校园地理信息系统论文_校园地理信息系统的应用和结构设计研究

　　摘要:针对当前校园地理信息技术的发展现状，介绍了校园地理信息系统的应用、结构，探讨校园地理信息系统设计建设中的几个问题，分析了校园地理信息系统与3D、VR技术、人工神经网络相结合的发展趋势和前景。
　　关键词:地理信息；校园管理；校园地理信息系统
　　
　　引言
　　
　　随着信息技术的日新月异，以地理信息的收集、分析、处理、输出等功能为主的GIS技术在城市建设规划、环境资源利用、协调发展和决策支持等方面发挥巨大作用。校园地理信息系统 (CGIS)用图形、图像数字信息来表现校园各种空间及属性要素，为用户提供各种校园信息的查询、检索和必要的空间分析、统计操作以及按不同用户要求输出相应的专题要素，为校园的发展预测、规划决策、科学管理提供可靠依据。
　　
　　1 校园地理信息系统的应用
　　
　　1.1 校园地理信息的管理
　　CGIS的建立和应用，可以从根本上改变校园大部分信息的人工管理状态，如：学院综合信息(校园全景、党政机关、教学部门、后勤服务等)、学院各种教育资源信息(教学楼、实验室、图书馆、学生宿舍等)、校园基础设施信息(校园的各种建筑、道路、地下各种管线等)，通过独立分层的方式对校园各种数据进行管理，不但能较强地体现出校园信息数据的地理属性，而且使得信息的管理更加高效化、条理化。
　　1.2 校园信息的查询检索
　　CGIS的系统数据库包含了校园的各种空间及属性信息。这些信息可以以图形数据、图像数据、统计表数据以及文字数据等形式来反映。图形数据是CGIS的基础表现形式，主要通过校园的地形图、建筑平面图等形式表达校园地形、地物的空间分布；图像数据主要以像片的形式表达各种校园信息；统计表数据以专题表格的形式表达各种统计信息；文字数据以文字介绍的形式来表现信息。CGIS可以提供文字查询、地图查询、图像查询以及教学资源、公共设施、校园管线等信息的查询。
　　1.3在校园的发展规划、决策支持、评价等方面的应用
　　CGIS的主要作用应是充分利用GIS的分析、处理、操作功能，为校园的发展规划、决策支持、评价等快速而准确地提供各种所需的图、文、声、像并茂的资料。校园地理信息系统可以为学校的施工建设及时提供准确而现势的各种资料，如：管线的位置、埋深、临近管线的位置、横断面、纵断面、长度等，以此数据进行空间(包含、相交、缓冲区)分析，从而减少因地下管线信息不明或不准确而造成的各种损失。
　　
　　2 校园地理信息系统的结构设计
　　
　　CGIS的结构设计一般利用系统工程分析法和有关结构的概念，采用自上而下划分功能子系统，各个子系统又划分为多个功能模块，然后自下而上逐步实现。CGIS系统结构各子系统的功能与要求介绍如下：
　　2.1 系统主界面
　　主界面提供CGIS的主菜单，负责调度以及协调运行各子系统，设置系统的各种状态。
　　2.2 空间数据库管理子系统
　　空间数据库是CGIS运行的基础。数据库包括校园的有关教学资源、办公资源、各种建筑、道路、基础设施、地表景观、地下管网等信息的地理图形数据、图像数据、属性数据、多媒体数据等。CGIS空间数据库的管理主要包括校园中各种数据的采集、整理、存储、处理、查询、检索、更新、输出等。
　　2.3 模型数据库管理子系统
　　该系统主要负责建立、修改、查询用于分析、规划、决策的各种应用模型。如：校园某一专题的分析预测模型、校园环境质量预报模型等。
　　2.4 空间查询检索子系统
　　CGIS可以按不同的需求提供不同功能的信息查询和简单的分析统计。包括图形属性的双向查询，生成电子地图并在屏幕上可视化处理，对校园综合信息、教室信息、实验室信息、图书馆信息等某一专题要素的查询以及对教室分布情况、实验室设备情况、图书馆藏分布等进行分析。能够生成专题图、直观图。查询检索是CGIS的一个重要部分。
　　2.5 空间分析子系统
　　空间分析子系统是CGIS的另一个重要部分，通过组合空间分析命令以回答有关空间现象问题，即对一个空间决策过程进行模拟，以便用于系统的分析、预测和规划，它以空间数据库以及模型数据库为基础。空间分析主要包括：最佳路径分析、缓冲区分析、相交分析、网络分析、统计分析等。
　　2.6 数据输出与表达子系统
　　CGIS根据使用者提出的不同需求，采用屏幕显示、绘图、打印、立体模拟等方式表达给用户。
　　
　　3 校园地理信息系统设计建设中的几个问题
　　
　　3.1 校园地理信息的分类与编码
　　科学、规范地对校园地理信息进行分类、编码，能够促进CGIS的规范化与标准化，更好的发挥CGIS的功能。分类可以按不同方式来进行，按地形、地物的不同构成分为：点状地物、线状地物、面状地物；可以按不同专题来分类：校园综合信息专题、教学楼信息专题、学生宿舍信息专题等。校园地理信息数据量大，一般需要采用压缩数据的编码方式减少数据冗余，编码应尽量层次清晰，简短明了。
　　3.2 校园地理信息系统用户界面的开发
　　用户界面是人机交互的接口，校园地理信息系统采用菜单驱动的方式将各种类型、不同级别的数据有机地联系起来。校园地理信息系统界面设计的原则是：友好方便，体现出用户的需求，易于用户操作和使用，符合校园教学管理等工作的特点和要求。纯用户化的界面可以根据不同用户的需求来开发，用户界面的开发包括菜单条、菜单、菜单项、对话框的开发与设计以及联机文档、帮助文件等。
　　3.3 校园地理信息系统应用模型的开发与建立
　　校园地理信息系统除完善空间分析、空间操作功能外，还应着力解决各种应用分析模型（空间数据模型）的开发与建立，如：分析预测模型、优化模型、比较模型等，提高系统的分析功能，快速完成各种分析、预测、规划、决策。
　　
　　4 校园地理信息系统的发展方向和前景
　　
　　4.1 数据的采集与更新将与3S综合集成技术相结合
　　CGIS要保持很强的现势性，一个很重要的方面就是数据的采集与更新。3S综合集成技术作为实时、客观获取空间信息的新兴技术手段，已成为GIS的重要数据来源。随着3S综合集成技术的应用与发展，在CGIS的设计建设当中，应将3S综合集成术应用其中，自动、实时地采集各种校园信息，对空间数据库进行动态更新，保持校园地理信息的现势性。
　　4.2 三维(3D-CGIS)校园地理信息系统以及虚拟 (VR-CGIS)校园地理信息系统的实现
　　应用三维(3D)技术以及虚拟现实(VR)技术将校园地理空间在电脑中立体化显示，可以使用户有身临其境的感觉，增加对现实场景的认知与了解。在预测与规划当中，还可以仿真与虚拟现实场景，预先体验感受，以便进一步完善规划方案。清华大学开发研制的“清华大学校园三维可视化场景”已初步实现了此项功能。CGIS与3D、VR技术相结合，必将促进CGIS仿真与虚拟技术的发展。
　　4.3基于GIS和人工神经网络的校园发展预测
　　人工神经网络（ANN）是由大量简单神经元联结而成的非线性复杂系统，具有并行分布处理、自组织、自适应、自学习和健全性与容错性等特点，在模式识别、方案决策、知识处理等方面具有很强的能力。把人工神经网络和地理信息系统相结合，可以发挥各自信息处理方面的优势，能够精确再现校园发展过程。将GIS技术和ANN技术相结合，建立校园用地转换模型，可以对校园的用地进行预测。
　　
　　参考文献
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