智慧校园中的地图建设研究：基于资源管控的视角

陈建香， 刘 欢， 卢蓓蓉

（华东师范大学信息化办公室，上海 200062）

0 引 言

近几年，国家已将建设节约型社会定为基本国策，是全社会各级各单位都需重视的工作．教育部已号召全国的学校积极推进节约型校园建设．在信息化时代，通过智慧化的信息手段实现智慧、环保、节能等特点的校园，即智慧节约型校园．随着学校规模不断扩大，各种能源消耗费用也有一定规模增长，高等院校集教学、科研和生活于一体，属能源消耗大户，因此在高校内实现智慧节约型校园建设，将之作为建设范例的任务重要而艰巨，机会和挑战并存．

1 研究意义

建设智慧节约型校园是高校全面落实科学发展观、提高高校管理创新和能力的重要途径．目前很多能源浪费的问题在高校中仍然存在，比如“人走灯不灭，细水随便流”、设备“跑、冒、滴、漏”、无能源使用指标限制、无节能管理制度和专业的节能管理人员等问题．如何将建设目标落实到实处是值得研究的问题．各个高校已经做了一些工作和研究，比如将科研转化成果应用到校园的节能减排方面；从物联网角度探讨智慧校园的系统构架；提出了基于云计算、虚拟化、SOA构建校园云，结合物联网、RFID构建智慧校园等．这些研究成果多从物联网技术、智能设备等方面探讨智慧节约型校园建设，值得参考，但管理是依赖人的管理，设备和使用者之间的关系——使用是否方便、用户体验是否良好等，这些人机交互体验会直接影响管理的效果．校园地图具有直观易懂、操作简易等优点，是比较理想的大众化人机交互界面．本文将从业务管理者的用户体验出发，以校园地图为人机交互媒介，探讨资源监控的校园地图建设，为提高管理效率提供一些借鉴．

2 校园地图基础

2．1 校园地图的分层结构

本文结合校园的业务管理，提出了一种校园地图的分层结构．如图1所示，这与一般定义的按地图要素分层的结构不同，而是一种从业务逻辑上划分的层次结构．该结构共有4层，由下而上分别是地理底图层、业务底图层、业务展示层和业务交互层，前3层是制图者按着自己对地图的理解所做的有选择性的展示，而第4层是由用户参与、按着读图者的意向交互所形成的展示效果．

图1 校园地图分层结构示意图

依照地图要素由下往上分层叠加的习惯，从底层起分别介绍4层的内容．（1）底层是地理地图层，主要作用是作为所有地图要素展示的大背景，因此被置于最下层．包含了各种基础的地理要素，如基本的地貌环境（陆地、海／河流、岛屿等）、基本的区域范围（校区的空间范围边界、所处的行政区划位置等），以及校内公共设施（如途经的地铁线、校外道路等）等．地理底图形式多样，可依据不同的使用情境设定一种或多种形式切换．大致可分为几种：2维地图、2．5维地图、3维地图、实景地图和卫星影像等．比如百度地图、谷歌地图等提供了丰富的地理底图资源．（2）第3层的业务底图层与第四层相比，一方面同样是底图，作为业务要素展示的背景存在，另一方面其内容选择与业务直接相关．举例说明，如果业务展示层上是校车的行驶轨迹，则底图层适宜选择校车途经的道路要素及周边地标；如果业务展示层上是餐饮部门分布，则底图层配置详细的校内道路及道路名、校内建筑及建筑名等．（3）第2层是业务展示层，所有的底图都为之服务，处于分层结构的上层，作为业务数据的核心展示层．业务展示层具有唯一性、专题性和符号化．业务展示层可以展示不同的业务数据，但每一层只能对应一种数据，具有唯一性；业务展示层不是数据的简单展示，在数据选择上有明确的专题性；业务展示层可用具体的符号表达抽象的数据和概念．（4）业务交互层，四层结构中更高层次的展示．一般情况下，三层结构已能完整表现业务数据特征，业务交互层是可选层．它的特点是展示的数据对象并未事先确定，需与用户交互后动态产生数据展示效果．比如用户搜索“餐饮”，则所有与餐饮有关的地点都将被高亮标注，如果用户在此基础上划定范围，则只在范围内的显示，范围外的不显示．

2．2 校园地图的资源要素

校园内的资源丰富，其管理与维护工作分别对应各个业务部门，比如餐厅由后勤监管，车辆进出由保卫处监管等．表1按照要素几何形态对校园资源分类，共分为点、线和面三类要素．点状要素将资源整体看作一个对象，位置信息只记作t（x，y），比如某个水表的位置；线状要素将资源看作几个连续点的集合，位置信息记作｛t1，t2，…tn｝，比如地下管线关键节点的位置；面状要素将资源看作一个或多个闭合区域，位置信息记作｛t1，t2，…tn，t1｝，比如餐厅．

表1 校园地图的资源要素类型Tab．1 Types of resource on campus map

2．3 校园资源监控的分类

为了提高业务部门的管理效果，除了加强工作人员的管理能力之外，借助资源监控的信息化管理手段能起到积极的辅助作用．对资源监控的形式多样，按业务部门对监控状态的实时性要求不同，可分为实时监控和非实时监控两类．实时监控又可分为单向实时监控和双向实时监控．房产监控属于非实时监控，每年新建或拆除某幢建筑，从规划到实施及验收完成历史几日或者几个月，但房产表现在地图上是某一时刻的增加或删除，非连续动态过程，实时性要求低．道路监控属于实时监控，利用监控画面观察路况的连续动态变化，每一个瞬间都有突发事件的可能，对实时性要求高．如果观察者利用监控观察停车位使用情况，是单向实时监控，根据观察结果选择空位停车的行为反馈给监控，则形成了双向实时监控，继而实时影响其他观察者的监控结果．

2．4 校园地图的制作流程

本文结合校园地图的业务分层思想，和软件项目的分步实施方法，将制定校园地图展示策略的流程划分为如下几个步骤：（1）确定业务要素：确定地图所表现的主体对象；（2）选择合适的底图：选择合适的陪衬对象；（3）分析业务数据特征：仔细分析主体对象所要表现出的标志性特征；（4）选用合适的地图展示方法：筛选能表现主体对象鲜明特征的展示方法；（5）制定地图方案：制定一套切实可行的展示方案；（6）制作地图：通过软件工程方法应用到实际场景中；（7）用户测试和反馈：统计用户体验数据；（8）调整地图方案：根据统计结果，不断调整方案，直至结果良好．

3 资源监控型校园地图

3．1 房产监控型校园地图

房产监控的主要目的之一是监控房产的增加、删减和修补工作，通常由国资处、基建处等业务部门主管．房产建筑在校园地图上用各种几何多边形符号表示，一般配置文字标注．房产是常用的地图要素，一方面既可作为主体对象置于业务展示层，如房产监控类地图；另一方面也可作为陪衬对象置于业务底图层，如水电监控类地图，具有不可或缺的空间位置标识作用．因此在校园地图中，房产监控的增删补对应房产要素的增删补．如图2（a）左图中所示，原先已有三幢实验楼和一块绿地，后在绿地旁新建第五食堂，图2（a）右图中已直观反映出房产增加的结果，中间由GIS（Geographic Information System）后台编辑工作完成更新．

房产监控型地图有两个作用：（1）有利于共享监督．房产监控是非实时监控，即地图展示始终与当前GIS数据库中的结果同步，而与实际工程之间存在时间差．因此，通过查看房产管理部门共享的房产地图，便能直观地了解其GIS数据库更新工作是否及时和准确．（2）保证数据源统一．由一个业务部门负责统筹维护GIS数据库，可明确问题的反映途径．其他部门共享同一数据源，可简化维护多个版本的重复工作量，也可有效避免采用多数据源更新不同步的问题．

房产监控型地图展示的尺度范围反映出业务监管的细度，从图2（b）左图可见三幢实验楼和第五食堂；选中第五食堂展开该楼的所有楼层列表，共有五层；选中一楼图标，展开一楼的楼层平面图，详细展示房间布局和相关属性．这种“楼－层－房”的细化方式，不仅利于房间分配管理，更成为其他资源监控的先决条件，为更小颗粒度的设备资产监控提供空间位置标识．

3．2 能源监控型校园地图

水电监控的传统做法是人工抄表，存在耗时久、人工误差大等问题．与之相比，通过智能水电监控设备可实现远程抄表，并且实时上报统计报表，这种新型监控模式能大大节省人力资源投入，并提高数据的实时性和准确性．水电智能监控首先需在各个楼宇中全部安装智能设备（如图3（a）），设备数据先提交到指定的采集设备，然后联网提交到系统数据库．智能电表的应用已普及化，可作为能源监控型校园地图的试验范例．

图3 智能电表监控的地图展示示意图

目前学校内通常由主管电力的后勤部门负责监控电力使用情况，如果是传统电表，仍采用人工抄表，部分已采用智能电表，则业务部门可登录专业的电表监控系统软件后，查询当前各电表的读数，使用受众面仅在业务部门内部．然而公众才是用电的主体，因为目前学校公共场所的电费由学校统一支付，因此一般师生并不太关心使用时用电是否浪费，常常出现空教室开灯的情况．为提高节约意识，除了逐步实施插卡收费制度外，利用地图警示可提高公众监督．如图3（b）所示，地图上楼宇A呈现红色，圆圈中标记2表示楼宇A中有2个电表已出现警告状态．选中楼宇A，可看到楼宇A中的电量使用情况列表，列出了所有电表的状态，从图3（c）中看出一楼和三楼都有一个电表出现警告．继续选中电表，可看到具体数值．把地图页面放在公共大厅内播放，当师生和业务部门在地图上直观地看到红色警告，便能有意识地抑制浪费．

3．3 视频监控型校园地图

校园内的摄像头通常安装在重要的道路路口、机房和单位门口等，在保卫处、传达室有专门的监控室，可以看到所有监控场景的实时画面，有任何异常情况都一目了然．全部画面都自动录制成视频，用于历史回放．学校业务部门可利用视频监控作为“千里眼”，超越地理空间和时间的限制，全面监控事件的发生和发展．

如图4（a）所示，地图上有三个监控探头，点击“打开视频”按钮可弹出摄像头列表（图4（b）），表中列出了某校区所有的监控探头名称及位置信息，点击“查看视频”图标，即可打开监控探头实景画面（图4（c））．如果直接在地图上选中一个视频探头图标，也可进入实景画面．在监控实景画面，可利用各种控制按钮再调整摄像头方向和聚焦，对感兴趣对象重点放大观察．视频监控与地图结合的方式可省去用户记忆路名的工作，凭空间位置感觉，即可打开视频．视频探头在图上的分布情况可为新增探头选址提供参考．

图4 校园道路监控的地图展示示意图

4 结束语

本文在分析校园地图的分层结构、资源要素和资源监控分类的基础上，设计了房产监控型、能源监控型和视频监控型校园地图的制作方法，对提高管理效率有一定作用．后续还将设计针对智慧节约型校园监控型地图的用户体验测评，以进一步完善在实际管理工作应用中的适用性．

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