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“大数据”的智能校园数字化管理系统
摘要：本文分析了基于“大数据”的数字化校园系统的现状与应用前景，设计了系统的体系结构，给出了各子系统的功能与应用定位。设计了系统表现层的实现技术，讨论了系统数据实现层的访问控制技术，通过该技术的运用来论证所用技术方案的可行性与可靠性。
关键词：射频；智能；大数据；JSF
1引言
随着高校办学规模不断扩大，高校的相关信息量在同步增加，学生信息、教学资源建设、在线教学等数据构成了庞大的校园数字信息，管理难度越来越大，如何有效的进行管理已经成为急待解决的问题。近年来网络数字化的推广和普及，很多高校都在积极建设数字化校园，提高管理效率，降低办公成本，实现无纸化办公。数字化校园的建设不但使教学步入现代化，同时高校的教学管理,行政管理、学生管理、收费系统、后勤服务等都开始纳入数字化管理。因此基于“大数据”的数字化校园管理系统应运而生，该系统的建设对于全面提高高校的管理效率和教学质量起到非常重要的作用。基于大数据的智能校园管理系统的核心是校园卡（IC卡），一人一卡，卡号编号遵循一个编号规则，保证每一张校园卡都有一个按某种排序为检索方法的身份卡号。学校通常按入学年份、学院和专业代号、班级编号、班级学生数来编出学生的学号，可以将此号作为校园卡卡号，这种编号方式使得卡号像人们拥有的身份证一样，具有唯一性，能够唯一确定持卡人的身份，保证校园卡的安全使用，教职员工也一样可以参照这种编号方式。该卡采用无线射频技术，为非接触式智能卡，因此可以降低IC卡的使用损耗。通过校园IC卡式可以查询个人的消费支出情况、学生收费情况等，方便学校财务管理，提高服务质量；可以建立教师业务档案，掌握教师任职来的教学、科研情况，为职称评定提供确定而真实的历史记录；可以建立学生学籍档案，方便教务安排授课，学生选课、上机、电子阅览，教学管理得到进一步加强，同时校园安全也得到保障；可以方便学生利用闲暇时间，参加丰富多彩的活动，上网、洗浴、健身、购物、图书查询等，体现出学校以人为本，构建和谐校园的科学理念。
2数字化管理系统体系结构
传统的学生证、借书证、上机证、就餐卡、工作证等证件，功能单一，不便于学校管理者对校园各信息资源的全面掌握。数字化校园管理系统核心是利用非接触式智能校园卡作为载体，结合无线射频、电子、单片机、IC卡、计算机网络及数据库等先进技术，将原来散列式的纸质的信息资源整合成数字化、智能化的信息资源，并拓展其更多的功能，诸如交费、消费、考勤等，使得校园卡具有一卡多能的功用，解决了传统证件无法一证多能的弊端，同时也大大地提高了管理效率，更好地为师生员工服务。该系统在校园网络中起着纽带作用，它将整个校园各个管理系统模块的信息有机、高效地连接起来，使得校园各个方面的工作因IC卡的高效、简便而更加顺利。数字化校园的特点有：（1）高速数据处理机制；（2）数据获取权限管理高度集中；（3）系统高可靠性；（4）数据安全高；（5）数据的一致性与共享性高。智能数字化校园管理系统的体系结构如图1所示。
2.1IC卡管理子系统
IC卡管理子系统是数字化校园“一卡通”管理系统的核心模块，主要提供IC卡的注册、发卡、充值、挂失、退卡、换卡、回收卡等IC卡本身的管理功能，同时系统还对IC卡终端设备进行管理，系统管理员通过该模块对系统中用户权限管理，对用户的行为做必要的备份。
2.2学籍管理子系统
利用IC卡的身份验证功能实现学生证的功能从而代替传统的纸质证卡。对学生学籍卡片进行综合的管理，其主要功能包括：学籍管理子系统管理、学籍管理、报表统计、信息查询。能方便的对学生的自然信息、学习成绩、奖惩情况、综合评价等数据进行修改、增删、复制等操作；同时还能按用户需求设定条件进行接收、导出、生成、打印文字和图表等信息数据；提供多个变量的查询、查看方式。
2.3图书管理子系统
学生进入图书馆使用IC卡进行身份鉴别，门禁系统将对合法的人员准入。通过IC卡身份验证加强对图书流动的管理，实现借书、还书、续借及损坏赔偿等工作的智能化，减少人为因素的过失，最大限度地提高了图书流动管理的效率和水平。全校师生可以通过该系统查询新书和自己想要借阅的图书情况，及自己过去借图书的情况；另外还可以通过该系统向图书馆建议自己所需书籍的购买。
2.4开放实验室系统
学校可以将开放实验室与计算机机房的使用情况上网，学生如果需要使用实验室可以先通过该系统进行网上预约，然后按系统设定的时间到机房做实验，进入实验室时只要把校园卡放在计算机房或实验室的读卡机上读一下，控制系统根据读卡机接受的信息安排学生可操作的机器，并记录卡号、起始时间等信息。学生实验结束后，将卡再放在读卡机上读写信息，系统会给出该学生一学期应该做实验的总时间，及已用时间。任课教师可以通过该系统查询所任教班学生的实验情况，并根据系统统计的结果，适时对实验教学计划做适当的调整。
2.5综合查询子系统
本系统查询功能是为校园卡管理方和持卡人在校园内的活动需求所设定的。持卡人只需将IC卡在读卡机读一下，输入密码，便可有选择地准确查询、查看卡内有关信息和历史数据等情况，便于持卡人随时与各服务方取得联系和帮助。同时，校园卡各服务方凭IC卡的权限，能查询持卡人的有关数据，掌握师生第一手的准确信息，以便于更好地为师生提供服务，更好地有效管理。
3系统表现层实现
校园管理系统的表现层是系统与用户发生直接交互的UI界面的逻辑。该系统涉及的部门和人员很多，不同的应用部门与人员的用户界面各不相同，因此要开发一个较好的用户界面比较难实现。用户表现层的核心技术是用户接口模型，即是UI模型。在这一层的开发中，通过使用特定的组件，开发人员不必直接写任何WEB浏览器代码如HTML或XML，就能够通过基于组件设置的等级对象来处理用户页面，而不必考虑具体的用户。现在在校生基本都有手机与笔记本，因此要求系统的表现形式多样化。系统设计时要求表现层与具体的业务逻辑相独立，系统中每个业务逻辑模块都不依赖于用户界面，使多种表现层形式（如多种浏览器支持，无线设备支持）等成为可能。在需要使用别的表现形式的时候，只需要修改对应的表现层的部分组件，对那些与用户界面无关的业务逻辑则可以独立地演变，不必受用户界面变化的影响。系统开发时，采用的表现层实现技术是JSF（JavaServerFaces），JSF是一种用于构建JavaWeb应用程序的标准框架。它提供了一种以组件为中心的用户界面(UI)构建方法，从而简化了Java服务器端应用程序的开发。JSF技术为开发基于网络用户界面的Java开发者提供了标准的编程接口API以及标签库。与Struts框架一样，JSF定义了一组JSF标签，便于生成和JavaBean属性绑定在一起的HTML表单。JSF的主要优势是它采用JavaWeb用户界面标准，按照模型—视图—控制器(MVC)模式设计框架。用户界面与应用程序数据库清晰分离，便于对JSF应用程序的管理。为了准确提供页面对数据访问的JSF上下文，同时也为了避免对页面未授权、不正确或恶意的访问，通过设计一个前端“Facesservlet”（控制器）来负责处理与用户的所有交互。表现层实现技术如图2所示。
4“大数据”中心数据处理
智能数字化校园管理系统运行的最大难题是如何处理在短时间内出现的大数据量，因此在服务器端设计上对数据库的操作显得十分重要，当要处理的数据操作十分巨大，如果频繁创建数据库连接，频繁关闭数据库连接，则会引起效率低下，甚至引发系统崩溃。为了实现对大数据的快速处理，系统开发时数据处理模块利用一种Web环境下OLAP决策支持系统的体系结构，在此结构中将对象池技术和数据缓存技术结合起来，数据缓存用来存储历史查询结果，对象池则维持一定数量的对象。对象池技术可以减少频繁创建和关闭数据库连接，销毁对象所造成的系统开销，以提高响应速度和系统的性能，系统处理流程如图3所示。对象池在用户、业务逻辑与数据缓存之间直到联系纽带，系统对用户请求转换成规模的需求，然后确定能够提供服务的对象，根据用户的需求查询，调用OLAP对象，对对象池进行遍历查找用户需要的数据，最后将处理结果返回客户端。实现方法是在WEB服务器刚运行时，把已经创建但还没被调用的连接，以创建时间为序存放到空闲池中。每当用户调用一个连接时，系统首先检查空闲池内有没有闲置的连接，如有则接着做连接是否有效判断，无效则将该连接从空闲池中删除，然后重新检测空闲池是否还有连接，有效则把建立时间最长的连接分配给用户。如果一直没有找到匹配的连接，则检查当前所建连接池是否达到所允许的最大连接数(maxConn),没有达到，就新建一个连接；已经达到，就等待一定的时间(timeout)。如果在等待的时间内有连接被释放出来，就可以把这个连接分配给等待的用户，如果等待时间超过预定时间timeout,则返回空值(null)，直至找到匹配的连接。系统对已经分配出去正在使用的连接只做计数，当使用完后再返还给空闲池。
5结语
基于大数据的智能数字化校园管理系统的应用，必将给高校的教学和管理工作带来更高的工作效率。文章所设计的表现层方案很好的解决了智能数字校园管理系统的体系结构与理论应用技术，系统开发运用的对象池技术，可以很好的解决大数据对系统的实时访问需求，实现系统安全高效运行的目标方案，对系统正式实施与运行提供了技术保障。

参考文献
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