GIS技術在教育管理系統(tǒng)開發(fā)中的作用

王興輝　孔雪龍

摘要：將GIS技術應用于教育管理中，對管理過程的可視化及管理教育資源的合理布局和優(yōu)化配置具有重要意義。本文對教育管理系統(tǒng)中使用GIS技術進行開發(fā)的設計方式做了闡述；并結合案例闡述了ArcGIS在教育管理系統(tǒng)的空間分布、區(qū)域化統(tǒng)計、專題教育資源管理等方面的應用研究。

關鍵詞：教育管理；ArcGIS；系統(tǒng)開發(fā)；應用

中圖分類號：G523 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2015）15/16-0122-04

引言

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS）作為獲取、整理、分析和管理地理空間數(shù)據(jù)的重要工具和技術，已被廣泛應用于經(jīng)濟社會領域中的企業(yè)管理、資源管理、投資規(guī)劃及評估等方面。[1]GIS技術方面的發(fā)展趨勢是：“3S”（GPS、RS和GIS）集成；GIS與虛擬現(xiàn)實技術的結合；分布式技術、萬維網(wǎng)與GIS的結合；移動通信技術與GIS的結合；GIS與決策支持系統(tǒng)（DSS）的集成。[2]美國阿肯色大學[3]和俄勒岡州教育委員會[4]均將GIS技術應用于教育管理中。在教育管理和規(guī)劃中，可利用GIS的技術優(yōu)勢，對教育資源的空間布局、區(qū)域教育質(zhì)量整體監(jiān)控等方面進行開發(fā)和應用研究。

本文在分析GIS技術應用于教育管理系統(tǒng)所具備的特色和優(yōu)勢的基礎上，結合案例探討了GIS技術在教育管理系統(tǒng)中的應用方式。

ArcGIS地圖服務平臺分析

GIS系統(tǒng)開發(fā)主要包括Google平臺和ArcGIS平臺，雅虎和百度也提出了地圖開發(fā)服務，本文主要探討前兩個平臺。Google平臺推出了支持針對Flash和JavaScript的兩種地圖API。ArcGIS平臺支持六種API，這六種API均能完成基本的地圖服務，如地圖瀏覽、數(shù)據(jù)查詢等。通過對兩種平臺的三種客戶端API的功能特征進行比較分析，認為ArcGIS技術更適合應用于教育管理系統(tǒng)開發(fā)。ArcGIS Server是一個能夠構建企業(yè)級應用的GIS解決方案。通過ArcGIS Server可以搭建基于Web的集中管理的、多用戶級的GIS應用。它可以為內(nèi)部局域網(wǎng)或整個互聯(lián)網(wǎng)提供豐富的GIS資源，包括地理信息數(shù)據(jù)、專題信息地圖、專業(yè)的空間分析等，并且能夠?qū)⒌貓D或地理信息資源無縫地整合到Web頁面中。ArcGIS Server通過分布式系統(tǒng)調(diào)節(jié)不同服務器上的角色協(xié)同工作。其搭建的WebGIS服務需要支持多種類型的客戶端訪問。WebGIS系統(tǒng)的組成部分如圖1所示，具體分析如下。

1.桌面應用程序

ArcGIS Server的桌面應用程序包括ArcGIS Desktop或ArcGIS Engine應用程序。通信方式有兩種，一種是通過HTTP協(xié)議訪問在Web Server上發(fā)布的GIS網(wǎng)絡服務；另一種是通過局域網(wǎng)直接連接到GIS Server。

2.瀏覽器

瀏覽器則是支持HTTP通信協(xié)議，能夠渲染HTML應用并且支持RIA的軟件，包括IE、Firefox、Google Chrome等。

3.Web Server

Web Server是訪問Web應用程序的容器，Web應用程序則通過訪問GIS Server中的相關對象以實現(xiàn)GIS功能。目前ArcGIS Server支持.NET和Java兩種平臺，在.NET平臺下支持微軟的IIS服務器，在Java平臺下支持Tomcat、Websphere等Web服務器端軟件。

4.GIS Server

為了實現(xiàn)分布式處理，GIS Server通常由一個SOM（Server Object Manager）和多個SOC（Server Object Container）組成。SOM即Server Object管理器，負責管理、調(diào)度來自Web服務器的請求。SOC即容器，具體處理相關的GIS請求。在具體的GIS Server部署中，可以將SOM、SOC部署在同一臺計算機上，亦可采用分布式部署，以便提升GIS Server的處理能力。

GIS教育管理系統(tǒng)的設計特點

在分析GIS技術教育管理系統(tǒng)的需求過程中，應充分考慮GIS技術在空間可視化、空間數(shù)據(jù)表達、空間統(tǒng)計分析等方面的優(yōu)勢，并結合教育管理的實際需要，運用GIS技術促使教育管理更加高效與便捷。

基于GIS技術的教育管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫較傳統(tǒng)系統(tǒng)開發(fā)的數(shù)據(jù)庫設計具有自身的特色，主要體現(xiàn)在地圖服務數(shù)據(jù)庫的設計上。為了保證系統(tǒng)的開放性和整合性，同時便于管理層高效、實時地獲取被管理的教育單位的信息，在數(shù)據(jù)庫設計中引入了內(nèi)容發(fā)布和信息提取機制，使得管理層能及時地獲取教育單位信息。數(shù)據(jù)庫設計如圖2所示，包括三類數(shù)據(jù)庫：①教育管理中心數(shù)據(jù)庫存貯各教育單位歷年完整的教育信息數(shù)據(jù)，為應用程序服務器提供數(shù)據(jù)支持；②地圖數(shù)據(jù)庫為應用程序提供地圖服務；③教育單位數(shù)據(jù)庫為教育單位內(nèi)部的管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，通過制定相關的數(shù)據(jù)發(fā)布格式標準和完善發(fā)布機制，應用程序可定時獲取教育單位發(fā)布的信息，通過GIS技術呈現(xiàn)最新的教育單位教學信息，并將獲取到的數(shù)據(jù)存儲到“教育管理中心數(shù)據(jù)庫”。

GIS教育管理系統(tǒng)案例分析

本案例將介紹ArcGIS技術在教育部門的空間測繪、分布管理、區(qū)域統(tǒng)計和資源分布四個方面的應用。系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境：操作系統(tǒng)為Windows Server 2003，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為Microsoft SQL Server 2008；軟件開發(fā)工具為Visual Studio 2010和Flash Builder 4.6，使用的開發(fā)框架為Flex Viewer 3.0，地圖服務使用的是ArcGIS Server 提供的服務，Web服務器為IIS 6。

1.在教育單位空間標識與測繪技術中的應用

（1）功能簡介

空間標識與測繪功能是GIS系統(tǒng)具備的基礎繪圖功能。主要能夠?qū)崿F(xiàn)在地圖上繪制圖形以及文字標記信息、對各教育單位間地理距離的測量和教育單位面積的測量功能。提供繪制的圖形包括點、線、手繪線、矩形、圓、橢圓、面、手繪面。亦可在指定的位置添加文本信息，支持將繪制的圖形進行打印輸出。

（2）技術實現(xiàn)

繪圖功能使用Flex API的Draw類來實現(xiàn)，首先根據(jù)選擇的圖形類型來調(diào)用繪圖模式，其代碼如下：

setMapAction（drawType， drawStatus， null， map_drawEndHandler）；

其中，drawType包含上述的各類圖形類型信息，map_drawEndHandler為繪制完成后的處理函數(shù)，繪制完成后會將繪制的圖形加入到圖層中。測量功能通過調(diào)用服務器端Geometry Service方法來實現(xiàn)。

（3）案例

本案例通過運用不規(guī)則圖形繪制工具，來實現(xiàn)對各學校占地面積的測量操作。首先對繪制圖形的視圖樣式進行自定義設定；勾選“顯示測量結果”后，可以選擇面積和距離的測量單位，這樣就可以在地圖上通過繪制圖形自動計算并顯示某所學校的占地面積和周長，如圖3所示。

2.在教育單位空間分布情況管理中的應用

（1）功能簡介

將GIS技術應用于教育管理系統(tǒng)中，能夠?qū)Ρ还芾斫逃龁挝坏目臻g分布情況進行可視化管理。同時為了高效、直觀地鎖定指定單位，可以通過分類可視化呈現(xiàn)的方式來實現(xiàn)。

（2）實現(xiàn)技術

根據(jù)GIS開發(fā)的特點，采用層級加載的方法，在地圖底圖圖層的基礎上，根據(jù)實際需求加載相關的功能圖層。且為了保證系統(tǒng)具備良好的通用性和可移植性，界面信息均由數(shù)據(jù)驅(qū)動來實現(xiàn)動態(tài)加載?？蛻舳丝丶臄?shù)據(jù)源既可為本地數(shù)據(jù)庫提供的數(shù)據(jù)，也可是在線發(fā)布的XML數(shù)據(jù)。

本案例中首先實現(xiàn)對XML數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)指定到項呈現(xiàn)器和列表控件中；然后監(jiān)聽鼠標事件，獲取指定類別教育單位的基本信息和地理位置信息，在地圖上新建功能圖層，根據(jù)地理位置信息和標識（各類標識不同）加載標記點，標記點通過監(jiān)聽鼠標事件實現(xiàn)對詳細基本信息的彈出框顯示。

（3）案例

可根據(jù)學校的性質(zhì)類別進行可視化加載，如圖4所示，對廣西各高校教育單位按照學校類別，分別對本科院校、高職高專和成人院校的空間分布進行分類管理；亦可根據(jù)城市區(qū)域進行劃分，查看廣西擁有高校的南寧、桂林、柳州、百色、北海、崇左、貴港、河池、賀州、欽州、梧州、玉林、宜州共13個城市的高等教育資源分布情況。

3.在教育主管部門區(qū)域化信息管理中的應用

（1）功能簡介

教育管理部門可以統(tǒng)計和管理指定區(qū)域內(nèi)的教育單位教育信息。管理者可以通過在地圖上繪制圖形的方式來自定義篩選區(qū)域，選擇完成后，系統(tǒng)根據(jù)所選區(qū)域自動提取相關部門的教育信息，進行可視化統(tǒng)計分析。繪制區(qū)域進行管理的方式，使得統(tǒng)計區(qū)域的選擇具有良好的靈活性、可擴展性和豐富的用戶體驗。

（2）實現(xiàn)技術

實現(xiàn)區(qū)域化教育單位管理綜合運用了空間分析技術和圖表技術。

①空間分析技術。

首先通過Graphic幾何圖形類在客戶端顯示用戶繪制的圖形，該類父類為mx.core.UIComponet，該類因鼠標響應機制而占用了較大的資源，因此不宜大量進行繪制；圖形繪制完成后，通過contains（）方法計算多選擇區(qū)域內(nèi)已經(jīng)包含的資源信息，以此實現(xiàn)幾何體的空間分析。

②圖表技術。

系統(tǒng)使用的圖表技術主要有兩種，一種是Flex平臺自帶的基本圖表工具，包含基本的統(tǒng)計分析圖；另一種是FusionCharts，是一款基于Flash技術的數(shù)據(jù)可視化圖形解決方案。其具有良好的跨平臺性，能夠被.NET、PHP、ASP、JSP等語言以及HTML頁面和PPT進行調(diào)用。通過數(shù)據(jù)驅(qū)動方式來動態(tài)地運用多種類型圖表展示，圖表本身亦具有良好的交互功能。其數(shù)據(jù)源為XML和JSON格式，對于服務器端技術無要求，目前支持Flash Player和JavaScript兩種方式渲染圖形。

（3）案例

以廣西各高校管理為例，打開區(qū)域化教育部門管理功能后，圖層自動加載相關高校標記并彈出用戶自定義區(qū)域選擇框。管理者可根據(jù)需要繪制統(tǒng)計區(qū)域，繪制完成后系統(tǒng)自動提取區(qū)域內(nèi)高校辦學狀態(tài)信息進行統(tǒng)計分析，如圖5所示。

4.在專題教育資源空間分布管理中的應用

（1）功能簡介

專題教育資源空間分布主要結合GIS技術應用于教育管理的特色，對于影響教育事業(yè)發(fā)展的各項指標資源的空間分布情況進行統(tǒng)計，并將其與空間區(qū)域內(nèi)人口、經(jīng)濟、交通等資源的影響進行綜合分析，從而為教育資源的合理、優(yōu)化配置和規(guī)劃提供基礎數(shù)據(jù)支撐，以便更好地促進教育事業(yè)均衡發(fā)展。

（2）實現(xiàn)技術

專題圖的制作通常使用渲染器Renderer來完成，首先根據(jù)數(shù)據(jù)的范圍以及客觀實際制定渲染的圖例，通過設定的屬性來符號化Graphic；然后提取信息點的數(shù)據(jù)與指定的分級渲染標準進行匹配；最后通過匹配的結果來實現(xiàn)在地圖圖層中分級渲染教育資源的分布情況。

ArcGIS Flex API中提供了以下四種渲染器：①ClassBreaksRenderer，根據(jù)指定的數(shù)值型信息進行分級渲染；②SimpleRenderer，簡單的渲染器，進行單一符號的渲染；③TemporalRenderer，時間渲染器，根據(jù)時間的變化來渲染圖形；④UniqueValueRenderer，根據(jù)屬性和符號的對應關系渲染，每個圖形檢索相對應的符號進行渲染。

（3）案例

針對廣西各項高等教育資源指標的空間分布情況進行專題分析，包括各城市在校生分布、專業(yè)分布、留學生分布、研究生分布、副高級以上人才分布等。首先根據(jù)指標的評判標準以及本地的具體情況明確專題圖的圖例，然后通過數(shù)據(jù)判斷實現(xiàn)專題圖渲染。

其中針對廣西各城市的高校在校生分布專題圖如圖6所示。根據(jù)已獲取的各城市在校生數(shù)據(jù)范圍和客觀需求，制定了三個級別的渲染，對每個級別指定相應的渲染圖例。從圖中可以明確南寧、柳州、桂林市的高校在校生數(shù)在30000人以上，河池、宜州、貴港市為10000人以下，其余城市為10000～30000人之間。

總結

將GIS技術應用于教育管理系統(tǒng)中，并與RIA技術有機結合，能夠提供基于地理信息的數(shù)據(jù)表達方式和豐富的用戶交互體驗。首先，GIS技術有利于教育管理的數(shù)據(jù)可視化，從而使得管理過程能夠更高效地進行；其次，GIS技術具備的空間分析功能，能夠?qū)崿F(xiàn)管理者按照地域?qū)逃畔⑦M行空間的統(tǒng)計分析，為管理者的決策提供數(shù)據(jù)支持；最后，運用GIS技術將教育與區(qū)域內(nèi)的人口、經(jīng)濟和交通情況進行整合分析，為教育資源的合理布局和優(yōu)化配置提供數(shù)據(jù)支持，為教育管理部門提供決策數(shù)據(jù)依據(jù)。

參考文獻：

[1]王立新，呂德洪.GIS在我國的應用現(xiàn)狀分析[J].江西測繪，2006（4）.

[2]郭宏慧.地理信息系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢分析[J].河北農(nóng)業(yè)科學，2009（13）.

[3]黃杏元，馬勁松，編著.地理信息系統(tǒng)概論[M].北京：高等教育出版社，2008.

[4]Sam Littlefield. Oregon State Board of Education GIS Decision Support Pilot Project — Technical Summary[EB/OL].