【文章內容簡介】 市地理信息系統(tǒng) (UGIS)的一個分支，具有城市地理信息系統(tǒng)的特點和功能，它用圖形、圖像數字信息來表現校園各種空間及屬性要素，為用戶提供校園信息的查詢、檢索和必要的空間分析、統(tǒng)計操作以及按不同用戶要求輸出相應的專題要素，為校園的發(fā)展預測、規(guī)劃決策以及科學管理提供可靠依據。高校在 CGIS 建設方面的深入開發(fā)與研究，為城市數字化做一些基礎性及實驗性的工作。 校園地 理信息系統(tǒng)（ CGIS）可以描述為利用計算機軟硬件的支持，對學校數據和信息按地理坐標和空間位置進行收集、輸入、存儲、編輯、查詢、檢索、顯示和管理，以及對這些信息進行統(tǒng)計和分析的綜合技術。它在描述一般的數據庫的基于矢量圖形的校園地理信息系統(tǒng)技術研究基礎上，具體完成圖形數據庫的設計，而且共同分析和使用圖形數據和屬性數據。系統(tǒng)就是要充分利用 GIS對地理坐標和空間位置的表示能力以及空間分析能力，將學校數據和信息及其相關的地理信息以各種專題形式進行管理、使用，為管理部門提供更加豐富和直觀的信息資料和決策依據。 系統(tǒng)開發(fā)平臺 目前的 GIS開發(fā)平臺軟件國外有 MapInfor， ArcInfor等，國內的有 Supermap即， Geostar 等。 ArcMap 是 ArcGIS Desktop 三個用戶桌面組件之一。 ArcGIS 是美國環(huán)境系統(tǒng)研究所 (Environment System Research Institute， ESRI)于 1978年開發(fā)的 GIS 系統(tǒng)。 ArcGIS Desktop 由三個用戶桌面組件組成，即： ArcMap、ArcCatalog、 ArcToolbox。 ArcMap 是一個可用于數據輸入、編輯、查詢、分析 等功能的應用程序，具有基于地圖的所有功能，實現如地圖制圖、地圖編輯、地圖分析等功能。 ArcMap包含一個復雜的專業(yè)制圖和編輯系統(tǒng)，它既是一個面向對象的編輯器，又是一個 6 數據表生成器。 ArcMap 提供兩種類型的地圖視圖：數據視圖和布局視圖。在數據視圖中，用戶可以對地理圖層進行符號化顯示、分析和編輯 GIS 數據集。數據視圖時任何一個數據集在選定的一個區(qū)域內的顯示窗口。在布局視圖中，用戶可以處理地圖的頁面，包括地理數據視圖和其他數據元素，比如圖例、比例尺、指北針等 。 系統(tǒng)實現的關鍵技術 組 件式 GIS 縱觀 GIS 軟件技術發(fā)展歷程， GIS 軟件從最初 GIS模塊到集成式 GIS、模塊化 GIS，再到核心式 GIS，這些 GIS軟件要么集成困難，要么開發(fā)困難，都不方便用戶使用。隨著組件技術 (COM、 JavaBean)的問世給 GIS 帶來了巨大的生機，導致了組件式 GIS(ComGIS)的誕生。 所謂組件式 GIS，是指基于標準的組件式平臺，以一組具有某種標準通訊接口、允許跨語言應用的組件提供的 GIS。這種組件稱為 GIS組件，各個組件之間不僅可以進行自由、靈活的重組，而且具有可視化的界面和使用方便的標準接口。組件式 GIS的基本思想是把 GIS 的各大功能模塊劃分為兒個控件，每個控件完成不同的功能。各個 GIS 控件之間，以及 GIS 控件與其它非 GIS 控件之間，可以方便地通過可視化的軟件開發(fā)工具集成起來，形成最終的 GIS 應用。控件如同一堆各式各樣的積木，他們分別實現不同的功能 (包括 GIS 和非 GIS 功能 )，根據需要把實現各種功能的“積木”搭建起來，就構成應用系統(tǒng)。組件式 GIS 的特點： 1）高效無縫的系統(tǒng)集成 [3] ComGIS 不依賴于某一種開發(fā)語言，可以嵌入通用的開發(fā)環(huán)境中實現 GIS 功能，專業(yè)模型則可以使用這些通用開發(fā)環(huán)境來實現，也 可以插入其他的專業(yè)性模型分析控件。組件式 GIS 構造應用系統(tǒng)，只實現 GIS 自身的功能，其他功能則由其他組件實現。組件之間的聯系則由可視化的通用開發(fā)語言如 VB、 VC 實現，從而實現了系統(tǒng)組件之間的高效、無縫集成。 2）無須專門 GIS 開發(fā)語言 傳統(tǒng) GIS 一般都提供一套獨立的二次開發(fā)語言，這既是 GIS基礎軟件開發(fā)者的負擔，也給用戶帶來學習上的負擔。 ComGIS 的用戶則不必掌握專門的 GIS 開發(fā)語言，只需熟悉基于 windows 平臺的通用集成開發(fā)環(huán)境，以及 ComGIS 各個控件的屬性、方法和事件，就可以完成應用系統(tǒng)的開發(fā)和 集成。 3）大眾化的 GIS 組件式技術己經成為業(yè)界標準，用戶可以象使用其他 ACtiveX 控件一樣使用組件式 GIS 控件，使非專業(yè)的普通用戶也能夠開發(fā)和集成 GIS 應用系統(tǒng)，推動了GIS 大眾化進程。組件式 GIS 的出現使 GIS 不僅作為專家們的專業(yè)分析工具，同 7 時也成為普通用戶對地理相關數據進行管理的可視化工具。 4）成本低 由于傳統(tǒng) GIS 結構的封閉性，軟件本身往往變得越來越龐大，不同系統(tǒng)的交互性變差，系統(tǒng)的開發(fā)難度大。 ComGIS 提供實現空間數據的采集、存儲、管理、分析和模擬等功能，至于其他非 GIS功能 (如關系數據庫 管理、統(tǒng)計圖表制作等 )，則可以使用專業(yè)廠商提供的專門組件，這有利于降低 GIS 軟件開發(fā)成本。另一方面，組件式 GIS 本身又可以劃分為多個控件，分別完成不同功能。用戶可以根據實際需要選擇所需控件，最大限度地降低了用戶的經濟負擔。 5）可擴展性 [4] 在組件式軟件技術背后，有一個十分龐大的組件資源庫，用戶可以從不計其數的組件中挑選需要的組件與 ComGIS 一起集成應用系統(tǒng)，極大地擴展了 GIS 的功能。全球范圍內有許多軟件公司在編寫各種各樣的控件，這些第三方控件可以解決任何通用軟件編程中所遇到的問題，從簡單的命令按鈕到動 態(tài)的三維統(tǒng)計圖，從多媒體播放到超文本顯示，幾乎無所不有。組件式 GIS 是組件大家庭中的一員，使用組件式 GIS 集成應用系統(tǒng)，具有無限的擴展性。 3 需求分析與數據庫設計 需求分析 校園在空間上是一個區(qū)域，其包含的信息大多具有空間屬性。 GIS 是管理空間信息最有效的工具，在數字校園中引入 GIS 將使校園教學、行政、科研、生活等等相關的信息與空間位置建立緊密的聯系，從而為人們提供最為直觀的，深層次的信息交互，可從根本上改變目前管理狀態(tài)，節(jié)省大量的人力、物力，為管理、設計、決策快速準確地提供各種所需的圖文、聲 像并茂的資料。因此 GIS 在數字校園框架中有其不可替代的位置。 目前相當大一部分高校的信息管理還停留在 Msl 模式，主要是對文本、數據資料的管理，在規(guī)劃管理工作上則基本上是采用傳統(tǒng)的分散管理模式。分散管理模式主要是對規(guī)劃管理信息以圖紙和文檔資料的方式分別進行分類歸檔整理，信息之間的內在聯系主要靠規(guī)劃管理人員人工加以描述。這種傳統(tǒng)管理模式的不足之處主要表現 :規(guī)劃管理信息資料從整體上說不夠完整、不夠準確、不夠規(guī)范 。整個規(guī)劃管理過程高度抽象，不直觀生動，費時費力 。面對大量的信息，由于操作人員的不同，對規(guī)劃管理信息的管 理和操作不統(tǒng)一、不規(guī)范 :信息加工的時間周期長，獲得最終成果數量少、質量不高。因此要實現高校信息的完全現代化管理，在規(guī)劃管理中應實現對圖形與文檔資料的統(tǒng)一管理。 為了方便地輸入信息快捷地提取數據，并且能夠進行多信息源支持下輔助決策與模擬，該系統(tǒng)應具有控制管理功能，輸入、輸出功能，空間分析功能以及決 8 策支持功能。 數據的采集和輸入功能 主要包括校園空間數據的采集和屬性數據的采集?？臻g數據的采集可以利用現有的 ( 1: 500) 大比例尺地形圖、航測遙感圖像等 , 利用數字化儀或掃描儀進行數字化 , 經過屏 幕編輯后取得校園的圖形數據 , 或者通過實地調查、數字測圖的方式來獲取現勢圖形數據 。 屬性數據一般是通過對各級教學管理部門進行調研得到 , 也可以統(tǒng)一數據格式 , 由各部門自行錄入 , 最后由系統(tǒng)匯總。數據的采集和輸入是生成 CGIS 數據庫的基礎 , 工作量大 , 應充分利用各種渠道來生產和更新。 數據的檢查、編輯和轉換功能 主要是指校園的地理信息系統(tǒng)圖形、數據的檢查、編輯和修改 , 提供不同格式數據之間的轉換。如 : 對校園地形圖進行編輯修補、實現對地形圖的漫游、縮放、刷新等、對數據格式進行檢查、不 同類型的數據文件的轉入與轉出。 數據的存儲與管理 GIS 的數據分為柵格數據和矢量數據兩大類。數據的存儲，即是把這些數據以某種形式記錄在計算機的內部或外部存儲器上，目的是使計算機能夠靈活、高效、快速地訪問并處理這些數據，關鍵就在于如何建立紀錄的邏輯順序以確定存儲的地址。一般而言， GIS系統(tǒng)都采用了分層技術，即根據地圖的某些特征，把它分為若干層，整張地圖正是所有層的疊加結果。這樣用戶操作時就只涉及到一些特定的層，而不是整幅地圖，因而系統(tǒng)能對用戶的要求做出迅速反應。 GIS 的數據管理包括圖形庫管理和 屬性庫管理。根據圖形數據的幾何特點，可將其分為點數據、線數據、面數據三種類型。圖形數據的一個重要特點是它含有拓撲關系，這是地理實體之間的重要空間關系。圖形數據和屬性數據之間的連接方式目前有 :專題屬性數據作為圖形數據的懸掛體、用串項指針指向屬性數據、屬性數據與圖形數據采用統(tǒng)一的結構、圖形數據與屬性數據自成體系。 空間查詢以及空間分析、統(tǒng)計操作功能 GIS 之所以在處理空間信息的性能上強于其他信息系統(tǒng) , 就在于它具有很強的空間查詢和空間分析能力 [4,5]。 CGIS 實現了由屬性查詢圖形 , 如 : 查 詢樓層數高于五層的教學用建筑物、查詢學院各部門的位置及屬性、查詢各種體育教學設施的位置及屬性等 。 由圖形查詢屬性 , 在地形圖上點擊某一圖形 , 則顯示與該圖形對應的各種屬性 , 如 : 教學建筑物信息、教室信息、學生宿舍信息、實驗室信息等 。 空間分析主要有 : 緩沖區(qū)分析、最短路徑分析、包含分析、相交分析等矢量分析。 CGIS 還提供了對某一專題進行統(tǒng)計分析的操作 , 例如 : 教室座位數、教室的類型、實驗室分布、教學面積統(tǒng)計、教師學歷統(tǒng)計分析。 9 數據的輸出與表達功能 將校園地理信息系統(tǒng)分析或查詢檢索結果表 達為用戶所需要的地圖、圖表、圖形和圖像。實現專題圖、直觀圖制作以及圖形、文本的打印和輸出功能。 數據庫技術 地理信息系統(tǒng)所需的數據量大，種類煩雜，數據組織是否合理將直接影響到系統(tǒng)性能，所以數據組織是系統(tǒng)設計的關鍵。系統(tǒng)的數據可分為兩種 :與地理位置相關的空間數據和和與空間位置無關的屬性數據?？臻g數據展示實物的地理位置信息，屬性數據記錄實物的具體屬性。在進行數據庫設計時，通過數據分層、圖層管理、屬性編碼和空間索引設計，建立空間數據庫，然后進行屬性數據庫設計，最后建立空間數據庫與屬性數據庫的連接關系。為 了更生動形象地展示校園的實際情形，在本系統(tǒng)屬性數據中引入文字說明及影像數據。文字說明用以詳盡介紹各種教學及科研設施。 數據庫的組織和管理是信息系統(tǒng)的基礎，直接影響工作效率和用戶的使用。良好的數據庫性能為后面的系統(tǒng)開發(fā)搭建了良好的數據基礎。系統(tǒng)數據庫設計主要包括空間數據庫和屬性數據庫兩部分，組織流程，如圖 2 所示： 圖 2：組織流程圖 空間數據采集與內容 柵格圖像矢量化 屬性數據采集 空間數據加工與編輯 屬性數據采集 數據入庫 地形數據庫 地形文件 屬性數據表 空間索引文件 10 空間數據獲取是地理信息系統(tǒng)建設首先要進行的任務，它可以有多種 實現方式包括數據轉換、遙感數據處理以及數字測量等等，其中己有地圖的數字化錄入，是目前被廣泛采用的手段，也是最耗費人力資源的工作。在 GIS中，錄入的內容包括空間信息和非空間信息，前者是錄入的主體。 在 GIS 中，空間數據主要包括： 1）空間實體的位置 空間坐標即在某一個已知坐標系中的幾何坐標，他可以標識地理現象在自然界或某個地圖區(qū)域的空間位置，如經緯度、平面直角坐標、極坐標等。 要對空間實體的位置進行描述，就必須對其進行抽象表示。一般來說，在三維分析空間，根據分析問題的尺度，我們把自然界中的物體抽象為點、 線、面三種；在三維分析空間，則區(qū)分為點、線、面、體四種。 2）空間實體的關系 實體空間的關系通常包括： ( 度量關系，如兩個實體之間距離的遠近： ( 延伸關系（或方位關系），定義了兩個實體之間的方位； ( 拓撲關系，定義了兩個實體之間的關聯、鄰接、包含關系。 3）空間實體的非幾何屬性 一般簡稱屬性，是指與地理實體相關聯的地理變量或地理意義。屬性分為定性和定量兩種：定性數據包括名稱、類型、特性等，如地貌類型、土地利用類型、行政區(qū)劃等；定量數據包括數量、級別等，如土地面積、道路長度、人口數量、高程等。非幾何屬性一般經 過抽象、概括，通過分類、量算、統(tǒng)計得到。地理信息系統(tǒng)中的分析、檢索大部分都是通過對屬性的操作運算實現的，因此，屬性數據的分類系統(tǒng)、量算指標、準確性對系統(tǒng)功能的實現有較大的影響。 4）空間實體的時間特征 指現象或空間實體隨時間的變化?？臻g實體的位置數據和屬性數據相對于時間來說，常常呈相互獨立的變化，即自愛不同的時間，空間位置不變，但是屬性特征可能已經發(fā)生變化，或者相反。 屬性數據采集與內容 實用的地理信息系統(tǒng)除具有準確纖細的圖形數據外，還應該具有詳盡豐富的屬性數據，才能為管理決策部門提供足夠的信 息。系統(tǒng)建設過程中，為提高工作效率，在圖形數據采集整理的同時還應采集圖形數據對