面向對象的校園信息服務平臺設計與實現

毛燕清,蘇 鴻,李景文,,葉良松

(1.桂林理工大學土木與建筑工程學院，廣西桂林 541004；2.廣西科技信息網絡中心，廣西 南 寧 530012；3.桂林理工大學GIS研究中心，廣西桂林 541004；)

面向對象的校園信息服務平臺設計與實現

毛燕清1,蘇 鴻2,李景文1,3,葉良松3

(1.桂林理工大學土木與建筑工程學院，廣西桂林 541004；2.廣西科技信息網絡中心，廣西 南 寧 530012；3.桂林理工大學GIS研究中心，廣西桂林 541004；)

開放靈活的校園服務平臺是校園信息化建設的關鍵，其難點是校園信息數據的描述、組織和共享。在探討面向對象空間數據模型的基礎上提出了面向對象校園信息的組織方法、過程，以及服務平臺設計方法，重點研究了基于對象的校園信息組織管理模式與校園信息平臺設計框架，實現了集“人員”、“資產設備”、“地理空間信息”資源管理一體化的校園信息服務平臺，為校園信息綜合服務系統建設和校園信息數據共享提供新的方法和思路。

GIS；面向對象；校園信息；服務平臺

建立開放靈活的校園服務平臺是推進教育信息化建設的核心和基礎[1]。目前，“一卡通”、“校校通”等數字化校園方案雖然在一定程度上解決了與學生身份相關的學生管理、校園消費等數據集成問題[2]，但難以與學校其他部門的管理信息系統 (M IS)實現數據共享。如何整合現有資源，建立統一的“網上辦公”、“網上管理”、“網上教學”、“網上服務”的資源服務站點并實現統一用戶管理、統一資源管理及統一權限控制[3]，是校園信息服務平臺設計的關鍵。

本文提出一種面向對象的校園信息服務平臺設計方法，從空間認知的角度研究校園各地理實體的空間關系和基于地理實體的校園信息組織管理模式，探討并實現將“人員”、“資產設備”、“地理空間信息”資源進行統一管理的校園信息服務平臺，為校園綜合服務系統建設提供新思路。

1 面向對象空間數據模型 (OOSDM)[4]

1.1 空間對象

存在于現實世界的地理現象統稱為地理客體[5]，經過人腦認知領域抽象為地理實體，在計算機世界將其描述為空間對象。地理實體有其空間位置，實體間存在著一定的空間關系。空間對象是地理實體的抽象描述，是具有實際意義的基本地理單元，如對教學樓的信息進行管理，教學樓被抽象為空間對象。一個完整的空間對象描述包括空間信息(where)、語義信息(what)和時間 (when)信息，如圖1所示。空間信息描述對象的空間位置關系；語義信息是人們根據實際需要而定義的非客觀存在信息，如對學校的網絡中心進行管理，網絡中心定義為對象的語義特征；時間信息體現對象的變化運動及探測的過程。

圖1 地理空間對象的描述信息

1.2 面向對象空間數據模型 (OOSDM)

空間數據模型是用數據對地理對象的抽象和形式化描述，是研究地理空間數據表達、管理和空間分析的基礎。現實世界中，人們感知到的地理現象是一個個地理實體，如建筑物、道路等。傳統GIS數據模型以點、線、面的幾何分層方式表達空間對象，硬性分割了對象間的內部關系和語義關系，不能直接反映人們的感知[4][6]。本文采用文獻 [4]提出的面向對象數據模型(OOSDM)，該模型從地理空間認知的角度描述對象的特性、對象間的關系，定義與對象相關的操作，更符合人類理解地理實體的語義環境[7]。

1.3 OOSDM數據封裝

OOSDM是利用面向對象的技術，將GIS要處理的具有完整空間意義的地理對象的標識符、屬性與方法封裝在一起，簡捷、完整地表達了地理信息要素。對象間存在空間關系，多個對象組合構成新的對象，對象信息的表現、修改、操縱通過對象的方法接口來實現，對象的封裝如圖3所示。

圖3 面向對象空間數據模型封裝

2 基于OOSDM的校園對象構建過程

2.1 校園實體對象的劃分

在校園信息化平臺設計中，校園空間實體描述的是具有空間圖形信息的地理客體，包括道路、綠地、運動場、建筑物等，空間實體除了具有空間幾何信息，還具有完整的屬性信息；校園非空間實體包括教職工、學生、設備等，具有屬性信息及與空間實體的空間關系。

M insky提出的框架系統理論是一種有效的知識表達方法，可以較好地描述范圍廣泛的問題[4][9]。在描述校園實體結構關系時，本文將框架表示法與面向對象技術相結合，不僅能描述不同層次框架間復雜的網狀結構，而且能表達各實體單元及單元間的關系。結合面向對象方法，其形式是：

(對象名(組合對象名(元對象名m(元素m1值m1)… (元素mk值mk)…

元對象名n(元素n1值n1)… (元素nj值nj)))

采用上述方法劃分校園實體對象，運動場、綠地、道路為面狀地物，可將其抽象為元對象，建筑物是體狀地物，是構成整個校園的主體，抽象為組合對象。

從空間角度上分析，一棟建筑物由若干個房間構成，每個房間有相關工作人員(包括教職工等)和設備(包括電腦、桌椅等)。房間是具有完整空間意義的地理實體，定義為組合對象，人員、設備是具有完整屬性的最小信息單元，定義為元對象，屬性、方法等是構成元對象的元素。建筑物實體對象的描述如圖4所示。運動場、綠地、道路、建筑物、人員等對象間存在著復雜的空間關系和語義邏輯聯系，通過它們之間的網狀關系可提供索引、查詢和空間分析等操作。

圖4 建筑物實體對象描述方法

2.2 基于OOSDM的校園對象構建

OOSDM對象組合原則定義父對象屬性可以被繼承，元對象除了具有自身屬性外，還繼承了其父對象的屬性。類是具有相同屬性和行為的對象的抽象描述，對象是類的實例，每個對象都屬于某個“對象類”。子類與父類形成類層次結構，有縱向關系和橫向關系。縱向上，子類繼承上一層父類的所有屬性，又包含自身固有的信息；橫向上，對象類之間具有空間邏輯關系，通過屬性信息來表達。

在校園信息平臺中，將對象抽象為類，建筑物類與房間類具有自身的空間及非空間屬性，人員類、設備類除了具有自身的屬性信息外，還繼承了建筑物類、房間類的空間地理信息，并與其產生邏輯上的語義聯系，用E-R圖描述如圖5所示。

圖5 校園信息服務平臺對象關系E-R圖

3 面向對象的校園信息服務平臺的設計

面向對象的校園信息服務平臺是以計算機、網絡、數據庫、多媒體、GIS等相關技術為依托，通過對校園信息的調查、分析、組織、描述和表達，設計基于GIS技術的校園綜合服務管理系統，實現對教學、科研、管理和生活服務相關資源的數字化和網絡化，為校園信息資源提供統一的管理、服務平臺[10]。

3.1 校園信息服務平臺框架

依據上述理論設計校園信息化服務平臺的系統結構模型如圖6所示。

圖6 校園信息服務平臺總體架構

平臺框架分為 6層：①數據資源層，包含已構建的系統和應用程序，如教務管理系統等。②邏輯層，是平臺的關鍵層。對已有的數據資源進行數據轉換、組織、入庫工作，并存儲相應的地理信息數據到地理數據庫中，為平臺提供準確的數據支持。③服務層，是平臺的統一門戶總入口，為用戶提供信息與服務。④數據管理層，是平臺的核心層。該層基于邏輯層建立，是平臺資源的集成與交換中心，存儲空間信息與非空間信息的數據倉庫，提供數據容錯、數據安全保障、統一數據接口等機制。⑤基礎設施層，為平臺提供軟件、硬件、網絡資源等輔助功能。⑥角色訪問層，它能靈活地分配用戶權限，保證服務安全管理。

3.2 基于OOSDM的平臺實現

基于OOSDM的校園數據管理平臺，如圖7所示。圖 7中，數字序號①、②…⑤代表的是人員、設備元對象的屬性、位置等信息，是最小的信息單元，①、②構成組合對象房間1，房間1、2、3構成建筑物B，依此類推。在符合OOSDM對象構建標準的基礎上，對象非空間信息儲存在人員或設備數據庫，對象的空間信息存入地理數據庫，同一對象通過統一標識碼進行數據組織與管理。基于OOSDM的數據管理平臺屏蔽了校園已有異構M IS在數據模型、物理位置上的差異，用戶或服務器節點根據相應權限可以存取數據庫中的數據，并實現數據互操縱。

系統平臺選用.Net語言和Oracle9i數據庫進行開發，其特點是：①建立統一的門戶 (Portal)網站，它是應用支撐系統的總入口，不僅統一了界面訪問，又實現了用戶身份統一認證；②建立統一的數據庫群，有效地集成和管理分布式環境下的空間數據與非空間數據，并提供完善的數據管理、數據備份、數據恢復及數據一致性策略；③采用異步刷新 (AJAX)技術，實現空間信息異步請求與互操作，減輕服務器傳送大量數據的負擔，實現了客戶端與服務端的無縫結合。

圖7 基于OOSDM的空間數據管理

4 結 語

采用面向對象空間數據模型(OOSDM)，將校園實體的空間屬性、非空間屬性與方法進行統一封裝，結合框架描述法對不同層次關系和網絡關系的校園實體進行完整、連續地描述與表達，真實地模擬了校園語義環境。本文將面向對象空間數據模型應用到校園信息數據組織方法和數據管理過程中，實現了校園綜合信息的一體化服務，為校園信息數據共享和分布式管理提供了新的思路。

[1] 國家中長期教育改革和發展規劃綱要[N].(2010-2020)新華社,2010.7.29

[2] 張勝,趙玨.基于數字化校園環境的一卡通設計與實現[J].微計算機信息,2010，26(1-2):75-77

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Design and Implementation of Campus Information Service Platform Based on Object

by MAO Yanqing

Open and flexible campus services platform is the key to promoting campus information technology,the difficulty is the descripting,organizating and sharing of information and data.This article investigated the object-oriented spatial data model on the basis of proposing object-oriented method and process of information organization on campus,as well as the ways of designing the services platform.Focus on object-based information organization on campus and campus information management platform framework.To achieve aset of"people","capital equipment","geospatial information"resource management platform for the integration of campus information services,information service system for the construction of the campus and campus information sharing to provide new methods and ideas.

GIS,object-oriented,campus information,service platform（Page:87）

P208

B

1672-4623(2011)02-0087-03

2010-10-20

項目來源：廣西科學研究與技術開發計劃資助項目 (0992030-1、10100018-2)；廣西高校優秀人才資助計劃（桂教人 [2009]62號）。

毛燕清，碩士，研究方向為GIS理論和應用。