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【摘要】校园作为城市或地区的一个缩影，信息的管理有自身的特点。本文以北京林业大学为例，阐述了系统基于B/S的多层总体结构、数据库设计和功能设计，并使用高分辨率遥感数据作为数据源，在ArcGIS平台上开发了校园地理信息系统。还结合数据库技术，加入了实地调查的各办公室的详细属性信息，并使用X3D技术建立了部分校园建筑的三维模型，使系统具有较高的实用性。
【关键词】WebGIS；校园地理信息系统；属性信息
1.引言
校园作为城市或地区的一个缩影，它的研究能够为城市大环境的综合研究起到借鉴作用。地理信息系统(GIS)是一种有效的空间信息管理和分析的新技术，其核心是对空间数据的管理，具有强大的空间数据管理，地理分析和空间分析的功能，适应现代校园管理的各种需求[1-4]。随着Internet技术的不断发展和人们对空间信息的需求，基于Internet技术的地理信息系统——WebGIS应运而生。利用WebGIS上发布空间数据，为用户提供空间数据的浏览、查询和分析，已经成为GIS发展的必然趋势[5]。目前，已经有很多学者对校园地理信息系统开展了研究，例如，李金生等在Visual Basic环境下使用MapInfo进行二次开发，设计并实现了校园GIS查询系统[6]；杨武年等进行了成都理工大学校园空间信息系统构建的研究[7]；钟广锐等简要分析了WebGIS的技术特点，阐述了利用WebGIS的代表软件SuperMap IS进行校园地理信息系统开发的解决方案[8]；闻建光等[2]和李巍岳等[9]分别研究了使用遥感影像为数据源，建立校园地理信息系统的优势和方法；孔宇强[10]和胡云华等[4]还在校园地理信息系统中引入了虚拟现实技术。但是，这些研究只注重了地理信息（例如建筑物的位置等），没有用详细的属性信息（如建筑物内各办公室的详细信息）充实校园地理信息系统。本文以北京林业大学为例，阐述了以ArcGIS为平台，采用高分辨率遥感影像作为数据源，同时结合数据库技术的校园WebGIS系统开发思路，并对北京林业大学校园WebGIS系统的总体结构设计、数据库设计以、系统功能结构的实现和校园三维模型的建立作了重点介绍。
2.数据来源
2.1 空间数据
空间数据包括北京林业大学遥感影像、北京市五环内遥感影像地图和北京林业大学地物分布图。其中，北京林业大学影像采用Google Earth上北京林业大学地区的影像。北京市五环内遥感影像地图的比例尺为1：2000，影像空间分辨率为2.5米，坐标系为西安80大地坐标系，投影为高斯-克吕格6°带投影，投影带带号为20，用于校正北京林业大学影像。北京林业大学地物分布图通过使用ArcGIS对北京林业大学影像进行矢量化获得。
2.2 属性数据
属性数据包括学校教学主楼、林业楼、生物楼、理学楼、森工楼内所有办公室的基本信息。获取这些数据的方法为对这些办公室进行实地调查。
3.系统体系结构
本系统主要以基于Web的B/S网络架构模式实现，体系结构采用五层结构设计（如图1所示），分别为支撑层、数据层、应用服务层、应用层和表示层。其中，支撑层是整个系统开发的基石，包括软件、硬件环境及网络基础设施等的开发及运行环境；也包括开发的关键技术，例如包括3S技术、WebGIS技术等。数据层是系统的核心，主要包括支撑系统运行的一切数据，并根据需求分成若干子数据库——空间数据库、非空间数据库及元数据库。应用服务层是应用层与数据层之间的桥梁，为各业务功能提取其所需的相关数据提供服务，主要包括GIS地理信息系统平台及基于该平台所建立的基础服务中间件。应用层位于应用服务层之上，依托应用服务平台环境，接受用户请求，调用应用服务层中的控件和数据存储层中的数据对用户的请求进行处理，并将处理结果返回给用表示层。表示层是标准的Web浏览器，负责与用户交互，用于向应用层服务器发送请求并显示服务器返回的结果。系统体系结构如图1所示。
4.系统数据库设计
本研究采用分离存储的方式独立存储空间数据和属性数据，并通过建筑物ID值进行空间数据库与属性数据库的关联[13]。
4.1 空间数据库
空间数据库存储的内容包括北京市地形图、北京林业大学矢量数据和卫星影像等空间信息数据。该数据库存储空间定位控制数据和一些相对稳定的参考性数据，很多应用都基于该数据库。其中，矢量数据的属性结构如表1所示
4.2 属性数据库
属性数据库存储的内容是对应于地图实体的校园主要建筑物内部的详细信息。本系统采用实体-联系模型对属性数据库进行了概念模型设计，建立了实体联系模型，模型如图2所示。
根据属性数据库的概念模型建立其逻辑模型，设计了数据库的属性结构，属性表结构如表2、3所示。
4.3 元数据库
元数据是描述地理信息数据集内容、表示、空间参考、质量及管理的数据。是实现地理空间信息共享的核心标准之一[14]。2005年，我国推出了国家标准《地理信息元数据》[15]，规定了地理信息发行中元数据所必须包含的内容，本文依据该标准建立元数据库。
5.系统功能设计与实现
本系统主要功能是综合校园的空间信息和属性信息，使用ArcGIS Server构建统一的展示平台，在可视化的环境下提供对空间信息与属性信息一体化显示和查询，同时使用X3D技术构建校园三维模型，为校园实现可视化管理、分析与决策提供支持。使用户系统总体功能结构如图3所示，系统运行如图4所示。
5.1 地图浏览操作
系统采用分层管理矢量数据和卫星影像的方式对校园地图进行展示，用户可以根据需要加载感兴趣的图层进行浏览。主要实现了地图的放大、缩小、漫游、全幅显示、局部放大、鹰眼显示等功能，系统运行界面见图5。
5.2 信息查询
本系统提供了多种方式进行空间及属性信息一体化查询方式，主要包括通过图形查询属性信息、通过属性查询图形位置和详细属性信息查询。
5.2.1 通过图形查询属性信息
用户选择自己感兴趣的图层，并通过点选查询、园选查询或多边形选择查询的方式选择感兴趣的区域，系统将返回这些区域的属性信息列表。
5.2.2 通过属性信息查询图形
用户选择自己感兴趣的图层，在文本框中输入要查询的地物名称，进行查询，系统将高亮显示符合条件的区域，并将被选中的区域居中显示。
5.2.3 详细信息查询
用户在文本框中输要要查询的楼名和部门名，进行详细信息查询，系统将返回符合条件的所有办公室的详细信息。
5.3 三维漫游
本系统的三维漫游模块可以让用户使用IE浏览器漫游校园三维模型。该功能包括室内模型和室外模型两部分内容。在建立室外模型时，使用基于X3D技术的Vizx3D软件，将校园内主要地物的模型导入虚拟三维场景，根据校正后的遥感影像确定模型的位置和大小，同时增加了Background节点（背景）和NavagationInfo（漫游）节点，用户可以在该模型中以行走的方式漫游（如图6所示）。本文还以林业楼为例建立了室内三维模型。首先，通过实习测量获得林业楼内各办公室的实际大小，并根据测量结果使用Sketch up软件建立林业楼内部各办公室的轮廓，并使用Photoshop软件处理后的照片作为图片纹理。用户可依次浏览林业楼内各楼层的三维模型（如图7所示）。室内模型与室外模型间的连接以及林业楼内各层模型间的连接使用vrml语言中的Anchor节点实现。
6.结语
计算机技术、Internet及GIS技术的不断发展为促进WebGIS技术应用提供了强有力的技术支持，也大大加快了GIS的普及速度。将WebGIS引入到校园信息系统建设对于校园信息化建设，开发具有实用价值的校园管理信息系统，以实现高校管理自动化、科学化、网络化和智能化具有重要意义[12、13]。本文使用ArcGIS开发平台，以高分辨率遥感影像作为数据源，结合数据库技术以北京林业大学为例开发了校园里地信息系统，并且加入了实地调查的各办公室的详细信息，提高了系统的实用性。在今后的研究中，还应网络技术进一步发展的基础上尝试进一步引入虚拟现实技术，并实现校园三维模型与二维数据的联动，从而进一步曾强校园地理信息系统的展示效果。
参考文献
[1]李巍岳,武文波,马聪.基于QuickBird影像的校园地理信息系统设计[J].测绘科学,2010,35(4),205-207.
[2]闻建光,许惠平,刘万崧.基于遥感影像的校园地理信息系统[J].遥感技术与应用,2005,20(4),304-308.
[3]李保杰.基于B/S架构的校园地理信息系统设计与实现[J].计算机与数字工程,2010,38(7),89-92.
[4]胡云华,赵玉梅,于倩,封尧,孙苗,耿伟华.基于Map Object的3D校园地理信息系统的设计与实现[J].现代计算机(专业版),2010,4,65-68.
[5]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,1999:13-14.
[6]李金生,刘岩,周园,张博.基于MapInfo的校园GIS查询系统的设计与实现[J].测绘与空间地理信息,2008,31(12),31-33.
[7]杨武年,濮国梁.数字成都理工大学校园空间信息系统的构建与实现[J].成都理工大学学报(自然科学版),2005,32(1):101-106.
[8]钟广锐.基于WebGIS技术的校园地理信息系统的设计与实现[J].测绘与空间地理信息,2005,28(2),33-35.
[9]李巍岳,武文波,马聪.基于QuickBird影像的校园地理信息系统设计[J].测绘科学,2010,35(4),205-207.
[10]孔宇强.基于WebGIS和VR技术的校园地理信息系统设计[J].福建电脑,2011,4,102-103.
[11]李战成,马明栋,李保杰.基于WebGIS的校园地理信息系统的设计与实现——以徐州师范大学为例[J].苏州科技学院学报(工程技术版),2006,19(12),86-90.
[12]钟春荣,刘平辉.基于Supermap IS.NET的校园地理信息系统设计研究——以东华理工大学为例[J].科技广场,2008,8,49-52.
[13]张长锁,袁永博.基于WebGIS的校园地理信息系统的研究与应用[J].地理空间信息,2008,6(4),108-113.
[14]吴信才等.地理信息系统原理与方法(第二版)[M].北京:电子工业出版社,2009.
[15]GB/T 19710-2005 地理信息 元数据（ISO 19115:2003,MOD).
项目资助：北京林业大学2011年大学生科研训练计划（项目编号：110105）。
作者简介：
郝鹏宇，男，大学本科，现就读于北京林业大学，研究方向：地图学与地理信息系统。
责任作者：张晓丽，博士，教授，研究方向：3S技术在资源环境中的应用研究。
【关键词】WebGIS；校园地理信息系统；属性信息
1.引言
校园作为城市或地区的一个缩影，它的研究能够为城市大环境的综合研究起到借鉴作用。地理信息系统(GIS)是一种有效的空间信息管理和分析的新技术，其核心是对空间数据的管理，具有强大的空间数据管理，地理分析和空间分析的功能，适应现代校园管理的各种需求[1-4]。随着Internet技术的不断发展和人们对空间信息的需求，基于Internet技术的地理信息系统——WebGIS应运而生。利用WebGIS上发布空间数据，为用户提供空间数据的浏览、查询和分析，已经成为GIS发展的必然趋势[5]。目前，已经有很多学者对校园地理信息系统开展了研究，例如，李金生等在Visual Basic环境下使用MapInfo进行二次开发，设计并实现了校园GIS查询系统[6]；杨武年等进行了成都理工大学校园空间信息系统构建的研究[7]；钟广锐等简要分析了WebGIS的技术特点，阐述了利用WebGIS的代表软件SuperMap IS进行校园地理信息系统开发的解决方案[8]；闻建光等[2]和李巍岳等[9]分别研究了使用遥感影像为数据源，建立校园地理信息系统的优势和方法；孔宇强[10]和胡云华等[4]还在校园地理信息系统中引入了虚拟现实技术。但是，这些研究只注重了地理信息（例如建筑物的位置等），没有用详细的属性信息（如建筑物内各办公室的详细信息）充实校园地理信息系统。本文以北京林业大学为例，阐述了以ArcGIS为平台，采用高分辨率遥感影像作为数据源，同时结合数据库技术的校园WebGIS系统开发思路，并对北京林业大学校园WebGIS系统的总体结构设计、数据库设计以、系统功能结构的实现和校园三维模型的建立作了重点介绍。
2.数据来源
2.1 空间数据
空间数据包括北京林业大学遥感影像、北京市五环内遥感影像地图和北京林业大学地物分布图。其中，北京林业大学影像采用Google Earth上北京林业大学地区的影像。北京市五环内遥感影像地图的比例尺为1：2000，影像空间分辨率为2.5米，坐标系为西安80大地坐标系，投影为高斯-克吕格6°带投影，投影带带号为20，用于校正北京林业大学影像。北京林业大学地物分布图通过使用ArcGIS对北京林业大学影像进行矢量化获得。
2.2 属性数据
属性数据包括学校教学主楼、林业楼、生物楼、理学楼、森工楼内所有办公室的基本信息。获取这些数据的方法为对这些办公室进行实地调查。
3.系统体系结构
本系统主要以基于Web的B/S网络架构模式实现，体系结构采用五层结构设计（如图1所示），分别为支撑层、数据层、应用服务层、应用层和表示层。其中，支撑层是整个系统开发的基石，包括软件、硬件环境及网络基础设施等的开发及运行环境；也包括开发的关键技术，例如包括3S技术、WebGIS技术等。数据层是系统的核心，主要包括支撑系统运行的一切数据，并根据需求分成若干子数据库——空间数据库、非空间数据库及元数据库。应用服务层是应用层与数据层之间的桥梁，为各业务功能提取其所需的相关数据提供服务，主要包括GIS地理信息系统平台及基于该平台所建立的基础服务中间件。应用层位于应用服务层之上，依托应用服务平台环境，接受用户请求，调用应用服务层中的控件和数据存储层中的数据对用户的请求进行处理，并将处理结果返回给用表示层。表示层是标准的Web浏览器，负责与用户交互，用于向应用层服务器发送请求并显示服务器返回的结果。系统体系结构如图1所示。
4.系统数据库设计
本研究采用分离存储的方式独立存储空间数据和属性数据，并通过建筑物ID值进行空间数据库与属性数据库的关联[13]。
4.1 空间数据库
空间数据库存储的内容包括北京市地形图、北京林业大学矢量数据和卫星影像等空间信息数据。该数据库存储空间定位控制数据和一些相对稳定的参考性数据，很多应用都基于该数据库。其中，矢量数据的属性结构如表1所示
4.2 属性数据库
属性数据库存储的内容是对应于地图实体的校园主要建筑物内部的详细信息。本系统采用实体-联系模型对属性数据库进行了概念模型设计，建立了实体联系模型，模型如图2所示。
根据属性数据库的概念模型建立其逻辑模型，设计了数据库的属性结构，属性表结构如表2、3所示。
4.3 元数据库
元数据是描述地理信息数据集内容、表示、空间参考、质量及管理的数据。是实现地理空间信息共享的核心标准之一[14]。2005年，我国推出了国家标准《地理信息元数据》[15]，规定了地理信息发行中元数据所必须包含的内容，本文依据该标准建立元数据库。
5.系统功能设计与实现
本系统主要功能是综合校园的空间信息和属性信息，使用ArcGIS Server构建统一的展示平台，在可视化的环境下提供对空间信息与属性信息一体化显示和查询，同时使用X3D技术构建校园三维模型，为校园实现可视化管理、分析与决策提供支持。使用户系统总体功能结构如图3所示，系统运行如图4所示。
5.1 地图浏览操作
系统采用分层管理矢量数据和卫星影像的方式对校园地图进行展示，用户可以根据需要加载感兴趣的图层进行浏览。主要实现了地图的放大、缩小、漫游、全幅显示、局部放大、鹰眼显示等功能，系统运行界面见图5。
5.2 信息查询
本系统提供了多种方式进行空间及属性信息一体化查询方式，主要包括通过图形查询属性信息、通过属性查询图形位置和详细属性信息查询。
5.2.1 通过图形查询属性信息
用户选择自己感兴趣的图层，并通过点选查询、园选查询或多边形选择查询的方式选择感兴趣的区域，系统将返回这些区域的属性信息列表。
5.2.2 通过属性信息查询图形
用户选择自己感兴趣的图层，在文本框中输入要查询的地物名称，进行查询，系统将高亮显示符合条件的区域，并将被选中的区域居中显示。
5.2.3 详细信息查询
用户在文本框中输要要查询的楼名和部门名，进行详细信息查询，系统将返回符合条件的所有办公室的详细信息。
5.3 三维漫游
本系统的三维漫游模块可以让用户使用IE浏览器漫游校园三维模型。该功能包括室内模型和室外模型两部分内容。在建立室外模型时，使用基于X3D技术的Vizx3D软件，将校园内主要地物的模型导入虚拟三维场景，根据校正后的遥感影像确定模型的位置和大小，同时增加了Background节点（背景）和NavagationInfo（漫游）节点，用户可以在该模型中以行走的方式漫游（如图6所示）。本文还以林业楼为例建立了室内三维模型。首先，通过实习测量获得林业楼内各办公室的实际大小，并根据测量结果使用Sketch up软件建立林业楼内部各办公室的轮廓，并使用Photoshop软件处理后的照片作为图片纹理。用户可依次浏览林业楼内各楼层的三维模型（如图7所示）。室内模型与室外模型间的连接以及林业楼内各层模型间的连接使用vrml语言中的Anchor节点实现。
6.结语
计算机技术、Internet及GIS技术的不断发展为促进WebGIS技术应用提供了强有力的技术支持，也大大加快了GIS的普及速度。将WebGIS引入到校园信息系统建设对于校园信息化建设，开发具有实用价值的校园管理信息系统，以实现高校管理自动化、科学化、网络化和智能化具有重要意义[12、13]。本文使用ArcGIS开发平台，以高分辨率遥感影像作为数据源，结合数据库技术以北京林业大学为例开发了校园里地信息系统，并且加入了实地调查的各办公室的详细信息，提高了系统的实用性。在今后的研究中，还应网络技术进一步发展的基础上尝试进一步引入虚拟现实技术，并实现校园三维模型与二维数据的联动，从而进一步曾强校园地理信息系统的展示效果。
参考文献
[1]李巍岳,武文波,马聪.基于QuickBird影像的校园地理信息系统设计[J].测绘科学,2010,35(4),205-207.
[2]闻建光,许惠平,刘万崧.基于遥感影像的校园地理信息系统[J].遥感技术与应用,2005,20(4),304-308.
[3]李保杰.基于B/S架构的校园地理信息系统设计与实现[J].计算机与数字工程,2010,38(7),89-92.
[4]胡云华,赵玉梅,于倩,封尧,孙苗,耿伟华.基于Map Object的3D校园地理信息系统的设计与实现[J].现代计算机(专业版),2010,4,65-68.
[5]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,1999:13-14.
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[7]杨武年,濮国梁.数字成都理工大学校园空间信息系统的构建与实现[J].成都理工大学学报(自然科学版),2005,32(1):101-106.
[8]钟广锐.基于WebGIS技术的校园地理信息系统的设计与实现[J].测绘与空间地理信息,2005,28(2),33-35.
[9]李巍岳,武文波,马聪.基于QuickBird影像的校园地理信息系统设计[J].测绘科学,2010,35(4),205-207.
[10]孔宇强.基于WebGIS和VR技术的校园地理信息系统设计[J].福建电脑,2011,4,102-103.
[11]李战成,马明栋,李保杰.基于WebGIS的校园地理信息系统的设计与实现——以徐州师范大学为例[J].苏州科技学院学报(工程技术版),2006,19(12),86-90.
[12]钟春荣,刘平辉.基于Supermap IS.NET的校园地理信息系统设计研究——以东华理工大学为例[J].科技广场,2008,8,49-52.
[13]张长锁,袁永博.基于WebGIS的校园地理信息系统的研究与应用[J].地理空间信息,2008,6(4),108-113.
[14]吴信才等.地理信息系统原理与方法(第二版)[M].北京:电子工业出版社,2009.
[15]GB/T 19710-2005 地理信息 元数据（ISO 19115:2003,MOD).
项目资助：北京林业大学2011年大学生科研训练计划（项目编号：110105）。
作者简介：
郝鹏宇，男，大学本科，现就读于北京林业大学，研究方向：地图学与地理信息系统。
责任作者：张晓丽，博士，教授，研究方向：3S技术在资源环境中的应用研究。