基于虚拟现实的学校建设规划地理信息系统

杨磊，王琳，吕玉香，董从银，胡雪梅，孙峰

(1.山东建筑大学 计算机学院，山东 济南 250101;2.山东建筑大学 建筑规划设计研究院，山东 济南 250101;3.山东建筑大学 外国语学院，山东 济南 250101;4.国家信息通信国际创新园管理委员会，山东 济南 250100)

0 引言

2011 年9 月国家教育部批复了《关于当前教育基本建设工作若干问题的建议》。《建议》明确提出要加快教育基本信息化建设，打造教育基本建设科学管理平台。教育部发布的《教育信息化十年发展规划(2011—2020)》中明确指出推动学校管理信息系统建设与应用。目前，数字城市代表了城市信息化的发展方向，是推动整个国家信息化的重要手段。而如何开发科学、高效、直观、智能的“学校建设规划地理信息系统”是新时代赋予教育规划建设与管理工作的历史使命。结合教育事业需要，我们开发了相关系统，通过电子地图直观地对教育规划基建工作进行管理［1］，对项目审批和投资进行决策和监管，保证资源均衡配置。研究项目系统将电子地图、虚拟现实技术与云计算技术相结合，对系统进行集成，实现系统互联与数据互通，建设横向关联、纵向贯通的教育基本建设信息化平台，在国内少见报道［2］。

1 系统总体规划

系统侧重于通过地理信息技术呈现学校布局规划和项目建设规划，并对此进行管理，其主要使用者是政府层的决策者、管理者，是各级政府和教育行政部门实施教育规划和投资决策与管理的主要平台。系统规划方案为:

(1)通过建立学校建设规划的电子沙盘、地图和预案，利用电子地图开发技术以直观形象化手段展示学校布局规划和建设项目规划信息，规范引导学校建设有序进行;

(2)采用SaaS 私有云方式，解决三维模型数据出现爆炸性增长问题;

(3)利用国家测绘地理信息局建设的地理信息综合服务网站——天地图提供的服务接口，将“天地图”的服务资源嵌入应用系统中。对目前正在使用的系统中存在的信息孤岛进行集成，以解决现有数据与原有数据的无缝联接，向上与国家地理信息系统、国家经济社会人口信息系统衔接，向下延伸为学校基建管理系统(如图1 所示)。

学校基建管理系统是我们开发的基于虚拟现实的学校基建信息管理平台，侧重于学校内部的校园建设规划与基本建设项目的规划、建设与管理，其主要使用者是学校层的管理者。通过虚拟现实技术与管理信息系统的结合，实现了校园景观展示、规划方案展示等功能。点击虚拟场景中的任一建筑物，可以显示出该建筑物的相关信息，如建设单位、建筑面积、基建档案等(如图2 所示)。

图1 学校基建管理系统关系图

2 系统功能

学校建设规划地理信息系统集成各级各类学校的地理位置、空间信息、环境信息和规划建设信息，直观形象地展示学校布局规划和建设项目规划两个层面的成果，从而使学校布局调整和基本建设的目标、过程都在规划的引导和约束之下［3－4］。

图2 学校基建管理系统界面图

2.1 学校布局规划管理

学校布局规划管理模块具有推动学校布局规划的科学化和规范化、作为管理布局规划调整的平台等功能。学校布局规划成果的呈现是建立在学校分类和信息标注的基础上的，首先要在地图上用不同的图标标识出各级各类学校的位置，然后点击图标可以弹出信息显示学校的代码、位置、规模、学生数、教师数、建筑面积等信息。所有信息可以通过分级、对比、分类、定点等不同方式呈现出来(如图3 所示)。

图3 学校布局规划布点图

分级呈现即可查看本级行政区划及下属各级行政区划的学校规划布局。如:可以先进入全国行政区划界面，可查看全国学校现状及布局规划概况，逐级点击要查看的省、市、县地图，可查看区域内学校布局规划概况。

对比呈现即系统提供按不同的筛选条件对比呈现区域学校布局。点击查看现状图，可直观地掌握本区域学校的现状布局，可以对比查看区域内新建、改扩建、闲置校舍改造等学校的分布情况可以同时查看现状图和规划图，从总体上把握区域学校布局规划是否合理。也可查看现状与规划对比柱状图，直观显示现状与规划的数据对比情况。

分类呈现即系统提供分类呈现方式，如按照规划方式呈现区域学校布局总图，或根据管理者需要，分别呈现新建、改扩建、闲置校舍改造等学校的布局情况。

定点查询即管理者可以通过地图布点链接、行政区划目录树、快速访问下拉菜单、关键词搜索等多种途径实现规划建设学校的定点查询，从而呈现每一个学校的相关规划信息。

2.2 建设项目规划管理

学校建设项目规划管理模块重点突出项目规划和投资计划管理两个要素，主要有推动项目规划的建设科学化和规范化、作为建设项目投资依据、作为建设项目管理的平台等功能。在地理信息系统上标示规划建设的项目信息，如项目名称、项目类型、资金来源、投资计划、项目设计、进展情况等，通过对上述信息的分类查询和组合式查询，建设项目布局规划可以按资金来源、按投资计划呈现，也可以按项目类型分类呈现，还可以实现对比呈现，或者查询点击某建设项目布点，显示其相关信息，如图4 所示。

(1)按资金来源呈现布局

关注不同资金来源的项目如国家级管理者可以重点关注中央重点投资项目的布局，省级管理者可以重点关注地方财政投资项目的布局。为了对不同资金来源的项目进行管理，管理者可查看辖区内各类资金来源的项目规划布局情况。

图4 建设项目规划管理示意图

(2)按投资计划呈现布局

为了方便管理者阶段性地开展区域建设项目规划的管理和监控，系统提供规划项目按投资计划呈现方式。管理者既可以查看“十二五”期间所有年度的建设项目投资计划，也可以查看某一年度的建设项目投资计划。

(3)按项目名称呈现布局

系统提供按不同的分类呈现区域建设项目布局。如边远艰苦地区农村学校教师周转宿舍建设项目，管理者可按照项目类型查看区域内周转宿舍建设项目，也可同时查看区域内学前教育推进工程项目。

(4)对比呈现布局

系统提供按不同的筛选条件对比呈现区域学校布局。如对于学前教育推进工程项目，管理者可以对比查看规划前后布局图，从总体上掌握区域建设项目布局规划情况以及项目布局规划是否符合政策要求等。系统还可对比呈现国家级贫困县、边境县、革命老区县等特殊地区和一般地区的学校布局规划。

(5)单体项目信息查询

管理者可以在辖区内基本建设规划项目布点图上点击相关项目布点，查看该项目的概况信息，如规划建设方式、规划建筑面积、资金计划、项目设计等，还可以通过该项目的链接，查看该建设项目的详细规划信息，如结构类型、用途代码、建筑物总层数、建筑面积、建设启动状态等。

3 平台优势

学校建设规划管理系统集成了各级各类学校的地理位置信息、空间信息、环境信息和规划建设信息，有效地结合了GIS、虚拟现实、云计算和移动计算技术，实现了系统互联与数据互通。

3.1 将地理信息技术引入学校建设规划管理系统中

项目以GIS 技术为基础，在地理空间上标注学校的位置、规模、办学条件、周边环境等信息。并能根据教育规划管理者的需求，按照学校性质、规划方式等标准呈现不同类型的学校布局规划地图，按照项目年份、投资类型、项目性质等标准呈现不同类型的建设项目布局规划地图。同时，利用国家测绘局“天地图”提供的API(应用程序编程接口)搭建新的GIS 应用系统，与国家地理信息系统相衔接。

3.2 将虚拟现实技术引入规划建设项目虚拟论证

虚拟现实技术结合电子地图技术展示规划和建设项目信息［5］。采用Virtual Reality Platorm(即)平台进行场景设计。VRP 是中视典公司独立开发的具有完全自主知识产权的虚拟现实软件。在本项目设计开发的网络管理平台中，引入了该技术平台，并在其基础上进行了二次开发，设置了三维数字校园的接口，各级学校基建规划管理者可以在三维虚拟校园中对多个设计方案进行比选，使学校项目建设符合学校及区域总体规划，提高项目投资决策水平。

3.3 采用了SaaS 服务模式

云计算在服务方面，主要以提供用户基于云的各种服务为主，共包含3 个层次:软件即服务(Software as a Service，即 SaaS)、平 台 即 服 务(Platform as a Service，即PaaS)和基础设施即服务(Infrastructure as a Service，即IaaS)。本系统基于SaaS 服务模式，采用Java EE、Struts2、MyBatis 等技术进行编程，同时构建基于Windows Azure 的私有云平台［6－10］。

3.4 将移动信息化技术应用于基建管理

为了支持管理工作的实时性和方便性，我们开发了手持终端系统。Andriod 为内存受限的移动设备设计，Android 包括操作系统、中间件和关键的应用程序，还提供了API 与相应的一系列工具Android SDK，我们利用它使用Java 进行原生App 开发。基于Andriod 的移动平台设计理念是把服务器端分为业务逻辑层与数据持久层，业务逻辑层负责处理业务流程，提供计算能力，数据持久层负责数据的整合与保存［11］。因此，手机客户端作为展现层，主要完成界面、用户操作与结果展示，根据云计算模式，把尽量多的计算、资源移至服务器端完成［12－13］。

4 结语

学校建设规划地理信息系统利用虚拟现实技术，结合电子地图方式直观形象地展示学校布局规划和建设项目规划建设信息，便于各级管理者监督管理，规范学校设置和学校建设有序进行［14］。在应用创新方面，系统将SaaS 私有云方式与移动互联技术和电子地图与虚拟现实技术相结合，解决了三维模型数据出现爆炸性增长问题，保证系统地理信息资源共享和高效利用，方便教育部、教育厅和相关政府部门对学校建设规划的规范化管理。通过系统集成，建设了横向关联、纵向贯通的教育规划信息化平台，实现了教育基本建设管理的信息化、规范化，促进了我国教育事业的发展。

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