶邏輯、業(yè)務邏輯和數(shù)據(jù)邏輯的有效分離和整合，一個健壯的、具有相當安全性的平臺架構如圖1所示。作為校園管理系統(tǒng)，在設計和實現(xiàn)的過程中，重點關注其應用功能的實現(xiàn)方面，對其所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)的分析則很少考慮到。如果能夠對這些數(shù)據(jù)進行有效分析和挖掘，發(fā)現(xiàn)其中存在的規(guī)律及問題，將會對今后的學校管理工作具有重要的指導意義并為之提供相應的決策支持。數(shù)據(jù)的有效整合，才能形成高質量的大數(shù)據(jù)[6]。本平臺重點完成對數(shù)據(jù)的整合、分析和預警，它作為學校大數(shù)據(jù)平臺的基礎建設工作，為學校未來的發(fā)展方向和領導決策提供了強有力的支撐。

2 需要解決的問題與難點

2.1 現(xiàn)有校園一卡通系統(tǒng)的問題

校園卡的功能非常強大，所謂“一卡在手，走到校園哪里都不怕”。它作為高?，F(xiàn)代化管理的方式，全面構建了一個校園消費系統(tǒng)，如：就餐、購物、淋浴、洗衣、借閱等。但是校園卡系統(tǒng)內(nèi)存在的統(tǒng)計分析模塊，不能做為數(shù)據(jù)模型和相關數(shù)據(jù)分析手段，因而無法輔助校領導以及相關部門對學校管理做出有效的決策。

2.2 現(xiàn)有校園一卡通系統(tǒng)收集信息的難點

（1）餐飲消費系統(tǒng)

①校園卡系統(tǒng)中學生個人賬單無法查詢；②對于多天未消費人數(shù)及分布情況無法得知，從而也無法得知學生在校動態(tài)；③無法得知學校學生低消費人數(shù)及分布情況;④食堂、商鋪每日消費信息無法直觀展示；⑤食堂就餐高峰期無法直觀顯示，只能通過課表時間預估計；⑥無法對不同年級、專業(yè)、學院消費對比進行直觀顯示。

（2）圖書借閱系統(tǒng)

①無法直觀展現(xiàn)出借閱高峰，從而導致不能及時的做好相關學生服務工作；②無法得知學生及教師借閱情況，從而無法分析出不同人群的借閱習慣；③無法直觀展現(xiàn)出相關熱點圖書具體借閱情況：按照年級、學院、專業(yè)、班級分類；④無法詳細的展示出分年級、學院、專業(yè)、班級借閱情況，無法從各層面了解到學生借閱偏好及借閱動態(tài)；⑤無法直觀展示出一段時間內(nèi)館藏圖書的利用率以及無法快速查找圖書的借閱量和相對應館藏數(shù)量；⑥對于每年圖書館新購圖書，無法知道實際的借閱量及使用率。

（3）利用現(xiàn)有門禁系統(tǒng)收集信息難點

①宿舍門禁只對學生進行身份識別、統(tǒng)計，僅作為安防需求，并沒有對學生晚歸進行統(tǒng)計；②圖書館門禁也只作為進出標志，并沒有對學生進行在館時間統(tǒng)計；③對進出圖書館的學生無法直觀進行分學院統(tǒng)計人數(shù)并顯示；④無法直觀顯示每小時進出圖書館學生人數(shù)。

3 程序運行界面效果

3.1 系統(tǒng)總體架構圖設計

該平臺以數(shù)據(jù)倉庫技術為核心，以聯(lián)機分析處理技術和數(shù)據(jù)挖掘技術（結合統(tǒng)計數(shù)據(jù)和機器學習，使用數(shù)據(jù)庫管理技術從大型數(shù)據(jù)集中提取有用信息和知識的技術[7]）為手段，整合相關系統(tǒng)的核心業(yè)務數(shù)據(jù)，分析并挖掘數(shù)據(jù)隱藏關系，獲取有利信息，為校領導提供決策支持。

本決策支持系統(tǒng)包含5個部分，分別是數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)存儲與管理、聯(lián)機分析處理服務、前端工具與應用、決策支持應用。系統(tǒng)架構展示圖如圖2所示。數(shù)據(jù)清洗是令數(shù)據(jù)在一致性（Consistency）、最小性（Minimali?ty）、完整性（Completeness）和正確性（Correctness）四個指標滿足上達到最優(yōu)[8]，然后按照主題進行重新組織，構建數(shù)據(jù)倉庫。

圖2 數(shù)據(jù)分析與展示平臺總體架構圖

聯(lián)動處理，以預警的形式向相關管理人員和學生傳遞信息。例如，某學生申請了獎學金，但經(jīng)過分析其各科成績數(shù)據(jù)，挖掘出該學生某門課程并不符合相關條件，那么數(shù)據(jù)挖掘模型則向獎學金管理系統(tǒng)產(chǎn)生預警信讓獎學金系統(tǒng)作相應處理。聯(lián)動結構如圖3所示。

3.2 平臺搭建環(huán)境

（1）網(wǎng)絡環(huán)境

校園一卡通系統(tǒng)在使用的過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。此類信息要求極高的安全性，來防止信息外泄、信息丟失或非法訪問[9]。為了安全考慮，需要在外網(wǎng)和內(nèi)網(wǎng)之間架設防火墻，以保證系統(tǒng)服務器與外網(wǎng)訪問之間的隔斷，進而保護服務器的訪問安全，并利用交換機來劃分虛擬子網(wǎng)（VLAN）。

圖3 數(shù)據(jù)挖掘與其他應用系統(tǒng)之間聯(lián)動

上海電機學院數(shù)據(jù)共享平臺核心網(wǎng)絡架構拓撲圖如圖4所示。

圖4 核心網(wǎng)絡架構拓撲圖

（2）實施環(huán)境

準備了兩臺服務器，一個用做數(shù)據(jù)庫平臺服務器，另一個用做應用平臺服務器，如表1和表2所示。

3.3 項目實施工具

表3 實施工具詳細版本

4 數(shù)據(jù)分析與展示平臺

平臺主要分為三大板塊：預警系統(tǒng)、校園卡系統(tǒng)和圖書系統(tǒng)。高校信息化從以管理信息化為核心的數(shù)字校園轉型為以服務用戶為核心的智慧校園已是大勢所趨[10]。該數(shù)據(jù)分析平臺的建設，不僅僅限于可以獲取到大量的數(shù)據(jù)信息，更重要的是在于通過對這些數(shù)據(jù)的加工整理和聚類分析，提煉出很多有價值的信息[11]。利用這些信息既可實現(xiàn)高校的智能化管理，圖書館資源的優(yōu)化和后勤服務質量的提升，又可促進學校未來的可持續(xù)發(fā)展[12]。最重要的是可以在發(fā)現(xiàn)知識的過程中進行很好的人機交互[13]。系統(tǒng)提供查詢、統(tǒng)計、預警三個功能[14]。

整體展示如圖5所示（日期為2017年3月15）。

圖5 數(shù)據(jù)與分析平臺總體展示

4.1 預警系統(tǒng)

消費預警（截止昨天連續(xù)10天未消費）、圖書預警（近3個月無借閱記錄）、pos預警（近3天無消費記錄）、醫(yī)務預警（昨天掛號人數(shù)）、低消費預警（近12個月消費低于平均水平的學生分布）、學生預警（按輔導員分類，截止昨天連續(xù)10天未消費）、學生晚歸統(tǒng)計（晚上10點至第二天早上4點）。

表1 數(shù)據(jù)庫平臺環(huán)境

表2 應用平臺環(huán)境

以學生預警為例，以圖表直觀顯示，如圖6所示。

圖6 學生預警（按輔導員分類）

4.2 校園卡系統(tǒng)

以地圖形式展示學生生源地分布信息，按年級、按學院分別統(tǒng)計學生一周、兩周、一個月的早、中、晚餐以及夜宵消費信息展示，可以對四個年級的學生進行一周、兩周、一個月的早、中、晚餐以及夜宵消費信息對比，各個食堂、窗口在一周、兩周、一個月的消費次數(shù)、金額展示，可以看出哪個食堂最受歡迎，精確統(tǒng)計出食堂就餐高峰。

以一周前二食堂二樓午餐就餐高峰為例，如圖7所示。

圖7 一周前臨港校區(qū)第二食堂二樓午餐消費人次/5分鐘

3.3 圖書系統(tǒng)

館藏圖書（按中圖法）分類、館藏圖書（按類型）分類、超期未還圖書（按中圖法）分類、圖書采購量（按年）分類、圖書借閱量（按學院）分類（學生+教師）、圖書借閱量（按年級）分類、臨港校區(qū)、閔行校區(qū)過去24小時門禁出入人次（僅學生）、圖書館門禁出入人次（分學院）、在圖書館時間分布、圖書借閱量分布（過去24小時）、各位館員工作量統(tǒng)計（自助多，人工少）、分部門圖書借閱（教師，一周、兩周、一個月）、分學院圖書借閱（學生，一周、兩周、一個月）、統(tǒng)計熱點圖書（一周、兩周、一個月）、分年級、班級、專業(yè)、學院借閱量（一周、兩周、一個月）、班級借閱（月）統(tǒng)計、圖書利用率分析（一周、兩周、一個月，借閱次數(shù)比上在館數(shù)量）、新購圖書借閱。

以分專業(yè)借閱次數(shù)統(tǒng)計（一周）為例，對借閱次數(shù)進行統(tǒng)計，可以明顯看出“機械”、“機電”、“電氣”專業(yè)借閱量大，如圖8所示。

圖8 分專業(yè)借閱次數(shù)統(tǒng)計（一周）

5 結語

通過對一卡通相關數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，不僅使得原有數(shù)據(jù)更加準確，而且數(shù)據(jù)展示更加人性化、便捷化、直觀化，有效提升了學校的信息化管理水平。建設信息系統(tǒng)應用體系、信息安全體系以及技術服務體系，實現(xiàn)與上級數(shù)據(jù)中心的無縫對接。建立大數(shù)據(jù)和小數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，提高學校的管理水平和決策支持水平。通過對一卡通數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)并掌握學生就餐、消費、圖書借閱、出入宿舍的活動規(guī)律，可以幫助學校提升后勤、教務、圖書館等多個部門的管理水平。能夠滿足從業(yè)務處理，到中層管理的控制，最終達到為領導決策提供決策支持的目的。

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[2]Tom Kalil.Big Data is a Big Deal,March 29,2012.Available at:http://www.whitehouse.gov/blog/2012/03/09/big-data-big-deal.

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Abstract：With effective integration and optimization to variety of resources,the campus card system makes efficient allocation and full use of campus information.Over the years,the campus card system has accumulated a lot of data which hide great value.How to dig out useful information from these data has become a major research topic.It is of great significance for colleges and universities to carry out the analysis of the be?havior of the card users based on the basic data of the card business system.At present,the application of big data in the field of education is mainly concentrated in the field of teaching,but the research in the field of student management is less.In this paper,by analyzing the data produced by the campus card,data analysis and display platform was built in Shanghai Dianji University.The processing was as fol?lows:First,through data extraction,transformation,cleaning,the data warehouse was built.Then,data mining was carried out.Finally,the data was analyzed by the formation of front-end tools and data analysis report.The platform can provide decision support services for the leadership and management,which has important practical significance and broad application prospects.

Keywords：Big Data;Campus Card;Data Analysis;Platform

Construction of Data Analysis and Display Platform Based on Campus Card

LU Peng-wei
（Informatization Office,Shanghai Dianji University,Shanghai 201306）

1007-1423（2017）25-0062-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.25.016

魯鵬薇（1989-），女，河南焦作人，碩士研究生，初級工程師，研究方向為數(shù)據(jù)挖掘、多媒體技術

2017-06-13

2017-08-25