基于GIS的數(shù)字校園系統(tǒng)設(shè)計(jì)
文章出處:http://srpd123.com 作者:中國(guó)一卡通收錄 人氣: 發(fā)表時(shí)間:2011年12月29日
隨著我國(guó)高校管理體制的改革,許多高校相繼合并,同一院校有多個(gè)校區(qū),給學(xué)校的教學(xué)和管理帶來了諸多不便。同時(shí),高等院校的校園面積較大、建筑物較多,地上、地下的管網(wǎng)、供電和通信線路交叉分布,用常規(guī)的管理方法難以實(shí)現(xiàn)有效的管理,應(yīng)用GIS 技術(shù)有助于解決這些問題。本系統(tǒng)以河南師范大學(xué)校區(qū)為例,在GIS 技術(shù)支持下對(duì)校園地形、房屋、道路、山地等進(jìn)行顯示和管理,實(shí)現(xiàn)數(shù)字小區(qū)的初步設(shè)想。河南師范大學(xué)校區(qū)正處在發(fā)展和擴(kuò)建階段,數(shù)字校園的建設(shè)意義更為突出。
"數(shù)字校園"信息系統(tǒng)主要采用了地理信息系統(tǒng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、GPS 技術(shù),用可視化集成開發(fā)工具和地理信息系統(tǒng)ActiveX 控件以及Web 服務(wù)器進(jìn)行二次開發(fā)。在"校園巡邏"子系統(tǒng)的研究中,集成了GIS 和GPS, GIS 系統(tǒng)通過采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口方式,從GPS 系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取巡邏人員的定位數(shù)據(jù),并在校園電子地圖上實(shí)時(shí)顯示。在"校園管網(wǎng)"子系統(tǒng)的研究中,集成了地理信息系統(tǒng)和SCADA, GIS 系統(tǒng)通過采用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)接口方式,調(diào)用實(shí)時(shí)招測(cè)函數(shù)方式或TCP 報(bào)文方式從SCADA 系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取管網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),通過ADO從關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取管網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)庫(kù),與SCADA 系統(tǒng)進(jìn)行通信,并在GIS上顯示SCADA 數(shù)據(jù)。在"數(shù)字校園"空間信息發(fā)布模塊中,集成了GIS 和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),通過TCP/IP 協(xié)議以及XML 傳輸語(yǔ)言,基于B/S 結(jié)構(gòu)方式對(duì)系統(tǒng)中的各類空間信息、屬性信息進(jìn)行發(fā)布。
一、"數(shù)字校園"信息系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)建立系統(tǒng)模塊
1.電子地圖模塊
提供基本的電子地圖瀏覽功能,通過校園鳥瞰,整體瀏覽以及小區(qū)內(nèi)部具體房間的空間形狀三級(jí)描述,可以以無(wú)縫銜接的方式顯示出來,也可以通過用戶的雙擊查看相對(duì)應(yīng)的下一級(jí)地圖。
2. 檢索查詢模塊
可以將各種輸入的空間信息, 如電網(wǎng)、道路、建筑邊界等以不同的顏色和圖案顯示在屏幕上,也可以輸出到彩色打印機(jī)和繪圖儀上,利用系統(tǒng)的檢索功能,只需要移動(dòng)光標(biāo)到查詢點(diǎn),則系統(tǒng)自動(dòng)檢索到線或者是多邊形信息,并將相關(guān)的描述信息列表出來。如需要查找一個(gè)地下下水道的情況只需要在屏幕上移動(dòng)光標(biāo)到目標(biāo)地,由系統(tǒng)將地下水道找出列出相關(guān)的信息。
查詢到的信息可以打印輸出,供實(shí)際的維修施工使用。對(duì)描述性信息的查詢,可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取符合條件的信息并以報(bào)表的形式打印出來。
利用鼠標(biāo)劃定區(qū)域可以查詢選定地物的名稱??梢岳脠D層管理器設(shè)置可查詢的圖層、可見的圖層。查詢結(jié)果多于一個(gè)時(shí)會(huì)在結(jié)果列表里顯示,并通過點(diǎn)擊結(jié)果列表具體定位。操作方式包括: 鼠標(biāo)點(diǎn)擊地圖,查詢選中的地物類; 用鼠標(biāo)劃定圓形區(qū)域,查詢所包含的地物信息; 用鼠標(biāo)劃定矩形區(qū)域,查詢所包含的地物信息; 用鼠標(biāo)劃定多邊形,查詢所包含的地物信息。
3. 校園巡邏模塊
屬性庫(kù)中含有包括衛(wèi)生清潔人員和保安信息校園服務(wù)人員表。該模塊提供每天值班人員信息。夜間10 點(diǎn)之后早上凌晨6 點(diǎn)之前保安可以攜帶有GPS 監(jiān)控功能的PDA 在校園內(nèi)巡邏,如果有突發(fā)事件或者有校園內(nèi)住戶報(bào)警時(shí),可以通過系統(tǒng)的操作人員及時(shí)通過報(bào)話機(jī)向其通知,使其第一時(shí)間趕到出事地點(diǎn)。
該模塊具有歷史數(shù)據(jù)回放功能,選定過去一時(shí)間段,查詢?cè)摃r(shí)間段內(nèi)指定車輛的歷史數(shù)據(jù),并進(jìn)行歷史回顯??梢砸淮螌?duì)多個(gè)跟蹤點(diǎn)進(jìn)行回放,并可在一個(gè)窗口里對(duì)比出現(xiàn),各車輛數(shù)據(jù)將會(huì)按照時(shí)間順序同步回放?;胤胚^程中可以隨時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)回放的速度,可以快進(jìn)、快退,快進(jìn)快退過程中可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前位置的時(shí)間,可以暫時(shí)中止回放并隨后繼續(xù),可以隨時(shí)終止回放。
4. 收費(fèi)管理模塊
將每個(gè)樓層的收費(fèi)情況統(tǒng)計(jì)出來,每個(gè)住戶的繳費(fèi)情況都可入庫(kù)并且定期更新,還可以查閱歷史信息,定期公布匯總后打印報(bào)表,交往煤氣以及水電公司等單位。
5. 校園管網(wǎng)模塊
地下布設(shè)的管網(wǎng)線路,當(dāng)校園面臨擴(kuò)建或者設(shè)備更新的時(shí)候,就不可避免的要查找地下管線的信息,如果要把所有的相關(guān)地下信息全部找出,人力物力花費(fèi)巨大而且針對(duì)一個(gè)點(diǎn)而言計(jì)算不一定準(zhǔn)確,容易造成事故?;贕IS 和SCADA 技術(shù),實(shí)時(shí)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取管網(wǎng)數(shù)據(jù),并通過從關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取歷史數(shù)據(jù)庫(kù),達(dá)到動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的目的。
6. 校園空間信息發(fā)布模塊
學(xué)校中各類空間信息總是在不停的發(fā)生變化,如新樓房的建立、建筑物的遷址、單位屬性信息的變化等等,在今天是正確的信息,明天可能就已經(jīng)過時(shí),為了能正確的反映這種變化,單憑個(gè)人或一個(gè)部門,無(wú)能為力,通過該模塊可以將學(xué)校實(shí)時(shí)的空間信息通過WEB 發(fā)布出來,從而實(shí)現(xiàn)全校園內(nèi)信息的共建共享。該模塊囊括了電子地圖模塊的所有功能。
7. 權(quán)限設(shè)置模塊
系統(tǒng)登錄后,根據(jù)登錄用戶的權(quán)限設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境及可使用的功能項(xiàng)。為不同類型的人員設(shè)計(jì)不同的權(quán)限,只有系統(tǒng)管理人員才可以分配新的用戶ID 等。權(quán)限的設(shè)置讀取外部數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)不同菜單的屬性進(jìn)行更改完成。
8. 日志管理以及系統(tǒng)維護(hù)模塊
可看到對(duì)操作員使用者有用的一些日常操作日志和服務(wù)移動(dòng)終端的歷史信息內(nèi)容,并且可以對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的這些日志進(jìn)行維護(hù),包括對(duì)日志的查詢,刪除和打??;包含所有的控制及調(diào)度指令的想過信息,從中可以查詢到所有操作員所進(jìn)行的操作控制信息,其中包括:用戶,手持PDA 終端編號(hào),SCADA 終端的操作時(shí)間、操作碼、子操作碼、操作參數(shù)等;包含所有的消息類的信息,系統(tǒng)所有產(chǎn)生的消息都可以看到,其中包括:手持PDA 終端編號(hào),發(fā)生時(shí)間和消息內(nèi)容等;包括及時(shí)保存歷史庫(kù)以及人員庫(kù),并對(duì)人員入庫(kù)時(shí)設(shè)置好權(quán)限。如圖1 所示。
圖1 系統(tǒng)模塊整體框架圖
二、"數(shù)字校園"信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
空間信息和屬性信息的采集與編碼系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)主要包括空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù)兩部分,如圖2 所示。
圖2 數(shù)字校園系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程
1. 空間信息采集與編碼
空間數(shù)據(jù)獲取是地理信息系統(tǒng)建設(shè)的首要任務(wù),其中已有地圖的數(shù)字化錄入,是目前被廣泛采用的手段。在GIS 中,錄入的內(nèi)容包括空間信息和非空間信息,前者是錄入的主體。
地形圖部分采用全站儀進(jìn)行控制測(cè)量和碎部測(cè)量,主要測(cè)定地面上的地形信息、各種建筑物、道路及綠化用地情況等。
管線探測(cè)主要測(cè)繪給水、污水、暖氣、煤氣、電力、通訊、有線電視、網(wǎng)絡(luò)管線的走向和埋深及其檢修井的位置等。測(cè)量數(shù)據(jù)在繪圖軟件中利用精確繪圖功能形成1:1000 地形圖和綜合管線圖。運(yùn)用掃描技術(shù)對(duì)地圖進(jìn)行掃描處理,掃描后處理過程中采用半自動(dòng)矢量化方法,獲得空間數(shù)據(jù)。
為保證后期屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)的正確掛接,建立每條記錄與對(duì)應(yīng)圖形要素的惟一標(biāo)識(shí)碼,該編碼力求簡(jiǎn)單明了、便于管理,并且能隨基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展進(jìn)行擴(kuò)充。
2. 屬性數(shù)據(jù)采集與編碼
實(shí)用的地理信息系統(tǒng)除具有準(zhǔn)確纖細(xì)的圖形數(shù)據(jù)外,還應(yīng)該具有詳盡豐富的屬性數(shù)據(jù),才能為管理決策部門提供足夠的信息。系統(tǒng)建設(shè)過程中,在圖形數(shù)據(jù)采集整理的同時(shí)還應(yīng)采集圖形數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)并建立數(shù)據(jù)庫(kù),通過對(duì)學(xué)?;?、教務(wù)處、水電暖服務(wù)中心、網(wǎng)絡(luò)中心、維修科等管理部門的實(shí)際工作進(jìn)行調(diào)研,將建筑物和8 大類管線分別建立不同數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu),使屬性數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)的建立盡量滿足實(shí)際需求。
3. 數(shù)據(jù)加工與入庫(kù)
在圖形數(shù)據(jù)錄入完畢后,需要進(jìn)行各種處理,包括坐標(biāo)變換、拼接等等,其中最重要的是建立拓?fù)潢P(guān)系。
4. 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式
SuperMap SDX+5 是SuperMap GIS 的第四代海量空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎,是SuperMapGIS III 系列中SDX+ 的升級(jí)版本,是SuperMap Objects 的重要組成部分。通過它,可以直接把GIS 的空間幾何對(duì)象數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)一體化存儲(chǔ)到多種關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中,真正實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的無(wú)縫管理。
三、"數(shù)字校園"信息系統(tǒng)核心模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
1. 校園巡邏模塊操作流程
電子巡邏模塊操作如下: 選擇目前巡邏人員的線路。( 該步驟是模擬該模塊加入,如果具備其他硬件設(shè)施如PDA 、GPS 等,可以改進(jìn)加入其他功能通過GPS 數(shù)據(jù)接受等方式將位置數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在屏幕上) 通過點(diǎn)選跟蹤菜單項(xiàng)或是工具欄上的跟蹤按鈕可以開始模擬跟蹤。屏幕右邊有兩個(gè)顯示信息表示XY 的位置。如果該地點(diǎn)有問題發(fā)生,可以直接點(diǎn)選右邊的問題選項(xiàng)( 這里只給出了部分可能出現(xiàn)的狀況)。通過鼠標(biāo)點(diǎn)選,相關(guān)文本信息及時(shí)反映到了右邊的文本框中。通過點(diǎn)選保存記錄按鈕,可以將一天或一段時(shí)間之內(nèi)的信息保存到本地硬盤的一個(gè)文本文件中( 這里測(cè)試使用了DATA 文件夾下的Note.txt 文件)。
通過點(diǎn)選清空按鈕將文本框中的信息清空。點(diǎn)擊人員信息按鈕后,彈出人員信息對(duì)話框里面顯示了小區(qū)保安的信息情況,以及每天的值班狀況等。點(diǎn)選文本導(dǎo)出向?qū)О粹o可以將本地硬盤的文本數(shù)據(jù)導(dǎo)出到數(shù)據(jù)庫(kù)ACCESS 中。
2. 校園管線核心模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
將SCADA 和GIS 建立各自的應(yīng)用系統(tǒng)。它們之間通過數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)來集成,使兩種不同的系統(tǒng)聯(lián)系起來,建立一種動(dòng)態(tài)性的管線系統(tǒng)。
一般地講,SCADA 有它自己的專用數(shù)據(jù)庫(kù),同GIS 數(shù)據(jù)庫(kù)之間建立映射關(guān)系,就可以相互交換數(shù)據(jù)。GIS 數(shù)據(jù)庫(kù)每天把要傳送的圖形轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)交換格式SIF 后向SCADA 傳送。
SCADA 把數(shù)字校園地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息周期性的傳送給GIS,供其他應(yīng)用子系統(tǒng)使用,這種傳送周期一般為1~2 秒。
3."數(shù)字校園"空間信息發(fā)布模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
"數(shù)字校園"信息系統(tǒng)是用于提供基于網(wǎng)絡(luò)的空間信息地圖服務(wù)的大眾性平臺(tái)門戶,具有服務(wù)器群集、動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡、多種地圖服務(wù)、多源數(shù)據(jù)集成、海量影像數(shù)據(jù)支持等重要性,是河南師范大學(xué)以空間信息為特色的門戶網(wǎng)站,將為河南師范大學(xué)師生提供空間定位、交通出行等方面的快捷服務(wù)。
該網(wǎng)絡(luò)從系統(tǒng)組織上,采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),挖掘和集成分布在該中心各個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器上的空間數(shù)據(jù)庫(kù),構(gòu)成一個(gè)有河南師范大學(xué)特色的空間信息服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)體系。
從數(shù)據(jù)組織和服務(wù)上,構(gòu)建圍繞數(shù)字校園各個(gè)尺度下空間數(shù)據(jù)為核心的服務(wù)體系。該系統(tǒng)根據(jù)河南師范大學(xué)各系列數(shù)據(jù)產(chǎn)品和地物相關(guān)屬性信息,為廣大師生提供開放的訪問接口,使整個(gè)網(wǎng)站構(gòu)建成為數(shù)字校園的有效載體。
系統(tǒng)的主要功能包括基本GIS 操作,地圖查詢、管網(wǎng)分析、校園巡邏、校園大觀等。真正實(shí)現(xiàn)了圖文一體化,有效地宣傳了河南師范大學(xué)的相關(guān)信息。
4. 系統(tǒng)原型的實(shí)現(xiàn)
RTU 檢測(cè)管線狀態(tài)變化,用模數(shù)轉(zhuǎn)換器把采集來的模擬信號(hào)或脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào),然后通過通訊線路到達(dá)主服務(wù)器,主服務(wù)器上運(yùn)行WEB 服務(wù)器程序和GIS 應(yīng)用程序、SCADA 服務(wù)器,它是整個(gè)系統(tǒng)的核心,對(duì)從監(jiān)測(cè)單元傳來的數(shù)字信號(hào)通過專用的讀取模塊進(jìn)入GIS 系統(tǒng),進(jìn)行存儲(chǔ)、操作、分析、顯示和發(fā)布等,然后客戶端通過通訊線路訪問主服務(wù)器,實(shí)時(shí)獲取泄露的報(bào)警信息,查看數(shù)據(jù),還可以打印出來,進(jìn)而調(diào)配搶修力量,各客戶端也可以互相通訊,互換信息。
系統(tǒng)的功能模塊主要在GIS 應(yīng)用程序中,可以分為數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊,數(shù)據(jù)操作模塊,數(shù)據(jù)空間分析模塊,數(shù)據(jù)的輸出模塊。
數(shù)據(jù)導(dǎo)入模塊:包括從監(jiān)測(cè)單元傳來的數(shù)據(jù)的導(dǎo)入,地形圖的導(dǎo)入和專題要素圖的導(dǎo)入等。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊:主要是進(jìn)行與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的通信,做存儲(chǔ)、讀寫等操作。
數(shù)據(jù)操作模塊。主要是對(duì)導(dǎo)入的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行投影變換,格式轉(zhuǎn)化等。
數(shù)據(jù)空間分析模塊:主要由運(yùn)行準(zhǔn)動(dòng)態(tài)模擬分析、連通分析、最短路徑分析、最優(yōu)路徑分析等組成。
數(shù)據(jù)的輸出模塊:主要是將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)以不同的方式顯示,有搶修圖、專題圖、報(bào)表、文字通告等形式。
四、總結(jié)與展望
隨著國(guó)家對(duì)教育的重視,入學(xué)人數(shù)的不斷增多,校園規(guī)模不斷擴(kuò)大,對(duì)校園管理部門來說,要全面掌握所管轄區(qū)域的校園詳細(xì)情況往往較為困難。建設(shè)數(shù)字校園是一項(xiàng)復(fù)雜而龐大的工程,GIS 在其中發(fā)揮著重要作用。本文正是充分基于GIS 這一科學(xué)的工具來實(shí)現(xiàn)對(duì)高??茖W(xué)的、動(dòng)態(tài)的管理規(guī)劃工作,實(shí)現(xiàn)校園信息系統(tǒng)管理后,將會(huì)方便、快捷的實(shí)現(xiàn)對(duì)校園的管理。
本文將GPS(Global Position SySTem) 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、SCADA(Supervisor Control And Data Acqusition) 技術(shù)與GIS 相結(jié)合,提出了動(dòng)態(tài)數(shù)字校園信息系統(tǒng)管理的方法,并且利用GPS 技術(shù)、SCADA 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了數(shù)字校園內(nèi)的巡邏、地下管網(wǎng)的檢測(cè)以及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)布等功能,并給出了系統(tǒng)原型。
通過系統(tǒng)設(shè)計(jì),筆者深深的感覺到利用GIS 技術(shù)提供的空間管理和空間分析功能,能夠解決常規(guī)管理方法難以解決的許多問題。但更重要的是在校園信息化建設(shè)過程中,一方面需要學(xué)校內(nèi)部多方面相互配合,理順學(xué)校的內(nèi)部管理機(jī)制;另一方面,建設(shè)過程應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃、分期進(jìn)行。因?yàn)閮H校園管理部分就涉及校園規(guī)劃、房產(chǎn)管理、配電管理、供水管理、排水管理、體育場(chǎng)管理、園林管理等方面。因此,"數(shù)字校園"信息系統(tǒng)要考慮各個(gè)模塊間的相互關(guān)系和信息交互,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化管理。