大學生活動時空模型的建立

羅慧芳，羅 珂，劉 蕓，劉小晶

（1.華中師范大學 城市與環(huán)境科學學院, 湖北 武漢 430079）

大學生作為高校的主要群體，其活動既有個體性，又有很強的群聚性。借助GIS技術研究大學生在校園活動的時空特征，有助于從其行為特征上進一步理解當代大學生學習生活的規(guī)律，了解大學生的行為特征的差異性，為高校實施管理提供依據[1-4]。文為了實現(xiàn)對大學生的動態(tài)時空分布進行查詢的目的，分析了大學生的時空表現(xiàn)，提出了一個在GIS 環(huán)境下，面向大學生的停留和移動行為的時空數(shù)據的概念模型。模型設計簡潔、便于操作和編程實現(xiàn)，而且能夠分別基于學生、時間和位置查詢學生時空分布信息。本文以華中師范大學為例，將基于這個數(shù)據模型的原型系統(tǒng)在ArcGIS 9.3軟件平臺上予以實現(xiàn)。

1 研究現(xiàn)狀及趨勢

ArcGIS 9.3是ESRI發(fā)布的功能比較強大而又完善的版本。ArcGIS9.3的一個主要目標是與現(xiàn)有的ArcGIS 9平臺的功能和數(shù)據模型完全兼容，使得最終用戶和開發(fā)商可以很方便地對系統(tǒng)進行升級；提供強大的跨平臺（Windows、UNIX和Linux平臺）支持能力，為用戶提供了更加靈活的配置選擇。

當前主要的GIS模型包括[5]：空間時間立方體模型、序列快照模型、基態(tài)修正模型、空間時間組合體模型和面向對象的時空數(shù)據模型等。本文主要采用的是序列快照模型，將得到的元數(shù)據整理匯總后形成的數(shù)據庫進行編程、定制，然后調入ArcGIS，進行制圖與圖形的編輯操作，從而完成時空模型的建立。同時，利用ArcGIS Engine組件開發(fā)嵌入式GIS和獨立運行的GIS桌面端應用程序，使用不同的程序語言和開發(fā)環(huán)境（本文是在Microsoft Visual Studio 2008開發(fā)環(huán)境下運行的）建構具有獨立界面的GIS程序。

2 研究過程

本研究是以華中師范大學為對象進行的。華中師范大學占地面積為126.61萬m2，下設21個院系、60個本科專業(yè)，目前各類全日制在校生近3萬人，其中研究生9 000余人，留學生1 000余人；擁有10余棟現(xiàn)代化教學樓，建有2座圖書館。

2.1 時空點要素的采集

要在地圖上顯示學生的活動路徑特點，就要獲取學生活動數(shù)據。我們通過調查問卷的形式獲得學生的活動路徑。問卷的設計包含以下信息：個人信息——包括學生性別、年齡、專業(yè)年級、宿舍號等；活動模式——包括活動時間、地點、類型（學習、鍛煉、娛樂及其他）。調查問卷通過地址匹配的形式將學生的活動和固定地點相匹配，更符合人們常規(guī)的思維模式。問卷也不是通過簡單地設置問題進行調查，而是基于GIS思路運用圖形來采集人的信息，得到的信息更為準確。

首先將華中師范大學的平面圖（見圖1）附于問卷之上，便于問卷的清晰易操作。大學生的作息安排一般以周為單位，但考慮到要得到1個星期每天的數(shù)據可能會比較困難，因此選取1個星期中的3天（A為周一、B為周三、C為周六）為代表來設計問卷[6]。將1 d分為 10個時間段：7:00～8:00、8:00～10:00、10:00～12:00、12:00～12:30、12:30～14:30、14:30～16:30、16:30～18:00、18:00～19:30、19:30～22:00、22:00～23:00，分別用 1～10表示，如某學生星期一7:00～8:00在東一食堂吃早餐，就在圖中東一食堂處填上“A1”。當然，每個學生的基本屬性是需要被告知的（包括學號、性別、年級、院系、宿舍號等）。

圖1 華中師范大學平面圖

根據華中師范大學每個院的人數(shù)比例，以院為單位，計算每個院所需要調查的人數(shù)。表格制作完成后開始著手發(fā)放問卷，先以華中師范大學城環(huán)學院為例，調查對象為全院在校學生，首輪調查完畢后，分析整理調查數(shù)據，并根據調查結果對表格進行修改，使之更利于后續(xù)工作。然后按照此模式對其他各院系進行調查，從而使調查對象的住址遍布華中師范大學各棟宿舍樓，使調查結果更具普遍性和說服力。后期再對調查問卷得到的數(shù)據進行篩選和整理，輸入到數(shù)據庫中。由此，便得到了每個點要素的屬性及每個時間段點要素所處的位置。

采用數(shù)據點內插的方式，在各個時間段中選取中間某個時刻作為整個時間段的代表[7]，然后將該時刻學生所處的位置作為該時間段學生所在的地理位置，從而得到學生1 d的動態(tài)活動路徑。如圖2所示，選取了2個學生的活動路徑情況，地址代碼從1～18分別代表地址：東一食堂、東二食堂、3號樓、新圖書館、5號樓、6號樓、7號樓、8號樓、9號樓、10號樓、桂香園食堂、博雅園食堂、沁園春食堂、學子食堂、東區(qū)宿舍、西區(qū)宿舍、元寶山宿舍和林堪宿舍。該圖反映了個體活動的差異性，基于這種差異性來分析群體聚集的情況，根據這種群聚性來總結大學生的活動規(guī)律，并構建時空模型。

圖2 學生個體活動路徑圖

2.2 用戶界面的設計

首先是獲取華中師范大學校園平面圖（jpg格式），將此平面圖導入ArcGIS9.3中，選取幾個具有代表性的點（盡量覆蓋到整個平面），對這幾個點進行真實的地理坐標輸入；然后再對校準后的圖形進行矢量化，構建空間拓撲關系，從而將柵格圖形轉換為矢量圖形；最后是將華中師范大學矢量圖和遙感圖像進行疊合并加以美化和對誤差進行相應的校正，從而完成了整個矢量圖的制作。

將上述得到的點要素及其屬性調入到ArcGIS中，在得到的矢量圖上進行點要素的屬性輸入，就可以實現(xiàn)對于每一個點都能有特定的屬性特點與之對應，并能夠查詢到每個點在每個時間段對應的地點，如圖3所示。

圖3 時空模型完成圖

2.3 時空模型的實踐操作及運用

通過Visual Studio 2008 的C#語言和ArcGIS Engine技術實現(xiàn)查詢功能，主要是通過設計一個時間軸來實現(xiàn)對不同時間段學生分布情況的呈現(xiàn)，是一個動態(tài)演示的過程。此時間軸的部分設計程序語言（用于連接數(shù)據庫）如下：

int iRenshu=0;

OleDbConnection mycon = new OleDbConnection();

mycon.ConnectionString = "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source=華師大學生時空數(shù)據1029.mdb";

mycon.Open();

OleDbCommand cmd = new OleDbCommand();

OleDbDataAdapter pOleDbDataAdapter = new OleDbDataAdapter();

DataSet dataset = new DataSet();

for (int i = 1; i < 55; i++)

{

string selectCon = "select count (*) from 學生時空數(shù)據表 where " + textBox1.Name + "=" + i + "";

cmd = new OleDbCommand(selectCon, mycon);

pOleDbDataAdapter.SelectCommand = cmd;

pOleDbDataAdapter.Fill(dataset, "時間人數(shù)");

}

以下是用于查詢的程序段：

for (int i = 0; i < 54; i++)

{

try

{

iRenshu = Convert.ToInt32(pDataTable.Rows[i][0]);

IQueryFilter pQueryFilter = new QueryFilterClass();

pQueryFilter.WhereClause = "Id =" + (i+1);

IFeatureCursor _pFeatureCursor = pFeatureClass.Search(pQueryFilter, false);

IFeature _pFeature = _pFeatureCursor.NextFeature();

while (_pFeature != null)

{

iFieldIndex = _pFeature.Fields.FindField("人數(shù)");

if (iFieldIndex != -1)

{

_pFeature.set_Value(iFieldIndex,iRenshu);

_pFeature.Store();

break;

}

}

}

}

若要了解周一8:00～10:00時間段內學生的分布情況，選中滑條所對應的時間段即可實現(xiàn)相關查詢。通過這種查詢方式，可以清晰地看到大學生在不同時間段所處位置，將這些位置按照順序連接起來就是學生的活動路徑。有了這些動態(tài)演示的過程，就可以對大學生的活動規(guī)律進行進一步的探究。圖4和圖5為實現(xiàn)查詢的2個例子。

圖4 周一7:00～8:00全校學生分布情況

圖5 周三12:00～12:30全校女生分布情況

3 討論與分析

研究顯示，大學生活動具有很強的規(guī)律性。在對學生活動路徑和不同地點、不同時間段學生分布情況進行分析之后，得到了一些結論。

1）校園公共設施的合理規(guī)劃利用。隨著全國高校招生人數(shù)的不斷增多，高校的教室、圖書館、體育場所、宿舍和食堂等資源日趨緊張，高校管理層可以通過不同時段的學生群聚分布，了解校園內特定場地特定時段學生的數(shù)量，從而掌握校園相關設施及場所的利用情況，由此做出相應場館、場地、道路等的建設規(guī)劃（如擴建、關閉等）。可根據學生活動時序特點，按不同的時段調度管理人員。還能進行一些重要事件的處理（如特定災害情況下的人員疏散）。

就食堂的選擇而言，學生的就餐地點一般是選擇距離宿舍較近的地方，這也導致了沁園春食堂、東二食堂就餐人數(shù)相對較少，而東一食堂、桂香園食堂就餐人數(shù)則很多。調查發(fā)現(xiàn)，食堂所提供的座位數(shù)和食物量不足以滿足學生的需求，造成了食堂的擁堵和學生就餐的不便，不利于學校后勤部門的管理。

2）道路系統(tǒng)的有效控制。學生的活動路徑總體上是宿舍-教學樓-食堂，比較單一，而且聚集程度很高，如在就餐和上課時間，通往8號樓等教學樓以及桂香園食堂等地方的道路上人群密集度很高，而這些地方又是車輛通行的集中區(qū)域，因此學?？梢該藖矸謺r間段對主干道車輛通行進行控制，可在人群集中時間禁止車輛通行。

例如，學校目前正在實行的措施就是在白天工作時間對桂中路進行全線封閉，這種做法雖然在一定程度上方便了學生，但對于大多數(shù)開車上班的教職工來說卻要多走很多彎路。如果利用我們研究得到的數(shù)據就能夠得到該路段每一時間段的人員密集情況，從而更合理地制定出車輛通行方案。

3）根據性別差異采取相應的應對措施。從性別角度來看可以發(fā)現(xiàn)，男、女生活動方式及活動存在很大的差異，如晚上就餐時間的女生人數(shù)明顯小于中午，可能是由于女生為了減肥而選擇不吃晚飯；而對男生來說，這種現(xiàn)象則不明顯。再比如，除去周末輔修或兼職的學生，女生在周六的時候會選擇外出購物或逛街，抑或是去自習室學習，因此女生大多集中在校外或自習室；而男生則大多呆在宿舍，選擇看電影或是網絡游戲。學?？蓳颂岢鲇嗅槍π缘慕鉀Q辦法，比如說多舉辦一些有意義的課外活動，以此來調動學生們參與的積極性。

一般而言，男生更傾向于在戶外或娛樂場所進行體育鍛煉，然而我們在研究中發(fā)現(xiàn)，本校男生周末選擇在戶外的人數(shù)很少，這很可能是由于學校性質偏文，不僅男生數(shù)量少，而且大多男生都不太重視體育鍛煉。因此，高校若基于這種性別差異采用不同的活動方式，對校園學生的管理和活動選取都有一定的借鑒。

4）高校招生的有效依據。近年來，全國各大高校都在擴大招生人數(shù)，學生人數(shù)逐年增多，但學校面積卻沒有擴大。由于學校地處武昌繁華地段，擴建的可能性不是很大，這就導致了華中師范大學校園將會越來越擁擠，人均可利用面積逐漸減小，給學生的學習和生活造成了很大的不便。有必要利用我們的調查結果，算出華中師范大學人均占地面積并同其他學校進行比較，得到一個有限土地使用面積下的招生人數(shù)上限，防止盲目擴招的現(xiàn)象愈演愈烈。

4 結 語

本文以華中師范大學為實驗區(qū)，通過問卷調查的形式，收集并整理了大學生在不同時間、不同位置進行的不同活動類型的數(shù)據，建立了可操作的時空模型，便于對基于時間、位置、活動和人員的行為數(shù)據等的快速查詢，便于學校管理層對學校進行合理的管理，為某些突發(fā)性事件發(fā)生時人員的及時疏散提供參考路徑。雖然此系統(tǒng)所針對的是學校的學生，但同樣可以適用于其他領域。通過導入其他類型的數(shù)據和對程序稍加修改，就可以實現(xiàn)多種功能，從而為各種類型企業(yè)進行管理及分析提供有效幫助。

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