基于GIS的校園綠地養護信息系統的設計與應用

韓慧君， 張遠智

(北京林業大學，北京 100083)

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基于GIS的校園綠地養護信息系統的設計與應用

韓慧君， 張遠智*

(北京林業大學，北京 100083)

摘要隨著GIS技術的不斷推廣，采用空間與屬性結合的方式對綠地進行管理越來越受到校園綠化部門的關注。該研究以北京林業大學綠地養護為例，依據需求分析，采用B/S結構，對系統總體結構和功能進行了設計，并建立綠地養護信息數據庫，對該系統在北京林業大學的應用進行了示例。結果表明，基于GIS的校園綠地養護信息系統為綠地補植、灌溉、施肥、美化和防護等提供了信息化平臺，可進一步提高綠地養護工作效率。

關鍵詞綠地養護；GIS；系統設計；校園；MapX

綠地作為校園生態環境的重要組成部分，已經越來越受到師生的關注和重視[1]。利用現有的綠地資源為師生創建一個良好的生活學習環境，也一直是每個院校綠化部門的工作重點。然而傳統的綠地養護管理主要以人工為主，造成人力資源較大的浪費，而且由于校園植被種類繁雜，分布不均，人工管理效率相對不高[2]。結合GIS技術建立綠地養護信息系統不僅實現了綠地的數字化、信息化，而且使得綠地養護工作更加便捷精確[3]。

北京林業大學作為“首都綠化美化花園式單位”[4]，植被的種類和數量均比較可觀，良好的植被造景效果也成為校園的景觀特色[5]。在以往的校園綠地研究中，主要以植被查詢、統計和校園植物景觀設計為主[6-8]，對于如何科學高效地進行綠地養護的探討和研究尚顯不足。為了滿足校園綠化部門的實際需求，在2009年建立的北林植物查詢系統的基礎上設計與開發了綠地養護信息系統，用戶通過移動終端(PPC)或筆記本電腦(PC)可以快速地查詢統計以及上傳綠地的養護數據，并根據統計報表和專題圖對養護的現狀進行分析，更加高效地制定科學的養護計劃[9]。筆者基于GIS平臺，設計了校園綠地養護信息系統，并對該系統的實現進行了分析，為GIS技術服務于校園綠化提供新的思路。

1系統需求分析

1.1系統功能需求校園綠地養護信息系統主要服務對象為校園綠化部門工作人員，包括管理人員、技術人員和養護工人。通過系統界面操作即可直觀地瀏覽、查詢、統計和分析校園綠地及各類養護數據，為制定科學的養護計劃提供依據。管理人員根據電子人事檔案對工作人員信息和工作考勤等進行管理。技術人員通過分析養護統計報表和專題圖制定養護計劃，養護工人利用掌上電腦提供的養護計劃進行具體的養護工作，并實時上傳各類養護數據。技術人員根據綠地補植、翻新等最新養護數據可在系統上進行實時編輯，保持基礎數據的時效性。系統提供友好的界面[10]，方便用戶進行操作。綠地養護具體工作內容見圖1。

圖1　綠地養護工作內容Fig. 1　Working content of green space maintenance

1.2系統性能需求安全性是系統運行和服務器維護過程中首要考慮的。該系統涉及到移動終端與服務器之間數據的傳輸，因此采用B/S結構。終端通過校園無線網絡與網絡服務器進行連接。操作權限的設置使普通用戶接觸不到后臺服務器，從而保證后臺數據的安全。

穩定性也是系統運行需要考慮的。由于數據范圍為校園綠地養護數據，數據量相對不大，為了保障系統的穩定性，降低系統成本，最大程度地利用現有的資源，兼容現有的環境，該系統使用如下的系統服務器運行環境：操作系統為WindowsXP/7，CPU為Intel Core i3 3220，計算機運行內存512M，硬盤大小50G，數據庫使用Oracle 10g。移動終端使用基于WindowsMobile6.1的PPC，使用BJFU WiFi(北林校園無線局域網)進行數據傳輸[11]。開發環境使用Visual Studio2008，并集成Windows Mobile SDK以及Mapinfo中的Active控件MapX 4.0。

2系統結構設計

北京林業大學校園綠地養護信息系統包含客戶端、后臺服務器兩層結構。用戶通過操作移動客戶端或PC客戶端與系統后臺數據庫進行數據交互，獲取或上傳信息。系統邏輯結構見圖2。

圖2　綠地養護信息系統邏輯結構Fig. 2　Logical structure of green space maintenance information system

3系統功能及應用

根據系統需求分析，系統功能主要包括用戶登錄、人事管理、數據采集、地圖操作、編輯、查詢統計和空間分析模塊。

3.1用戶登錄模塊該模塊主要用于用戶登錄系統。用戶只有在輸入正確的賬號、密碼和身份才能登錄，不同身份的用戶分配不同的權限，人事管理模塊只面向身份為管理人員的用戶，編輯模塊只面向身份為技術人員的用戶，其他模塊面向所有用戶。綠地養護信息系統的維護則由專業的系統管理員負責，包括服務器維護、系統升級和系統參數設置等。

3.2人事管理模塊人事管理內容包括綠化部門工作人員的工號、工作時間、工作地點、工作內容、工資福利和住宿飲食等，建立電子人事檔案。管理者通過在PC端操作系統即可獲得所屬部門工作人員的信息，并根據養護分工來安排任務，通過工人實時上傳的養護數據(包括圖片、影像、表格等數據)來檢查工作具體情況。

3.3數據采集模塊養護工人在實地工作中利用PPC端對綠地養護情況進行上傳，包括補植區域的位置編號、面積、品種、數量及影像資料，以及受病蟲害、枯死植被的編號、圖片信息等，并在PPC中記錄當日具體工作內容。數據通過無線網絡傳輸到系統空間數據庫服務器，為技術人員對系統進行編輯和維護提供數據支持。

3.4地圖操作模塊該模塊主要為用戶提供操作系統主窗口的基本工具，包括漫游、放大(縮小)、點選(矩形選擇、圓形選擇和多邊形選擇)、手動測距、面積量算、分層顯示和圖例操作。

3.5編輯模塊該模塊主要為技術人員設計，包括數據的修改、錄入、導入和刪除。綠地變更數據主要由綠化養護工人實時上傳，技術人員則根據變更情況對地圖進行修改。在錄入數據時要按照系統預先提供的綠地空間數據規范，對于不符合規范的數據系統自動報錯[12]。導入數據是指將綠地空間數據按照數據模板以Excel表格的形式批量導入系統。技術人員還可以根據綠化工人提供的養護記錄表對養護檔案的數據進行修改和刪除，保持數據庫的時效性。

3.6查詢模塊該模塊提供屬性查詢和空間查詢2種方式。屬性查詢是指查詢校園植物的名稱、形態特征、生態習性、圖片以及相關的補植、灌溉、施肥、美化和防護等養護信息。查詢方式包括快速查詢和多字段組合查詢。空間查詢包括屬性查空間和空間查屬性兩種方式，屬性查空間是指根據用戶感興趣的字段查詢符合條件的圖元，并在地圖上實現可視化。空間查屬性是指通過在地圖上選取用戶需要的圖元來查詢其相關的屬性信息，并以列表的方式列出。

3.7統計模塊該模塊可按照用戶需求統計各類養護數據，例如補植的草坪面積和喬灌木數量、灌溉面積和用水量、施肥面積和用量、修剪綠籬、草坪的面積以及進行病蟲害防治、防凍的喬灌木數量等。系統可以將統計結果生成表格，并根據用戶需要進行輸出或打印。

3.8空間分析模塊該模塊利用空間查詢得到的養護數據制作成灌溉、施肥、修剪、防護等矢量圖。通過植被養護矢量圖與校園底圖疊加形成專題圖，可對養護現狀進行分析，并結合校園綠地養護要求制定養護計劃。用戶可將空間分析得到的結果制圖輸出。

4數據庫建立

圖3　綠地養護信息系統數據庫組成Fig. 3　Composition of green space maintenance information system database

利用Oracle Spatial集成MapX建立空間數據庫來管理空間數據，可以有效集成空間數據與屬性數據，避免了兩類數據分別存儲帶來的不便[13]。空間數據通過定位時在MapX內部生成的唯一ID與對應的屬性數據進行連接[14]。在數據庫服務器中建立圖形連接關系數據庫來表達圖形的拓撲關系。當對GIS服務器中圖形進行增加或刪減時，相應數據庫服務器中的屬性數據也要改變，并更新圖形連接關系數據庫的拓撲結構。數據庫組成見圖3。4.1屬性數據根據屬性數據類型的不同來構建相應的數據表，并通過建立數據表之間的關系來管理屬性數據[15]。屬性表包括工作人員信息表、工作安排表、綠地日常檢查表、綠地保潔工作表、圖形連接關系表、喬木信息表、灌木信息表、花團信息表、綠籬信息表、草坪信息表、補植數據表、灌溉設施信息表、施肥數據表、綠地美化數據表、病蟲害防治數據表和防凍數據表。

4.2空間數據空間數據包括校園地圖(建筑、道路、校園邊界)、植被(喬木、灌木、花團、綠籬、草坪)、灌溉設施(首部樞紐、閥門、噴頭、出水口)、校園小品(道路指示牌、雕塑、置石、坐椅、攝像頭、園燈、報欄)等圖形數據。

5系統的實現

5.1前期數據獲取北京林業大學校園綠地養護信息系統對數據的要求精確到每棵喬木、灌木以及各塊草坪、灌溉設施、小品，在前期數據獲取過程中利用儀器實地測量，獲取每個圖元特征點的坐標信息，并記錄其屬性數據，然后按照不同的圖層分屬對圖元進行編號。植被的養護數據和人事管理數據則通過學校綠化部門的現有資料中獲取。

5.2數據預處理將全站儀記錄的圖元特征點坐標導入CAD，實現空間數據的矢量化，提取校園底圖、喬木、灌木、花團、綠籬、草坪、灌溉設施、小品的專題要素。在數據庫中輸入植被等圖元的屬性信息以及各類養護數據。

5.3系統構建北林校園綠地信息系統開發實現是以Visual Studio環境下MFC的Ribbon Designer為基礎，它可以方便地將任何功能區控件添加到應用程序中并進行編輯。Ribbon界面又稱固定式工具欄界面，改變了以往傳統的下拉式菜單用戶界面，用戶可以較容易地使用所開發的軟件的各項常用功能，比如最新的Office界面和Windows界面都采用的是Ribbon界面[16]。系統主要包括編輯、查詢、統計、空間分析等功能，系統界面如圖4～6所示。

圖4　綠地養護信息系統界面Fig.4　Interface of green space maintenance information system

圖5　根據空間定位查詢喬木信息Fig. 5　Inquiry of the tree information based on spatial orientation

圖6　統計喬木病蟲害信息Fig. 6　Statistics of the trees’ pest information

6結論

北京林業大學校園綠地養護系統實現了綠地養護工作的數字化，為綠化工作人員提供了信息化平臺。通過移動終端可以將綠地檢查、灌溉和保潔等日常工作的具體情況錄入養護電子檔案，并對發現的問題進行上傳，改善以往校園綠化業務資料雜亂分散的情況。通過查詢、統計模塊可以查詢植被的信息以及養護數據，定位需要進行修剪美化的花團、綠籬和草坪等。通過空間分析可以為病蟲害防治、防凍、施肥和補植翻新等專項工作提供決策依據，提高了校園綠化部門的工作效率。系統后臺數據庫管理集中在管理員客戶端，使得數據庫更新和系統維護更加便利安全，終端用戶只需要在PPC或PC上即可快速地獲取綠地的信息。

該系統的功能已基本滿足北京林業大學綠化養護管理的需求，但綠地養護系統還有很大的技術空間值得挖掘，如系統界面和分析功能還有待完善；C/S結構在一定程度上存在局限，未來校園綠地養護信息系統會向B/S結構發展，以期加入三維瀏覽功能，滿足用戶的更多需求。

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Design and Application of Information System of Campus Green Space Maintenance Based on GIS

HAN Hui-jun, ZHANG Yuan-zhi*

(Beijing Forestry University,Beijing 100083)

AbstractWith the spreading application of GIS technology, campus greening department has paid more and more attention to the green space management by combing the space with attribute. With green spaces in Beijing Forestry University as an example, the overall structure and function were designed based on the demand analysis. The information system database for green space maintenance was established, which provided information platform for the green replanting, irrigation, fertilization beautification, protection and so on, and further enhanced the efficiency of green space maintenance.

Key wordsGreen spaces maintenance; GIS; System design; Campus; MapX

作者簡介韓慧君(1989- )，男，山西陽泉人，碩士研究生，研究方向：“3S”技術在資源環境中的應用。*通訊作者，副教授，從事“3S”技術研究。

收稿日期2016-02-08

中圖分類號S 127

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)08-296-03