基于WebGIS技術構建智慧校園基礎平臺

孫 宇，任海鵬

(安徽機電職業技術學院，安徽 蕪湖 241002)

隨著IT技術的快速發展，信息領域出現了云計算、大數據、AI等新形態的變革技術。而GIS技術也與時俱進，在與IT技術的融合并實現面向服務化，共相式內核，三維化操作將成為GIS未來發展方向[1-2]。所謂服務化，通過云計算技術將GIS的功能扁平化，以服務的方式提供給使用方。或者將GIS解決方案完全云化，用戶按需購買所需要的服務。而共相式內核隨著CPU技術從主頻處理頻率轉為多核技術，GIS解決方案也必須通過支持多線程來提升處理效率，并將實物按照實際情況展示給用戶，提供高逼真的真實還原場景[3-5]。

作為一個小的社會集，國內很多高校都有多個校區，覆蓋范圍比較大。校園環境信息，學生信息及相關周邊信息等均較為復雜[3-4]，不易于管理和信息的獲取，因而依托電子地圖，利用GIS技術獲取校園的環境、地理等空間信息，通過平臺管理相關信息數據，建立一個提供信息檢索、查詢、統計及基礎導航功能的校園智慧導航平臺有重要意義[5]。

作為GIS與Web技術相關結合的產物，WebGIS技術主要采用WWW萬維網服務，基于空間數據庫對空間信息進行信息處理和分析的技術，目前WebGIS在很多領域應用非常廣泛，譬如交通，物流，共享汽車，共享單車，公安等。

基于WebGIS技術構建智慧校園基礎平臺，利用GIS技術實現了對空間數據采集、處理和分析的功能，將抽象實體物體轉換為可存儲數據結構。依托于VB面向對象高效開發功能，構建了WebGIS+VB+SQLSERVER技術框架，實現了數據管理、查詢分析、導航和GPS定位，空間數據分析等功能，對于其他領域地理信息系統在數據處理及存儲和技術框架實現具有一定借鑒意義。

1 平臺系統設計與實現

本文主要依托于與WebGIS相關的軟硬件設施，硬件設施主要包括計算機核心處理器，外圍輸入輸出設備，顯示設備，數據及日志等存儲設備等。軟件系統包括核心軟件及場景應用模塊，核心軟件負責數據管理、數據處理、數據建模、數據分析；場景應用模塊根據實際應用場景建立獨立系統，負責專門場景的實現，包括網絡分析、數據地形模型及數據處理等。

本文所研究的GIS校園智慧導航平臺，具有如下特征：1)本系統通過采集、管理，處理和分析提供動態和空間性的空間地理信息；2)利用計算機計算功能，完成復雜的地理數據處理，完成人無法完成的工作；3)本平臺利用計算機技術對地理信息處理，支持快速、精確地得到地理信息處理數據。本系統具體實現模型如圖1所示。

圖1 系統實現模型

1.1 平臺系統架構

系統基于SupperMap的SupperObjects模塊進行了GIS二次開發，利用ADO技術將屬性數據和空間數據存入到數據庫中；另外，本文的數據主要來源分為屬性數據和空間數據。屬性數據包括教室信息，教師信息，學校儀器信息等。空間數據包括教學樓地圖，綠地地圖，道路組網圖，地下管道圖，公共設施圖等。通過VB6.0語言在SupperMap GIS系統基礎上進行二次開發，實現平臺基本功能，包括系統查詢，數據管理，地圖瀏覽，空間分析及統計，并納入三維顯示和導航、GPS定位功能。本系統架構圖如圖2所示。

圖2 系統架構圖

1.2 系統數據處理流程

校園智慧基礎平臺基于SupperMap GIS軟件對地理數據信息進行管理。對于數據處理包括數據采集與輸入、數據編輯與更新、數據存儲與管理、空間查詢和分析、數據顯示與輸出等流程[1,5]。

在數據準備階段，通過獲取來自不同數據源數據，包括已有地圖數據，遙感設備采集的遙感圖像，校園基本文檔或者資料信息等。

在數據輸入階段，通過已有數據輸入設備，包括掃描儀、數字化儀器、鍵盤、解釋測圖儀等專業工具完成不同數據源數據錄入到系統。

數據管理階段為本系統數據處理核心，利用SupperMap+ADO+SQLSERVER+VB技術框架，建立屬性數據與空間數據轉化及存儲到SQLSERVER數據庫中，完成數據的轉化和存儲功能。

在數據處理階段，用戶在獲取最終數據前需要對數據進行處理或者數據維護，形成對用戶直觀、易讀的數據。

數據分析階段，主要利用SupperMap對數據強大的處理功能，建立不同的數據分析模型，供應用層對不同場景的調用。

數據輸出階段，基于SupperMap功能及VB二次開發，輸出符合用戶數據格式或者模式的數據圖表數據。

本系統從原始數據采集，到數據處理分析，最后以數據圖表方式輸出給最終用戶，具體流程，見圖3所示。

圖3 數據庫數據流處理

1.3 空間數據轉化

本系統數據來自不同的采集設備，不同數據格式，而空間數據信息準確性及數據轉化存儲精確度直接影響到上層應用的使用，所以建立精準的空間數據庫，對平臺系統的使用具有重要意義。

在空間數據存入數據庫的過程中，SupperMap主要通過采集網絡相關或已有電子地圖，完成電子地圖數據轉化，并存儲到數據庫中。本文基于SupperMap GIS系統，利用其提供的部分數據接口，實現了數據處理流程[3-4]的優化。

從現有的電子地圖導入到本系統，需進行數據化存儲。首先選擇建立分析和編碼方案，利用前置的規則對地圖進行清洗過濾，完成地圖預處理。利用圖層控制技術，逐步分層進行數字化。通過不斷單圖檢查，數字修正，直到圖片數字化處理符合前置設置誤差值，則將處理的數據分層建立拓撲關系，并且根據已錄入屬性數據進行匹配，建立空間數據庫，存儲到數據庫中。本電子地圖數字化過程，是利用SupperMap已有功能，并且提供接口給上層，對于數字化采用的數字模式及規則，可根據實際情況進行二次開發和調整。如圖4 是電子地圖數字化流程圖。

圖4 電子地圖數字化流程圖

2 系統功能實現

本系統設計的智慧校園基礎平臺的基礎功能主要有，數據輸入和輸出管理，支持編輯地理元素，支持查詢和統計功能，支持專題圖形建立，支持空間數據分析包括緩存分析，最短路徑分析，支持導航，支持三維立體展示等。

2.1 數據管理功能

智慧校園基礎平臺支持地理空間數據及時更新，根據數據采集及時同步更新。同時也支持對已有數據的DDL操作，即支持刪除和修改等。由于涉及采集數據格式多元化，包括柵格,mapinfo,dxf等格式，所以數據管理支持多源數據，同時也支持導出不同格式的數據。

2.2 支持圖層控制功能

支持對圖層進行圖形操作，包括放大，縮小，漫游及全顯示等，本系統實現圖層控制操作是通過調用SupperMap.action方法完成的，其中scaZoomIn代表圖形放大，scaPan表示圖形漫游，viewEntire表示圖形最大化，scaZoomFree表示圖形自由縮放等。

圖層控制功能支持按照用戶需求顯示需要的圖層，同時隱藏其他不需要的圖層，譬如說用戶只想顯示教學樓，則可通過控制在地圖上只顯示教學樓建筑，便于用戶清晰明確找尋到目標建筑，此功能是通過SupperMap的SupperLengendList功能實現的。

圖形控制功能支持對圖像的編輯，僅局限于在圖形上繪制相關的輔助圖形，譬如矩形、橢圓形、直線、圓形燈。同時也可對圖片添加文字說明，SupperMap是通過調用TrackPolygon，TrackRetangle，Trackline等方式實現的。

2.3 支持查詢功能

本平臺支持由表查圖，即根據圖形的相關屬性查詢相關圖形建筑。也支持由圖查表，即通過一個實體圖形對象查詢相關的屬性。

本平臺采集和并入了建筑的功能屬性及相關信息，譬如教學樓，把教學樓每個教室排課安排，授課老師，授課課程及時間等均錄入到本平臺，所以學生可以通過該平臺查詢到課程的教學安排或者相關老師教學安排，對于上自習的學生，也可以根據教室空閑情況，快速找到自習室，大大方便了學生，也最大利用了教室資源。本平臺支持SQL查詢，提供SQL輸入界面，用戶可直接根據查詢條件搜索自己想要的數據信息，另外可通過在平臺底層做結果集限制，防止惡意的大數量查詢。

2.4 空間分析功能

本系統可通過采集到的校園相關地理環境信息進行緩存區分析[6]，即用戶可通過不規則圖形繪制目標區域。通過緩存空間分析功能，則能預判到此類繪制操作可能帶來的影響，譬如相關建筑拆除，地下管線影響等。本功能可通過TrackLine方法繪制線段并顯示繪制內容[7]，利用GIS空間信息進行影響預判。

2.5 支持導航功能

本系統導航功能是利用SupperMap1和SupperMap2控件實現的，通過設置源地址和目的地址點擊界面導航按鈕，本系統會根據內置的最短路徑算法智能給出導航路徑。

2.6 GPS功能功能

本系統集成了GPS功能部件，通過WIFI連接網絡，調用集成的GPS部件實時獲取當前客戶端的位置信息，便于在地圖中確定當前位置。該功能是通過Location CoordinateX(SupperMap1)和CoordinateY(SupperMap1)實現的。

2.7 統計分析功能

本系統實現了基本信息的統計功能，可以輸出不同的圖像顯示給用戶，譬如可統計不同建筑物情況，包括數量、年代、分布等。

3 總結

本系統基于WebGIS技術構建了智慧校園基礎平臺，利用ADO數據連接技術和COM/ActiveX組件技術實現了數據采集、處理、分析、統計等功能，并支持多源和多種格式數據輸入、空間數據轉化和存儲。該技術架構及GIS系統二次實現對于其他GIS系統的實現具有一定的借鑒作用。