基于地理信息的智慧校園空間位置服務應用研究

唐春霞 雷軍環 邱凱

摘要：隨著高校信息化的發展進程及日常教學管理中對地理信息空間位置信息的需求越來越多，GIS被廣泛的應用于校園各類場景中，結合物聯網、數字孿生、可視化等技術，建設空間位置中臺、空間位置數據、空間位置門戶、位置服務應用及數據展現IOC應用場景。通過學校統一建設具備室內外空間位置服務能力的基礎平臺，有效解決了GIS平臺重復建設和數據不統一規范的問題。

關鍵詞：孿生校園；GIS；可視化；位置服務；校園地圖；物聯網

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.01.029

中圖分類號：G 718.5，TN 96，TP 3? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ?文章編碼：1672-7274（2024）01-00-04

Research on the Application of Spatial Location Service in Smart Campus Based on Geographic Information

TANG Chunxia， LEI Junhuan， QIU Kai

（Changsha social work College， Changsha 410004， China）

Abstract： With the development of informatization in colleges and universities and the increasing demand for spatial location information in daily teaching management， GIS is widely used in all kinds of campus scenes， combining networking， digital twinning， visualization and other technologies to build spatial location middle station， spatial location data， spatial location portal， location service application and data display IOC application scene. Through the unified construction of the basic platform with the ability of indoor and outdoor spatial location service in the school， the problems of repeated construction of GIS platform and non-uniform data standardization are effectively solved.

Key words： twin campus; GIS; visualization; location service; campus map; Internet of things

1? ?研究背景

互聯網+、XR、GIS、AI、數字孿生、可視化等信息化手段已經滲透到當下各行各業，高校的信息化建設也進入一個快步發展時期，通過多年的努力，高校的整體信息化建設已經得到有效的落地推進，實現了資源的數字化、管理的信息化、環境的數字化、服務的數字化。而面對新階段的高校智慧化的規劃，一個擁有立體智能的感知環境、可視精準的校務管理、開放創新的網絡科研、方便周到的校園生活的“智慧校園”，是高校當前信息化建設可創新突破的重點。

2? ?政策指導

2016年教育部發布了《高等學校智慧校園技術參考模型》的行業標準（標準號CELTS-201604），其中將位置網絡作為聯絡其他校園智慧網絡的紐帶，實現物理校園和虛擬校園的有機銜接。2018年教育部制定并發布了《智慧校園總體框架》國家標準（標準號GB/T36342-2018），其中提到將虛擬校園作為智慧校園服務的重要組成部分，實現校園地理空間信息和其屬性信息相結合。2020年教職成函〔2020〕3號《職業院校數字校園規范》發布，規范中提出電子地圖可為多個系統提供融合及協同工作支撐，是基礎應用系統。

3? ?技術創新

智慧校園空間位置服務應用基于校園物理環境，以真實校園整體為藍本，利用網絡技術，完成校園的可視化地理信息系統的搭建，實現校園多維度、跨平臺的虛擬展示和呈現，作為智慧校園的重要基礎組成部分，提供場景數據的可視化服務和打造場景智能應用，支持應用的擴展調用。

3.1 高精跨樓層室內地圖

截至目前，大部分高校的位置標記和房間查找，依然采用傳統CAD靜態圖紙模式，CAD的管理方式面臨持續性數據難以維護、合并歸檔困難、圖紙信息表述繁冗、空間可利用范圍有限、過程協同復雜、圖紙易丟失等突出問題，基于此現象，本方案提供基于校園真實環境1∶1的矢量室內外一體化地圖重建，充分利用虛實映射技術，在保障數據的真實、可靠、準確等前提條件下，滿足各業務部門擴展需求、滿足全校師生對地圖應用的各類組合需求。

通過有效利用高精度室內外地圖，解決室內跨樓層精確定位和導航，以及提供對外高精地圖二開能力，為校內路網機器人、物流車、送餐車、清潔機器人等智能設備提供高精數據和路網支撐。

3.2 室內外無縫定位導航

定位技術就是確定位置，從應用場景上，定位可分為室外定位、室內定位以及室內外融合定位。室外定位主要依賴全球導航衛星系統（GNSS）實現，通過接收衛星提供的經緯度坐標信號進行定位。

目前，全球導航衛星系統主要有中國北斗衛星導航系統、美國全球定位系統（GPS）、俄羅斯格洛納斯系統（GLONASS）、歐洲伽利略系統。GNSS信號無法穿透建筑物，難以實現室內環境定位。

室內定位是指在室內環境中實現位置定位，可采用無線通信、慣性導航定位、動作捕捉等多種技術集成形成一套室內位置定位體系，實現人員、物體等在室內空間的位置感知，本系統采用包含：藍牙、Wi-Fi、手機慣導等多種方式進行融合室內定位，實現全域全方位跨樓層定位。

3.3 一體化空間融合

為滿足實景三維校園需求，突破“BIM+GIS+IOT”技術瓶頸，融合校園地上地下、室內室外、歷史現狀、未來多尺度、多顆粒度信息模型，形成了具備全空間特性的GIS+BIM基礎平臺，實現校園過去可追溯、現在可感知、未來可推演的“超融合能力”，助力校園高質量可持續發展。

基于建筑信息模型（BIM）、地理信息系統（GIS）、物聯網（IoT）等技術，構建起的校園數字空間有機綜合體，位置服務平臺融合多項先進技術，實現二三維地圖一體化及多終端一體化，貫通手機端、PC端、大屏端等多維度終端載體，為校園業務能力提升以及信息化建設提供支撐，促進智慧校園建設。

3.4 三位一體新模式

基于“地下+地面+地上”三位一體的創新模式，提供校園室內室外矢量地圖一體化，將2.5D地圖、2D地圖、三維BIM整合為一體的融合平臺，解決多維空間效果展示，多源數據接入呈現的難題，從地上到地面，從室外到室內，從地面到地下的一體化空間融合平臺。

3.5 全周期位置服務

基于一體化空間融合能力以及三位一體創新模式，以數字孿生+位置服務雙重技術作保障，提供全周期、多維度視角下的智慧校園服務體驗，涵蓋校園導覽、招生宣傳、新生迎新、老生離校、校友云返校等師生服務場景，并基于該平臺提供面向安防保衛、資產管理、后勤管理、IT管理等10余個科室部門擴展應用，并實現了微信門戶、PC、App、大屏的全終端展示覆蓋，提供一站式、智慧化、可視化新穎服務感官^[1]。

4? ?應用場景研究分析

基于地理信息的校園空間位置服務是服務于智慧校園的精細化的管理；是服務于智慧校園的智能教學；是服務于智慧校園位置智能分發引導。位置服務GIS平臺是空間數據支撐服務平臺，面向高校為智慧校園的物理校園與虛擬校園的結合提供鏈接紐帶，是智慧校園的重要基礎組成部分，為可視化智慧校園整個平臺提供支撐服務。

4.1 空間位置中臺

空間位置中臺是面向可視化數字孿生校園建設的基礎支撐平臺。作為智慧校園的物理校園與虛擬校園的結合提供鏈接紐帶，是智慧校園的重要基礎組成部分，為智慧校園整個平臺提供可視化的位置服務能力支撐。

位置中臺選用地理信息系統作為核心技術底座，支持矢量+BIM三維模型等數據加載融合，支持跨平臺、多維度（2D、3D）的校園地圖展示^[2]，通過位置中臺提供以下能力和服務。

（1）二開能力：提供標準的API接口及SDK包，在該平臺上進行的二次開發，為校園應用提供接入能力。

（2）開放能力和體系標準：通過開放能力及標準體系的建設，統一數據標準和規范，避免了系統的重復建設及降低了運維成本。

（3）集成能力：零代碼集成的位置服務能力（房間，建筑，POI，圖層，機構，應用，搜索，路線等零代碼位置服務獨立鏈接集成能力）。

4.2 空間位置數據

可視化空間位置數據通過多維度展示校園環境及樓宇，同時集成物聯網平臺數據，以360°全景可視化結合數據場景聯動，實現樓宇的、建筑、室內的逐級可視，提升信息交互效率，降低時間損耗，有效增強管理層的整體信息呈現及掌控力。可視化空間數據采編，包括室外矢量地圖數據，室內矢量地圖數據、三維模型數據等。

4.3 空間位置門戶

空間位置門戶通過對校園內的空間位置數據進行采編并與業務屬性數據關聯，結合校園的管理、生活、科研和服務的實際需要，實現各靜、動態數據接入和呈現。系統的核心支撐為空間位置中臺，提供室內外矢量地圖、2.5D虛擬仿真地圖展示，以及校園融合定位導航、位置數據標記、授權管理等模塊構成。

位置服務門戶采用了雙門戶設計思想。第一個門戶將所有功能都設計在一個頁面上，用戶可以根據自己的需求自行搜索所需的服務和應用。第二個門戶通過零代碼位置服務能力，以獨立鏈接列表的形式將平臺的應用功能分類展示，用戶可以根據需求選擇相應的分類來使用應用。這樣的設計旨在提供更便捷和靈活的方式讓用戶進行位置服務的探索和應用。

4.4 位置服務應用

位置服務應用是基于位置服務中臺和空間位置數據為基礎的，實現基于地理信息的智慧校園空間位置的應用建設，為校園師生提供智能化的服務和管理。位置服務的典型應用場景包括：3D校園導航、校園位置打卡、校園招生導覽、可視化校園迎新導覽、可視化校園公房管理、可視化校園資產管理、可視化安防消防聯動等位置服務應用^[3]。

4.5 數據展現IOC

通過地理信息位置服務和數據中心的業務數據的深度融合，我們可以實現校園地理空間信息數據與各部門和場所管理領域的業務數據的綜合監測分析，幫助管理者全面掌握校園的運行態勢。系統提供一屏掌握的綜合運營態勢，包括校園人員、車輛、網絡和生活等各個方面的運行數據和動態。

該系統能夠根據學校的實際情況，建立一個多維數據展示中心，一個校園運行決策分析的智慧輔助大腦。通過多維數據展示中心，管理者可以直觀地了解校園內人員分布、車輛流動、網絡狀態和生活服務等情況。而校園運行決策分析的智慧輔助大腦則能提供基于數據的決策支持，幫助管理者做出更加明智的決策。

這種架構設計不僅可以滿足學校的個性化需求，同時還可以為管理者提供全面的校情分析和決策支持。通過空間位置數據和數據中心業務數據的高度融合，讓學校能夠更好地管理校園運行，提高運營效率，服務好師生。

5? ?結束語

通過不斷總結和優化，相信這個研究成果將為學校的未來發展提供更加優質、高效的支持和服務。學校通過構建一個基于空間位置信息的“數據可視化”和“位置智能服務”的智慧校園建設基礎平臺。通過空間互聯，將傳統信息化系統成果融入可視化信息展示，從而提供更加直觀的信息呈現，是對傳統信息化系統的升華。該方案有效解決了空間互聯和可視化呈現的互動問題，通過與智能感知設備的對接，提高了可視感知的準確性和及時性。通過對接校園服務系統深度整合融合，為教學科研等各項活動提供有力支持，從而極大地推動了學校智慧化建設的發展進程。

參考文獻

[1] 麥洪永．基于數字孿生的智慧校園平臺應用[J]．電子技術（上海），2023（04）：70-71.

[2] 熊運余，羅術銅．基于位置智能的可視化校園平臺架構設計[J]．中國教育信息化·高教職教，2018（05）：92-96.

[3] 褚樂陽，陳衛東，譚悅，等．虛實共生：數字孿生（DT）技術及其教育應用前瞻——兼論泛在智慧學習空間的重構[J]．遠程教育雜志，2019（05）：3-12.

課題項目：中國高校產學研創新基金-云衢科技項目課題“位置信息服務在智慧校園中的應用研究與實現”，課題編號（2020YQ005）。

作者簡介：唐春霞（1970-），女，漢族，湖南永州人，教授，博士，研究方向為復雜工業過程建模與優化。

雷軍環（1967-），女，漢族，湖南郴州人，教授，碩士，研究方向為軟件技術。

邱? ? 凱（1980-），男，漢族，湖南瀏陽人，工程師，碩士，研究方向為計算機技術。