基于WEB的北京市高等教育地理信息系统设计与开发

【摘要】文章介绍国内第一个面向公众开放的高等教育地理信息系统――北京市高等教育地理信息系统的设计与开发。系统提供数据查询、数据管理及专题图制作等功能。系统采用三层结构:数据层,包括空间数据及属性数据;中间层,用来提供Web和GIS服务;表现层,包括用于Web客户端和GIS客户端的软件封装。GIS软件采用性价比较好的国产WEB-GIS软件开发平台SuperMap ,开发工具选用Visual 2005。

【关键词】Web-GIS;高等教育;专题图

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097(2009)08―0085―04

引言

GIS(Geographic Information System,地理信息系统)是信息系统的一种,可以实现地理空间数据和信息的科学可视化,即通过图形图像等可辨认的手段,来形象表现科学数据的内涵[1]。信息的可视化能极大地提高信息与知识理解、传播的效率。

Web-GIS(万维网地理信息系统)是运行在万维网上的地理信息系统,是在Internet上面向大众提供地理信息服务的应用系统[2]。它基于Internet的网络平台,利用WEB浏览器作为客户端,通过HTTP协议访问远端GIS服务器。Web-GIS可以使基于地图(图形、图像)的应用系统得以通过互联网技术在各行各业中得到广泛的应用。

GIS已经被应用于日常生活的各个方面[3]。比如GIS可以用于电力、燃气、水等公用事业,帮助保持市场竞争力;在电信领域,GIS可用于新客户开发、电话报修分析以及客房关怀;在交通领域,GIS可用于交通基础设施和相关资产管理以及充足、有效的网络分析解决方案,用于最短路径的确定,为交通工具线路设计、城市交通模拟等服务;在应急管理领域,GIS可以整合空间数据,对灾害可能造成的影响、在瞬息万变的环境中最佳疏散路线的确定等进行模拟,也可以用于资产记录和资源的空间定位等;在土地管理领域,GIS已成为进行数据集成的核心;在城市规划中,GIS用于对城市规划信息进行编码和可视化;在图书馆领域,图书馆能提供越来越多的GIS信息,收集、维护、存储空间资源并提供访问。

在教育领域中,国内外GIS的应用案例并不多见。通过文献分析,我们发现GIS能够以直观的方式帮助决策者、研究者和普通公众了解教育资源的分布,通过与数据分析和挖掘技术相结合,可以帮助决策者、研究者抓住数据中所隐藏的一些规律,从而为决策、研究提供支持。因此,研究与实现教育地理信息系统对教育领域的数据显示、管理决策、科学研究等都非常重要。

本文所设计和实现的北京市高等教育地理信息系统充分利用WEB-GIS的功能,为高等教育研究者、社会公众、教育管理与决策者提供教育数据的查询、统计、分析、可视化显示等功能。开创了GIS在国内高等教育应用方面的先河,弥补了GIS在国内高等教育应用方面的空白,对高等教育信息管理、科研辅助、教育决策等方面的研究具有重大意义。

一 相关研究分析

位于阿肯色大学(University of Arkansas)教育与健康专业学院课程与教学系的美国国家测度与评估系统研究办公室(The National Office foe Research on Measurement an Evaluation Systems (NORMS)) 开发了分析阿肯色州教育成绩鸿沟的GIS应用――GAPS(Geographic Academic Policy Series) 。其目标是使用地理信息和颜色表示教育分析结果,以提供基于地图的分析“快照”。GAPS系统按年收集阿肯色州各学校、学区学生的文学、数学成绩的统计数据。研究人员选择人们关心的教育问题,在GAPS系统中进行专题分析,生成专题图,提供给决策者作为辅助决策工具。例如,针对学区规模与学生成绩是否存在相关关系的问题,GAPS生成了一系列专题图。从图形显示发现,学生成绩与学区规模没有显著关系,反而跟学区的地理位置有很大的相关性。位于阿肯色州30号州际公路右下方的学区学生成绩低于州平均水平的概率更高。不向大众开放使用,人们只能看到针对一些问题生成的静态的地图快照。因此从使用方式来说,不支持普通用户自己对数据进行分析。

2002年,俄勒冈州教育委员会、俄勒冈大学系统(the Oregon University System)与俄勒冈州立大学(Oregon State University)共同合作,启动美国俄勒冈州教育委员会GIS辅助决策支持项目(Oregon State Board of Education GIS Decision Support Pilot Project),旨在研究GIS在帮助俄勒冈州教育委员会进行政策决策方面的功用。该项目把俄勒冈划分为15个劳动力市场区域,以IT产业为例,按照各区域IT课程供应和IT招聘职数,制作了教育供给与劳动力需求专题图,对于教育资源布局和教育规划提供了有力的支持[4]。俄勒冈GIS辅助决策支持项目为我们在北京高等教育地理系统中利用GIS功能研究与呈现高等教育变量与相关社会经济变量之间的关系,进而辅助进行高等教育政策决策开拓了思路。这个项目也没有向公众提供可利用系统所提供的功能进行即时探查分析的入口。

北京市教育委员会提供的教育电子地图3在普通北京市地理系统基础上建设,它增加教育地理信息图层,包括各类院校、中小学、教育相关部门。它提供的功能有周边查询,如查询学校周围的银行;行车路线;公交服务;打车助手;交通路况。这个地图可以大大方便人们了解学校周边情况,但它只提供基本的地理信息查询功能,缺少教育的特色数据,也缺少教育的特色应用研究。

“中国教育地理信息系统(CEGIS)”由国家教育发展研究中心、中国教育发展战略学会和绍兴托普信息职业技术学院共同合作开发[5]。系统功能包括查询世界各国、全国各省、指定省各地的各类教育资源的布局、各种教育统计数据(当前和历史数据)及其空间分布情况,可以显示与教育密切相关的各种社会、经济统计数据和它们的地域分布情况;使用系统关联的国际著名统计分析软件SPSS For Windows可以对各国、各省或指定地、市、县的教育统计数据进行深入的定量分析,以便形成正确的决策、咨询意见等。该系统使用的数据主要是各种统计数据,缺乏专项调研数据和专题分析工具。这也是我们在设计HEDUGIS时,试图创新之处。

本文所描述的北京市高等教育地理系统的关注对象主要是研究人员,为此在系统中录入了大量的科研、课题数据,这是与中国教育地理信息系统(CEGIS)所不同的,因此系统能够提供的服务类型也会有所不同。

本文所描述的基于WEB的北京市高等教育地理信息系统(以下简称HEDUGIS)拥有各种教育特色数据,关注教育应用和社会服务,是已经实现、开始服务于全社会的系统。本文后面部分将重点介绍HEDUGIS的功能设计、系统设计和系统实现。

二 HEDUGIS的功能设计和系统结构

1 功能设计

本系统的目标主要是为研究者查询和高等教育研究的相关信息提供服务,同时为社会公众和政符工作人员提供相关的数据查询服务。因此本系统首先着眼于高等教育研究者的需求,同时兼顾社会公众和教育管理决策人员的需求。基于以上考虑,系统的目标为[6]:

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面向高等教育研究者提供数据输入服务,包括直接输入和由系统管理者协助的间接输入服务,使得高等教育研究所需的数据和成果都能方便地存储到系统中。

面向高等教育研究者、普通社会公众、教育管理决策者提供数据查询服务,包括基于文本的查询和基于地图的查询。

面向系统管理员,提供可协助研究人员制作和高等教育专题图的工具。地理专题图的制作和是一件比较复杂的任务,因此系统没有开发直接面向研究者的专题图制作和工具,而是利用GIS软件提供的可视化专题图制作功能和编程工具向系统管理员提供制作和专题图的工具和模板,让系统管理员制作并专题图后供研究人员使用。

面向高等教育研究者,提供按需设计的辅助工具开发及集成。高等教育研究者可以按自己需求开发出辅助工具并整合到本系统中。

基于以上系统设计目的,本文提出如图1所示的功能设计。

本系统包括以下四类功能模块:

数据查询工具:数据查询工具负责完成用户对数据的多种检索任务。根据查询的数据类型可分为地图数据检索、属性数据检索工具。根据数据查询的方式可分为数据分类浏览工具、数据结构化查询工具等。

数据管理工具:数据管理工具负责对数据库数据的添加、删除、修改、导入、导出等任务。

专题图制作、工具:专题图制作、工具负责根据用户需要制作专题图并将其到系统中,以方便用户浏览。

其他辅助工具:该类工具包括为了支持高等教育研究而按需开发的辅助型工具。

2 系统结构

根据系统设计目的和系统功能,考虑到Web-GIS的一般体系结构,我们提出三层的系统结构[6]。三层分别为:数据层,包括空间数据及属性数据;中间层,用来提供Web和GIS服务;表现层,包括用于Web客户端和GIS客户端的软件封装,Web客户端用于普通用户浏览地理信息,GIS客户端主要用于地图的制作、管理等。

基于系统设计,我们决定基于Windows平台开发本系统,数据库采用与Windows平台结合比较紧密、可用性和稳定性方面都比较优越的SQL Server 2005,GIS软件采用性价比较好的国产WEB-GIS软件开发平台SuperMap ,开发工具选用Visual 2005[6]。系统结构如图2所示。

系统特色介绍:

数据:HEDUGIS中不仅有大量的统计数据,还是大量的科研数据,如科研团队、研究中心等。因此,通过查询系统中的数据,科研人员可以了解相关研究机构的研究方向、前沿课题和同行等。

数据库设计:系统数据分为四种类型:基础代码类(存储名称与代码的对应关系)、信息表类(存储用于的具体数据)、数据库描述表类(存储数据表、视图的描述信息)、与SuperMap相关的数据表类(存储空间数据信息)。本系统数据库包含众多的数据表,为避免多表关联造成的程序编码复杂性,在数据库中生成相关表的数据视图,以便于业务逻辑层的数据访问。

WEB服务器端实现:采用技术进行WEB服务器端的动态网页编程,以分离HTML代码与后台程序代码,增强了

程序代码的可读性和可维护性,提高动态网页的执行效率。

三 HEDUGIS已实现功能

本系统已经基本实现功能设计的全部功能,部署在互联网上,对社会公众开放4。不同类型的用户可以通过这个系统找到自己感兴趣的数据。图3是系统首页。

1 数据查询

进入系统首页后,可以进行不同形式的信息查看方式,如分类浏览、数据查询(查询结果会在地图上显示出来)、纯文本查询(没有地图显示)等。

2 专题图工具:对北京市IT产业与高校布局的分析

专题图工具是一种查看一些专题图示例应用,如图4所示的北京市各区IT行业GDP占全市IT行业GDP总值的百分比专题图(2004数据),图5所示的各区县IT产业GDP占本区GDP总值的百分比。在专题图中,不同色块表示不同比例的百分比区间。

四 结束语

本文介绍了北京市高等教育地理信息系统的设计与开发,这是GIS在教育领域内的一种应用。本系统已经投入运行一年多,得到用户的充分肯定。本系统是国内最早将高等教育科研数据与GIS相结合、向公众提供服务、进行辅助管理决策的信息平台。系统提供多种检索结果显示,用户可以进行浏览、检索或纯文本检索,既有直观的地图显示,也有对更加详细属性数据的文本显示。还设计了专题图分析工具,对分析高等教育资源的布局提供了辅助支持信息。由于GIS已经是一种比较成熟的工具,系统设计与开发中面临的主要困难搜集和获取高等教育科研数据,这在很大程度上限制了该系统对高等教育研究和决策的支持,也影响了项目的进一步完善。本项目研究者希望未来能与相关数据中心合作,拓展数据来源,不断充实和完善高等教育地理信息系统,使其在教育研究和决策中发挥更大的作用。

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