基于GIS的成图大赛信息系统的设计与实现

刘继鹏， 肖海红， 邵立康

（1. 河南工程学院土木工程学院，河南 郑州 451191；2. 解放军陆军军官学院四系，安徽 合肥 230031）

自2008年以来，中国图学学会制图技术专业委员会先后举办了6届“全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛”，涉及机械、建筑、水利和道桥4个方向，几乎涵盖了高等学校工科大部分专业，参赛规模不断扩大，社会影响力不断提升。全国决赛选手从最初的几百人到目前的一千多人，带动各省市初赛、预赛数万人，形成了学校-省市或地区-全国三级竞赛体制。随之带来的是竞赛的管理问题，如何科学、高效地对竞赛进行管理，成为摆在我们面前的现实问题。

GIS是集计算机科学、地理学、测绘学、环境科学、经济学、空间科学、信息和管理科学于一体的新兴边缘学科[1]，它是在计算机软件和硬件支持下，运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的空间信息系统[2]。GIS由于其强大的数据分析和空间分析功能，可以应用于成图大赛竞赛管理，从而实现竞赛管理的信息化和智能化。

本文在地理信息系统专业软件MapInfo环境下，利用MapXtremeNT和ASP进行竞赛信息系统的开发，将高校空间属性数据与参赛队的地理分布图形相结合，实时分析各参赛队的信息资料，易于操作，显示更为直观，便于竞赛管理部门及参赛各方发现问题并进行改进。

1 系统体系结构与工作流程[3-5]

1.1 系统体系结构

系统利用MapX5.0、MapInfo Spatial For Microsoft SQL Server2000和地图服务器构建基于C/S架构的成图大赛GIS系统，实现全国高校地理信息数据的发布和数据共享、高校与其他地物的地理空间信息定位、查询与分析。系统采用基于C/S的三层体系结构：①数据表现层：用于全国高校分布空间数据、全国城市基础地理空间数据与相关属性数据的组织、存储与管理；②应用服务器层：利用基于MapX对用户请求的数据进行分析、处理，并返回分析结果；③数据服务层：负责用户客户端与地图服务器进行数据交换，系统将用户需求信息或请求处理结果返回给用户，将图片、文字以网页方式组织起来。

这种基于C/S的GIS三层体系结构，将数据存储和数据应用分开，可方便地实现数据库系统对各类数据的组织、管理、应用和发布，提高了系统稳定性与可扩展性。系统体系结构如图1所示。

图1 系统体系结构

1.2 系统工作流程

采用数字地图作为系统数据的来源，保证成图大赛GIS系统所需的基本信息以及系统的运行效率，系统实现流程图如图2所示，主要由以下3部分组成：

（1）空间数据采集：利用MapInfo Runtime7.5完成数字地图制作，包含纸质地图的矢量化及其他数字资料的转化。数字地图要素主要包含城市和大区基础地理信息、高校空间信息及其他基础地理信息等，并通过ODBC将完成的地图上载到空间数据库中[6]。

（2）成图大赛数据采集：每届成图大赛参赛高校数据通过两种方式采集，一是通过报名网站直接录入信息进行参赛报名；二是通过邮件反馈按规定格式填写的报名表，然后由管理员批量导入系统中。参赛高校报名数据包含：参赛学校基本信息（名称、专业类别、领队、联系方式等）、指导教师信息、参赛学生信息（姓名、性别、参赛模式、建模软件、身份证号等）。

（3）成图大赛比赛数据处理：根据采集的成图大赛数据，系统通过数据流在监考教师管理、考场安排、考卷审阅管理、成绩管理和获奖信息管理等模块的处理，最终得到一系列比赛数据，进而完成本次比赛系统管理。

（4）成图大赛数据分析：通过对单届或多届比赛数据进行空间分析统计，为科学决策提供服务。

图2 系统工作流程

2 系统详细设计

2.1 功能设计

系统主要由成图大赛数据维护子系统和GIS子系统两部分构成，数据维护子系统主要有参赛数据维护、常规操作、统计报表等功能模块[7]；GIS子系统主要有高校空间数据编辑、成图大赛空间分析、统计报表和基础地理信息查询分析等功能模块。

（1）常规操作：为GIS系统的一些基本功能，例如放大、缩小、漫游、鹰眼导航等功能，使用者可在GIS系统中自助查询所有需要的信息，包括参赛队基本信息、成绩和获奖信息等。

（2）空间数据采集：全国基础空间数据及高校空间数据采集，以2013年6月21日教育部公布的高校基本数据为准，全国高校共计2921所。

（3）参赛高校数据采集：成图大赛参赛学校信息的采集，为了方便参赛学校，大多数信息采用下拉菜单直接选择，仅姓名、电话、身份证号码为人工录入。

（4）考场安排：根据本次比赛高校信息（单位信息、专业类别、比赛类型、参赛人数等）以及承办单位提供的考场信息，系统通过设置不同专业的考场类型、时间、考场、考场人数、建模软件等信息，自动进行随机排号，完成比赛考场的安排，同时输出考场座单号和桌面贴条信息。

（5）监考教师管理：系统设置监考教师信息库，当考场信息安排完成后，进行监考教师的随机安排，原则是本校教师不监考本校学生所在考场。

（6）考卷审阅管理：系统设置考卷审阅教师信息库，当考场信息安排完成后，进行审阅教师的随机安排，原则是本校教师不审阅本校学生考卷。

（7）成绩管理：比赛结束后，审阅教师将最终成绩填写在系统提供的本考场成绩单模板中，提交系统管理员，管理员收集全部考场的成绩单后批量导入系统中，并完成自动排序。

（8）获奖信息管理：成绩信息导入完成后，系统根据设置的获奖比例进行获奖信息提取，分团体奖和单项奖。当对已经提取的获奖信息进行确认后，就无法对获奖信息进行修改，同时生成获奖编号。对已经设置奖项的类别进行输出，包含：打印获奖信息、公示获奖信息和打印奖状。系统内置奖状模板，奖状由制图技术专业委员会专门设计。

（9）成图大赛数据分析：通过对单届或多届比赛数据进行空间分析统计，包含单次比赛“省区”和“大区”各专业学校统计分析、单次比赛“省区”和“大区”获奖学校统计分析、多次比赛“省区”和“大区”获奖学校统计分析，并进行GIS专题图制作，为图学会的决策提供服务。

（10）基础地理信息及其他功能：区域选择功能（矩形选择、圆形选择、多边形选择），并可统计出选择的高校信息，地图显示部分能够实现导出，背景图控制（添加和删除），编辑密码保护，数据备份等功能。

2.2 数据库设计

系统数据库包含空间数据库和属性数据库，如图3所示。

空间数据库由基础地理信息数据和高校空间数据组成，基础地理数据主要由省区、大区、道路、建筑物、河流及其他注记组成，构成系统中的底图；高校空间数据主要包括高校名称、位置信息、专业类别、通讯地址等。

属性数据库主要由两部分组成：省区、大区、高校各要素属性数据和地理基础信息属性数据。

图3 系统数据库结构

3 成图大赛GIS专题图制作

成图大赛GIS专题图制作是将比赛数据与空间数据进行结合，利用GIS空间分析功能进行专题图制作，并进行统计分析，为图学会的科学决策提供服务。主要分单次和多次大赛专题图制作。

3.1 单次比赛专题制作

单次比赛包含各专业参赛高校“省区”和“大区”分布专题图、各专业参赛高校“省区”和“大区”获奖分布专题图等。以2013年“第六届‘高教杯’全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛”为例，进行参赛及获奖专题图制作，如图4、图5，表1、表2所示。

图4 2013年参赛高校“省区”分布专题图

表1 2013年参赛高校“省区”分布统计表

从2013年参赛高校“省区”分布专题图中可以看出，2013年参赛队集中于东北、华北、华东、华中及华南，西北及西南几乎没有高校参与，其中内蒙、宁夏、新疆、青海、西藏、云南及广西等地没有一所高校参加，也有部分省份仅有1～2所高校参与。说明主办方在这些省份的宣传工作力度不够，同时也跟大多数边远省份教育资源短缺，教育实力不强有很大关系。数据告诉我们今后图学会应重视边远及落后省份的图学教育，采取措施提升这些省份的图学教育水平。

图5 2013年参赛高校“大区”获奖情况分布专题图

表2 2013年参赛高校“大区”“团体奖”统计表

从2013年参赛高校“大区”获奖情况分布专题图中可以看出，华北、华中、华南及西南地区的成绩相对要好一些，查阅成绩发现，北京、山东、广东、重庆和陕西等省份的成绩较好，团体奖获奖率在50%以上，而华东地区成绩不够理想，上海、江苏及浙江的团体奖获奖率均不超过20%。这和竞赛培训方式有一定的关系，这些地区的部分高校集训的周期会比较短，管理上比较自由，更多的是发挥参赛学生的自觉性。

3.2 多次比赛专题制作

多次比赛专题图制作是系统管理员根据连续几年的参赛数据，包含各专业参赛高校“省区”和“大区”分布专题图、各专业参赛高校“省区”和“大区”获奖分布专题图等。以2011-2013年连续3年的全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛数据为例，进行参赛及获奖专题图制作，如图6，表3所示。

图6 2011-2013年参赛高校“省区”“机械类”分布专题图

表3 2011-2013年参赛高校“省区”“机械类”分布统计表

以机械类为例，查看2011-2013年参赛高校“省区”“机械类”分布专题图可以发现，参赛高校的数量不断发生变化，参赛队伍的变化和赛事承办地有很大关系。2011年比赛在哈尔滨举行，东北地区的参与热情就比较高，而华南地区的高校参与的就比较少；2013年比赛在广州举行，东北地区的参与热情马上就降低了，而华南地区的参与热情也相应提高了；同样可以看出2012年比赛在上海举行，华东地区的高校参与的就多。造成这种结果的原因，应该和各个高校对学科竞赛的支持力度有关，于是当竞赛地点比较远时，参赛的成本超出了学校的承受能力，部分高校可能会放弃参赛，这在今后主办方选择参赛地点时，应该作为一个影响因素予以考虑。

4 结 论

全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛信息系统是基于GIS的环境下开发的，使用方便，环境友好，真正实现了竞赛管理的信息化和智能化。竞赛管理系统实现了赛前、赛中、赛后的科学管理。竞赛专题图的制作让我们可以发现目前图学教育中存在的一些问题并进行改进，对图学工作者进行图学教育的改革与创新具有很大的借鉴意义。

[1] 卢 娟,李沛川. 浅析电力 GIS系统的发展及其主要功能[J]. 测绘通报,2005,2: 55-57,67.

[2] 陈述彭,鲁学军,周成虎. 地理信息系统导论[M].北京: 科学出版社,2000: 1-10.

[3] 赵 英,王 忠. 基于 WEBGIS的 110报警指挥系统[J]. 武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2007,31(2): 232-234,269.

[4] 张健雄,蒋金豹,白明哲. 城市公共交通WebGIS的开发[J]. 辽宁工程技术大学学报,2007,26(4):509-512.

[5] 程起敏,杨崇俊,刘冬林,高 亮. 基于WebGIS/GPS/GSM的车辆监控网络信息系统[J]. 计算机工程,2005,31(7): 46-48.

[6] 王洪源,张 武,金莉莉. 基于GIS的城乡电网管理系统[J]. 微计算机信息,2005,21(7-3): 96-98.

[7] 杨 群,李 伟,闾国年. 基于 GIS 构建配电网拓扑关系的方法[J]. 电力系统自动化,2003,27(18):79-82.