吳元君

【摘 要】 針對(duì)目前很多高校數(shù)字化校園平臺(tái)訪問(wèn)方式單一、建設(shè)初期缺乏統(tǒng)一模型指導(dǎo)、信息資源利用率低等問(wèn)題，本文基于面向主題的WebCrawler、改良的個(gè)性化信息推送、系統(tǒng)無(wú)縫集成、改進(jìn)的熱點(diǎn)發(fā)現(xiàn)算法等技術(shù)研究構(gòu)建了一種門戶式智慧校園移動(dòng)信息平臺(tái)，為高校多方位、效能化、智慧化的創(chuàng)新管理與服務(wù)提供了有效的技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】 智慧校園;移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng);WebCrawler;個(gè)性化;應(yīng)用集成;話題發(fā)現(xiàn)

【中圖分類號(hào)】 G647 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 2096-4102（2020）01-0033-04 開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

一、前言

（一）研究背景

2016年4月，習(xí)近平總書記在網(wǎng)絡(luò)安全和信息化工作座談會(huì)上指出，今后，要加快推進(jìn)社會(huì)信息化。建設(shè)國(guó)家教育云平臺(tái)，集中部署全國(guó)優(yōu)質(zhì)教育信息資源，逐步縮小區(qū)域、城鄉(xiāng)、校際差距。進(jìn)一步提高教育信息網(wǎng)絡(luò)的性能，加快智能校園和智能教室建設(shè)，大力發(fā)展智慧教育。

根據(jù)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》，“十二五”到“十三五”以來(lái)，教育信息化工作已全面推進(jìn)，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)計(jì)算等新技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入校園應(yīng)用，校園里的一場(chǎng)數(shù)字化革命已然高速起步成長(zhǎng)。數(shù)字化校園門戶平臺(tái)，作為專門服務(wù)于學(xué)校的信息門戶平臺(tái)被各高校廣泛應(yīng)用，一站式處理所有業(yè)務(wù)。這類門戶平臺(tái)通過(guò)實(shí)現(xiàn)從環(huán)境、資源到應(yīng)用的全面信息化，為校園師生提供了一個(gè)集成了多種校園應(yīng)用的虛擬數(shù)字校園，拓展了校園應(yīng)用和體驗(yàn)的時(shí)空維度，但是建設(shè)目標(biāo)不明確、基礎(chǔ)平臺(tái)選型不準(zhǔn)確、底層硬件支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)不合理以及個(gè)性化定制不合理等問(wèn)題也影響了高校智慧校園建設(shè)的持續(xù)穩(wěn)步推進(jìn)。

文章結(jié)合新時(shí)代高校師生服務(wù)需求和發(fā)展要求，成功搭建了集合面向主題的數(shù)據(jù)爬取、改良的個(gè)性化信息推送、系統(tǒng)無(wú)縫集成、改進(jìn)的熱點(diǎn)發(fā)現(xiàn)算法等多項(xiàng)技術(shù)的門戶式智慧校園移動(dòng)服務(wù)平臺(tái)。

（二）國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.智慧校園發(fā)展現(xiàn)狀

智慧校園的概念伴隨著當(dāng)前大數(shù)據(jù)計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)等新技術(shù)的興起而被逐漸重視，很多高校的智慧校園研究和建設(shè)也開(kāi)始看到了成果。上海交通大學(xué)的智慧圖書信息中心、浙江大學(xué)的智慧園區(qū)、東南大學(xué)的智慧一卡通等智慧校園的建設(shè)和研究，既切實(shí)提高了高校的管理服務(wù)水平，也讓我們看到了云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)對(duì)高校師生在教科研、后勤管理、一卡通、圖書借閱、智慧教室等校園生活的改變。

在普適計(jì)算的模式下，相當(dāng)多的智慧校園原型的開(kāi)發(fā)、服務(wù)和推廣也相繼推出。Talal提出的智能卡方案類似于國(guó)內(nèi)的校園一卡通服務(wù)，即通過(guò)把服務(wù)程序?qū)懭胫悄芸ㄖ?，可以在一張卡中整合多種校園服務(wù)。Michael提出了一個(gè)可以整合校園虛擬環(huán)境和服務(wù)的EHOC系統(tǒng)，該系統(tǒng)支持各種移動(dòng)設(shè)備或打印、校園卡充值等服務(wù)。

為了更多地體現(xiàn)用戶與服務(wù)之間的交流和互動(dòng)，更好地為師生主體提供主動(dòng)服務(wù)，“智慧校園”通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等概念和技術(shù)手段，能夠智能識(shí)別用戶使用場(chǎng)景，提供主動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，對(duì)于學(xué)校開(kāi)放教育教學(xué)環(huán)境、智能支持教學(xué)科研過(guò)程，以及提供個(gè)性化生活服務(wù)都有積極意義，并在真正意義上實(shí)現(xiàn)校園智慧化管理和服務(wù)。

2.移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

基于移動(dòng)、電信、聯(lián)通等運(yùn)營(yíng)商4G、4G+及5G標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)的加持，從移動(dòng)電子商務(wù)到政務(wù)服務(wù)平臺(tái)，從簡(jiǎn)單的基于web服務(wù)到真正的移動(dòng)終端，移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活和服務(wù)是大勢(shì)所趨，智能手機(jī)普及、校園無(wú)線全覆蓋、全城Wi-Fi的探索和推廣，助力了真智慧校園的研究和建設(shè)。

移動(dòng)應(yīng)用、虛擬服務(wù)等如何在智慧校園中部署，如何在智能空間里管理這些應(yīng)用服務(wù)，是目前討論的熱點(diǎn)。比如建立一種基于粗粒度、開(kāi)放式、松耦合的服務(wù)結(jié)構(gòu)（SOA）的智慧校園平臺(tái)，可以通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的檢測(cè)用戶位置，來(lái)提供主動(dòng)個(gè)性化校園服務(wù)和社交應(yīng)用。

二、相關(guān)技術(shù)及實(shí)現(xiàn)研究

（一）個(gè)性化校園資訊服務(wù)平臺(tái)研究

1.面向校園主題的爬蟲(chóng)技術(shù)

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)爬取技術(shù)不提供關(guān)鍵字篩選，多為廣度優(yōu)先，主要是最大范圍的爬取互聯(lián)網(wǎng)中的目標(biāo)數(shù)據(jù)采集到搜索引擎中，而面向主題數(shù)據(jù)爬取過(guò)程是選擇性的，面向特定關(guān)鍵字，可以在有限的周期和資源內(nèi)最大程度采集到主題數(shù)據(jù)。面向校園主題的數(shù)據(jù)爬取流程見(jiàn)圖1。

2.個(gè)性化資訊服務(wù)技術(shù)

為了更精準(zhǔn)地對(duì)智慧校園用戶的行為模式進(jìn)行分析，文章構(gòu)建了一個(gè)用戶行為模式挖掘模型，通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘，尋找用戶行為規(guī)律，構(gòu)造行為序列模式，找出用戶行為特征。原理見(jiàn)圖2。

結(jié)合智慧校園用戶訪問(wèn)行為的特征，既要考慮到利于序列投影，所以每個(gè)元素為單項(xiàng)，又要兼顧到序列模式的長(zhǎng)度，文章采用PrefixSpan算法進(jìn)行序列模式的數(shù)據(jù)挖掘。對(duì)不同校園用戶的訪問(wèn)行為進(jìn)行采集后，得到序列模式如下：

FSgroupid=（groupid，{（as1，spt1），（as2，spt2），…，（asi，spti），…，（asn，sptn）}，sptmin）

（二）個(gè)性化校園信息推送技術(shù)研究

Apache Mina Server 是一個(gè)常用、小巧的網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)用框架，Mina框架同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器端和客戶端進(jìn)行封裝，它的API可以真正隔離應(yīng)用服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)通信，一個(gè)基于MINA框架的智慧校園移動(dòng)信息平臺(tái)，只需要關(guān)心應(yīng)用程序數(shù)據(jù)的發(fā)送、接受以及業(yè)務(wù)邏輯即可。平臺(tái)的服務(wù)器端基于Spring、Spring MVC、Hibernate等JavaEE開(kāi)源框架構(gòu)建，Spring框架具有高便利性、高擴(kuò)展性、輕量級(jí)的特點(diǎn)，Spring MVC天然的與Spring集成，是實(shí)現(xiàn)了Web MVC和前端控制器模式的請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)類型的輕量級(jí)Web框架。另外，基于Android系統(tǒng)的開(kāi)源特性，信息推送的移動(dòng)接收端基于Android編寫?；谥腔坌@信息推送架構(gòu)見(jiàn)圖3。

（三）校園應(yīng)用無(wú)縫集成框架研究

1.無(wú)縫集成

長(zhǎng)期以來(lái)，眾多高校的信息化平臺(tái)建設(shè)都不夠集中，多種應(yīng)用程序缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，看似功能全面，卻各成體系，沒(méi)有數(shù)據(jù)共享協(xié)同機(jī)制，形成多個(gè)數(shù)據(jù)孤島。文章中構(gòu)建的智慧校園平臺(tái)將基于校園應(yīng)用程序的無(wú)縫集成框架，校園用戶擁有統(tǒng)一身份認(rèn)證門戶，利用開(kāi)放的應(yīng)用程序集成和規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)接口，全面支持多種應(yīng)用程序的無(wú)縫集成。

2.智慧校園的無(wú)縫應(yīng)用集成方案

文章中構(gòu)建的智慧校園應(yīng)用程序無(wú)縫集成方案能夠?yàn)楦鞣N應(yīng)用程序提供正確的集成模式。特別是對(duì)于一些應(yīng)用實(shí)時(shí)性要求高、業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜的程序，我們將使用SOA與HTML5整合的模式。SOA，即面向服務(wù)的體系架構(gòu)，具有高適應(yīng)性和高擴(kuò)展性，HTML5同樣具有很好的適應(yīng)性，可以很好地適應(yīng)于不同規(guī)格的移動(dòng)終端。另外，如果應(yīng)用程序強(qiáng)調(diào)用戶體驗(yàn)和UI界面設(shè)計(jì)，我們也提供手機(jī)原生C/S集成模式，見(jiàn)圖4。

（四）基于智慧校園平臺(tái)的熱點(diǎn)話題發(fā)現(xiàn)技術(shù)

1.文本聚類算法

熱點(diǎn)話題發(fā)現(xiàn)的研究重點(diǎn)在于對(duì)聚類算法的優(yōu)化上。K-means是典型的基于距離的聚類算法，即組成簇的兩個(gè)對(duì)象距離越近，相似度就越高。K算法的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)量增大時(shí)的時(shí)間開(kāi)銷很大，它需要不斷的樣本分類調(diào)整并計(jì)算新的聚類中心。考慮到校園熱點(diǎn)話題的輿論引導(dǎo)性等因素，文章提出了一種優(yōu)化的熱點(diǎn)話題發(fā)現(xiàn)算法。增量聚類算法Single-pass規(guī)避了K-means算法難以處理新文本對(duì)象的問(wèn)題，它可以不規(guī)定初始類簇?cái)?shù)，自動(dòng)調(diào)整形成新的聚類簇，并且不會(huì)產(chǎn)生準(zhǔn)確度降低的問(wèn)題。

2.智慧校園熱點(diǎn)話題發(fā)現(xiàn)流程及算法優(yōu)化

智慧校園平臺(tái)熱點(diǎn)話題發(fā)現(xiàn)模塊的設(shè)計(jì)采用中文分詞系統(tǒng)ICTCLAS，包括改進(jìn)的K-Means文本聚類算法、分詞預(yù)處理、特征項(xiàng)提取以及文本表示模型等。熱點(diǎn)話題發(fā)現(xiàn)流程見(jiàn)圖5。

我們采用的設(shè)計(jì)方法是在K-Means算法之前，通過(guò)統(tǒng)計(jì)熱點(diǎn)話題標(biāo)題詞頻的方式，提取出M個(gè)特征主題文本，作為初始聚類中心。算法的描述為：

（1）從樣本話題中提取話題標(biāo)題，組成文本集{N1，N2，...，Nn};

（2）對(duì)話題文本集合進(jìn)行分詞，統(tǒng)計(jì)標(biāo)題文本詞的頻率;

（3）對(duì)標(biāo)題文本分詞詞頻排序，抽取詞頻最高的M個(gè)特征詞，集合成為特征文本詞集{St1，St2，...，Stk};

（4）初始的話題文本根據(jù)特征詞集組成M個(gè)文檔集，即Ti={Si1，Si2，...，Sin}，其中Sij表示包含特征詞Sti的第j個(gè)文本，n為文本數(shù)量;

（5）比較Sti與Tti剩下文本相似度，得到相似度值后求和;將數(shù)值最大的熱點(diǎn)話題新聞作為Sti的特征文本，可得到M個(gè)特征文本;

（6）設(shè)定一個(gè)閾值，計(jì)算M個(gè)特征文本的相似度，相似度超過(guò)閾值的兩個(gè)文本將中心點(diǎn)合并。如果相似度值均低于設(shè)定的閾值，則直接進(jìn)入（9）;

（7）從（2）中得到第m+1個(gè)關(guān)鍵文本，返回（4）;

（8）計(jì)算推出M個(gè)關(guān)鍵文本;

（9）M個(gè)熱點(diǎn)話題關(guān)鍵文本作為算法的初始聚類中心，執(zhí)行K-Means算法。

三、移動(dòng)智慧校園平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

（一）系統(tǒng)整體架構(gòu)

面向切面編程思想（AOP）流行于.Net，在框架組件的模塊設(shè)計(jì)中，AOP已經(jīng)是標(biāo)配，它能有效降低軟件架構(gòu)的復(fù)雜度，支持動(dòng)態(tài)修改OO模型，利于軟件設(shè)計(jì)模塊化，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)時(shí)只需專注于業(yè)務(wù)邏輯設(shè)計(jì)。智慧校園移動(dòng)平臺(tái)服務(wù)端基于AOP思想開(kāi)發(fā)，將應(yīng)用程序中的業(yè)務(wù)邏輯和通用服務(wù)進(jìn)行分離，通用邏輯通過(guò)AOP的方式統(tǒng)一提供?？蛻舳伺c服務(wù)端的數(shù)據(jù)通信依賴于HttpClient、MINA框架又能很好地保持長(zhǎng)時(shí)間會(huì)話和數(shù)據(jù)推送系統(tǒng)。總體架構(gòu)如圖6。

（二）主要功能模塊設(shè)計(jì)

1.無(wú)縫集成模塊

智慧校園平臺(tái)的應(yīng)用集成讓校園用戶統(tǒng)一了身份認(rèn)證，對(duì)平臺(tái)集成的多種應(yīng)用程序可以統(tǒng)一訪問(wèn)，無(wú)縫集成為其他應(yīng)用程序提供了統(tǒng)一的API調(diào)用，整合了原本分散的各種業(yè)務(wù)，提高了數(shù)據(jù)共享性和利用率，讓校園用戶在平臺(tái)客戶端上擁有統(tǒng)一的應(yīng)用程序體驗(yàn)服務(wù)。無(wú)縫集成模塊對(duì)初始的業(yè)務(wù)調(diào)用進(jìn)行了優(yōu)化，并使用了面向服務(wù)的體系架構(gòu)、原生C/S與Web中核心語(yǔ)言HTML5整合的模式，很好地提高了數(shù)據(jù)安全性和系統(tǒng)穩(wěn)定性。該模塊的的處理流程見(jiàn)圖7。

2.熱點(diǎn)話題發(fā)現(xiàn)模塊

熱點(diǎn)話題發(fā)現(xiàn)模塊包括改進(jìn)的K-Means文本聚類算法、分詞預(yù)處理、特征項(xiàng)提取以及文本表示模型等，模塊將個(gè)性化新聞平臺(tái)收集的文本進(jìn)行預(yù)處理，通過(guò)改進(jìn)的K-Means文本聚類算法爬取和識(shí)別出一個(gè)周期內(nèi)發(fā)生的新話題或特征話題等。模塊的處理步驟如下：

（1）通過(guò)中文分詞系統(tǒng)ICTCLAS處理對(duì)、話題數(shù)據(jù)庫(kù)中的文本;

（2）設(shè)定的閾值，從ICTCLAS系統(tǒng)處理后的文本中提取特征文本;

（3）結(jié)合向量數(shù)理模型，利用提取的特征文本構(gòu)建文本知識(shí)表示模型;

（4）利用改進(jìn)的K-Means文本聚類算法，對(duì)特征文本進(jìn)行話題聚類。

（三）移動(dòng)智慧校園平臺(tái)的應(yīng)用

文中設(shè)計(jì)的智慧校園移動(dòng)信息平臺(tái)包括基于校園門戶的服務(wù)器端和基于移動(dòng)設(shè)備的用戶終端，適應(yīng)IOS、Android、Windows等移動(dòng)設(shè)備操作系統(tǒng)，支持個(gè)性推送、信息定制、智慧課堂、掌上校園、校園論文檢索、個(gè)人成績(jī)推送、圖書借閱管理、校園社交平臺(tái)等第三方服務(wù)，為校園師生用戶提供了多層次一體化體驗(yàn)的智慧校園服務(wù)。平臺(tái)整體的設(shè)計(jì)架構(gòu)見(jiàn)圖8。

四、總結(jié)

文章基于新時(shí)代校園師生用戶的服務(wù)需求，利用移動(dòng)互聯(lián)、云計(jì)算等技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)有多種應(yīng)用集成的智慧校園移動(dòng)服務(wù)平臺(tái)，在為校園師生提供了豐富友好的校園應(yīng)用集成體驗(yàn)的同時(shí)，也為目前智慧校園平臺(tái)的搭建提供了一種思路。后續(xù)研究將主要集中在大數(shù)據(jù)爬取、模塊擴(kuò)展性等關(guān)鍵技術(shù)上，希望能更好地解決校園用戶習(xí)慣性行為和特征操作預(yù)測(cè)等問(wèn)題。

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