基于WebGIS的三維智慧校園研究與設計

孫宇 任海鵬

摘要：當今社會，移動網絡、地理信息系統（GIS）、智能手機等信息手段飛速發展并廣泛運用，老舊的信息化體系已然難以適應教育學習、科學研究以及事務管理的要求，該文全方位剖析三維智慧校園系統的實際運用及成果，通過三維建模、WebGIS、GPS定位等開發手段創建一個多元化、數據化、智能化的虛擬校園，進而實現校園管理便利化、校園資源共享化。

關鍵詞：WebGIS；三維建模；GPS定位；智慧校園

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）28-0273-03

Research and Design of 3D Smart Campus Based on WebGIS

SUN Yu， REN Hai-peng

（Anhui Technical College of Mechanical and Electrical The Department of Information Engineering， Wuhu 241002，China）

Abstract：In today's society， information tools such as mobile networks， geographic information systems （GIS）， and smart phones have been rapidly developed and widely used. Old information systems have been difficult to adapt to the requirements of education， research， and business management. This paper comprehensive analyze the three-dimensional wisdom campus system and results of practical application，through a three-dimensional modeling， WebGIS， GPS positioning and other development tools to create a diversified， data-based， intelligent virtual campus， and then achieve the convenience of campus management， campus resource sharing.

Key words： WebGIS； 3D modeling； GPS localization； intelligent campus

隨著高等院校學生數量的不斷增長，許多高等學校也逐漸開始擴增至兩個、三個甚至是四個校區。為了跟上招生宣傳、科學研究、教育學習的步伐，運用最新的信息手段創建一個集校區導向、新生傳播、園區展覽、校園事務處置為一體的三維智慧校園，這一目標已然被各大高等院校當作奮斗目標和科研新寵，將對高等院校的教書育人、科學研究、行政事務的發展給予極大的幫助。WebGIS是一種利用互聯網、地理信息系統、多媒體信息技術開發的基礎服務軟件，該軟件能夠為三維智慧校園建設提供應用服務平臺，針對教室、圖書館、食堂、宿舍、科研大樓、學習園地等校園方位空間資源進行收集、存儲、查詢、建構模型、剖析和對外傳輸，為三維智慧校園的其他應用提供全面地域信息數據幫助，選擇清楚便利的方式展現地域信息數據優勢，有利于校區的合理創建以及校區資源的合理配置，為教學、科研和管理提供便利[1]。

1 三維智慧校園系統功能分析

學校是一個涉及多個范疇的地區，人、財、物一直都在持續地更新，囊括了大量的數據資源 [2]。當今時代，各大高校為了跟上時代更新的步伐，開始步入了變革的攻堅克難階段，大批量置辦辦公用品、授課儀器和科學研究的相關裝備，擴建了校區的占地面積，這些都對校區管理產生極大的困難，目前校區管理存在的困難主要有下列幾點：

（1）校區基礎設施建設工程進展迅速，校區環境日新月異，校區覆蓋用地、建筑物裝飾的不斷擴充也給學生及外來“游客”帶來了觀光困難等困擾。

（2）校園里的教學樓、圖書室、科研館、學生公寓等建筑物長期采用圖文結合的展覽形式，這種靜態地描述無法達到逼真、形象、直接地吸引參觀者的效果。

（3）對于師生、財產、設備物品等相關信息的處理仍停留在單一使用階段，選擇的管理處置手段通常是老舊的MIS信息管理方法，結果限制于人、事、物固有屬性信息層面而無法上升到其空間特性，表現內容及形式非常單一。

因此，伴隨移動網絡、地理信息系統（GIS）、智能移動終端等手段的廣泛應用和飛速發展，為了能夠合理改善以上難點，該文提出運用新興的三維模型建構、WebGIS、GPS定位等手段創立一個立體化、信息化、智能化的虛擬校區，使校園服務和資源共享更加靈活便利。校園主要功能如圖1所示。

三維智慧校園的最大優勢在于涵蓋了位置導向功能、教室布局功能、學生公寓布局功能、閱覽室查詢功能、食堂分散布局功能、日常設備安裝功能，這些功能的研究確立運用了GIS地圖資源、GPS信息和空間模型數據[3]。每一個功能的詳細描述如下：

（1）定位導航服務。老師、同學等校內職工或校外來客可以通過進入三維智慧校園網站，然后點擊定位導向功能，進而了解自己目前所在的方位、需要前往的目標方位，構成一整套智能導向系統。位置導向可以搜索校園的每條路徑、泊車區、教師辦公大樓、ATM機器、游泳館等場所，為校園的服務提供了極大的便利。

（2）教室布局服務。教室結構布局可以選擇三維立體模型的構造方式，搜索每一個教室的方位、人員占用情況等信息，為老師實時了解上課教室方位、占用、情況等提供了極大的便利。

（3）宿舍分布服務。新生入校簽到結束后，后勤宿管人員為每位新生安排房間，宿舍分布功能可以有效協助內勤查找觀看房間的入住情況，新生也可以根據所在學院專業等搜索上課教室的方位和使用情況。

（4）圖書館導航服務。圖書館是三維智慧校園的主要職能之一，里面收藏的書籍種類繁雜，一般分成理化類、工科類、文史類、外語類，同時設置了許多可供學生上自習的教室，包括樓上樓下等內容，因此三維導航服務還可以幫助學生了解圖書館的開放關閉時間、管內書種、是否借用等。

（5）食堂分布服務。食堂布局可以選擇三維構造模式，搜索每一個食堂的方位、人員現狀等信息，為老師和學生快速了解食堂方位、放飯與否提供便利。食堂分布服務安裝了許多的攝像裝置，這些裝置可以進行信息加工和處理，具有重要的作用和意義。

（6）日常設施分布服務。學校是一個微社會，關系到學生日常的許多層面，比如銀行業務、超市購物、浴室、體育館、話費充值等情況，便于教師、學生生活。日常生活設備分布雖然不是學校的重點，但是這些場所分布較散亂，并且常常幾個設備聚集一棟大樓中，因此系統在研制過程中要求準確的建模和數據計算，以便很好地展現在WebGIS中，利于老師、學生和其他使用者搜索和運用。

三維智慧校園服務系統中，其最根本的信息功能有地圖數據服務、空間模型數據服務和GIS應用服務。地圖數據服務通過與經緯度相結合，同時錄入校園的每一條路徑，進而為使用者提供位置坐標，該服務是遵循OGC開放規則研發而成的WMS和WFS-T服務器，并且可以將地圖信息作為maps/images最終發布WEB應用服務。空間模型信息服務可以根據校園的路徑、建筑物造型等，運用高清晰錄像機進行攝影，然后經過3DSMAX等手段進行模型建構，對空間模型信息進行歸類，實現空間模型數據的柵格、網絡、影像、拓撲、矢量、網格化管理，也可以集中分析空間信息內容。GIS應用服務體系可以為使用者構建整套的集成體系，完成地圖數據采集，涵蓋了地圖信息的擴大、收縮、漫游、呈現、分析、策略功能，并且具備地圖信息的打印功能，為各自類別的運用服務提供一整套API端口。

2 WebGIS在三維智慧校園系統中的應用

地理信息系統是多媒體技術在空間數據處理中的一種應用模式，也是空間地理對多媒體信息應用的新展示[4]。Web GIS的誕生與發展是GIS技術、通信技術、信息技術發展到一定時期的產物，也是GIS與當前Internet集成的結果。WebGIS作為一個功能強大的地圖服務平臺，其集成了傳統的地圖服務器、Servlet、JSP和ASP .NET等手段，在三維智慧校園系統中開發與實現過程中，WebGIS的重要手段包括空間地圖數據壓縮與解壓縮、在線閱讀和散落式WebGIS信息庫管理[5]。

（1）GIS空間地圖數據壓縮與解壓縮。三維智慧校園體系開發時，由于WebGIS需要存儲大量的數據內容，這些數據涉及大量的GIS空間地圖數據，因此如何實現一個高質量的信息集成手段非常關鍵。三維智慧校園系統設計與實現過程中，本文采用小波理論，其可以在短時間內提取地圖的相關特征，利用時序圖像之間的相關性，從時間上、空間上壓縮地圖信息，這樣就可以保證GIS空間地圖數據的完整性和清晰度，同時也可以更好地將這些地圖數據與學校的建筑模型進行結合，擯棄實現影響數據庫無縫漫游、網上數據分發、數據通信傳播，便于人們在不浪費流量的情況下進行數據壓縮和解壓縮[6]。

（2）基于WAP的Web瀏覽技術。目前，三維智慧校園系統主要運行于個人的iPad、智能手機等移動設備上，因為這些設備攜帶了GPS定位器，可以實時的定位到GIS中的某一個位置。因此，基于WAP技術實現WebGIS瀏覽過程中需要解決無線網傳輸信息穩定性低、網絡環境安全性較低的問題，本文三維智慧校園系統研究過程中采用的模式是安裝一個APP，這個應用程序可以預先幫助校園學生和教師用戶下載GIS地圖和學校建筑物模型，如果用戶登錄系統進行定位圖書館、體育館或餐廳時，系統自動加載GIS地圖和模型，同時將用戶的位置信息發送給系統，實時的展現人的位置信息[7]。

（3）分布式Web GIS數據庫管理。目前，WebGIS信息庫管理方法很多，比如對象信息庫、空間資源庫等，這些資源庫可以實現三維地圖信息、建筑模型信息；數據庫訪問手段也很多，包括CGI方式、Web服務器方式等，同時使用API方式、JDBC方式、Object Web方式等四種方法實現信息處理和功能。Object Web是一項分散式的訪問手段，其同意用戶利用客戶機直接調用服務器，產生的費用非常小，減少了CGI技術，可以形成一個強大的訪問瓶頸，這兩種方式都獨立于語言，也都是組件式的操作模式。另外，分散式管理體系在實現存儲功能時，為了能夠更好地完成整體的操作和處理，還可以采用ESB方式和SOA方式，這樣就可以實現一個面向服務的異構系統通信架構，保證三維智慧校園系統在Android系統、Windows系統或Mac系統上運行[8]。

（4）Java程序語言。三維智慧校園系統開發過程中，需要將這些GIS、GPS等編程實現出來，可以將其發布于Web服務器，供用戶通過三維智慧校園系統進行使用。Java程序采用了面向對象開發思想，能夠將空間地理對象和三維建筑模型對象集成到數據庫中，并且與當前流行的Eclipse集成開發平臺一起設計，改進了信息庫的訪問和操作。

3 結束語

隨著校園信息化的快速發展和進步，傳統信息化模式也在不斷的革新，本文提出了一種基于WebGIS的三維智慧校園系統，該系統能夠將Web服務技術、GIS技術、智能手機、GPS技術等集成在一起，引入地理空間信息數據，利用構建三維的建筑物模型，為學校應用提供了一套完善的虛擬化校園體系，該體系能夠實時的顯示教室、圖書館、餐廳、體育館等常用建筑的地理位置及使用狀況。三維智慧校園系統擴展了地理信息系統的使用范疇，將空間地圖數據與三維建筑模型集成在一起，具有重要的作用和意義。

參考文獻：

[1] 于海霞， 梁妍， 李鈺. Webgis技術在高校三維智慧校園建設中的應用研究[J]. 黑龍江科學， 2016， 7（19）：46-47.

[2] 羅敏. 基于WebGIS的水利特色全景智慧校園系統的設計與研究[J]. 電子測試， 2016（12）：19-22.

[3] 吳風華， 張亞寧. 應用WebGIS設計與實現二三維一體化系統[J]. 測繪通報， 2014（7）：125-127.

[4] 盧凌雯， 梁棟棟. 基于WebGIS三維數字校園設計與實現——以安徽師范大學為例[J]. 電腦知識與技術：學術交流， 2016， 12（5）：238-239.

[5] 張超. 移動互聯網在智慧校園服務平臺中的應用與實現[J]. 科技創新導報， 2015（29）：233-234.

[6] 盧洪剛， 李紅清， 劉善偉. 基于GIS的校園地下管線管理系統研究[J]. 測繪與空間地理信息， 2015（5）：145-147.

[7] 關穎， 朱翊， 李汝雯，等. 基于GIS的區域經濟空間差異分析系統[J]. 地理信息世界， 2014（3）：54-58.

[8] 張曉楠， 任志國， 曹一冰. 空間分析模型與GIS無縫集成研究[J]. 地理空間信息， 2014， 12（2）：156-158.

【通聯編輯：光文玲】