GIS技術(shù)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(shù)應(yīng)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(shù)進(jìn)行開發(fā)的設(shè)計方式做了闡述；并結(jié)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(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：教育管理；ArcGIS；系統(tǒng)開發(fā)；應(yīng)用

中圖分類號：G523 文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)，已被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)社會領(lǐng)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(shù)方面的發(fā)展趨勢是：“3S”（GPS、RS和GIS）集成；GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合；分布式技術(shù)、萬維網(wǎng)與GIS的結(jié)合；移動通信技術(shù)與GIS的結(jié)合；GIS與決策支持系統(tǒng)（DSS）的集成。[2]美國阿肯色大學(xué)[3]和俄勒岡州教育委員會[4]均將GIS技術(shù)應(yīng)用于教育管理中。在教育管理和規(guī)劃中，可利用GIS的技術(shù)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(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用研究。

本文在分析GIS技術(shù)應(yīng)用于教育管理系統(tǒng)所具備的特色和優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，結(jié)合案例探討了GIS技術(shù)在教育管理系統(tǒng)中的應(yīng)用方式。

ArcGIS地圖服務(wù)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(wù)，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(wù)，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(jìn)行比較分析，認(rèn)為ArcGIS技術(shù)更適合應(yīng)用于教育管理系統(tǒng)開發(fā)。ArcGIS Server是一個能夠構(gòu)建企業(yè)級應(yīng)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(yīng)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(wù)器上的角色協(xié)同工作。其搭建的WebGIS服務(wù)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(yīng)用程序

ArcGIS Server的桌面應(yīng)用程序包括ArcGIS Desktop或ArcGIS Engine應(yīng)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(luò)服務(wù)；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(yīng)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(yīng)用程序的容器，Web應(yīng)用程序則通過訪問GIS Server中的相關(guān)對象以實(shí)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(wù)器，在Java平臺下支持Tomcat、Websphere等Web服務(wù)器端軟件。

4.GIS Server

為了實(shí)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(fù)責(zé)管理、調(diào)度來自Web服務(wù)器的請求。SOC即容器，具體處理相關(guān)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(jī)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(shè)計特點(diǎn)

在分析GIS技術(shù)教育管理系統(tǒng)的需求過程中，應(yīng)充分考慮GIS技術(shù)在空間可視化、空間數(shù)據(jù)表達(dá)、空間統(tǒng)計分析等方面的優(yōu)勢，并結(jié)合教育管理的實(shí)際需要，運(yùn)用GIS技術(shù)促使教育管理更加高效與便捷。

基于GIS技術(shù)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(shè)計具有自身的特色，主要體現(xiàn)在地圖服務(wù)數(shù)據(jù)庫的設(shè)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(shí)時地獲取被管理的教育單位的信息，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中引入了內(nèi)容發(fā)布和信息提取機(jī)制，使得管理層能及時地獲取教育單位信息。數(shù)據(jù)庫設(shè)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(yīng)用程序服務(wù)器提供數(shù)據(jù)支持；②地圖數(shù)據(jù)庫為應(yīng)用程序提供地圖服務(wù)；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(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)布格式標(biāo)準(zhǔn)和完善發(fā)布機(jī)制，應(yīng)用程序可定時獲取教育單位發(fā)布的信息，通過GIS技術(shù)呈現(xiàn)最新的教育單位教學(xué)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(shù)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(yīng)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(wù)使用的是ArcGIS Server 提供的服務(wù)，Web服務(wù)器為IIS 6。

1.在教育單位空間標(biāo)識與測繪技術(shù)中的應(yīng)用

（1）功能簡介

空間標(biāo)識與測繪功能是GIS系統(tǒng)具備的基礎(chǔ)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(biāo)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(diǎn)、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(jìn)行打印輸出。

（2）技術(shù)實(shí)現(xiàn)

繪圖功能使用Flex API的Draw類來實(shí)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(wù)器端Geometry Service方法來實(shí)現(xiàn)。

（3）案例

本案例通過運(yùn)用不規(guī)則圖形繪制工具，來實(shí)現(xiàn)對各學(xué)校占地面積的測量操作。首先對繪制圖形的視圖樣式進(jìn)行自定義設(shè)定；勾選“顯示測量結(jié)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(xué)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(yīng)用

（1）功能簡介

將GIS技術(shù)應(yīng)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(jìn)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(shí)現(xiàn)。

（2）實(shí)現(xiàn)技術(shù)

根據(jù)GIS開發(fā)的特點(diǎn)，采用層級加載的方法，在地圖底圖圖層的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需求加載相關(guān)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(shí)現(xiàn)動態(tài)加載。客戶端控件的數(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(shí)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(xiàng)呈現(xiàn)器和列表控件中；然后監(jiān)聽鼠標(biāo)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(biāo)識（各類標(biāo)識不同）加載標(biāo)記點(diǎn)，標(biāo)記點(diǎn)通過監(jiān)聽鼠標(biāo)事件實(shí)現(xiàn)對詳細(xì)基本信息的彈出框顯示。

（3）案例

可根據(jù)學(xué)校的性質(zhì)類別進(jìn)行可視化加載，如圖4所示，對廣西各高校教育單位按照學(xué)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(jìn)行分類管理；亦可根據(jù)城市區(qū)域進(jìn)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(yīng)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(guān)部門的教育信息，進(jìn)行可視化統(tǒng)計分析。繪制區(qū)域進(jìn)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(kuò)展性和豐富的用戶體驗(yàn)。

（2）實(shí)現(xiàn)技術(shù)

實(shí)現(xiàn)區(qū)域化教育單位管理綜合運(yùn)用了空間分析技術(shù)和圖表技術(shù)。

①空間分析技術(shù)。

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(biāo)響應(yīng)機(jī)制而占用了較大的資源，因此不宜大量進(jìn)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(shí)現(xiàn)幾何體的空間分析。

②圖表技術(shù)。

系統(tǒng)使用的圖表技術(shù)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(shù)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(jìn)行調(diào)用。通過數(shù)據(jù)驅(qū)動方式來動態(tài)地運(yùn)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(wù)器端技術(shù)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(guān)高校標(biāo)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(xué)狀態(tài)信息進(jìn)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(yīng)用

（1）功能簡介

專題教育資源空間分布主要結(jié)合GIS技術(shù)應(yīng)用于教育管理的特色，對于影響教育事業(yè)發(fā)展的各項(xiàng)指標(biāo)資源的空間分布情況進(jìn)行統(tǒng)計，并將其與空間區(qū)域內(nèi)人口、經(jīng)濟(jì)、交通等資源的影響進(jìn)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(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，以便更好地促進(jìn)教育事業(yè)均衡發(fā)展。

（2）實(shí)現(xiàn)技術(shù)

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(shí)際制定渲染的圖例，通過設(shè)定的屬性來符號化Graphic；然后提取信息點(diǎn)的數(shù)據(jù)與指定的分級渲染標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行匹配；最后通過匹配的結(jié)果來實(shí)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(jìn)行分級渲染；②SimpleRenderer，簡單的渲染器，進(jìn)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(yīng)關(guān)系渲染，每個圖形檢索相對應(yīng)的符號進(jìn)行渲染。

（3）案例

針對廣西各項(xiàng)高等教育資源指標(biāo)的空間分布情況進(jìn)行專題分析，包括各城市在校生分布、專業(yè)分布、留學(xué)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(biāo)的評判標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(yīng)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(jié)

將GIS技術(shù)應(yīng)用于教育管理系統(tǒng)中，并與RIA技術(shù)有機(jī)結(jié)合，能夠提供基于地理信息的數(shù)據(jù)表達(dá)方式和豐富的用戶交互體驗(yàn)。首先，GIS技術(shù)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(jìn)行；其次，GIS技術(shù)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(jìn)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(yùn)用GIS技術(shù)將教育與區(qū)域內(nèi)的人口、經(jīng)濟(jì)和交通情況進(jìn)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)。

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