王士賢 文坤梅 李俊峰 吳 馳 鄭競力

高校數(shù)字孿生校園平臺(tái)設(shè)計(jì)與建設(shè)實(shí)踐*——以華中科技大學(xué)為例

王士賢1文坤梅2[通訊作者]李俊峰3吳 馳2鄭競力3

（1．華中科技大學(xué) 軟件學(xué)院，湖北武漢 430074；2．華中科技大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)與信息化辦公室，湖北武漢 430074；3．華中科技大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算中心，湖北武漢 430074）

信息技術(shù)的快速發(fā)展，推動(dòng)了高校數(shù)字孿生校園的建設(shè)。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的迫切需求下，亟待研發(fā)高校數(shù)字孿生校園平臺(tái)，以更好地支撐教學(xué)、科研、管理、生活等服務(wù)?；诖?，文章首先梳理了數(shù)字孿生校園與智慧校園的關(guān)系，指出研發(fā)高校數(shù)字孿生校園平臺(tái)的重要性和必要性。之后，文章以數(shù)字孿生校園模型為底層邏輯基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了由基礎(chǔ)設(shè)施層、支撐層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、數(shù)字孿生服務(wù)層、展示交互層六層組成的高校數(shù)字孿生校園平臺(tái)架構(gòu)。最后，文章介紹了華中科技大學(xué)數(shù)字孿生校園平臺(tái)的建設(shè)實(shí)踐，指出該平臺(tái)將“一張圖”作為數(shù)字孿生底座，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的校園數(shù)據(jù)全景可視化展示和動(dòng)態(tài)智能化管理，能有效提升校園的治理能力和服務(wù)水平。文章提出的平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)及其實(shí)踐，探索了建設(shè)高校數(shù)字孿生校園的可行路徑，有利于促進(jìn)數(shù)字孿生技術(shù)在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用落地，并可為高校建設(shè)數(shù)字孿生校園提供參考。

數(shù)字孿生；智慧校園；校園平臺(tái)；智能化管理

一 從智慧校園到數(shù)字孿生校園

1 智慧校園

當(dāng)前，高校正逐步進(jìn)入以人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)為支撐的智慧校園建設(shè)階段，研究者也紛紛開展了智慧校園模型構(gòu)建和智慧校園建設(shè)的相關(guān)探討。例如，蔣東興等[9]提出了高校智慧校園技術(shù)參考模型，并設(shè)計(jì)了高校智慧校園的成熟度模型及其評價(jià)指標(biāo)體系；李易俞等[10]對比分析了國內(nèi)外智慧校園的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢，提出要學(xué)習(xí)、借鑒國外智慧城市與智慧校園相互促進(jìn)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)；而楊萍等[11]分析了智慧校園建設(shè)的管理和評價(jià)現(xiàn)狀?？偟膩砜?，高校智慧校園建設(shè)存在發(fā)展不平衡的現(xiàn)象，新技術(shù)在智慧校園建設(shè)中的深度融合應(yīng)用仍然是提升智慧化水平的關(guān)鍵途徑。

2 數(shù)字孿生校園

當(dāng)前，將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用于教育和管理已取得了初步成效。例如，楊佳麗等[12]基于建筑信息模型（Building Information Model，BIM）構(gòu)建了高校校園實(shí)體模型，可以智能感知校園的關(guān)鍵要素行為，實(shí)現(xiàn)對高校校園公共安全風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別、預(yù)警與管控；褚樂陽等[13]提出了數(shù)字孿生在教育領(lǐng)域的主要應(yīng)用，包括用于建設(shè)綠色校園、賦能職業(yè)教育、推動(dòng)教育公平等；沈富可[14]提出數(shù)字孿生可以作為一種新技術(shù)手段被引入教育實(shí)踐，來探索適合高校自身發(fā)展的融合路徑，并在其中發(fā)揮“適當(dāng)”助力的作用。將數(shù)字孿生技術(shù)融入智慧校園建設(shè)，有效提升了高校教學(xué)和管理服務(wù)的智能化水平。

當(dāng)前，研究者尚未就數(shù)字孿生校園的定義達(dá)成共識(shí)。結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)和智慧校園的相關(guān)研究成果，本研究對數(shù)字孿生校園的定義如下：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)，為實(shí)體校園的運(yùn)行管理提供全場景式、沉浸式、交互式體驗(yàn)，并實(shí)時(shí)串聯(lián)物理空間數(shù)據(jù)與虛擬空間數(shù)據(jù)，形成緊密閉環(huán)的校園智能生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能分析與決策。

3 數(shù)字孿生校園與智慧校園的關(guān)系

高校信息化已經(jīng)歷從電子校園、網(wǎng)絡(luò)校園、數(shù)字校園到智慧校園的發(fā)展階段。數(shù)字孿生校園是智慧校園的一種形態(tài)，是新型智慧校園建設(shè)的新方向。建設(shè)數(shù)字孿生校園對數(shù)據(jù)治理水平提出了更高要求，而數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、應(yīng)用的綜合性和決策分析的智能性，使數(shù)字孿生校園在實(shí)現(xiàn)技術(shù)、數(shù)據(jù)應(yīng)用、全場景等方面已具有比傳統(tǒng)智慧校園更多的優(yōu)勢，兩者的對比如表1所示。

表1 數(shù)字孿生校園與傳統(tǒng)智慧校園的對比

建設(shè)高校數(shù)字孿生校園，其本質(zhì)是探索一種以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)治理為特征的校園智能化運(yùn)行新模式，實(shí)現(xiàn)對大學(xué)校園運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測、運(yùn)維管理、決策分析和智能優(yōu)化，提升校園服務(wù)的質(zhì)量和效率，促進(jìn)校園管理的流程再造和評價(jià)改革，實(shí)現(xiàn)全域視角下校園管理的科學(xué)決策。而數(shù)字孿生技術(shù)為智慧校園建設(shè)提供了新方向，其提供的實(shí)時(shí)交互、虛實(shí)共生等功能促進(jìn)了教育教學(xué)線上、線下全過程的深度融合，為學(xué)生創(chuàng)造了更逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，也帶來了更真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，故有效提升了教育教學(xué)質(zhì)量。

數(shù)字孿生技術(shù)已在教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了應(yīng)用，而本研究重點(diǎn)探討的是數(shù)字孿生技術(shù)在校園管理場景中的應(yīng)用。目前，高校數(shù)字孿生校園服務(wù)基本處于起步階段，在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的迫切需求下，亟待研發(fā)高校數(shù)字孿生校園平臺(tái)，推進(jìn)數(shù)字孿生技術(shù)在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用。基于此，本研究通過梳理數(shù)字孿生校園的運(yùn)行邏輯，結(jié)合校園特點(diǎn)，抽象出數(shù)字孿生校園模型，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)高校數(shù)字孿生校園平臺(tái)架構(gòu)，并在華中科技大學(xué)數(shù)字孿生校園建設(shè)中進(jìn)行實(shí)踐探索。

二 高校數(shù)字孿生校園平臺(tái)設(shè)計(jì)

建設(shè)數(shù)字孿生校園平臺(tái)，是利用數(shù)字孿生技術(shù)，創(chuàng)建校園物理實(shí)體的虛擬映射。其中，數(shù)字孿生校園模型是指導(dǎo)數(shù)字孿生校園平臺(tái)設(shè)計(jì)的底層邏輯基礎(chǔ)。

2.5 森林景觀 坎布拉于1957年建立森林經(jīng)營所，1960年改為國營林場。園區(qū)植被茂盛，形成了典型的森林景觀。植物種類800余種，分屬于76科、276屬[11]。在森林上部的灌木花草種類更是豐富，其中有較高觀賞價(jià)值的花卉達(dá)80余種。植被類型分布的垂直帶譜十分明顯，從黃河谷地至申寶山峰，從下向上依次更迭著溫性河谷草原—溫性針闊葉林—寒溫性針闊葉林—高寒灌叢—高寒草甸—高山流石坡稀疏植被。

1 數(shù)字孿生校園模型

參考《城市數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化白皮書（2022版）》，本研究首先梳理了數(shù)字孿生校園的運(yùn)行邏輯，如圖1所示。數(shù)字孿生校園可分為三個(gè)部分，分別是物理校園、虛擬校園和虛實(shí)之間的連接。其中，物理校園包含師生所在的物理空間和社會(huì)空間，虛擬校園是校園物理實(shí)體在數(shù)字空間的映射；而虛實(shí)之間的連接包括由實(shí)到虛的物聯(lián)感知數(shù)據(jù)傳遞，以及由虛到實(shí)的控制指令執(zhí)行。以虛擬校園建立的全域數(shù)據(jù)和算法模型為基礎(chǔ)，通過校園物理、社會(huì)、數(shù)字三個(gè)空間在時(shí)空維度的映射、聯(lián)接和反饋，實(shí)現(xiàn)對校園實(shí)體的全生命周期管理、協(xié)同交互和迭代進(jìn)化。

圖1 數(shù)字孿生校園的運(yùn)行邏輯

之后，以數(shù)字孿生校園的運(yùn)行邏輯為基礎(chǔ)，參考Grieves[15]提出的數(shù)字孿生三維模型，即物理實(shí)體、虛擬實(shí)體和虛實(shí)之間的連接，結(jié)合校園師生的實(shí)際需求及其主要活動(dòng)特征，本研究提出數(shù)字孿生校園三維模型，如公式（1）所示。其中，E（Entity）表示校園實(shí)體，PE表示物理實(shí)體，VE表示虛擬實(shí)體，C表示兩者之間的連接；而M是通用的模型框架，適用于所有數(shù)字孿生校園建模，高?？梢愿鶕?jù)本校的實(shí)際情況對模型進(jìn)行擴(kuò)展和細(xì)化。

校園實(shí)體E可以分為三個(gè)子類，分別是：①校園人/物。校園人包括師生、管理者和其他相關(guān)人員等，在學(xué)校發(fā)展和治理過程中構(gòu)成不同的組織，形成多維層次關(guān)系。校園物是除校園人之外各實(shí)體的總稱，包含校園的建筑物（如教學(xué)樓、圖書館等），構(gòu)筑物（如校區(qū)道路、停車場等），教學(xué)設(shè)施，能源設(shè)施（如水、電等），信息基礎(chǔ)設(shè)施（如物聯(lián)感知、通信網(wǎng)絡(luò)等），交通監(jiān)控設(shè)施，消防設(shè)施等。此外，還包括必要的校園環(huán)境如土壤、植被等實(shí)體。②校園空間，是指校園各實(shí)體和實(shí)體之間的地理、時(shí)間、空間等信息。③校園活動(dòng)，分為教學(xué)活動(dòng)、科研活動(dòng)、管理服務(wù)活動(dòng)、學(xué)生活動(dòng)等類別。

校園實(shí)體的三個(gè)子類可以繼續(xù)細(xì)分，如校園活動(dòng)子類中的學(xué)生活動(dòng)可進(jìn)一步細(xì)分為學(xué)習(xí)活動(dòng)、創(chuàng)新活動(dòng)、創(chuàng)業(yè)活動(dòng)等。物理校園中的各類物理實(shí)體PE在虛擬校園中有對應(yīng)的虛擬實(shí)體VE，VE包含實(shí)體的物理模型、面向?qū)ο竽Ｐ汀⑿袨槟Ｐ?、?guī)則模型等。根據(jù)不同的物理對象和孿生需求，需選擇合適的建模方法對虛擬實(shí)體VE建模。C實(shí)現(xiàn)PE和VE之間的互聯(lián)互通，通過對物理實(shí)體PE的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、分析、建模和反饋，實(shí)現(xiàn)所有校園實(shí)體的真實(shí)狀態(tài)都能實(shí)時(shí)同步映射到虛擬校園的理想狀態(tài)，使校園管理者通過對虛擬實(shí)體VE的操控，即可實(shí)現(xiàn)對物理實(shí)體PE的智能化管理。

圖2 高校數(shù)字孿生校園平臺(tái)架構(gòu)

2 高校數(shù)字孿生校園平臺(tái)架構(gòu)

以數(shù)字孿生校園模型為底層邏輯基礎(chǔ)，本研究設(shè)計(jì)了高校數(shù)字孿生校園平臺(tái)架構(gòu)，如圖2所示。具體來說，數(shù)字孿生校園平臺(tái)由基礎(chǔ)設(shè)施層、支撐層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、數(shù)字孿生服務(wù)層、展示交互層六層組成。其中，數(shù)據(jù)層是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生校園模型中各類實(shí)體建模的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)層和數(shù)字孿生服務(wù)層之間的數(shù)據(jù)交換，以及數(shù)字孿生服務(wù)層、展示交互層和基礎(chǔ)設(shè)施層中孿生感知之間的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)模型中虛擬實(shí)體和物理實(shí)體之間的連接。

①基礎(chǔ)設(shè)施層：實(shí)現(xiàn)對物理校園的全面感知和實(shí)時(shí)監(jiān)測，包括孿生感知和通信網(wǎng)絡(luò)。其中，孿生感知是實(shí)現(xiàn)虛實(shí)之間感知互聯(lián)的基礎(chǔ)，通過各種環(huán)境感知、智能終端等設(shè)備和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字校園與物理校園之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交互。通信網(wǎng)絡(luò)是指通過5G、全光網(wǎng)等技術(shù)構(gòu)建一張能支撐孿生服務(wù)的校園高速網(wǎng)。

②支撐層：提供網(wǎng)絡(luò)資源、計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和超算資源，為孿生服務(wù)提供基本支撐（特別是算力支撐），為海量數(shù)據(jù)交互、智能分析算法的應(yīng)用提供保障。

③數(shù)據(jù)層：匯集各類靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、校園人/物數(shù)據(jù)、校園空間數(shù)據(jù)、校園活動(dòng)數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)治理等實(shí)現(xiàn)校園數(shù)據(jù)的全生命周期管理。

④平臺(tái)層：是數(shù)據(jù)共享與交換的載體，可分為公共平臺(tái)、教學(xué)平臺(tái)、科研管理平臺(tái)和其他業(yè)務(wù)類平臺(tái)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在平臺(tái)中產(chǎn)生和流轉(zhuǎn)。

⑤數(shù)字孿生層：包括建模分析和孿生服務(wù)。其中，建模分析是從數(shù)據(jù)層中獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析，在此基礎(chǔ)上對校園人/物、空間、活動(dòng)等校園物理實(shí)體及其之間的關(guān)系進(jìn)行建模，通過人工智能算法實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生校園的迭代和優(yōu)化；而孿生服務(wù)是基于建模分析的結(jié)果，提供各類校園智能應(yīng)用服務(wù)，包括校園運(yùn)行監(jiān)測、智能運(yùn)維、預(yù)測預(yù)警、校園管理、決策支持等數(shù)字孿生服務(wù)。

⑥展示交互層：通過數(shù)字孿生校園統(tǒng)一操控平臺(tái)，對校園各類實(shí)體進(jìn)行高仿真實(shí)時(shí)展示。統(tǒng)一操控平臺(tái)應(yīng)具有全景視角下的展現(xiàn)能力，利用可視化、BIM、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)校園全景可視化、校園人/物可視化、校園空間可視化和校園活動(dòng)可視化；同時(shí)接收用戶控制指令和反饋信號，實(shí)現(xiàn)對實(shí)體校園的交互控制和智能優(yōu)化管理。

三 華中科技大學(xué)數(shù)字孿生校園平臺(tái)的建設(shè)實(shí)踐

依托高校數(shù)字孿生校園平臺(tái)架構(gòu)，華中科技大學(xué)以本?！笆奈濉毙畔⒒l(fā)展規(guī)劃為指導(dǎo)，結(jié)合本校智慧校園建設(shè)的實(shí)際情況，探索構(gòu)建了華中科技大學(xué)數(shù)字孿生校園平臺(tái)，如圖3所示。2021年11月，華中科技大學(xué)啟動(dòng)建設(shè)數(shù)字孿生校園平臺(tái)，2023年4月正式上線運(yùn)行?；趯W(xué)?！皵?shù)據(jù)一個(gè)庫”和“一張表”數(shù)據(jù)治理的全域貫通，華中科技大學(xué)數(shù)字孿生校園平臺(tái)將學(xué)?！耙粡垐D”作為數(shù)字孿生底座，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的校園全景可視化展示和動(dòng)態(tài)智能化管理，初步實(shí)現(xiàn)了校園運(yùn)行監(jiān)測、教學(xué)管理等數(shù)字孿生應(yīng)用服務(wù)。

1 孿生數(shù)據(jù)

孿生數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生校園平臺(tái)建設(shè)的核心基礎(chǔ)。為此，華中科技大學(xué)推出了“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、集成一總線、上網(wǎng)一個(gè)號、信息一個(gè)站、消息一通道、校園一張卡、辦事一張表。近年來，華中科技大學(xué)通過有效的數(shù)據(jù)治理，特別是本?！皵?shù)據(jù)一個(gè)庫”的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了多元異構(gòu)數(shù)據(jù)在人/物、空間、活動(dòng)三個(gè)維度的精準(zhǔn)映射。其中，“辦事一張表”工程實(shí)現(xiàn)了教師基本信息、教學(xué)、科研、論文、人事、公益六個(gè)方面數(shù)據(jù)的自動(dòng)匯總，共得到80余個(gè)數(shù)據(jù)子集、近3000個(gè)字段。

圖3 華中科技大學(xué)數(shù)字孿生校園平臺(tái)

圖4 數(shù)字孿生校園整體運(yùn)行界面

2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的全景可視化

華中科技大學(xué)將“一張圖”作為數(shù)字孿生底座，將地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）作為基礎(chǔ)工作平臺(tái)，建設(shè)了校園物理空間的虛擬環(huán)境?！耙粡垐D”平臺(tái)采集了華中科技大學(xué)總面積超過7000畝的校園景觀紋理，完成了全校756棟建筑物、5萬余個(gè)房間信息的梳理入庫，部分實(shí)現(xiàn)了3D建模和渲染，并完成了其中346棟教學(xué)辦公建筑物、共1639個(gè)樓層的平面圖信息梳理，實(shí)現(xiàn)了校園基礎(chǔ)空間信息的規(guī)范化處理。同時(shí)，華中科技大學(xué)將校園人/物、活動(dòng)等各類孿生數(shù)據(jù)與“一張圖”對接，實(shí)現(xiàn)了校園內(nèi)空間位置數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，目前管理圖層已達(dá)98個(gè)，管理要素超過7.8萬個(gè)。在此基礎(chǔ)上，華中科技大學(xué)將騰訊公司RayData作為建模平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的校園全景可視化，整體運(yùn)行界面如圖4所示。

3 動(dòng)態(tài)智能化管理

華中科技大學(xué)數(shù)字孿生校園平臺(tái)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了對校園運(yùn)行監(jiān)測和教育教學(xué)的動(dòng)態(tài)智能化管理，提供包括校園概況、平安校園、今日教學(xué)、信息網(wǎng)絡(luò)、辦事服務(wù)等數(shù)字孿生應(yīng)用服務(wù)，有效提升了學(xué)校的智能化管理和服務(wù)水平。

①全校概況：將高校作為完整的數(shù)字孿生體，從整體展示校園各方面情況，包括學(xué)科建設(shè)、教育教學(xué)、科學(xué)研究、人事人才、學(xué)生學(xué)情等，并可進(jìn)一步細(xì)化到各教研機(jī)構(gòu)，同時(shí)支持實(shí)時(shí)展示校情。為校園管理者展示整個(gè)校園發(fā)展態(tài)勢，并提供有效數(shù)據(jù)支持，有助于管理者做出正確決策。

②平安校園：實(shí)時(shí)監(jiān)控校園的安全治理情況，根據(jù)學(xué)校各大門實(shí)時(shí)車流量數(shù)據(jù)，及時(shí)為進(jìn)出校園的教職員工發(fā)送門區(qū)擁堵消息，以有效緩解高峰時(shí)期校園擁堵情況，減少教職工平均出行耗時(shí)；實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)校各門禁系統(tǒng)的人員進(jìn)出信息，為保衛(wèi)部門提供異常人員進(jìn)出校園預(yù)警；同時(shí)，接入防火監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)自動(dòng)識(shí)別、分析火情，并自動(dòng)跟蹤、鎖定火點(diǎn)位置，以有效降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，具體如圖5所示。

圖5 數(shù)字孿生服務(wù)之“平安校園”

③今日教學(xué)：實(shí)時(shí)監(jiān)控教育教學(xué)情況，包括今日課程、教室使用、教師授課、學(xué)生上課等情況；可分層查看公共教學(xué)大樓的樓內(nèi)布局，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聽課、巡課等功能，有效提升了教學(xué)資源利用率和教學(xué)質(zhì)量，具體如圖6所示。同時(shí)，提供師生畫像服務(wù)，利用大數(shù)據(jù)分析結(jié)果對師生的教與學(xué)情況進(jìn)行預(yù)判、預(yù)警；提供自動(dòng)幫扶、個(gè)性化推薦等智能服務(wù)，有助于打造更高效且人性化的校園環(huán)境。

此外，華中科技大學(xué)數(shù)字孿生校園平臺(tái)還以全校公共信息服務(wù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、服務(wù)器設(shè)備、應(yīng)用情況三個(gè)方面對當(dāng)前校園信息網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢進(jìn)行感知，實(shí)現(xiàn)了對信息網(wǎng)絡(luò)的態(tài)勢感知和對學(xué)校辦事服務(wù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。而準(zhǔn)確掌握信息網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢，是未來實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維的基礎(chǔ)。

圖6 數(shù)字孿生服務(wù)之“今日教學(xué)”

四 結(jié)語

本研究以數(shù)字孿生三維模型為底層邏輯基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了高校數(shù)字孿生校園平臺(tái)架構(gòu)，并介紹了華中科技大學(xué)數(shù)字孿生校園平臺(tái)的建設(shè)實(shí)踐。華中科技大學(xué)數(shù)字孿生校園平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下的校園全景可視化展示，并在校園運(yùn)行監(jiān)測、教學(xué)管理等方面進(jìn)行了初步探索，其建設(shè)成效表明：數(shù)字孿生校園平臺(tái)能有效提升校園的治理能力和服務(wù)水平。但是，數(shù)字孿生技術(shù)作為新興的熱門技術(shù)，目前尚缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，平臺(tái)架構(gòu)也還有待在其實(shí)踐應(yīng)用的過程中不斷完善，另外數(shù)據(jù)安全也是需要重點(diǎn)考慮的問題。展望未來，高校數(shù)字孿生校園建設(shè)將與教學(xué)科研進(jìn)一步深度融合，以學(xué)校核心任務(wù)為指引，推動(dòng)高校數(shù)字孿生校園建設(shè)。

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Design and Construction Practice of the Digital Twin Campus Platform in Universities——Taking Huazhong University of Science and Technology as an Example

WANG Shi-Xian1WEN Kun-Mei2[Corresponding Author]LI Jun-Feng3WU Chi2ZHENG Jing-Li3

The rapid development of information technology has promoted the construction of digital twin campus in universities. In the great need of digital transformation, it is urgent to develop the digital twin campus platform in universities to better support services such as teaching, scientific research, management, and daily life. Based on this, the paper firstly sorted out the relationship between digital twin campus and smart campus, and pointed out the importance and necessity of developing the digital twin campus platform in universities. Afterwards, taking the digital twin campus model as the underlying logical foundation, the platform architecture of digital twin campus in universities was designed, which consisted of six layers of infrastructure layer, support layer, data layer, platform layer, digital twin service layer, and display interaction layer. Finally, the construction practice of the digital twin campus platform of Huazhong University of Science and Technology was introduced, which pointed out that the platform used “one image” as the digital twin base, achieving data-driven panoramic visualization display and dynamic intelligent management of campus data, and effectively improving the governance capacity and service level of the campus. The platform architecture design and its practice proposed in this paper explored feasible paths for the construction of the digital twin campus in universities, which was conducive to promoting the application of digital twin technology in the construction of smart campus and providing reference for the construction of the digital twin campus in universities.

digital twin; smart campus; campus platform; intelligent management

G40-057

A

1009—8097（2023）11—0118—09

10.3969/j.issn.1009-8097.2023.11.012

本文為中國高等教育學(xué)會(huì)2022年專項(xiàng)課題“基于閉環(huán)的高校主動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)安全管理機(jī)制與智能化技術(shù)防范體系研究”(項(xiàng)目編號：22XX0403）的階段性研究成果。

王士賢，副研究員，博士，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)安全和信息化，郵箱為wangsx@hust.edu.cn。

2023年3月21日

編輯：小米