基于 GIS的數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

【摘 要】數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)是GIS技術(shù)在校園空間的綜合應(yīng)用，是高校進(jìn)行教學(xué)管理、決策和提供生活服務(wù)的先進(jìn)工具。本文從當(dāng)前數(shù)字校園的需求出發(fā)，首先介紹了高校校園GIS 發(fā)展的必要性，然后以山東協(xié)和學(xué)院遙墻校區(qū)為例介紹了數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)的方案設(shè)計，研究了數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)的構(gòu)建思路、設(shè)計目標(biāo)以及系統(tǒng)的實現(xiàn)，最后對高校數(shù)字校園系統(tǒng)GIS應(yīng)用進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字校園；GIS；ArcGIS Engine；數(shù)據(jù)庫

【Abstract】The digital campus digital campus geographic information system is comprehensive application of GIS in campus space.Its also an innovative tool for the scientific teaching，decision and providing life service in universities.Its set out for the requirement of digital campus，where the necessity of development is first introduced.Its introduced of the design of the digital campus geographic information system which is based on Shandong Xiehe University.Its studied for the establish of digital campus geographic information system，design goals and the realization of the system.At last，there is an expectation for the GIS in universities.

【Key words】Digital campus；GIS；ArcGIS Engine；Database

數(shù)字校園已經(jīng)成為當(dāng)今建設(shè)校園系統(tǒng)的重要部分[1]。數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)是建設(shè)數(shù)字校園內(nèi)容的核心內(nèi)容之一，它主要是利用GIS的地理空間信息服務(wù)和數(shù)據(jù)管理技術(shù)服務(wù)，將學(xué)校的各種地理信息資源進(jìn)行深度的數(shù)據(jù)細(xì)化與整合，最終為校園進(jìn)行科學(xué)管理、決策和提供生活服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。山東協(xié)和學(xué)院位于山東省濟(jì)南市，國家教育部批準(zhǔn)的普通本科高校，也是山東財政支持的本科“特色名校”建設(shè)單位。近幾年來，學(xué)校發(fā)展迅速，現(xiàn)在有郭店和遙墻兩個校區(qū)，為了更高效地進(jìn)行校園規(guī)劃以及設(shè)施管理，建設(shè)數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)是十分有必要的。

本文以當(dāng)前數(shù)字校園建設(shè)的現(xiàn)實需求為出發(fā)點，總結(jié)了當(dāng)前關(guān)于數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)的建設(shè)方法，研究了構(gòu)建數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)的構(gòu)建思路、系統(tǒng)的構(gòu)建目標(biāo)、系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容，針對山東協(xié)和學(xué)院遙墻校區(qū)設(shè)計了其數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)，為建設(shè)符合當(dāng)前的數(shù)字校園發(fā)展的校園基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)提供了一種新的借鑒模式。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計思路

數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)應(yīng)具備基本的GIS功能。為了能高效、快捷地開發(fā)出山東協(xié)和學(xué)院數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)，系統(tǒng)采用ArcGIS Engine組件技術(shù)，在Microsoft Visual Studio 2010.NET開發(fā)平臺下采用C#編程語言對 ArcGIS10.2 平臺的基本控件AO（Arc Objects）基礎(chǔ)函數(shù)進(jìn)行集成和二次開發(fā)，最終實現(xiàn)一個能夠獨立運行的應(yīng)用程序。

2 系統(tǒng)建設(shè)

2.1 系統(tǒng)功能

根據(jù)系統(tǒng)需求，基于ArcGIS Engine開發(fā)的數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)的基本功能主要包含以下方面：

1）圖形瀏覽操作功能。實現(xiàn)圖層控制顯示，地圖全圖、放大、縮小、漫游、拉框選擇、地圖視圖與布局視圖的交互操作顯示[2]。

2）空間信息查詢功能?？稍趫D上查詢校園現(xiàn)有道路、建筑物等空間位置信息和屬性信息。也可根據(jù)目標(biāo)要素的非幾何屬性字段通過 SQL語句進(jìn)行限定查詢并在圖上高亮顯示，或者是通過拉框選擇圖元進(jìn)行批量瀏覽查詢，實現(xiàn)長度距離和區(qū)域面積的動態(tài)量算顯示[3]。

3）文件管理功能。包括地圖文檔打開、數(shù)據(jù)添加、地圖文檔導(dǎo)出、JPEG圖像文件導(dǎo)出、頁面設(shè)置及各個專題圖打印輸出等功能。

4）系統(tǒng)管理功能。包括用戶管理和數(shù)據(jù)庫備份兩個功能。其中，用戶管理功能主要是增加、刪除用戶以及修改用戶密碼等。

5）專題圖及文檔查看功能。 實現(xiàn)了對基礎(chǔ)地理信息圖、基礎(chǔ)設(shè)施專題圖、建筑物專題圖等及相應(yīng)文檔的查看。

2.2 數(shù)據(jù)來源

該數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)主要以實地考察和網(wǎng)絡(luò)獲取的地圖數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源。在Google Earth中利用BIGEMAP谷歌地圖下載器，下載山東協(xié)和學(xué)院遙墻校區(qū)衛(wèi)星地圖。以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行實地考察，得到各個教學(xué)樓、宿舍樓、道路等的相關(guān)屬性信息。其余描述性信息主要依據(jù)學(xué)校內(nèi)部資源進(jìn)行綜合整理。

2.3 系統(tǒng)建設(shè)原則

為確保系統(tǒng)的建設(shè)成功與可持續(xù)發(fā)展，在系統(tǒng)的建設(shè)與設(shè)計技術(shù)方案時主要遵循如下的原則：

1）開放性原則

日后為了使數(shù)據(jù)庫能夠根據(jù)實際進(jìn)行不斷更新，在設(shè)計數(shù)據(jù)庫時應(yīng)當(dāng)保證在插入數(shù)據(jù)和修改數(shù)據(jù)時，各個數(shù)據(jù)的相互關(guān)系保持不變，以利于日后數(shù)據(jù)庫的擴(kuò)展[4]。

2）先進(jìn)性原則。借鑒國內(nèi)外目前成熟的主流信息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計信息系統(tǒng)，用以達(dá)到系統(tǒng)的易擴(kuò)展性和較長的生命周期。系統(tǒng)的開發(fā)采用成熟、具有國內(nèi)先進(jìn)水平，并符合國際發(fā)展趨勢的技術(shù)和軟件產(chǎn)品[5]。

3）可擴(kuò)展性原則。要考慮到未來業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，盡可能地將系統(tǒng)設(shè)計得簡單明了，降低系統(tǒng)各功能模塊的耦合度，并充分考慮系統(tǒng)的兼容性。系統(tǒng)能夠支持對多種格式數(shù)據(jù)的存儲[6]。

2.4 系統(tǒng)菜單設(shè)計

根據(jù)需求分析和系統(tǒng)開發(fā)的目標(biāo)，將系統(tǒng)設(shè)計為6個功能菜單來實現(xiàn)，有文件管理菜單、地圖工具菜單、基礎(chǔ)地理信息菜單、基礎(chǔ)設(shè)施菜單、建筑物菜單、系統(tǒng)管理菜單。

2.5 系統(tǒng)建設(shè)流程

3 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)當(dāng)緊緊圍繞學(xué)校的業(yè)務(wù)管理對象和業(yè)務(wù)管理流程，以打造學(xué)校的數(shù)據(jù)資源中心為目標(biāo)，為學(xué)校的信息化平臺和管理決策提供數(shù)據(jù)支撐和數(shù)據(jù)保障，數(shù)據(jù)庫內(nèi)容包含如下內(nèi)容：

1）數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫?；A(chǔ)空間數(shù)據(jù)是對現(xiàn)實世界空間現(xiàn)狀的數(shù)字化描述，是地理信息系統(tǒng)的核心，它是整個數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源[7]。

2）數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)專題數(shù)據(jù)庫。專題數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)設(shè)施、建筑物等專題的地圖文檔。

3）專題文檔數(shù)據(jù)庫，指對各個專題地圖文檔的介紹和說明。

4）系統(tǒng)管理員數(shù)據(jù)庫。只有在系統(tǒng)管理員數(shù)據(jù)庫內(nèi)的用戶才能進(jìn)入數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)，可在此數(shù)據(jù)庫中添加用戶、刪除用戶及修改用戶密碼等。

4 數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)的實現(xiàn)

4.1 開發(fā)平臺選擇

結(jié)合系統(tǒng)的設(shè)計要求、設(shè)計特點和設(shè)計目標(biāo)，本系統(tǒng)選用采用Microsoft Visio Studio2010平臺（C#）語言和ESRI公司的ArcGIS Engine產(chǎn)品進(jìn)行二次開發(fā)。

4.2 數(shù)據(jù)處理

對應(yīng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫建設(shè)，數(shù)據(jù)處理主要包括以下幾個方面：

1）基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)。首先啟動軟件BIGEMAP谷歌地圖下載器，找到山東協(xié)和學(xué)院遙墻校區(qū)截圖。然后通過實地考察，得到各個教學(xué)樓、宿舍樓、道路的相關(guān)屬性信息。最后在ArcGIS10.2加載得到的衛(wèi)星圖，修改坐標(biāo)系、空間配準(zhǔn)等一系列操作，將得到的地圖進(jìn)行數(shù)據(jù)矢量化，并添加屬性信息。

2）專題數(shù)據(jù)。利用基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容和劃分的專題菜單，制作各個專題圖。例如，校園道路專題圖，將以校園邊界數(shù)據(jù)為主的基礎(chǔ)地理信息作為基礎(chǔ)圖層，然后加載道路圖層，最后選擇合適的符號進(jìn)行渲染。為了方便以后對地圖進(jìn)行打印輸出，在頁面視圖下，添加地圖標(biāo)題、圖例、比例尺、指北針等信息。

3）專題文檔數(shù)據(jù)。對專題圖進(jìn)行文字性的描述，介紹專題圖的數(shù)據(jù)及一些其他的基本情況。

4）系統(tǒng)管理員數(shù)據(jù)。有管理權(quán)限才可以進(jìn)入此系統(tǒng)，該系統(tǒng)預(yù)設(shè)兩個賬戶，根據(jù)以后實際使用情況，再增加其他管理員賬號。

4.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

經(jīng)過編寫代碼，實現(xiàn)了山東協(xié)和學(xué)院數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)。主界面如圖2所示。

5 結(jié)語

數(shù)字校園地理信息系統(tǒng)是數(shù)字校園系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是數(shù)字校園系統(tǒng)的一部分。它的建立是學(xué)校各項資源管理信息圖示化、分析功能空間化的前提。在數(shù)字校園系統(tǒng)中應(yīng)用GIS 技術(shù)可以大大提高各類信息管理的能力和效率。隨著我國高校改革的深入進(jìn)行，如高校合并、后勤社會化，高校招生規(guī)模的擴(kuò)大等，這些因素對高校校園管理提出了更高的要求，這將加速高校校園GIS的發(fā)展[8]。因此，應(yīng)用GIS 技術(shù)要比單純的基于屬性數(shù)據(jù)庫的管理信息系統(tǒng)有著更直觀、信息容量更大的優(yōu)點。隨著認(rèn)識的改革和注重程度的加深，相信不久適合各個高校的、靈活方便的、功能強(qiáng)大的校園管理GIS 系統(tǒng)軟件能很快地發(fā)展建設(shè)起來。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉振.數(shù)字校園基礎(chǔ)地理信息平臺構(gòu)建方法研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016（19）：18-19.

[2]呂家騏.企業(yè)級燃?xì)夤芫W(wǎng)地理信息系統(tǒng)建設(shè)方案研究[J].測繪與空間地理信息，2015（6）：121-124.

[3]許曉宏.基于GIS的數(shù)字校園系統(tǒng)的設(shè)計[J].地理空間信息，2008（2）：62-64.

[4]張文華.城市抗震防災(zāi)規(guī)劃信息管理系統(tǒng)的開發(fā)[D].青島：中國海洋大學(xué)，2014.

[5]呂杰.基于ArcGIS Engine的校園安全系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（4）：1731-1734.

[6]李明.基于GIS的智能小區(qū)信息管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].天津大學(xué)，2013.

[7]黃偉.車艙廠制造信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].廈門大學(xué)，2013.

[8]鄧九生，陳亞李.GIS在高校校園管理中的應(yīng)用[J].武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2003（9）：55-59.

[責(zé)任編輯：田吉捷]