新疆大学校园地理信息服务系统设计与实现∗

陈 晨，刘 斌，郑江华

(1.新疆大学 智慧城市与环境建模普通高校重点实验室，新疆 乌鲁木齐830046;2.新疆大学 资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830046)

0 引言

随着“数字校园”的建设逐渐被纳入高校现代化发展规划[1]，新疆大学先后完成了综合信息服务系统、教务网络管理系统[2]、古籍数字图书馆系统[3]、教师工作量管理系统[4]、诚信考试在线报名信息系统[5]、实验室信息共享系统[6]等一系列校级规模的软件系统构建；而以吾守尔·斯拉木院士为核心的新疆多语种信息技术产学研基地[7]，在国内首创世界领先的多语种信息处理系统多项，极大地促进了新疆大学信息化建设的发展.与此同时，面向未入校及在校学生、教职工、交流来访等人员，提供校园各地理要素的空间位置与相关信息的数字化与可视化浏览与查询服务，日益提上新疆大学信息化建设的发展日程.

新疆大学现有的校园地理信息资料主要为以规划设计、专题示意为主等地图图件，大多以纸质形式记录保存，拷贝复制困难，大量发行则又会由于校园设施环境不断改善引起数据现势性下降.尽管当前谷歌地图、百度地图等商业网络电子地图都提供了覆盖校园范围的空间信息服务，然而迄今为止对于高校内部的地理信息表现详尽程度仍然有限，不能适用于针对高校尺度的地理信息需求.因此，本文以新疆大学本部校区为例，进行校园地理信息服务系统的设计，介绍基于MapX组件与Microsoft Visual Studio 2010开发环境实现新疆大学校园地理信息服务系统的开发技术.

1 用户需求分析

在系统设计准备阶段，从当前已发表的校园地理信息系统开发案例中参考借鉴并制作问卷，对部分在校本科生、研究生、留学生、教职工、交流访问人员进行随机用户需求调查；整理与统计问卷结果，与具有代表性的潜在用户建立周期性访谈关系，贯穿系统整个开发过程始终.

经过充分分析用户需求，系统应主要具备：（1）信息详实，系统能够满足地图显示、浏览、注释、查询、空间实体图片关联参照、标记等功能；（2）用户可以将自行编辑的即时视图输出，或转存至其它电子设备便于随时随地查看；（3）安装简单，对软硬件要求低，界面友好，易于操作，用户有很大的自主应用空间；（4）系统能够提供实用细致的帮助手册等特点，详情见表1.

表1 系统基本功能

2 系统总体设计

根据用户需求分析结果，系统建设的核心是基于空间位置的信息服务，空间定位与属性数据一一对应，从而实现校园空间要素实体的浏览、图文信息的双向查询等功能.考虑当前最为经济、高效、适用的技术方法之一：采用具有地图分析功能的GIS（地理信息系统）组件MapX，标准的可视化开发环境Microsoft Visual Studio 2010，选用VB.net编程语言，空间数据为支持MapX控件的.tab（空间数据图层文件）与.gst（空间数据集文件）格式，属性数据采用Microsoft Access管理，通过关键字实现空间数据与属性数据的连接，系统逻辑结构见图1.

图1 系统逻辑结构图

采用这种方案开发新疆大学校园地理信息服务系统：(1)基于MapX组件式开发技术，高效可靠、易于部署；(2)运用完全的面向对象的VB.NET语言，类库丰富，简捷稳定；(3)采用模块化设计，当软件需要开发人员进行相关功能的增删与完善时，数据与代码更新的工作量大大降低，便于功能拓展和更新升级.

3 数据库设计

校园地理信息系统中的数据库建立是一个将校园地理要素最终抽象为能够由系统使用的存储模型的过程，需要经历从概念模型到逻辑模型再到存储模型等阶段，如图2所示.在总体设计阶段，对数据的结构、分类、编码等进行设计；在详细设计阶段主要是进行空间数据的采集与处理，同时设计系统的属性数据表、确定表的关系和主关键字，并设计数据定义语言等.

图2 空间数据库设计图

3.1 空间数据组织

在基于MapX组件式地理信息系统的开发过程中，需要将多源数据组织为特定的.tab地图图层文件，最终按照一定顺序存储为校园地理信息服务系统能够支持的地图图层集.gst数据格式，以实现计算机对现实的模拟显示与查询.

具体操作如下：（1）使用GPS接收机对校园选择分布均匀的典型地面控制点进行精确定位，获取地理坐标信息；（2）在遥感数字图像处理软件ENVI中通过控制点坐标对包括新疆大学空间范围的2013年空间分辨率为1.65 m的GeoEye-1多光谱卫星遥感影像（见图3-左）进行几何精校正，使遥感影像具有空间参照；（3）在地理信息系统软件ArcGIS中，以分类分层的原则对新疆大学校园内地理实体进行人工目视数字化矢量编辑，得到校园地理要素图层.shp格式数据；（4）使用FME空间数据转换处理软件，将.shp格式的数据转换为MapX能够使用的.tab格式的图层数据；（5）在MapX提供的Geoset Manager中，将所有.tab图层按照权重顺序叠加汇总，设置地图配色、标注显示等方案后，保存为.gst地图图层集，最终用于在系统的地图控件中显示与操作（见图3-右）.

图3 新疆大学本部校区卫星遥感影像（左）与数字线划地图（右）

这样组织空间数据有以下目的：（1）以点、线、面矢量分类、分层抽象表达现实世界的复杂实体，保持了空间实体的拓扑关系，精度高，容易实现面向空间实体对象的操作，显示、输出质量好；（2）数据量小，冗余度低，当出现校园规划地图变更时，只需变更地图数据.tab，并重新生成.gst文件，然后覆盖应用程序安装目录中的地图文件即可.

3.2 属性数据组织

校园地理要素属性数据需以关系型数据库组织，可以采用建立二维表的方式对地理实体进行编码、索引、定义和描述.其中空间数据实体与属性数据项的一一对应关系是实现图元与属性，所以需要在确定图层组成、空间数据表索引、图层命名、实体关系、关键字段命名规则的基础上建立数据字典，确保空间数据与属性数据严格的一一对应关系，逐层深入编码方法如图4所示.

图4 属性数据组织示例图

4 系统功能的实现

用户界面由（1）标题栏、（2）菜单栏、（3）工具条、（4）地图视窗、（5）定位总览视窗、（6）查询工具栏、（7）图片窗口、（8）状态栏共8个部分组成，如图5所示.

图5 用户界面

标题栏用于显示系统名称与系统标识-新疆大学校徽，支持最小化、最大化与关闭系统操作.

菜单栏包括文件、视图、浏览、注记、帮助五个基本菜单项.见图6.

工具条包括地图浏览工具、地图注记工具条，见图7.

地图视窗是地图浏览、地图注记、图元与属性交互查询、地图输出等主要功能实现的最主要载体.地图以不同比例尺显示时，地图视窗中地物要素、符号、标注信息显示的详细程度也会不同.当鼠标在“地图视窗”范围内时，滚动鼠标滑轮，可以看到不同详细程度的地物要素、符号、标注信息.地图比例尺越大，地图视窗中地物要素、符号、标注信息的显示越详细，见图8.

图6 注记功能

图7 系统工具条

图8 地图视窗

总览视窗以红色矩形框表明当前地图视窗显示范围，见图9.

图9 查询视窗

图10 图片视窗非查询状态下显示内容（左）、查询“新疆大学正门”状态下显示内容（右）

查询视窗分为三个选项卡，分别用于用属性查询图元、用图元查询属性、用文本查询属性.

图片视窗在未执行查询状态下显示默认内容（图10左），查询状态下显示查询地理要素对象的影像内容，如查询新疆大学正门时显示图10右.

状态栏右下角实时显示鼠标指针所在地图位置上的地理坐标，如图11.

图11 状态栏地理坐标实时显示

用户最终可以利用系统将地图视窗当前显示的全部内容保存为可选格式的图片文件，如图12所示.

图12 输出的地图文件

5 结论与展望

通过设计与实现新疆大学校园地理信息服务系统v1.0，主要得出以下结论：

（1）数字化、可视化的新疆大学校园地理信息系统适应现代高校规划与管理工作的发展需要，能够为众多用户提供校园地理信息服务.

（2）高分辨率遥感影像等多源空间数据协同进行空间数据采集、储存、编辑、显示、描述，可以较全面地反映校园包括各类地理要素的空间位置、分布及其关联属性信息的现状.

（3）系统界面友好、用户手册完备、操作简单，用户可以根据需求灵活地进行浏览、查询、图文标注、电子地图输出等实用操作.

（4）信息便于传输与共享，一次建设，可使全校共享准确、详实、便利的校园地理信息服务.即便校园环境发生变化，只需进行相应的数据更新，运行维护简捷高效.

在地理信息系统飞速发展的今天，新疆大学校园地理信息服务系统将继续向多语化、网络化、三维化、移动化方向发展，为更多用户提供服务，同时也与众多开发者与团队共同致力于“数字校园”建设.