【正文】 ........ 30 IV 1 1 緒論 校園地理信息研究目的和意義 地理信息系統(tǒng)實在計算機硬件和軟件支持下，運用地理信息科學和系統(tǒng)工程理論，科學管理和綜 合分析各種地理數(shù)據(jù)，提供管理、模擬、決策、規(guī)劃、預測和預報等任務所需要的各種地理信息的技術系統(tǒng)。在查詢的各種資料中都認為地理信息系統(tǒng)為地理學的研究和發(fā)展注入了新的活力，是當前地理學研究和應用的前沿。它是一種特定的十分 重要的空間信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)處理、管理的對象是多種地理空間實體數(shù)據(jù)及其關系，包括空間定位數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、遙感圖像數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等，用于分析和處理在一定地理區(qū)域內(nèi)分布的各種現(xiàn)象和過程，解決復雜的規(guī)劃、決策和管理問題。校園地理信息系統(tǒng) (Campus Geographic Information System, CGIS) 是城市地理信息系統(tǒng) ( UGIS) 的一個縮影 , 具有城市地理信息系統(tǒng)的特點和功能 , 它用圖形、圖像數(shù)字信息來表現(xiàn)校園各種空間及屬性要素 , 為用戶提供各種校園信息的查詢、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(jù)。 隨著“數(shù)字地球”概念的提出，引出了一系列數(shù)字化建設的概念，“數(shù)字校園”可以看做是數(shù)字化的、虛擬的校園，是“數(shù)字地球”的微觀表現(xiàn)形式在校園區(qū)域的具體體現(xiàn)。其建設水平己成為體現(xiàn)高校辦學水平、學校形象和地位的重要標志。用戶將可以圖文并茂的查詢校園信息， 而且獲得最為直接的效果。從而可以提高校園對外的知名度，而且給學校的各項工作都帶來了很大方便，可為學校創(chuàng)造可觀的社會效益。它以 GIS為平臺，利用先進的信息技術手段，實現(xiàn)教學、科研、管理和服務等資源的全部數(shù)字化，在物理校園的基礎上構建一個信息化數(shù)字校園空間，以擴展物理校園的功能，從而實現(xiàn)全部教育過程數(shù)字化的目標，以跟上信息時代的高等教育要求。目前，我國許多重點大學，如北京大學、清華大學、浙江大學、中國人民大學等均將數(shù)字化校園系統(tǒng)的建設提上了建設日程，并正在進行建設之中。應用 GIS 技術有助于解決這些問題，在 GIS 技術支持下對校園地形、房屋、道路、山地等進行 顯示和管理，實現(xiàn)數(shù)字小區(qū)的初步設想。數(shù)字化校園是以網(wǎng)絡為基礎，利用先進的信息化手段和工具，實現(xiàn)從環(huán)境、資源到活動的全部數(shù)字化。自從 1993 年美國政府制定國家信息基礎設施 (National Information Infrastructure 簡稱 NII)的行動綱領以來，大大推動了 Inter 在美國尤其是大學校園的應用與發(fā)展。 目前，美國大學校園的信息化建設己經(jīng)涉及圖書館網(wǎng)絡、學校管理工作、教學活動、科研活動、學生日常生活的各個方面，并且已經(jīng)取得了舉世矚目的成績。 1999 年 10 月，瑞士聯(lián)邦兩院正式通過了《瑞士大學 2020 一 2020 年發(fā)展計劃》在 20202020 年期間， 瑞士聯(lián)邦政府將以特別財政補貼方式為州立大學撥款3000 萬瑞郎，以鼓勵在高等教育領域進行信息化建設，建立“瑞士虛擬校園”。 3 瑞士大學聯(lián)席會議委托弗里堡大學的新技術與教學中心建立了國家高等教育和新信息技術網(wǎng)。建立瑞士高校使用信息技術教學的有關機構目錄 :瑞士和國際上關于用新信息技術教學的報告會、研討會等活動時間表 。教學模塊、工具軟 件及現(xiàn)有教學手段的演示 :以超鏈接形式參考其他有用資源 。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 世界各國校園信息化建設的大潮促進了我國校園信息化建設的迅速發(fā)展，首先做出反映的是國內(nèi)一些知名大學。 廈門大學也提出基于 GIS 的數(shù)字化校園工程 — “數(shù)字廈門大學”。建立和發(fā)布 GIS 網(wǎng)站，建成廈門大學校園 GIS、校園風光、校園綜合服務體系。但是無需諱言，國內(nèi)的校園信息化建設尚處于起步階段，存在著諸多問題困。本文對地理信息服 務同樣有著極大的認同與興趣，在嘗試數(shù)字校園系統(tǒng)設計與實現(xiàn)的過程中，以 ArcGIS理論與技術為主要支持，以方便校內(nèi)外人士對校園空間信息查詢、分析、管理為目的，研究了數(shù)字校園系統(tǒng)設計與實現(xiàn)。 技術路線 本論文從滿足安徽大學新校區(qū)信息管理的實際需要出發(fā)，考慮現(xiàn)在流行的GIS開發(fā) 平臺和開發(fā)方式，選擇了新一代嵌入式地理信息系統(tǒng)平臺一 ArcGIS 為開發(fā)平臺，結合可視化開發(fā)語言 Visual C進行集成二次開發(fā)。安徽大學新校區(qū)地理信息系統(tǒng)的功能結構層次，如圖 1所示 : 圖 1：功能結構圖 2 基礎理論 地理信息系統(tǒng)與校園信息系統(tǒng) 地理信息是表征地理系統(tǒng)諸要素的數(shù)量、質(zhì)量、分布特征、聯(lián)系和規(guī)律的數(shù)字、文字、圖像和圖形的總稱。地理信息系統(tǒng)建立在地理學和計算機圖形學的基礎上，涉及信息科學、空間科學和地球科學的多個學科，是多種學科交叉的產(chǎn)物， 同時， GIS 作為一門綜合性技術，己經(jīng)與其它技術相融合，如 :數(shù)據(jù)庫技術、 CAD、軟件工程、遙感技術、制圖學等。 GIS 至今尚沒有一個國際統(tǒng)一的定義，由于 GIS涉及的面太廣，要給出 GIS安徽大學數(shù)字校園系統(tǒng) 電子地圖控制 電子地圖輸出 電子地圖顯示 信息查詢 在線幫助 距離測量查詢 地理定位 地理對象距離查詢 詢 對象查詢 地理信息查詢 打印地圖 圖層索引 對象查詢 地圖顯示 對象查詢 地圖鷹眼 圖層移動 查詢 圖層刪除 詢 地圖縮放 圖層添加 對象查詢 圖層顯示控制 圖層編輯 查詢 地圖數(shù)據(jù)更新 屬性查系統(tǒng)總體分析與設計詢 對象查詢 最近目標查詢 對象查詢 動態(tài)顯示 5 的準確定義是困難的。 GIS 是采集、存儲、檢查、操作、分析和顯示地理數(shù)據(jù)的系統(tǒng) 。這種方式根據(jù) GIS 應用領域的不同，將 GIS 分為各類應用 系統(tǒng)，例如土地信息系統(tǒng)、城市信息系統(tǒng)、規(guī)劃信息系統(tǒng)、空間決策支持系統(tǒng)等 。 GIS是一組用來采集、存儲、查詢、變換和顯示空間數(shù)據(jù)的工具的集合，這種定義強調(diào) GIS 提供的用于處理地理數(shù)據(jù)的工具 。 GIS 是這樣一類數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它的數(shù)據(jù)有空間次序，并且提供一個對數(shù)據(jù)進行操作的操作集合，用來回答對數(shù)據(jù)庫中空間實體的查詢。因此，可以認為 GIS 是處理與地理位置有關的數(shù)據(jù)信息的輸入、輸 出、管理、查詢、分析和輔助決策的計算機系統(tǒng)。高校在 CGIS 建設方面的深入開發(fā)與研究，為城市數(shù)字化做一些基礎性及實驗性的工作。它在描述一般的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫的設計，而且共同分析和使用圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。 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(nèi)的有 Supermap即， Geostar 等。 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)。 ArcMap 是一個可用于數(shù)據(jù)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(xiàn)如地圖制圖、地圖編輯、地圖分析等功能。 ArcMap 提供兩種類型的地圖視圖：數(shù)據(jù)視圖和布局視圖。數(shù)據(jù)視圖時任何一個數(shù)據(jù)集在選定的一個區(qū)域內(nèi)的顯示窗口。 系統(tǒng)實現(xiàn)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。 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。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。控件如同一堆各式各樣的積木，他們分別實現(xiàn)不同的功能 (包括 GIS 和非 GIS 功能 )，根據(jù)需要把實現(xiàn)各種功能的“積木”搭建起來，就構成應用系統(tǒng)。組件式 GIS 構造應用系統(tǒng)，只實現(xiàn) GIS自身的功能，其他功能則由其他組件實現(xiàn)。 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。 3）大眾化的 GIS 組件式技術己經(jīng)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。 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。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。 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(shù)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。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。 GIS 是管理空間信息最有效的工具，在數(shù)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(lián)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。 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(shù)據(jù)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。這種傳統(tǒng)管理模式的不足之處主要表現(xiàn) :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 。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(shù)量少、質(zhì)量不高。 為了方便地輸入信息快捷地提取數(shù)據(jù)，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?？臻g數(shù)據(jù)的采集可以利用現(xiàn)有的 ( 1: 500) 大比例尺地形圖、航測遙感圖像等 , 利用數(shù)字化儀或掃描儀進行數(shù)字化 , 經(jīng)過屏 幕編輯后取得校園的圖形數(shù)據(jù) , 或者通過實地調(diào)查、數(shù)字測圖的方式來獲取現(xiàn)勢圖形數(shù)據(jù) 。數(shù)據(jù)的采集和輸入是生成 CGIS 數(shù)據(jù)庫的基礎 , 工作量大 , 應充分利用各種渠道來生產(chǎn)和更新。如 : 對校園地形圖進行編輯修補、實現(xiàn)對地形圖的漫游、縮放、刷新等、對數(shù)據(jù)格式進行檢查、不 同類型的數(shù)據(jù)文件的轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出。數(shù)據(jù)的存儲，即是把這些數(shù)據(jù)以某種形式記錄在計算機的內(nèi)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(shù)據(jù)，關鍵就在于如何建立紀錄的邏輯順序以確定存儲的地址。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。根據(jù)圖形數(shù)據(jù)的幾何特點，可將其分為點數(shù)據(jù)、線數(shù)據(jù)、面數(shù)據(jù)三種類型。圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)之間的連接方式目前有 :專題屬性數(shù)據(jù)作為圖形數(shù)據(jù)的懸掛體、用串項指針指向?qū)傩詳?shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)與圖形數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一的結構、圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)自成體系。 CGIS 實現(xiàn)了由屬性查詢圖形 , 如 : 查 詢樓層數(shù)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 。 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。 9 數(shù)據(jù)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。 數(shù)據(jù)庫技術 地理信息系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)量大，種類煩雜，數(shù)據(jù)組織是否合理將直接影響到系統(tǒng)性能，所以數(shù)據(jù)組織是系統(tǒng)設計的關鍵?？臻g數(shù)據(jù)展示實物的地理位置信息，屬性數(shù)據(jù)記錄實物的具體屬性。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(shù)據(jù)中引入文字說明及影像數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)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。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計主要包括空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫兩部分，組織流程，如圖 2所示： 圖 2：組織流程圖 空間數(shù)據(jù)采集與內(nèi)容 柵格圖像矢量化 屬性數(shù)據(jù)采集 空間數(shù)據(jù)加工與編輯 屬性數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)入庫 地形數(shù)據(jù)庫 地形文件 屬性數(shù)據(jù)表 空間索引文件 10 空間數(shù)據(jù)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(xiàn)方式包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、遙感數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字測量等等，其中己有地圖的數(shù)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