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案例分享丨高校校园位置服务体系建设

2024-06-05 中国教育网络

　　随着全国高校信息化的不断深入建设和数字校园建设规范的不断完善，高校在互联网上基于位置服务使用地图展示和组织学校各类数据信息的需求越来越强烈，许多高校已开始着手设计和构建数字孪生虚拟校园。通过虚拟校园，高校能够数字化管理和展示各类信息资源，利用GIS系统，准确标记和定位校园内的建筑物和场所，构建一个丰富的数字空间，延展现实校园的时间和空间维度，为师生提供学习和交流的便利平台，使学校数据资产从“物理空间”向“数字空间”转化，达到智能化管理与资源可视化相结合、校园规划与基础建设深入设计、办学层次和服务水平显著提升的目标。

　　在校园位置服务体系中，校园地理位置信息是基础数据，虚拟校园应用则是服务和信息提供者，按照地理位置信息对数字校园中的数据和服务进行整合，是厘清校园数据全貌，辅助决策制定的有效手段。

建设特点与现状分析

　　高校数字校园建设是系统工程，基于地图的位置服务体系是数字校园基础应用服务的重要组成部分，是有效集成应用系统，可视化展示校园数据全貌，服务学校各单位用户进行精细化管理的重要基础平台。根据高校的实际情况，位置服务体系的建设有着自己显著的特点。

　　精确位置服务需求高涨

　　高等院校校园有着自身的显著特点：范围不大、多校区、地形复杂、建筑物多，师生员工长期在校园内活动，工作生活围绕着校内办公楼、教学楼、学生宿舍、教职工公寓、食堂、超市等工作生活设施进行，对校内建筑物方位、道路相对熟悉，日常使用定位导航的需求较少，而对于建筑物内的办公单位以及办公事项、兴趣点要素的查询需求更多。

　　校园管理业务复杂多样

　　高校校园地域范围不大，师生工作、学习、生活都在这片区域中进行，校园管理工作具有丰富的内涵，管理业务范围广泛且复杂多样，既有对教育教学、科学研究、学科建设等高校特色业务的管理，也有对日常行政、财务国资、后勤经营等常规业务的管理。

　　业务管理系统难以互通

　　高校信息化建设随着整个大环境迅速发展，经历了网络化、数字化、智慧化三个发展阶段。在近30年的发展历程中，乘着信息技术和网络技术快速发展的势头，高校各个业务部门已经建设了大量的业务管理系统，如人事管理系统、教务管理系统、学生工作管理系统等。在高校信息化建设初期，由于缺乏顶层设计、整体规划、组织建设与管理，业务部门各自为政，只着眼于自身的业务需求，没站在学校的全局高度考虑数据的治理问题，使得信息和数据在各个业务系统中标准不一、参差不齐、错杂混乱，导致各个系统难以凝聚，无法将信息和数据整合起来进行综合有效的分析，看到数据的全貌。

　　位置服务体系定位有误

　　随着智能手机以及移动互联网的快速普及，位置服务得到了快速发展并广受欢迎。同时，高校位置服务体系的建设也已不是新鲜事物，很多高校已经进行了各种各样的尝试，建成了各类位置服务系统。但大部分高校仍聚焦于满足定位和简单的信息服务，比如校园导航、漫游、位置服务点位的查询，将本该用于形成位置服务体系，串联全校各个业务系统的基础服务建设成一个独立的地理信息系统，形成又一个信息孤岛。

　　高校设计建设位置服务体系，应结合自身实际情况与需求，将分散在业务系统中的数据、信息整合、梳理、集成起来，在精密准确的校园地图上，进行综合有效的分析、可视化的展现，为后勤保障和生活服务管理提供智能化服务，成为精确管理物理实体校园、揭示校园数据全貌行之有效的途径。

高校位置服务体系建设方案

　　随着信息技术的快速发展，高校对信息化建设的需求越来越迫切，且不再满足于局部信息管理的旧系统，需要跨部门整合业务流程以提供决策支持。这种从单纯发布信息到提供全面、个性化和主动信息服务的焦点转移，对于高校成功实现信息技术应用至关重要。

　　为提升学校的信息化治理水平，迎接新时代高校信息化工作的机遇与挑战，高校信息化建设必须增强大局意识，勇于担当，提高站位，建好基础平台，提供必要的基础应用服务帮助各部门解决问题，让各部门专注于业务本身建设。高校位置服务体系提供的可视化数据呈现方式正是有效整合、凝聚、集成各个分散业务系统数据、提供决策支持服务、加强基础应用服务能力的最佳切入点。高校数字校园位置服务体系整体结构如图1所示。

图1 数字校园位置服务体系整体结构

　　采集基础空间信息数据，建立空间信息数据库

　　空间数据是人们藉以认识自然和改造自然的重要数据，建立空间数据库存储和管理空间数据是建设位置服务体系的核心任务之一。对空间数据库来说，既要存储空间数据，比如空间实体的地理位置，又要存储非空间数据，比如实体之间的拓扑关系；在此基础上，才能开展空间查询和空间分析。如图2所示，校园基础空间信息数据由3个部分组成：校园基础地理信息、房产空间信息、地名地址信息。

图2 校园空间信息数据结构

　　基础地理信息是指校园中最基础、普适、共享的地理信息，描述了地形、地物和境界的空间分布、关系和随时间变化等。主要源于实地采集，通过精确记录地理实体和现象的空间位置，形成数字地图或数据库产品。基础地理信息在定位、集成、检索、展示资源、环境、生态、社会和经济信息方面提供了重要作用，并为科学分析、模拟空间分布特征、运行状态、变化提供平台。

　　校园房产空间信息一般来源于房产管理部门，包括建筑的用途、大小、高度以及内部布局等，是建设更好的校园环境、确保校园安全、进行空间分析和提高校园服务设施效率的基础信息。高校通过将建筑物楼层平面图叠加到基础地理数字地图上，即可直观地进行可视化探索，具有重要的管理和规划作用。

　　校园地名地址信息记录了校园内建筑物、办公或教学区域等的详细地址，是校园内最基础、普适的地理信息数据，几乎所有信息系统都会涉及该数据。准确的、规范的、统一的地名地址信息可以帮助校园进行管理和维护工作，包括位置定位、规划和布置校园的服务和设施，并有助于学校推进建设、组织活动、信息传播以及学科研究。

　　应用GIS技术，筑牢服务基础

　　地理信息系统是对地理环境信息在地理坐标控制下进行采集、储存、管理、查询、分析、显示和制图的综合性技术系统。其具有反映地理实体空间与时间分布特征的功能，能将自然、人文科学综合为一体，实现空间信息与其他种类信息间的综合；具有系统综合分析和预测预报的能力，对于自然资源与环境的管理、规划和决策等应用有着深远的科学实践意义和重要作用，是处理和分析空间数据强有力的技术保证。

　　高校位置服务体系使用地理信息系统（GIS）作为基础工作平台，建设校园物理空间的虚拟环境，集成各类教学科研、管理服务、校园运行等业务系统与应用信息，是实现数据可视化展现、空间综合分析、为师生用户和社会公众提供优质信息服务、为学校各种业务活动提供信息化支持的基础设施。

　　制定空间数据标准，统一位置表述

　　为支持学校各项业务运行和创新，对教育教学、科学研究、管理服务和园区运行等业务提供支持，学校针对各项业务已经建成了单独的业务应用。这些业务应用系统可以高效实现数据的录入、修改、统计、查询等功能，却无法发现隐藏在数据背后的关系、规则和发展趋势。

　　为充分挖掘、发现隐藏在业务系统数据背后的关联关系，利用位置服务体系建立可视化模型揭露业务数据的规则、现状，必须制定完整的空间数据标准，对空间位置的表述进行统一，才能跟地理实体一一对应起来。

　　首先，统一地理坐标系。随着空间技术、信息技术及其应用技术的迅猛发展和广泛普及，在高校位置服务体系的建设过程中，需要一个统一的、协调一致的地理坐标系统来处理不同校区或片区的资源、环境和信息问题。使用不同的地理坐标系或单纯依靠地图图形展示数据信息，不可避免地会导致不协调问题增多，阻碍高新技术的应用。采用国家/行业标准统一地理坐标系，有利于地理空间信息的精确表达和各种先进空间技术的广泛应用，满足对高精度测绘的要求，同时便于与国家相关部门和系统进行有效衔接。

　　其次，制定地名地址标准。高校各个业务信息系统中应用最广泛的空间数据信息是地名地址信息，如教务系统中的上课地点、宿舍管理系统中的宿舍位置、设备管理系统中的设备存放地等。这些业务系统在录入数据时由于没有一套标准的校园地名地址数据作为参考，地址数据填报极其不规范，在不同的系统中，对于同一地理实体要素的描述参差不齐、错杂混乱。建立一套满足校园实际需求、翔实准确的地名地址数据标准，制定各类地理要素数据统一规范的命名规则，对如何管理以及使用这些数据制定切实可行的管理办法，有效规范与制约业务信息系统录入的地名地址数据信息，保证各个业务系统对同一地理实体要素的描述一致，是串联起全校业务数据，挖掘、发现各个系统间关联关系的重要纽带。

　　专题分层管理，数据自主编辑

　　在空间数据库中，除包含基础空间地理信息外，还包含专题空间地理信息。通过专题图层管理服务将不同种类、不同级别的图元要素进行分层存放，可以提高地图中各个要素的检索速度，便于数据的灵活调用、更新及管理。同种要素类别的空间实体根据某种关键属性进行专题划分，根据专题来划分图层，每层对应一个专题，包含一种或几种不同的信息服务于某一特定的用途或目的，再根据不同部门的需求将相关图层组合为数据集，在地图上进行综合展现并加以分析利用。由于位置服务体系服务对象广、用户需求多样，必须给用户提供空间数据的自主编辑功能，满足用户实时的、灵活的数据更新需求。

　　发布地图接口服务，集成专题图层

　　打造校园位置服务体系不仅仅是在地图中展示业务系统的应用数据，将地图发布成接口服务并嵌入到业务系统，帮助业务系统完成数据的可视化展示，也是为师生校园生活提供智能化服务必不可少的基础应用能力。

　　地图接口服务封装了复杂的地理信息系统，使用户能够抛开GIS的技术细节，在其业务系统中轻松构建基础地理底图，进行各种专题和地图查询，而无需了解其技术细节。通过将校园二维地图作为基础图层并结合业务数据提供业务数据专题图层，能够无缝集成到业务系统的图形表示中，从而快速开发具有高级功能的交互式地图应用模块，为服务和数据共享提供创新途径。图3为地图服务接口工作原理。

图3 地图服务接口工作原理

华中科技大学“一张图”平台建设实践

　　按照上述框架，华中科技大学从学校战略定位和实际需求出发，顶层设计入手，以“十四五”信息化发展规划“信息化基础能力跃升行动计划”为依托，为建设安全、绿色、先进的“智慧校园”，推进信息技术与教育教学的深度融合，促进教育信息化支撑引领教育现代化发展提供强有力的信息化支撑，以服务师生日常教学工作生活，建立可视化模型充分揭露业务数据的规则现状、本质规律，挖掘、发现隐藏在业务系统数据背后的内在联系，为科学管理、决策分析提供依据与技术支持为目标，建设了智慧华中大“一张图”平台，并取得了显著成效。

　　在管理方面，网络与信息化办公室整体规划、制定并发布《华中科技大学地理空间数据管理办法》（以下简称《办法》），以加强学校校园地理空间数据管理，规范校园地理空间数据生产、归集、共享以及校园地理信息系统建设。《办法》规定校园基础空间信息数据的生产、归集和共享的技术实现；“一张图”平台的具体建设、管理；各类校园专题地理空间数据的归集与共享以及数据安全保障由网络与计算中心具体实施。基建与规划处负责校园基础地理信息数据的审定。房产管理层负责学校各类房屋平面图数据的产生、更新及管理工作。其他各职能部门、院系、直附属单位负责本单位专题地理空间数据的生产、更新及管理。

　　在基础地理信息数据建设方面，“一张图”平台采用无人机倾斜摄影技术采集了三大校区、共7000余亩的校园景观纹理，生成了实景校园三维地图、虚拟校园三维地图、正射影像平面地图、二维平面地图等五种形式的地图。同时，结合华中科技大学房产管理处编制的全校房屋数字化图纸及楼盘信息表等数据成果，完成了全校756栋建筑物（自然幢）、5万余个房间信息的梳理入库，形成了一套完善、准确的地名地址数据集，并完成其中346栋教学办公建筑物（自然幢）、共计1639个楼层的平面图梳理，叠加到二维平面地图中，最终完成了基础空间信息数据库的构建。

　　在系统服务方面，“一张图”平台完成校园地图信息门户建设，分为Web端和移动端两个版本展现校园风貌。校园地图信息门户除完成校园导航、漫游、兴趣点查询定位等地图基本功能外，各个业务系统的空间专题应用也统一集成在校园地图信息门户中，供不同的用户角色权限查看。

　　在数据治理方面，平台参考国家和地方的建库规范，根据高校地理位置信息的实际应用需要，将标准地名地址数据分为校区地址、区域地址、建筑物地址和房间地址四个层次，制定了一套标准地名地址数据建库技术规范，完整保存地址的文字名称、时间特征、地理空间位置和层次关系，作为对同一地理实体要素进行描述的理论指导。为提升数据质量、保证业务系统对同一地理实体描述的一致性，用户的数据输入必须受到严格限制。“一张图”平台提供统一的数据录入管理工具，将其嵌入到业务系统中替换业务系统原本的地址输入文本框，并利用GIS系统由图查属性的功能，实现用户在校园二维地图上选择建筑物/房间完成数据填报。表1为华中科技大学业务系统空间数据治理统计。

表1 华中科技大学业务系统空间数据治理统计

　　“一张图”平台在疫情防控中助力学校疫情防控部门，完成校内居住人员信息与地理位置信息挂接匹配，摸清了在校内生活的详细人员信息，结合保卫处门禁管理，有效控制非校内人员进出校园往来活动；在资产管理中助力资产清查，完成设备、家具等固定资产信息与地理位置信息的挂接匹配，摸清了全校在用固定资产的存放地信息，有效提高了管理工作效率。

　　在专题图层管理方面，学校推进从人、空间和活动三个维度，将学生、人事、资产、教学、科研、实验室、交通、安防、消防、后勤园林等各类管理信息系统的数据与“一张图”平台进行对接，实现高度集成、融合和联动。学校已基于网络与计算中心、保卫处、国有资产管理办公室、实验室与设备管理处、校医院等单位的业务需求，建设了信息网络、平安校园、校园资产、绿色校园、健康校园等一系列的专题应用，管理图层达到129个，管理要素超过10万个。表2为华中科技大学专题图层管理统计。

表2 华中科技大学专题图层管理统计

　　在系统对接方面，“一张图”平台通过统一共享接口服务支撑智能路灯管理系统、消防管理系统、智能水电管理系统、后勤综合管理系统等构建专业、准确、有业务特色、差异化、个性化的地图应用，实现专题数据展示、空间查询、属性查询、要素渲染、路径规划等基础地理信息系统功能。

　　本文分析了当前高校位置服务体系建设的现状及难点，提出了高校数字校园位置服务体系建设方案。该方案以大平台建设为目标，首先揭示了位置服务体系管理的基础地理空间数据内容，并制定了地理空间信息数据标准，然后以GIS为服务基础、校园地图为载体完成了专题空间信息数据的分层管理，并发布成接口，帮助业务系统快速构建起功能丰富的地图应用。高校位置服务体系以空间信息为纽带，将学校各领域碎片化地理信息数据进行整合，挖掘、发现隐藏在业务系统数据背后的内在联系，为科学管理、决策分析提供依据与技术支持，形成完善、准确、有序的数字校园数据可视化能力。最后，根据华中科技大学“一张图”平台整体规划、分步实施探索实践的经验，介绍了数字校园位置服务体系的建设成果。

　　来源：《中国教育网络》2024年2-3月合刊

　　作者：李俊峰、吴驰、郑競力、刘晓兰（作者单位为华中科技大学网络与信息化办公室）

　　责编：陈永杰

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