基于WebGIS的三维智慧校园研究与设计

孙宇 任海鹏

摘要：当今社会，移动网络、地理信息系统（GIS）、智能手机等信息手段飞速发展并广泛运用，老旧的信息化体系已然难以适应教育学习、科学研究以及事务管理的要求，该文全方位剖析三维智慧校园系统的实际运用及成果，通过三维建模、WebGIS、GPS定位等开发手段创建一个多元化、数据化、智能化的虚拟校园，进而实现校园管理便利化、校园资源共享化。

关键词：WebGIS；三维建模；GPS定位；智慧校园

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：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

随着高等院校学生数量的不断增长，许多高等学校也逐渐开始扩增至两个、三个甚至是四个校区。为了跟上招生宣传、科学研究、教育学习的步伐，运用最新的信息手段创建一个集校区导向、新生传播、园区展览、校园事务处置为一体的三维智慧校园，这一目标已然被各大高等院校当作奋斗目标和科研新宠，将对高等院校的教书育人、科学研究、行政事务的发展给予极大的帮助。WebGIS是一种利用互联网、地理信息系统、多媒体信息技术开发的基础服务软件，该软件能够为三维智慧校园建设提供应用服务平台，针对教室、图书馆、食堂、宿舍、科研大楼、学习园地等校园方位空间资源进行收集、存储、查询、建构模型、剖析和对外传输，为三维智慧校园的其他应用提供全面地域信息数据帮助，选择清楚便利的方式展现地域信息数据优势，有利于校区的合理创建以及校区资源的合理配置，为教学、科研和管理提供便利[1]。

1 三维智慧校园系统功能分析

学校是一个涉及多个范畴的地区，人、财、物一直都在持续地更新，囊括了大量的数据资源 [2]。当今时代，各大高校为了跟上时代更新的步伐，开始步入了变革的攻坚克难阶段，大批量置办办公用品、授课仪器和科学研究的相关装备，扩建了校区的占地面积，这些都对校区管理产生极大的困难，目前校区管理存在的困难主要有下列几点：

（1）校区基础设施建设工程进展迅速，校区环境日新月异，校区覆盖用地、建筑物装饰的不断扩充也给学生及外来“游客”带来了观光困难等困扰。

（2）校园里的教学楼、图书室、科研馆、学生公寓等建筑物长期采用图文结合的展览形式，这种静态地描述无法达到逼真、形象、直接地吸引参观者的效果。

（3）对于师生、财产、设备物品等相关信息的处理仍停留在单一使用阶段，选择的管理处置手段通常是老旧的MIS信息管理方法，结果限制于人、事、物固有属性信息层面而无法上升到其空間特性，表现内容及形式非常单一。

因此，伴随移动网络、地理信息系统（GIS）、智能移动终端等手段的广泛应用和飞速发展，为了能够合理改善以上难点，该文提出运用新兴的三维模型建构、WebGIS、GPS定位等手段创立一个立体化、信息化、智能化的虚拟校区，使校园服务和资源共享更加灵活便利。校园主要功能如图1所示。

三维智慧校园的最大优势在于涵盖了位置导向功能、教室布局功能、学生公寓布局功能、阅览室查询功能、食堂分散布局功能、日常设备安装功能，这些功能的研究确立运用了GIS地图资源、GPS信息和空间模型数据[3]。每一个功能的详细描述如下：

（1）定位导航服务。老师、同学等校内职工或校外来客可以通过进入三维智慧校园网站，然后点击定位导向功能，进而了解自己目前所在的方位、需要前往的目标方位，构成一整套智能导向系统。位置导向可以搜索校园的每条路径、泊车区、教师办公大楼、ATM机器、游泳馆等场所，为校园的服务提供了极大的便利。

（2）教室布局服务。教室结构布局可以选择三维立体模型的构造方式，搜索每一个教室的方位、人员占用情况等信息，为老师实时了解上课教室方位、占用、情况等提供了极大的便利。

（3）宿舍分布服务。新生入校签到结束后，后勤宿管人员为每位新生安排房间，宿舍分布功能可以有效协助内勤查找观看房间的入住情况，新生也可以根据所在学院专业等搜索上课教室的方位和使用情况。

（4）图书馆导航服务。图书馆是三维智慧校园的主要职能之一，里面收藏的书籍种类繁杂，一般分成理化类、工科类、文史类、外语类，同时设置了许多可供学生上自习的教室，包括楼上楼下等内容，因此三维导航服务还可以帮助学生了解图书馆的开放关闭时间、管内书种、是否借用等。

（5）食堂分布服务。食堂布局可以选择三维构造模式，搜索每一个食堂的方位、人员现状等信息，为老师和学生快速了解食堂方位、放饭与否提供便利。食堂分布服务安装了许多的摄像装置，这些装置可以进行信息加工和处理，具有重要的作用和意义。

（6）日常设施分布服务。学校是一个微社会，关系到学生日常的许多层面，比如银行业务、超市购物、浴室、体育馆、话费充值等情况，便于教师、学生生活。日常生活设备分布虽然不是学校的重点，但是这些场所分布较散乱，并且常常几个设备聚集一栋大楼中，因此系统在研制过程中要求准确的建模和数据计算，以便很好地展现在WebGIS中，利于老师、学生和其他使用者搜索和运用。

三维智慧校园服务系统中，其最根本的信息功能有地图数据服务、空间模型数据服务和GIS应用服务。地图数据服务通过与经纬度相结合，同时录入校园的每一条路径，进而为使用者提供位置坐标，该服务是遵循OGC开放规则研发而成的WMS和WFS-T服务器，并且可以将地图信息作为maps/images最终发布WEB应用服务。空间模型信息服务可以根据校园的路径、建筑物造型等，运用高清晰录像机进行摄影，然后经过3DSMAX等手段进行模型建构，对空间模型信息进行归类，实现空间模型数据的栅格、网络、影像、拓扑、矢量、网格化管理，也可以集中分析空间信息内容。GIS应用服务体系可以为使用者构建整套的集成体系，完成地图数据采集，涵盖了地图信息的扩大、收缩、漫游、呈现、分析、策略功能，并且具备地图信息的打印功能，为各自类别的运用服务提供一整套API端口。

2 WebGIS在三维智慧校园系统中的应用

地理信息系统是多媒体技术在空间数据处理中的一种应用模式，也是空间地理对多媒体信息应用的新展示[4]。Web GIS的诞生与发展是GIS技术、通信技术、信息技术发展到一定时期的产物，也是GIS与当前Internet集成的结果。WebGIS作为一个功能强大的地图服务平台，其集成了传统的地图服务器、Servlet、JSP和ASP .NET等手段，在三维智慧校园系统中开发与实现过程中，WebGIS的重要手段包括空间地图数据压缩与解压缩、在线阅读和散落式WebGIS信息库管理[5]。

（1）GIS空间地图数据压缩与解压缩。三维智慧校园体系开发时，由于WebGIS需要存储大量的数据内容，这些数据涉及大量的GIS空间地图数据，因此如何实现一个高质量的信息集成手段非常关键。三维智慧校园系统设计与实现过程中，本文采用小波理论，其可以在短时间内提取地图的相关特征，利用时序图像之间的相关性，从时间上、空间上压缩地图信息，这样就可以保证GIS空间地图数据的完整性和清晰度，同时也可以更好地将这些地图数据与学校的建筑模型进行结合，摈弃实现影响数据库无缝漫游、网上数据分发、数据通信传播，便于人们在不浪费流量的情况下进行数据压缩和解压缩[6]。

（2）基于WAP的Web浏览技术。目前，三维智慧校园系统主要运行于个人的iPad、智能手机等移动设备上，因为这些设备携带了GPS定位器，可以实时的定位到GIS中的某一个位置。因此，基于WAP技术实现WebGIS浏览过程中需要解决无线网传输信息稳定性低、网络环境安全性较低的问题，本文三维智慧校园系统研究过程中采用的模式是安装一个APP，这个应用程序可以预先帮助校园学生和教师用户下载GIS地图和学校建筑物模型，如果用户登录系统进行定位图书馆、体育馆或餐厅时，系统自动加载GIS地图和模型，同时将用户的位置信息发送给系统，实时的展现人的位置信息[7]。

（3）分布式Web GIS数据库管理。目前，WebGIS信息库管理方法很多，比如对象信息库、空间资源库等，这些资源库可以实现三维地图信息、建筑模型信息；数据库访问手段也很多，包括CGI方式、Web服务器方式等，同时使用API方式、JDBC方式、Object Web方式等四种方法实现信息处理和功能。Object Web是一项分散式的访问手段，其同意用户利用客户机直接调用服务器，产生的费用非常小，减少了CGI技术，可以形成一个强大的访问瓶颈，这两种方式都独立于语言，也都是组件式的操作模式。另外，分散式管理体系在实现存储功能时，为了能够更好地完成整体的操作和处理，还可以采用ESB方式和SOA方式，这样就可以实现一个面向服务的异构系统通信架构，保证三维智慧校园系统在Android系统、Windows系统或Mac系统上运行[8]。

（4）Java程序语言。三维智慧校园系统开发过程中，需要将这些GIS、GPS等编程实现出来，可以将其发布于Web服务器，供用户通过三维智慧校园系统进行使用。Java程序采用了面向对象开发思想，能够将空间地理对象和三维建筑模型对象集成到数据库中，并且与当前流行的Eclipse集成开发平台一起设计，改进了信息库的访问和操作。

3 结束语

随着校园信息化的快速发展和进步，传统信息化模式也在不断的革新，本文提出了一种基于WebGIS的三维智慧校园系统，该系统能够将Web服务技术、GIS技术、智能手机、GPS技术等集成在一起，引入地理空间信息数据，利用构建三维的建筑物模型，为学校应用提供了一套完善的虚拟化校园体系，该体系能够实时的显示教室、图书馆、餐厅、体育馆等常用建筑的地理位置及使用状况。三维智慧校园系统扩展了地理信息系统的使用范畴，将空间地图数据與三维建筑模型集成在一起，具有重要的作用和意义。

参考文献：

[1] 于海霞， 梁妍， 李钰. Webgis技术在高校三维智慧校园建设中的应用研究[J]. 黑龙江科学， 2016， 7（19）：46-47.

[2] 罗敏. 基于WebGIS的水利特色全景智慧校园系统的设计与研究[J]. 电子测试， 2016（12）：19-22.

[3] 吴风华， 张亚宁. 应用WebGIS设计与实现二三维一体化系统[J]. 测绘通报， 2014（7）：125-127.

[4] 卢凌雯， 梁栋栋. 基于WebGIS三维数字校园设计与实现——以安徽师范大学为例[J]. 电脑知识与技术：学术交流， 2016， 12（5）：238-239.

[5] 张超. 移动互联网在智慧校园服务平台中的应用与实现[J]. 科技创新导报， 2015（29）：233-234.

[6] 卢洪刚， 李红清， 刘善伟. 基于GIS的校园地下管线管理系统研究[J]. 测绘与空间地理信息， 2015（5）：145-147.

[7] 关颖， 朱翊， 李汝雯，等. 基于GIS的区域经济空间差异分析系统[J]. 地理信息世界， 2014（3）：54-58.

[8] 张晓楠， 任志国， 曹一冰. 空间分析模型与GIS无缝集成研究[J]. 地理空间信息， 2014， 12（2）：156-158.

【通联编辑：光文玲】