11月3日,騰訊數(shù)字生態(tài)大會(huì)智能教育專場(chǎng)在武漢舉辦。中國(guó)高等教育學(xué)會(huì)教育信息化分會(huì)常務(wù)理事、華中科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息化辦公室主任王士賢出席本次會(huì)議,并發(fā)表《關(guān)于數(shù)字孿生校園的思考》主題演講。
王士賢提出,數(shù)字孿生校園是指運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù),完整實(shí)現(xiàn)實(shí)體校園在虛擬世界的數(shù)字化表達(dá),并為實(shí)體校園運(yùn)行提供全場(chǎng)景式、沉浸式、交互式展現(xiàn),與實(shí)體校園形成緊密閉環(huán)的運(yùn)行與智能化決策的信息化生態(tài)系統(tǒng)。數(shù)字孿生校園是數(shù)字校園的深化和升級(jí),傳統(tǒng)數(shù)字校園雖然實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化,但存在片面、割裂等問題,數(shù)字孿生校園更全面、更系統(tǒng)、更深入、更生動(dòng),是一個(gè)有機(jī)的整體。它也是智慧校園和智能校園的一種形態(tài)。
數(shù)字孿生校園的核心是數(shù)據(jù),華中科技大學(xué)在人、空間、活動(dòng)三個(gè)維度積累了豐富的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)為將來建立數(shù)字孿生校園奠定了基礎(chǔ)。
“數(shù)字孿生校園是通過信息技術(shù),讓實(shí)體校園和虛擬校園進(jìn)行充分融合和交互,讓系統(tǒng)更加人性化,更加智能,教育教學(xué)和科學(xué)研究的效能大幅提升,每個(gè)人的潛力都得到充分發(fā)揮!讓信息化更好的造福教育、賦能教育,促進(jìn)教育升級(jí)!”王士賢表示。
(中國(guó)高等教育學(xué)會(huì)教育信息化分會(huì)常務(wù)理事、華中科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息化辦公室主任 王士賢)
以下為王士賢演講全文:
各位同仁,大家好!
今天很榮幸有機(jī)會(huì)和大家分享我對(duì)數(shù)字孿生校園的一些思考。
數(shù)字孿生的概念來自于數(shù)字化制造行業(yè),指的是貫穿于產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造、優(yōu)化全生命周期的數(shù)字化仿真。最早起源于1969年美國(guó)NASA的一個(gè)在軌裝配技術(shù)。到了2011年,Grieves教授等給出了一個(gè)比較完整的定義:數(shù)字孿生是一種三維模型,包括實(shí)體產(chǎn)品、虛擬產(chǎn)品以及二者間的連接,能對(duì)物理產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化描述,并有效地管控產(chǎn)品全生命周期的數(shù)據(jù)信息,進(jìn)而優(yōu)化物理產(chǎn)品的運(yùn)行維護(hù),是實(shí)現(xiàn)虛擬及物理系統(tǒng)(Cyber Physical System,CPS)的核心關(guān)鍵。數(shù)字孿生是在設(shè)計(jì)與執(zhí)行之間形成緊密的閉環(huán)。
那么什么是數(shù)字孿生校園?參考數(shù)字孿生的概念,我試著給出一個(gè)定義:數(shù)字孿生校園是指運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù),完整實(shí)現(xiàn)實(shí)體校園在虛擬世界的數(shù)字化表達(dá),并為實(shí)體校園運(yùn)行提供全場(chǎng)景式、沉浸式、交互式展現(xiàn),與實(shí)體校園形成緊密閉環(huán)的運(yùn)行與智能化決策的信息化生態(tài)系統(tǒng)。它是一個(gè)信息化的生態(tài)系統(tǒng),而不是一個(gè)簡(jiǎn)單的仿真系統(tǒng)。
高校的信息化經(jīng)歷過很多階段,從電子校園、網(wǎng)絡(luò)校園、數(shù)字校園、智慧校園到智能校園,那么數(shù)字孿生校園應(yīng)該屬于什么階段呢?我認(rèn)為它是數(shù)字校園的深化與升級(jí),它比傳統(tǒng)的數(shù)字校園更系統(tǒng)、更全面、更深入、更生動(dòng)。原來的數(shù)字校園是片面的、割裂的,數(shù)字孿生校園是一個(gè)有機(jī)的整體。
根據(jù)數(shù)字孿生的模型,我對(duì)數(shù)字孿生校園能力進(jìn)行了分析,它的能力包括五個(gè)方面:定義、展現(xiàn)、交互、服務(wù)和進(jìn)化。首先是定義,也就是基礎(chǔ),包括數(shù)據(jù)、系統(tǒng)、平臺(tái)、云計(jì)算等;展現(xiàn)包括可視化、BIM、AR和VR等;交互包括AI、沉浸式、智能機(jī)器人;服務(wù)包括融合、微服務(wù)架構(gòu),服務(wù)于人,也服務(wù)于系統(tǒng);進(jìn)化是指迭代和升級(jí)的能力。
數(shù)字孿生校園和數(shù)字孿生之間有什么區(qū)別?我將數(shù)字孿生校園分為三個(gè)緯度:人、空間和活動(dòng)。數(shù)字孿生主要是空間,而在校園則要復(fù)雜得多,涉及到人、空間和活動(dòng)。人,包括教師、學(xué)生、管理者、服務(wù)者、校友、家長(zhǎng)、合作者等校園利益相關(guān)者;空間,包括校園的建筑物、構(gòu)筑物、水、電、網(wǎng)絡(luò)、交通、監(jiān)控等;活動(dòng),包括教學(xué)、科研、學(xué)習(xí)、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)、管理和服務(wù)等。
數(shù)字孿生校園的核心應(yīng)該是數(shù)據(jù),我們應(yīng)該需要哪些數(shù)據(jù)呢?華中科技大學(xué)建設(shè)了“十個(gè)一”工程:全校一張網(wǎng)、基礎(chǔ)一平臺(tái)、網(wǎng)站一個(gè)群、數(shù)據(jù)一個(gè)庫(kù)、集成一總線,上網(wǎng)一個(gè)號(hào)、信息一個(gè)站、消息一通道、校園一張卡、辦事一張表。其中很多是和騰訊合作的,例如,信息一個(gè)站,包括了PC端和移動(dòng)端的門戶,300多個(gè)移動(dòng)應(yīng)用和流程全部都是在企業(yè)微信中實(shí)現(xiàn)的。通過建設(shè)大量的應(yīng)用,我們積累了很多的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)為將來建立數(shù)字孿生校園奠定了基礎(chǔ)。
下面我從人、空間和活動(dòng)三個(gè)維度展示我們已經(jīng)積累的數(shù)據(jù)。
人,其中最重要的群體是學(xué)生,我們可以分析和展示學(xué)生的生源大洲分布、國(guó)家分布、國(guó)內(nèi)省市分布,學(xué)生的性別、民族、院系、專業(yè)等相關(guān)的信息以及成績(jī)、消費(fèi)、獎(jiǎng)學(xué)金、助學(xué)金、就業(yè)等數(shù)據(jù),除了總體分析外,還為每個(gè)學(xué)生做了畫像。通過建立學(xué)業(yè)預(yù)警模型,預(yù)測(cè)他下個(gè)學(xué)期可能哪門課程會(huì)掛科;利用學(xué)生的消費(fèi)數(shù)據(jù)以及其他經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù),通過建立經(jīng)濟(jì)困難指數(shù)模型,找出全校經(jīng)濟(jì)最困難的學(xué)生。當(dāng)然對(duì)學(xué)生的大數(shù)據(jù)分析不是目的,目的是為了幫扶,把學(xué)業(yè)困難、經(jīng)濟(jì)困難、心理困難的學(xué)生找出來,對(duì)他們進(jìn)行幫扶,幫助他們成長(zhǎng)。在教師的數(shù)據(jù)方面,我們可以分析教師的學(xué)歷結(jié)構(gòu)、學(xué)位結(jié)構(gòu)、職稱分布、專業(yè)分布等,為了給老師們提供好服務(wù),我們重點(diǎn)建設(shè)了“一張表”平臺(tái),解決了老師“填表多、填表繁”的問題,每年把教師的基本信息、教學(xué)、科研、社會(huì)等數(shù)據(jù)自動(dòng)匯總,共有60多個(gè)數(shù)據(jù)子集、1000多個(gè)字段,通過“一張表”平臺(tái),老師們可以很方便分析自己的成績(jī)是什么?短板是什么?學(xué)院也可以通過橫向和縱向?qū)Ρ?分析學(xué)院的發(fā)展態(tài)勢(shì)以及優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)。
在空間方面,我們繪制了校園的實(shí)景地圖,把所有的建筑物進(jìn)行數(shù)字化,細(xì)化到了每一棟樓的每一個(gè)房間,每一個(gè)房間的編號(hào)、面積、使用人、使用屬性等,還對(duì)部分房間做了3D建模。對(duì)校園所有的AP進(jìn)行定位,可以觀察和分析AP的運(yùn)行情況、覆蓋情況;根據(jù)學(xué)校常住人口的數(shù)據(jù)做了人口的熱力圖;把學(xué)校的監(jiān)控、消防設(shè)施在系統(tǒng)上也進(jìn)行了標(biāo)注,并且和監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng);學(xué)校所有的喬木也進(jìn)入了系統(tǒng),可以查看每一棵樹木的樹齡、屬性等信息。
活動(dòng),首先是IT活動(dòng),包括校園網(wǎng)用戶星光圖、網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)感知圖等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行情況及其配置、健康度、異常情況、應(yīng)用繁忙情況;數(shù)據(jù)交換的數(shù)量、質(zhì)量、異常情況等;統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)的訪問終端、來源、登錄異常等數(shù)據(jù);全校400多個(gè)網(wǎng)站的訪問、內(nèi)容更新、安全等數(shù)據(jù);網(wǎng)上辦事大廳300多項(xiàng)流程辦理類型、辦理時(shí)間、辦理地點(diǎn)以及服務(wù)評(píng)價(jià)等;全校所有自助服務(wù)終端的位置、打印數(shù)量、所屬部門、使用情況等數(shù)據(jù)。教學(xué)活動(dòng)的數(shù)據(jù)主要包括教學(xué) 運(yùn)行中的今日課程數(shù)、上課學(xué)生人次數(shù)、授課教師數(shù)、教師使用情況等,課程平臺(tái)的電子資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),學(xué)生的學(xué)習(xí)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、出國(guó)留學(xué)、就業(yè)等數(shù)據(jù);超算平臺(tái)展示的是教師使用超算平臺(tái)計(jì)算的課題、提交的作業(yè)、取得科研成果情況等。
“我們積累了大量的數(shù)據(jù),那么我們?nèi)绾稳?gòu)建數(shù)字孿生校園呢?我覺得它有兩個(gè)層次:第一個(gè)基本的層次就是,現(xiàn)實(shí)世界在虛擬世界的映射,這個(gè)是比較簡(jiǎn)單的,就是可視化。高級(jí)階段應(yīng)該做到:一是數(shù)據(jù)全貫通,不僅僅物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù),還要有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù),全量數(shù)據(jù)進(jìn)行貫通;二是表現(xiàn)形式應(yīng)該是交互式和沉浸式,包含人機(jī)對(duì)話、指揮控制功能,是學(xué)校的智慧大腦;第三它是智能化的,包括告警、關(guān)聯(lián)、預(yù)測(cè)、學(xué)習(xí)、進(jìn)化、迭代等功能。
在數(shù)字孿生校園構(gòu)建方面,我們和騰訊公司一起利用RayData做了一些探索,在數(shù)字孿生校園平臺(tái)中,從全球的視角,可以很方便分析查看學(xué)校生源的國(guó)際分布情況、國(guó)際科研合作、國(guó)際交流等情況;在國(guó)內(nèi)視角,可以很方便的分析國(guó)內(nèi)生源地、學(xué)生構(gòu)成等信息;當(dāng)進(jìn)入到學(xué)校整體視角上,可以實(shí)時(shí)展示學(xué)校大門的車流量、人流量、異常車輛、異常人員信息等;校園內(nèi)可看到監(jiān)控內(nèi)容、車輛交通信息、擁堵預(yù)警、超速車輛統(tǒng)計(jì)等等;打開每個(gè)建筑時(shí),可以看到建筑的分層信息,教學(xué)樓的某個(gè)教室的上課畫面、授課教師的能力分析,主要包括基本信息、教學(xué)能力、科研能力、所授課程的難度指數(shù)、學(xué)生評(píng)價(jià)等,他的課程教學(xué)效果如何?是否需要進(jìn)行教學(xué)方法輔導(dǎo)?他發(fā)表論文情況如何?科研上是否遇到了瓶頸?是否需要幫助等等;可以看到在這個(gè)課堂上看到有哪些學(xué)生有學(xué)業(yè)困難、經(jīng)濟(jì)困難、心理困難,是否得到了幫扶?教師和學(xué)生在課堂上進(jìn)行交互時(shí),根據(jù)學(xué)生回答問題內(nèi)容,向?qū)W生推薦相應(yīng)的學(xué)習(xí)課程、論文、創(chuàng)業(yè)資訊、就業(yè)資訊等等信息。
總之,數(shù)字孿生校園是讓校園的人、空間和活動(dòng)通過信息技術(shù)進(jìn)行了充分融合,更加人性化、智能化,教育教學(xué)和科學(xué)研究效能大幅提升,每個(gè)人的潛力都得到充分發(fā)揮!讓信息技術(shù)更好地造福教育、賦能教育,促進(jìn)教育升級(jí)!讓我們共同期待這個(gè)美好的未來!
謝謝大家!
