新型数字校园系统设计
新型数字校园系统设计
刘奕辉 山东师范大学人口·资源与环境学院 250014
【文章摘要】
随着“数字地球”理念与技术的不断发展，应运而生了数字城市、数字校园等数字系统与模型。本文通过对数字校园的现状进行研究分析，在此基础上提出了新型的数字校园系统。系统突出人机交互，不是单一的虚拟现实，而是包含学校内的各种资源， 能进行自动监控，通过良好的交互功能，来实现真正意义上的校园数字化，并能切实地为师生提供便捷的数字生活的系统。
【关键词】
数字校园；人机交互；资源数字化
0 引言
所谓“数字地球”，可以理解为对真实地球及其相关现象统一的数字化重现和认识。其核心思想是运用数字化的手段， 来处理整个地球的自然和社会活动等方面的问题，嵌入海量地理数据，实现多分辨率、三维地球的描述，即“虚拟地。“数字地球”这个概念是美国副总统戈尔在1998 年1 月31 日提出的，十年来，这个概念的内涵也在不断地发生变化。“显然，没有一个政府、企业或学术界能单独从事这项工作。它( 指数字地球) 也可以变为一个‘没有墙壁的实验室’，科学家可以在这里通过研究理解人类和环境之间复杂的、相互依存的关。
随着科技进步，“数字地球”这一概念正深入人心，融入到生产生活的各个方面，伴随“数字地球”一起发展的还有“数字城市”与“数字校园”等。在上个世纪70 年代由美国麻省理工学院提出的E-campus 之后，开始有了数字校园的概念。随后在1990，灭国克莱蒙特大学的Kenneth Green 教授发起了“数字校园计划”项目。数字校园这一概念开始随着数字地球逐步发展。在2006 年10 月于杭州召开的中国高等教育学会教育信息化分会学术年会上，蒋东兴提出了建设“新一代数字校园的理。在2006 年，同样对数字校园起到推动作用的是，这时候万兆以太网开始在校园推向，IPV6 技术也开始在校园应。互联网和计算机技术的发展革新，为数字化校园的建设提供了技术基础。
但现有数字校园的功能过于分散，没有一个集成的系统来对学校进行统一的数字化集成，虽然校园一卡通已经在各大高校普遍采用，普及的数字成果还包括电子图书馆、远程教学等，但系统间没有进行良好的对接，各部门间不能进行及时的数据交换。清华大学也对此进行了研究， 其新一代的数字校园建设首先就是进行总体的顶层设计与规划，构建关联整合的信息系统和有机集成的支撑环。
1 数字校园概述
一般意义上的数字校园是利用计算机技术、网络技术、通讯技术等对校园的教学、科研、管理和生活服务有关的所有信息资源进行整合、集成和全面的数字化，以构成统一的用户管理、统一的资源管理和统一的权限控制，推动学校进行制度创新、管理创新，最终实现教育信息化、决策科学化和管理规范化。推动学校进行制度创新、管理创新，最终实现教育信息化、决策科学化和管理规范化。
但存在的问题也不容忽视。一方面， 数字化校园缺乏高技术的创新开发，极大地影响了校园网络对学校教学提供及时的、高效的服务的能力; 另一方面，数字化校园建设和学校的教育教学工作呈现出了脱节的趋势，忽略了信息技术的教学功能和服务功能，多停留于一些较为简单的工作事宜上，这就导致了校园信息化资源利用率低下的问题。
1.1 数字校园的定义
本文所定义的数字校园也符合上文提到的一般意义上的数字校园的定义，但更贴合于实际。旨在构建一个多功能的交互式数字信息校园，将校园的地理空间数据、人员数据、教学与知识数据、生活服务等方面，通过数字化整合到一个数字校园系统，老师与学生可以通过身份验证进入系统，按需求选择功能进行操作；学校则通过数字校园系统对学校的各种资源与师生进行管理和决策。在下文中会详细介绍数字校园建设的内容。
1.2 数字校园的内容概述
突出数字化的交互性，交互性的增加也会提高数字校园的使用率，同时，其中新一代校园网、新一代数据中都是建设重点。将学校的各种资源整合在一个系统中，就要确保各种资源之间的数据对接和数据交换。因此，新一代数字校园必须加强顶层设计，加强跨部门的校级业务系统建设，建设一体化数字校，并且坚持以人为本这一管理思。
首先是建立三维的校园模型，这是让数据在计算机或网络中“实体化”的基础，通过将地理空间信息与三维校园模型的贴合，形成可进行空间漫游的三维虚拟校园。将教学资源（视频、影像等资料）、餐厅的菜品、图书馆内书本的借还情况、校园内人员密度等情况输入到数字校园系统中，这个动态的系统会对这些信息进行整合。同时还提供在线服务，包括学生与学生，老师与学生，校工作人员与师生间的在线选择服务。例如，通过漫游进入到某学院所在的教室，有老师正在进行在线视频教学，可以选择加入或进行提问等操作；漫游到图书馆看到这个书架有同学也在看书，可以选择与其进行交流和讨论。
2 数字校园的建设
2.1 三维校园
作为数字校园系统的“基础”，需要将校园在计算机中进行三维模拟，如今的三维建模软件繁多，如3D Studio Max、SuperMap、Sketchup 与IMAGIS 等，通过这些软件，将校园模拟到计算机三维空间中，并将各地物的空间数据一同赋予到对应的地物上，为接下来的校园三维漫游做准备。
2.2 学术资源整合
学术资源是高效最为核心的资源之一，包括教师资源、图书文献资源与学术氛围等要素。将各类学术资源整合到数字校园系统中，包括电子图书馆、电子教室、电子老师等。现有的数字图书馆可以对大量的文献进行阅读，但是书籍、报刊等还没用做到数字化，文本所指的电子图书馆，是对图书管内部也进行三维模拟，模拟出内部书架与图书的分布情况，并动态092 的检测包括电子图书馆与现实图书馆内学生的分布情况。 例如，漫游到某一类别的图书书架前，这时，会显示出还有几位同位在此区域，正在查找什么哪一本图书。当然，这是在这些同学将自己的可被查找设为“是” 以后，才能在看到其信息。之后可以与其进行交流，讨论问题；你也可以在此区域中留下自己的问题，由其他师生来解答。当漫游到某学院的教室后，可以选择想学习的课程，通过老师的视频课程或PPT 等对课程进行学习；如果此时老师正在进行网络上课，也可以加入虚拟课堂，与老师进行互动。 2.3 生活服务信息 学校为师生提供优质的教学资源以外，提供良好的生活服务也是必不可少的。民以食为天，餐厅作为每天师生流量最大的地方，其信息也是师生所关心的。通过数字化餐厅，将每天每个售菜窗口所准备的菜品在数字校园系统中进行公告， 师生可以通过网络登录数字校园系统，查看自己喜爱的菜品在哪个窗口进行售卖， 同时，更有目的性的进行用餐，还可以减少食物的浪费。同时，餐厅可以定期选择一部分菜品进行投票，通过师生网络投票的结果对菜品进行优化。 浴室对学生也是必不可少的，但每个学校的浴室一般只有一到两个，距离宿舍区的距离不尽相同，经常会遇到赶到浴室却遇到关门整修，浴室信息将会在数字校园系统中进行显示，同时还会显示水温， 使用人数等情况，方便同学合理安排自己的时间。 同时，在正常的工作时间，校与院各部门的人员在岗情况也会进行显示，如果某个部门今天可能因事都不在，那通过系统得知以后，就不会白跑一趟而耽误工作与学习。在数字校园系统中，有位置检索功能，检索以后可以进行路线规划，对外来人员与校内师生都极为方便。 2.4 校内人员的位置信息 社会安全问题，也是现在高校要解决的重要问题之一，大学生的各类失踪事件频发，对学生的管理存在很大漏洞。在数字校园系统的建设中，不仅是软件的建设，硬件的建设也应同步进行，在每个宿舍楼、教学楼、办公楼内与校园大门安装门禁，进入需要刷校园一卡通，这样就能对在校人员的位置情况进行监控。对全体师生的位置监控只能作为最高层准入，即保证师生的个人隐私，只能由特定人员才能查看。对特定的区域与楼层实行必须公开位置和信息的规定，对非要求公开位置的区域实行好友可见位置规则。这样可以做到较为全面对师生位置的动态监控，确保师生安全。 作为强调人机交换原则的系统，对人员信息的定位只是功能中的一小部分。通过分析某一学生与其他师生位置的差别， 结合该学生接下来的目的行为，例如要找最近的教室学习，找最近的朋友、老师进行学术交流等，系统就会根据师生的位置关系与教室已有人数，为该学生选择出几个符合要求的选择和每一个选择的路线规划，使该学生能方便的进行学习生活活动。 2.5 基础设施数字化 在校园中，各类基础设施的控制功能都通过数字校园系统进行控制，因为上文提到了可以对校园中的人员位置情况进行动态监测，包括教室、图书馆与实验室等场所，然后通过系统自动监测，根据室外温度、室内温度与室内人员情况，对中央空调进行控制来对室内温度进行控制。室内光源也是采用类似的原理进行控制， 而室外的光源则采用传感器，进行周围人员识别，从而调整亮度。同时对空气污染、噪音自动检测，自动通风，自动降低噪音， 细菌超标自动提醒，这对实验室等特殊教室很有帮助。除了基础设施与人员的只能交互外，基础设施之间信息的智能交互也是系统内的功能，例如，检测土壤水分与空气温度，来控制绿化带内的浇灌设施的运行。 在自动调节的功能之上，更加人性化的设计是师生通过系统客户端进行信息反馈，如感觉较冷，较暗，可以通过手持设备里的终端进行信息反馈，然后系统根据收到的信息再次对基础设施进行调节操作。 2.6 系统硬件与软件 硬件的建设包括信息数据库、服务器、客户端以及校园网络。现在校园网已经基本覆盖学校的各个角落，通过无线与有线两种信号传递方式进行网络连接。需要建设的就是数字校园系统的数据库、服务器等设备，师生通过手持或计算机与系统进行交互。同时，开发的系统软件要能对接多种数据格式，并开发多种客户端， 包括与windows、mac、Android 与ios 等系统对接的客户端。 3 总结 为了研究和解决有关地球的重大问题，世界上许多国家正在积极发展和运用先进的地球信息技术，如遥感(RS)、地理信息系统(GIS) 和全球定位系统(GPS)，以数字化的方式获取、处理和分析有关地球上自然和人文方面的地理信息，并希望以此为基础，更好地解决人类可持续生存与发展的诸多复杂问。数字校园作为其中一个方面，其发挥的作用正日益增强。数字化、信息化也是新一代高校学生所推崇的，数字校园对接的是当代高校的师生，为其提供便利的学习与生活环境，有利于提高知识传授的效率，加强学科间的交流，从而推动高校的科研水平。新型数字校园系统的建设要以更多的人机交互为核心，同时也应作为师生间良好的交流沟通平台，将学校各方面的资源进行整合，实现真正意义上的数字化校园。 【参考文献】 [1] 李德仁. 数字地球与“3S”技术[J]. 中国测绘，2003,02:28-31. [2] 李晨. 中国科学家谈“数字地球”[N]. 科学时报，2006. [3] 蒋东兴等. 信息集成阶段新一代数宇校园建设探讨[J]. 教育信息化( 中国高等教育学会教育信息化分会2006 年学术年会论文集增刊)， 2006,10:1-7 [4] 李琦等. 空间信息基础设施与互操作[M]. 北京: 科学出版社， 2003. [5] 蒋东兴等。清华大学新一代数字校园建设规划与实践[J]. 厦门大学学报（自然科学版）2007，11（46）： 173-175 [6] 郭红俊，马薇. 部署IPv6 校园网初探[J]. 海淀走读大学学报，2005，2: 85-87. [7] 张敏，容钎. 新一代数据中心暨第四届服务器世界大会专题报道[J]. 网络世界，2006，25: 14-22 [8] 许鑫，苏新宁. 新一代高校数宇化校园建设[J]. 现代图书情报技术， 2005, 1: 48-55. [9] 王旭，蒋东兴，陈怀楚. 大学资源计划的理论与发展[J]. 教育信息化，2005 11: 14-16 [10] 马恩明，现代数字化校园建设研究[J]. 教育研究，2014，4:59-61 【作者简介】 刘奕辉，（1991. 10. 28），男，汉，籍贯（精确到市）: 山东省临沂市，研究方向:GIS 应用与二次开发093
的检测包括电子图书馆与现实图书馆内学生的分布情况。
例如，漫游到某一类别的图书书架前，这时，会显示出还有几位同位在此区域，正在查找什么哪一本图书。当然，这是在这些同学将自己的可被查找设为“是” 以后，才能在看到其信息。之后可以与其进行交流，讨论问题；你也可以在此区域中留下自己的问题，由其他师生来解答。当漫游到某学院的教室后，可以选择想学习的课程，通过老师的视频课程或PPT 等对课程进行学习；如果此时老师正在进行网络上课，也可以加入虚拟课堂，与老师进行互动。
2.3 生活服务信息
学校为师生提供优质的教学资源以外，提供良好的生活服务也是必不可少的。民以食为天，餐厅作为每天师生流量最大的地方，其信息也是师生所关心的。通过数字化餐厅，将每天每个售菜窗口所准备的菜品在数字校园系统中进行公告， 师生可以通过网络登录数字校园系统，查看自己喜爱的菜品在哪个窗口进行售卖， 同时，更有目的性的进行用餐，还可以减少食物的浪费。同时，餐厅可以定期选择一部分菜品进行投票，通过师生网络投票的结果对菜品进行优化。
浴室对学生也是必不可少的，但每个学校的浴室一般只有一到两个，距离宿舍区的距离不尽相同，经常会遇到赶到浴室却遇到关门整修，浴室信息将会在数字校园系统中进行显示，同时还会显示水温， 使用人数等情况，方便同学合理安排自己的时间。
同时，在正常的工作时间，校与院各部门的人员在岗情况也会进行显示，如果某个部门今天可能因事都不在，那通过系统得知以后，就不会白跑一趟而耽误工作与学习。在数字校园系统中，有位置检索功能，检索以后可以进行路线规划，对外来人员与校内师生都极为方便。
2.4 校内人员的位置信息
社会安全问题，也是现在高校要解决的重要问题之一，大学生的各类失踪事件频发，对学生的管理存在很大漏洞。在数字校园系统的建设中，不仅是软件的建设，硬件的建设也应同步进行，在每个宿舍楼、教学楼、办公楼内与校园大门安装门禁，进入需要刷校园一卡通，这样就能对在校人员的位置情况进行监控。对全体师生的位置监控只能作为最高层准入，即保证师生的个人隐私，只能由特定人员才能查看。对特定的区域与楼层实行必须公开位置和信息的规定，对非要求公开位置的区域实行好友可见位置规则。这样可以做到较为全面对师生位置的动态监控，确保师生安全。
作为强调人机交换原则的系统，对人员信息的定位只是功能中的一小部分。通过分析某一学生与其他师生位置的差别， 结合该学生接下来的目的行为，例如要找最近的教室学习，找最近的朋友、老师进行学术交流等，系统就会根据师生的位置关系与教室已有人数，为该学生选择出几个符合要求的选择和每一个选择的路线规划，使该学生能方便的进行学习生活活动。
2.5 基础设施数字化
在校园中，各类基础设施的控制功能都通过数字校园系统进行控制，因为上文提到了可以对校园中的人员位置情况进行动态监测，包括教室、图书馆与实验室等场所，然后通过系统自动监测，根据室外温度、室内温度与室内人员情况，对中央空调进行控制来对室内温度进行控制。室内光源也是采用类似的原理进行控制， 而室外的光源则采用传感器，进行周围人员识别，从而调整亮度。同时对空气污染、噪音自动检测，自动通风，自动降低噪音， 细菌超标自动提醒，这对实验室等特殊教室很有帮助。除了基础设施与人员的只能交互外，基础设施之间信息的智能交互也是系统内的功能，例如，检测土壤水分与空气温度，来控制绿化带内的浇灌设施的运行。
在自动调节的功能之上，更加人性化的设计是师生通过系统客户端进行信息反馈，如感觉较冷，较暗，可以通过手持设备里的终端进行信息反馈，然后系统根据收到的信息再次对基础设施进行调节操作。
2.6 系统硬件与软件
硬件的建设包括信息数据库、服务器、客户端以及校园网络。现在校园网已经基本覆盖学校的各个角落，通过无线与有线两种信号传递方式进行网络连接。需要建设的就是数字校园系统的数据库、服务器等设备，师生通过手持或计算机与系统进行交互。同时，开发的系统软件要能对接多种数据格式，并开发多种客户端， 包括与windows、mac、Android 与ios 等系统对接的客户端。
3 总结
为了研究和解决有关地球的重大问题，世界上许多国家正在积极发展和运用先进的地球信息技术，如遥感(RS)、地理信息系统(GIS) 和全球定位系统(GPS)，以数字化的方式获取、处理和分析有关地球上自然和人文方面的地理信息，并希望以此为基础，更好地解决人类可持续生存与发展的诸多复杂问。数字校园作为其中一个方面，其发挥的作用正日益增强。数字化、信息化也是新一代高校学生所推崇的，数字校园对接的是当代高校的师生，为其提供便利的学习与生活环境，有利于提高知识传授的效率，加强学科间的交流，从而推动高校的科研水平。新型数字校园系统的建设要以更多的人机交互为核心，同时也应作为师生间良好的交流沟通平台，将学校各方面的资源进行整合，实现真正意义上的数字化校园。
【参考文献】
[1] 李德仁. 数字地球与“3S”技术[J]. 中国测绘，2003,02:28-31.
[2] 李晨. 中国科学家谈“数字地球”[N]. 科学时报，2006.
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[4] 李琦等. 空间信息基础设施与互操作[M]. 北京: 科学出版社， 2003.
[5] 蒋东兴等。清华大学新一代数字校园建设规划与实践[J]. 厦门大学学报（自然科学版）2007，11（46）： 173-175
[6] 郭红俊，马薇. 部署IPv6 校园网初探[J]. 海淀走读大学学报，2005，2: 85-87.
[7] 张敏，容钎. 新一代数据中心暨第四届服务器世界大会专题报道[J]. 网络世界，2006，25: 14-22
[8] 许鑫，苏新宁. 新一代高校数宇化校园建设[J]. 现代图书情报技术， 2005, 1: 48-55.
[9] 王旭，蒋东兴，陈怀楚. 大学资源计划的理论与发展[J]. 教育信息化，2005 11: 14-16
[10] 马恩明，现代数字化校园建设研究[J]. 教育研究，2014，4:59-61
【作者简介】
刘奕辉，（1991. 10. 28），男，汉，籍贯（精确到市）: 山东省临沂市，研究方向:GIS 应用与二次开发093
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