韓慧君， 張遠智

(北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083)

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基于GIS的校園綠地養(yǎng)護信息系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

韓慧君， 張遠智*

(北京林業(yè)大學(xué)，北京 100083)

摘要隨著GIS技術(shù)的不斷推廣，采用空間與屬性結(jié)合的方式對綠地進行管理越來越受到校園綠化部門的關(guān)注。該研究以北京林業(yè)大學(xué)綠地養(yǎng)護為例，依據(jù)需求分析，采用B/S結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和功能進行了設(shè)計，并建立綠地養(yǎng)護信息數(shù)據(jù)庫，對該系統(tǒng)在北京林業(yè)大學(xué)的應(yīng)用進行了示例。結(jié)果表明，基于GIS的校園綠地養(yǎng)護信息系統(tǒng)為綠地補植、灌溉、施肥、美化和防護等提供了信息化平臺，可進一步提高綠地養(yǎng)護工作效率。

關(guān)鍵詞綠地養(yǎng)護；GIS；系統(tǒng)設(shè)計；校園；MapX

綠地作為校園生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，已經(jīng)越來越受到師生的關(guān)注和重視[1]。利用現(xiàn)有的綠地資源為師生創(chuàng)建一個良好的生活學(xué)習(xí)環(huán)境，也一直是每個院校綠化部門的工作重點。然而傳統(tǒng)的綠地養(yǎng)護管理主要以人工為主，造成人力資源較大的浪費，而且由于校園植被種類繁雜，分布不均，人工管理效率相對不高[2]。結(jié)合GIS技術(shù)建立綠地養(yǎng)護信息系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了綠地的數(shù)字化、信息化，而且使得綠地養(yǎng)護工作更加便捷精確[3]。

北京林業(yè)大學(xué)作為“首都綠化美化花園式單位”[4]，植被的種類和數(shù)量均比較可觀，良好的植被造景效果也成為校園的景觀特色[5]。在以往的校園綠地研究中，主要以植被查詢、統(tǒng)計和校園植物景觀設(shè)計為主[6-8]，對于如何科學(xué)高效地進行綠地養(yǎng)護的探討和研究尚顯不足。為了滿足校園綠化部門的實際需求，在2009年建立的北林植物查詢系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計與開發(fā)了綠地養(yǎng)護信息系統(tǒng)，用戶通過移動終端(PPC)或筆記本電腦(PC)可以快速地查詢統(tǒng)計以及上傳綠地的養(yǎng)護數(shù)據(jù)，并根據(jù)統(tǒng)計報表和專題圖對養(yǎng)護的現(xiàn)狀進行分析，更加高效地制定科學(xué)的養(yǎng)護計劃[9]。筆者基于GIS平臺，設(shè)計了校園綠地養(yǎng)護信息系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的實現(xiàn)進行了分析，為GIS技術(shù)服務(wù)于校園綠化提供新的思路。

1系統(tǒng)需求分析

1.1系統(tǒng)功能需求校園綠地養(yǎng)護信息系統(tǒng)主要服務(wù)對象為校園綠化部門工作人員，包括管理人員、技術(shù)人員和養(yǎng)護工人。通過系統(tǒng)界面操作即可直觀地瀏覽、查詢、統(tǒng)計和分析校園綠地及各類養(yǎng)護數(shù)據(jù)，為制定科學(xué)的養(yǎng)護計劃提供依據(jù)。管理人員根據(jù)電子人事檔案對工作人員信息和工作考勤等進行管理。技術(shù)人員通過分析養(yǎng)護統(tǒng)計報表和專題圖制定養(yǎng)護計劃，養(yǎng)護工人利用掌上電腦提供的養(yǎng)護計劃進行具體的養(yǎng)護工作，并實時上傳各類養(yǎng)護數(shù)據(jù)。技術(shù)人員根據(jù)綠地補植、翻新等最新養(yǎng)護數(shù)據(jù)可在系統(tǒng)上進行實時編輯，保持基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的時效性。系統(tǒng)提供友好的界面[10]，方便用戶進行操作。綠地養(yǎng)護具體工作內(nèi)容見圖1。

圖1　綠地養(yǎng)護工作內(nèi)容Fig. 1　Working content of green space maintenance

1.2系統(tǒng)性能需求安全性是系統(tǒng)運行和服務(wù)器維護過程中首要考慮的。該系統(tǒng)涉及到移動終端與服務(wù)器之間數(shù)據(jù)的傳輸，因此采用B/S結(jié)構(gòu)。終端通過校園無線網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器進行連接。操作權(quán)限的設(shè)置使普通用戶接觸不到后臺服務(wù)器，從而保證后臺數(shù)據(jù)的安全。

穩(wěn)定性也是系統(tǒng)運行需要考慮的。由于數(shù)據(jù)范圍為校園綠地養(yǎng)護數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量相對不大，為了保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)成本，最大程度地利用現(xiàn)有的資源，兼容現(xiàn)有的環(huán)境，該系統(tǒng)使用如下的系統(tǒng)服務(wù)器運行環(huán)境：操作系統(tǒng)為WindowsXP/7，CPU為Intel Core i3 3220，計算機運行內(nèi)存512M，硬盤大小50G，數(shù)據(jù)庫使用Oracle 10g。移動終端使用基于WindowsMobile6.1的PPC，使用BJFU WiFi(北林校園無線局域網(wǎng))進行數(shù)據(jù)傳輸[11]。開發(fā)環(huán)境使用Visual Studio2008，并集成Windows Mobile SDK以及Mapinfo中的Active控件MapX 4.0。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

北京林業(yè)大學(xué)校園綠地養(yǎng)護信息系統(tǒng)包含客戶端、后臺服務(wù)器兩層結(jié)構(gòu)。用戶通過操作移動客戶端或PC客戶端與系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互，獲取或上傳信息。系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2　綠地養(yǎng)護信息系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)Fig. 2　Logical structure of green space maintenance information system

3系統(tǒng)功能及應(yīng)用

根據(jù)系統(tǒng)需求分析，系統(tǒng)功能主要包括用戶登錄、人事管理、數(shù)據(jù)采集、地圖操作、編輯、查詢統(tǒng)計和空間分析模塊。

3.1用戶登錄模塊該模塊主要用于用戶登錄系統(tǒng)。用戶只有在輸入正確的賬號、密碼和身份才能登錄，不同身份的用戶分配不同的權(quán)限，人事管理模塊只面向身份為管理人員的用戶，編輯模塊只面向身份為技術(shù)人員的用戶，其他模塊面向所有用戶。綠地養(yǎng)護信息系統(tǒng)的維護則由專業(yè)的系統(tǒng)管理員負責(zé)，包括服務(wù)器維護、系統(tǒng)升級和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等。

3.2人事管理模塊人事管理內(nèi)容包括綠化部門工作人員的工號、工作時間、工作地點、工作內(nèi)容、工資福利和住宿飲食等，建立電子人事檔案。管理者通過在PC端操作系統(tǒng)即可獲得所屬部門工作人員的信息，并根據(jù)養(yǎng)護分工來安排任務(wù)，通過工人實時上傳的養(yǎng)護數(shù)據(jù)(包括圖片、影像、表格等數(shù)據(jù))來檢查工作具體情況。

3.3數(shù)據(jù)采集模塊養(yǎng)護工人在實地工作中利用PPC端對綠地養(yǎng)護情況進行上傳，包括補植區(qū)域的位置編號、面積、品種、數(shù)量及影像資料，以及受病蟲害、枯死植被的編號、圖片信息等，并在PPC中記錄當(dāng)日具體工作內(nèi)容。數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)较到y(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，為技術(shù)人員對系統(tǒng)進行編輯和維護提供數(shù)據(jù)支持。

3.4地圖操作模塊該模塊主要為用戶提供操作系統(tǒng)主窗口的基本工具，包括漫游、放大(縮小)、點選(矩形選擇、圓形選擇和多邊形選擇)、手動測距、面積量算、分層顯示和圖例操作。

3.5編輯模塊該模塊主要為技術(shù)人員設(shè)計，包括數(shù)據(jù)的修改、錄入、導(dǎo)入和刪除。綠地變更數(shù)據(jù)主要由綠化養(yǎng)護工人實時上傳，技術(shù)人員則根據(jù)變更情況對地圖進行修改。在錄入數(shù)據(jù)時要按照系統(tǒng)預(yù)先提供的綠地空間數(shù)據(jù)規(guī)范，對于不符合規(guī)范的數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動報錯[12]。導(dǎo)入數(shù)據(jù)是指將綠地空間數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)模板以Excel表格的形式批量導(dǎo)入系統(tǒng)。技術(shù)人員還可以根據(jù)綠化工人提供的養(yǎng)護記錄表對養(yǎng)護檔案的數(shù)據(jù)進行修改和刪除，保持數(shù)據(jù)庫的時效性。

3.6查詢模塊該模塊提供屬性查詢和空間查詢2種方式。屬性查詢是指查詢校園植物的名稱、形態(tài)特征、生態(tài)習(xí)性、圖片以及相關(guān)的補植、灌溉、施肥、美化和防護等養(yǎng)護信息。查詢方式包括快速查詢和多字段組合查詢?？臻g查詢包括屬性查空間和空間查屬性兩種方式，屬性查空間是指根據(jù)用戶感興趣的字段查詢符合條件的圖元，并在地圖上實現(xiàn)可視化?？臻g查屬性是指通過在地圖上選取用戶需要的圖元來查詢其相關(guān)的屬性信息，并以列表的方式列出。

3.7統(tǒng)計模塊該模塊可按照用戶需求統(tǒng)計各類養(yǎng)護數(shù)據(jù)，例如補植的草坪面積和喬灌木數(shù)量、灌溉面積和用水量、施肥面積和用量、修剪綠籬、草坪的面積以及進行病蟲害防治、防凍的喬灌木數(shù)量等。系統(tǒng)可以將統(tǒng)計結(jié)果生成表格，并根據(jù)用戶需要進行輸出或打印。

3.8空間分析模塊該模塊利用空間查詢得到的養(yǎng)護數(shù)據(jù)制作成灌溉、施肥、修剪、防護等矢量圖。通過植被養(yǎng)護矢量圖與校園底圖疊加形成專題圖，可對養(yǎng)護現(xiàn)狀進行分析，并結(jié)合校園綠地養(yǎng)護要求制定養(yǎng)護計劃。用戶可將空間分析得到的結(jié)果制圖輸出。

4數(shù)據(jù)庫建立

圖3　綠地養(yǎng)護信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫組成Fig. 3　Composition of green space maintenance information system database

利用Oracle Spatial集成MapX建立空間數(shù)據(jù)庫來管理空間數(shù)據(jù)，可以有效集成空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，避免了兩類數(shù)據(jù)分別存儲帶來的不便[13]。空間數(shù)據(jù)通過定位時在MapX內(nèi)部生成的唯一ID與對應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)進行連接[14]。在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中建立圖形連接關(guān)系數(shù)據(jù)庫來表達圖形的拓撲關(guān)系。當(dāng)對GIS服務(wù)器中圖形進行增加或刪減時，相應(yīng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的屬性數(shù)據(jù)也要改變，并更新圖形連接關(guān)系數(shù)據(jù)庫的拓撲結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫組成見圖3。4.1屬性數(shù)據(jù)根據(jù)屬性數(shù)據(jù)類型的不同來構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，并通過建立數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系來管理屬性數(shù)據(jù)[15]。屬性表包括工作人員信息表、工作安排表、綠地日常檢查表、綠地保潔工作表、圖形連接關(guān)系表、喬木信息表、灌木信息表、花團信息表、綠籬信息表、草坪信息表、補植數(shù)據(jù)表、灌溉設(shè)施信息表、施肥數(shù)據(jù)表、綠地美化數(shù)據(jù)表、病蟲害防治數(shù)據(jù)表和防凍數(shù)據(jù)表。

4.2空間數(shù)據(jù)空間數(shù)據(jù)包括校園地圖(建筑、道路、校園邊界)、植被(喬木、灌木、花團、綠籬、草坪)、灌溉設(shè)施(首部樞紐、閥門、噴頭、出水口)、校園小品(道路指示牌、雕塑、置石、坐椅、攝像頭、園燈、報欄)等圖形數(shù)據(jù)。

5系統(tǒng)的實現(xiàn)

5.1前期數(shù)據(jù)獲取北京林業(yè)大學(xué)校園綠地養(yǎng)護信息系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的要求精確到每棵喬木、灌木以及各塊草坪、灌溉設(shè)施、小品，在前期數(shù)據(jù)獲取過程中利用儀器實地測量，獲取每個圖元特征點的坐標(biāo)信息，并記錄其屬性數(shù)據(jù)，然后按照不同的圖層分屬對圖元進行編號。植被的養(yǎng)護數(shù)據(jù)和人事管理數(shù)據(jù)則通過學(xué)校綠化部門的現(xiàn)有資料中獲取。

5.2數(shù)據(jù)預(yù)處理將全站儀記錄的圖元特征點坐標(biāo)導(dǎo)入CAD，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的矢量化，提取校園底圖、喬木、灌木、花團、綠籬、草坪、灌溉設(shè)施、小品的專題要素。在數(shù)據(jù)庫中輸入植被等圖元的屬性信息以及各類養(yǎng)護數(shù)據(jù)。

5.3系統(tǒng)構(gòu)建北林校園綠地信息系統(tǒng)開發(fā)實現(xiàn)是以Visual Studio環(huán)境下MFC的Ribbon Designer為基礎(chǔ)，它可以方便地將任何功能區(qū)控件添加到應(yīng)用程序中并進行編輯。Ribbon界面又稱固定式工具欄界面，改變了以往傳統(tǒng)的下拉式菜單用戶界面，用戶可以較容易地使用所開發(fā)的軟件的各項常用功能，比如最新的Office界面和Windows界面都采用的是Ribbon界面[16]。系統(tǒng)主要包括編輯、查詢、統(tǒng)計、空間分析等功能，系統(tǒng)界面如圖4～6所示。

圖4　綠地養(yǎng)護信息系統(tǒng)界面Fig.4　Interface of green space maintenance information system

圖5　根據(jù)空間定位查詢喬木信息Fig. 5　Inquiry of the tree information based on spatial orientation

圖6　統(tǒng)計喬木病蟲害信息Fig. 6　Statistics of the trees’ pest information

6結(jié)論

北京林業(yè)大學(xué)校園綠地養(yǎng)護系統(tǒng)實現(xiàn)了綠地養(yǎng)護工作的數(shù)字化，為綠化工作人員提供了信息化平臺。通過移動終端可以將綠地檢查、灌溉和保潔等日常工作的具體情況錄入養(yǎng)護電子檔案，并對發(fā)現(xiàn)的問題進行上傳，改善以往校園綠化業(yè)務(wù)資料雜亂分散的情況。通過查詢、統(tǒng)計模塊可以查詢植被的信息以及養(yǎng)護數(shù)據(jù)，定位需要進行修剪美化的花團、綠籬和草坪等。通過空間分析可以為病蟲害防治、防凍、施肥和補植翻新等專項工作提供決策依據(jù)，提高了校園綠化部門的工作效率。系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫管理集中在管理員客戶端，使得數(shù)據(jù)庫更新和系統(tǒng)維護更加便利安全，終端用戶只需要在PPC或PC上即可快速地獲取綠地的信息。

該系統(tǒng)的功能已基本滿足北京林業(yè)大學(xué)綠化養(yǎng)護管理的需求，但綠地養(yǎng)護系統(tǒng)還有很大的技術(shù)空間值得挖掘，如系統(tǒng)界面和分析功能還有待完善；C/S結(jié)構(gòu)在一定程度上存在局限，未來校園綠地養(yǎng)護信息系統(tǒng)會向B/S結(jié)構(gòu)發(fā)展，以期加入三維瀏覽功能，滿足用戶的更多需求。

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Design and Application of Information System of Campus Green Space Maintenance Based on GIS

HAN Hui-jun, ZHANG Yuan-zhi*

(Beijing Forestry University,Beijing 100083)

AbstractWith the spreading application of GIS technology, campus greening department has paid more and more attention to the green space management by combing the space with attribute. With green spaces in Beijing Forestry University as an example, the overall structure and function were designed based on the demand analysis. The information system database for green space maintenance was established, which provided information platform for the green replanting, irrigation, fertilization beautification, protection and so on, and further enhanced the efficiency of green space maintenance.

Key wordsGreen spaces maintenance; GIS; System design; Campus; MapX

作者簡介韓慧君(1989- )，男，山西陽泉人，碩士研究生，研究方向：“3S”技術(shù)在資源環(huán)境中的應(yīng)用。*通訊作者，副教授，從事“3S”技術(shù)研究。

收稿日期2016-02-08

中圖分類號S 127

文獻標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)08-296-03