基于WEB的北京市高等教育地理信息系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)

許國雄 王愛華 賈積有 郭文革 文東茅

【摘要】文章介紹國內(nèi)第一個面向公眾開放的高等教育地理信息系統(tǒng)——北京市高等教育地理信息系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)管理及專題圖制作發(fā)布等功能。系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu):數(shù)據(jù)層,包括空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù);中間層,用來提供Web和GIS服務(wù);表現(xiàn)層,包括用于Web客戶端和GIS客戶端的軟件封裝。GIS軟件采用性價比較好的國產(chǎn)WEB-GIS軟件開發(fā)平臺SuperMap IS.NET,開發(fā)工具選用Visual Studio.NET 2005。

【關(guān)鍵詞】Web-GIS;高等教育;專題圖

【中圖分類號】G40-057 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【論文編號】1009—8097(2009)08—0085—04

引言

GIS(Geographic Information System,地理信息系統(tǒng))是信息系統(tǒng)的一種,可以實現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)和信息的科學(xué)可視化,即通過圖形圖像等可辨認(rèn)的手段,來形象表現(xiàn)科學(xué)數(shù)據(jù)的內(nèi)涵[1]。信息的可視化能極大地提高信息與知識理解、傳播的效率。

Web-GIS(萬維網(wǎng)地理信息系統(tǒng))是運(yùn)行在萬維網(wǎng)上的地理信息系統(tǒng),是在Internet上面向大眾提供地理信息服務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)[2]。它基于Internet的網(wǎng)絡(luò)平臺,利用WEB瀏覽器作為客戶端,通過HTTP協(xié)議訪問遠(yuǎn)端GIS服務(wù)器。Web-GIS可以使基于地圖(圖形、圖像)的應(yīng)用系統(tǒng)得以通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

GIS已經(jīng)被應(yīng)用于日常生活的各個方面[3]。比如GIS可以用于電力、燃?xì)?、水等公用事業(yè),幫助保持市場競爭力;在電信領(lǐng)域,GIS可用于新客戶開發(fā)、電話報修分析以及客房關(guān)懷;在交通領(lǐng)域,GIS可用于交通基礎(chǔ)設(shè)施和相關(guān)資產(chǎn)管理以及充足、有效的網(wǎng)絡(luò)分析解決方案,用于最短路徑的確定,為交通工具線路設(shè)計、城市交通模擬等服務(wù);在應(yīng)急管理領(lǐng)域,GIS可以整合空間數(shù)據(jù),對災(zāi)害可能造成的影響、在瞬息萬變的環(huán)境中最佳疏散路線的確定等進(jìn)行模擬,也可以用于資產(chǎn)記錄和資源的空間定位等;在土地管理領(lǐng)域,GIS已成為進(jìn)行數(shù)據(jù)集成的核心;在城市規(guī)劃中,GIS用于對城市規(guī)劃信息進(jìn)行編碼和可視化;在圖書館領(lǐng)域,圖書館能提供越來越多的GIS信息,收集、維護(hù)、存儲空間資源并提供訪問。

在教育領(lǐng)域中,國內(nèi)外GIS的應(yīng)用案例并不多見。通過文獻(xiàn)分析,我們發(fā)現(xiàn)GIS能夠以直觀的方式幫助決策者、研究者和普通公眾了解教育資源的分布,通過與數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)相結(jié)合,可以幫助決策者、研究者抓住數(shù)據(jù)中所隱藏的一些規(guī)律,從而為決策、研究提供支持。因此,研究與實現(xiàn)教育地理信息系統(tǒng)對教育領(lǐng)域的數(shù)據(jù)顯示、管理決策、科學(xué)研究等都非常重要。

本文所設(shè)計和實現(xiàn)的北京市高等教育地理信息系統(tǒng)充分利用WEB-GIS的功能,為高等教育研究者、社會公眾、教育管理與決策者提供教育數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計、分析、可視化顯示等功能。開創(chuàng)了GIS在國內(nèi)高等教育應(yīng)用方面的先河,彌補(bǔ)了GIS在國內(nèi)高等教育應(yīng)用方面的空白,對高等教育信息管理、科研輔助、教育決策等方面的研究具有重大意義。

一 相關(guān)研究分析

位于阿肯色大學(xué)(University of Arkansas)教育與健康專業(yè)學(xué)院課程與教學(xué)系的美國國家測度與評估系統(tǒng)研究辦公室(The National Office foe Research on Measurement an Evaluation Systems (NORMS)) 開發(fā)了分析阿肯色州教育成績鴻溝的GIS應(yīng)用——GAPS(Geographic Academic Policy Series) 。其目標(biāo)是使用地理信息和顏色表示教育分析結(jié)果,以提供基于地圖的分析“快照”。GAPS系統(tǒng)按年收集阿肯色州各學(xué)校、學(xué)區(qū)學(xué)生的文學(xué)、數(shù)學(xué)成績的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。研究人員選擇人們關(guān)心的教育問題,在GAPS系統(tǒng)中進(jìn)行專題分析,生成專題圖,提供給決策者作為輔助決策工具。例如,針對學(xué)區(qū)規(guī)模與學(xué)生成績是否存在相關(guān)關(guān)系的問題,GAPS生成了一系列專題圖。從圖形顯示發(fā)現(xiàn),學(xué)生成績與學(xué)區(qū)規(guī)模沒有顯著關(guān)系,反而跟學(xué)區(qū)的地理位置有很大的相關(guān)性。位于阿肯色州30號州際公路右下方的學(xué)區(qū)學(xué)生成績低于州平均水平的概率更高。不向大眾開放使用,人們只能看到針對一些問題生成的靜態(tài)的地圖快照。因此從使用方式來說,不支持普通用戶自己對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2002年,俄勒岡州教育委員會、俄勒岡大學(xué)系統(tǒng)(the Oregon University System)與俄勒岡州立大學(xué)(Oregon State University)共同合作,啟動美國俄勒岡州教育委員會GIS輔助決策支持項目(Oregon State Board of Education GIS Decision Support Pilot Project),旨在研究GIS在幫助俄勒岡州教育委員會進(jìn)行政策決策方面的功用。該項目把俄勒岡劃分為15個勞動力市場區(qū)域,以IT產(chǎn)業(yè)為例,按照各區(qū)域IT課程供應(yīng)和IT招聘職數(shù),制作了教育供給與勞動力需求專題圖,對于教育資源布局和教育規(guī)劃提供了有力的支持[4]。俄勒岡GIS輔助決策支持項目為我們在北京高等教育地理系統(tǒng)中利用GIS功能研究與呈現(xiàn)高等教育變量與相關(guān)社會經(jīng)濟(jì)變量之間的關(guān)系,進(jìn)而輔助進(jìn)行高等教育政策決策開拓了思路。這個項目也沒有向公眾提供可利用系統(tǒng)所提供的功能進(jìn)行即時探查分析的入口。

北京市教育委員會提供的教育電子地圖3在普通北京市地理系統(tǒng)基礎(chǔ)上建設(shè),它增加教育地理信息圖層,包括各類院校、中小學(xué)、教育相關(guān)部門。它提供的功能有周邊查詢,如查詢學(xué)校周圍的銀行;行車路線;公交服務(wù);打車助手;交通路況。這個地圖可以大大方便人們了解學(xué)校周邊情況,但它只提供基本的地理信息查詢功能,缺少教育的特色數(shù)據(jù),也缺少教育的特色應(yīng)用研究。

“中國教育地理信息系統(tǒng)(CEGIS)”由國家教育發(fā)展研究中心、中國教育發(fā)展戰(zhàn)略學(xué)會和紹興托普信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院共同合作開發(fā)[5]。系統(tǒng)功能包括查詢世界各國、全國各省、指定省各地的各類教育資源的布局、各種教育統(tǒng)計數(shù)據(jù)(當(dāng)前和歷史數(shù)據(jù))及其空間分布情況,可以顯示與教育密切相關(guān)的各種社會、經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和它們的地域分布情況;使用系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的國際著名統(tǒng)計分析軟件SPSS For Windows可以對各國、各省或指定地、市、縣的教育統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的定量分析,以便形成正確的決策、咨詢意見等。該系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)主要是各種統(tǒng)計數(shù)據(jù),缺乏專項調(diào)研數(shù)據(jù)和專題分析工具。這也是我們在設(shè)計HEDUGIS時,試圖創(chuàng)新之處。

本文所描述的北京市高等教育地理系統(tǒng)的關(guān)注對象主要是研究人員,為此在系統(tǒng)中錄入了大量的科研、課題數(shù)據(jù),這是與中國教育地理信息系統(tǒng)(CEGIS)所不同的,因此系統(tǒng)能夠提供的服務(wù)類型也會有所不同。

本文所描述的基于WEB的北京市高等教育地理信息系統(tǒng)(以下簡稱HEDUGIS)擁有各種教育特色數(shù)據(jù),關(guān)注教育應(yīng)用和社會服務(wù),是已經(jīng)實現(xiàn)、開始服務(wù)于全社會的系統(tǒng)。本文后面部分將重點介紹HEDUGIS的功能設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)實現(xiàn)。

二 HEDUGIS的功能設(shè)計和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1 功能設(shè)計

本系統(tǒng)的目標(biāo)主要是為研究者查詢和發(fā)布高等教育研究的相關(guān)信息提供服務(wù),同時為社會公眾和政符工作人員提供相關(guān)的數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。因此本系統(tǒng)首先著眼于高等教育研究者的需求,同時兼顧社會公眾和教育管理決策人員的需求。基于以上考慮,系統(tǒng)的目標(biāo)為[6]:

面向高等教育研究者提供數(shù)據(jù)輸入服務(wù),包括直接輸入和由系統(tǒng)管理者協(xié)助的間接輸入服務(wù),使得高等教育研究所需的數(shù)據(jù)和成果都能方便地存儲到系統(tǒng)中。

面向高等教育研究者、普通社會公眾、教育管理決策者提供數(shù)據(jù)查詢服務(wù),包括基于文本的查詢和基于地圖的查詢。

面向系統(tǒng)管理員,提供可協(xié)助研究人員制作和發(fā)布高等教育專題圖的工具。地理專題圖的制作和發(fā)布是一件比較復(fù)雜的任務(wù),因此系統(tǒng)沒有開發(fā)直接面向研究者的專題圖制作和發(fā)布工具,而是利用GIS軟件提供的可視化專題圖制作功能和ASP.NET編程工具向系統(tǒng)管理員提供制作和發(fā)布專題圖的工具和模板,讓系統(tǒng)管理員制作并發(fā)布專題圖后供研究人員使用。

面向高等教育研究者,提供按需設(shè)計的輔助工具開發(fā)及集成。高等教育研究者可以按自己需求開發(fā)出輔助工具并整合到本系統(tǒng)中。

基于以上系統(tǒng)設(shè)計目的,本文提出如圖1所示的功能設(shè)計。

本系統(tǒng)包括以下四類功能模塊:

數(shù)據(jù)查詢工具:數(shù)據(jù)查詢工具負(fù)責(zé)完成用戶對數(shù)據(jù)的多種檢索任務(wù)。根據(jù)查詢的數(shù)據(jù)類型可分為地圖數(shù)據(jù)檢索、屬性數(shù)據(jù)檢索工具。根據(jù)數(shù)據(jù)查詢的方式可分為數(shù)據(jù)分類瀏覽工具、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化查詢工具等。

數(shù)據(jù)管理工具:數(shù)據(jù)管理工具負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改、導(dǎo)入、導(dǎo)出等任務(wù)。

專題圖制作、發(fā)布工具:專題圖制作、發(fā)布工具負(fù)責(zé)根據(jù)用戶需要制作專題圖并將其發(fā)布到系統(tǒng)中,以方便用戶瀏覽。

其他輔助工具:該類工具包括為了支持高等教育研究而按需開發(fā)的輔助型工具。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計目的和系統(tǒng)功能,考慮到Web-GIS的一般體系結(jié)構(gòu),我們提出三層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[6]。三層分別為:數(shù)據(jù)層,包括空間數(shù)據(jù)及屬性數(shù)據(jù);中間層,用來提供Web和GIS服務(wù);表現(xiàn)層,包括用于Web客戶端和GIS客戶端的軟件封裝,Web客戶端用于普通用戶瀏覽地理信息,GIS客戶端主要用于地圖的制作、管理等。

基于系統(tǒng)設(shè)計,我們決定基于Windows平臺開發(fā)本系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫采用與Windows平臺結(jié)合比較緊密、可用性和穩(wěn)定性方面都比較優(yōu)越的SQL Server 2005,GIS軟件采用性價比較好的國產(chǎn)WEB-GIS軟件開發(fā)平臺SuperMap IS.NET,開發(fā)工具選用Visual Studio.NET 2005[6]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)特色介紹:

數(shù)據(jù):HEDUGIS中不僅有大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù),還是大量的科研數(shù)據(jù),如科研團(tuán)隊、研究中心等。因此,通過查詢系統(tǒng)中的數(shù)據(jù),科研人員可以了解相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的研究方向、前沿課題和同行等。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計:系統(tǒng)數(shù)據(jù)分為四種類型:基礎(chǔ)代碼類(存儲名稱與代碼的對應(yīng)關(guān)系)、信息表類(存儲用于發(fā)布的具體數(shù)據(jù))、數(shù)據(jù)庫描述表類(存儲數(shù)據(jù)表、視圖的描述信息)、與SuperMap相關(guān)的數(shù)據(jù)表類(存儲空間數(shù)據(jù)信息)。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包含眾多的數(shù)據(jù)表,為避免多表關(guān)聯(lián)造成的程序編碼復(fù)雜性,在數(shù)據(jù)庫中生成相關(guān)表的數(shù)據(jù)視圖,以便于業(yè)務(wù)邏輯層的數(shù)據(jù)訪問。

WEB服務(wù)器端實現(xiàn):采用ASP.NET技術(shù)進(jìn)行WEB服務(wù)器端的動態(tài)網(wǎng)頁編程,以分離HTML代碼與后臺程序代碼,增強(qiáng)了

程序代碼的可讀性和可維護(hù)性,提高動態(tài)網(wǎng)頁的執(zhí)行效率。

三 HEDUGIS已實現(xiàn)功能

本系統(tǒng)已經(jīng)基本實現(xiàn)功能設(shè)計的全部功能,部署在互聯(lián)網(wǎng)上,對社會公眾開放4。不同類型的用戶可以通過這個系統(tǒng)找到自己感興趣的數(shù)據(jù)。圖3是系統(tǒng)首頁。

1 數(shù)據(jù)查詢

進(jìn)入系統(tǒng)首頁后,可以進(jìn)行不同形式的信息查看方式,如分類瀏覽、數(shù)據(jù)查詢(查詢結(jié)果會在地圖上顯示出來)、純文本查詢(沒有地圖顯示)等。

2 專題圖工具:對北京市IT產(chǎn)業(yè)與高校布局的分析

專題圖工具是一種查看一些專題圖示例應(yīng)用,如圖4所示的北京市各區(qū)IT行業(yè)GDP占全市IT行業(yè)GDP總值的百分比專題圖(2004數(shù)據(jù)),圖5所示的各區(qū)縣IT產(chǎn)業(yè)GDP占本區(qū)GDP總值的百分比。在專題圖中,不同色塊表示不同比例的百分比區(qū)間。

四 結(jié)束語

本文介紹了北京市高等教育地理信息系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā),這是GIS在教育領(lǐng)域內(nèi)的一種應(yīng)用。本系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行一年多,得到用戶的充分肯定。本系統(tǒng)是國內(nèi)最早將高等教育科研數(shù)據(jù)與GIS相結(jié)合、向公眾提供服務(wù)、進(jìn)行輔助管理決策的信息平臺。系統(tǒng)提供多種檢索結(jié)果顯示,用戶可以進(jìn)行瀏覽、檢索或純文本檢索,既有直觀的地圖顯示,也有對更加詳細(xì)屬性數(shù)據(jù)的文本顯示。還設(shè)計了專題圖分析工具,對分析高等教育資源的布局提供了輔助支持信息。由于GIS已經(jīng)是一種比較成熟的工具,系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)中面臨的主要困難搜集和獲取高等教育科研數(shù)據(jù),這在很大程度上限制了該系統(tǒng)對高等教育研究和決策的支持,也影響了項目的進(jìn)一步完善。本項目研究者希望未來能與相關(guān)數(shù)據(jù)中心合作,拓展數(shù)據(jù)來源,不斷充實和完善高等教育地理信息系統(tǒng),使其在教育研究和決策中發(fā)揮更大的作用。