基于GIS的校园绿地养护信息系统的设计与应用

韩慧君， 张远智

(北京林业大学，北京 100083)



基于GIS的校园绿地养护信息系统的设计与应用

韩慧君， 张远智*

(北京林业大学，北京 100083)

摘要随着GIS技术的不断推广，采用空间与属性结合的方式对绿地进行管理越来越受到校园绿化部门的关注。该研究以北京林业大学绿地养护为例，依据需求分析，采用B/S结构，对系统总体结构和功能进行了设计，并建立绿地养护信息数据库，对该系统在北京林业大学的应用进行了示例。结果表明，基于GIS的校园绿地养护信息系统为绿地补植、灌溉、施肥、美化和防护等提供了信息化平台，可进一步提高绿地养护工作效率。

关键词绿地养护；GIS；系统设计；校园；MapX

绿地作为校园生态环境的重要组成部分，已经越来越受到师生的关注和重视[1]。利用现有的绿地资源为师生创建一个良好的生活学习环境，也一直是每个院校绿化部门的工作重点。然而传统的绿地养护管理主要以人工为主，造成人力资源较大的浪费，而且由于校园植被种类繁杂，分布不均，人工管理效率相对不高[2]。结合GIS技术建立绿地养护信息系统不仅实现了绿地的数字化、信息化，而且使得绿地养护工作更加便捷精确[3]。

北京林业大学作为“首都绿化美化花园式单位”[4]，植被的种类和数量均比较可观，良好的植被造景效果也成为校园的景观特色[5]。在以往的校园绿地研究中，主要以植被查询、统计和校园植物景观设计为主[6-8]，对于如何科学高效地进行绿地养护的探讨和研究尚显不足。为了满足校园绿化部门的实际需求，在2009年建立的北林植物查询系统的基础上设计与开发了绿地养护信息系统，用户通过移动终端(PPC)或笔记本电脑(PC)可以快速地查询统计以及上传绿地的养护数据，并根据统计报表和专题图对养护的现状进行分析，更加高效地制定科学的养护计划[9]。笔者基于GIS平台，设计了校园绿地养护信息系统，并对该系统的实现进行了分析，为GIS技术服务于校园绿化提供新的思路。

1系统需求分析

1.1系统功能需求校园绿地养护信息系统主要服务对象为校园绿化部门工作人员，包括管理人员、技术人员和养护工人。通过系统界面操作即可直观地浏览、查询、统计和分析校园绿地及各类养护数据，为制定科学的养护计划提供依据。管理人员根据电子人事档案对工作人员信息和工作考勤等进行管理。技术人员通过分析养护统计报表和专题图制定养护计划，养护工人利用掌上电脑提供的养护计划进行具体的养护工作，并实时上传各类养护数据。技术人员根据绿地补植、翻新等最新养护数据可在系统上进行实时编辑，保持基础数据的时效性。系统提供友好的界面[10]，方便用户进行操作。绿地养护具体工作内容见图1。

图1　绿地养护工作内容Fig. 1　Working content of green space maintenance

1.2系统性能需求安全性是系统运行和服务器维护过程中首要考虑的。该系统涉及到移动终端与服务器之间数据的传输，因此采用B/S结构。终端通过校园无线网络与网络服务器进行连接。操作权限的设置使普通用户接触不到后台服务器，从而保证后台数据的安全。

稳定性也是系统运行需要考虑的。由于数据范围为校园绿地养护数据，数据量相对不大，为了保障系统的稳定性，降低系统成本，最大程度地利用现有的资源，兼容现有的环境，该系统使用如下的系统服务器运行环境：操作系统为WindowsXP/7，CPU为Intel Core i3 3220，计算机运行内存512M，硬盘大小50G，数据库使用Oracle 10g。移动终端使用基于WindowsMobile6.1的PPC，使用BJFU WiFi(北林校园无线局域网)进行数据传输[11]。开发环境使用Visual Studio2008，并集成Windows Mobile SDK以及Mapinfo中的Active控件MapX 4.0。

2系统结构设计

北京林业大学校园绿地养护信息系统包含客户端、后台服务器两层结构。用户通过操作移动客户端或PC客户端与系统后台数据库进行数据交互，获取或上传信息。系统逻辑结构见图2。

图2　绿地养护信息系统逻辑结构Fig. 2　Logical structure of green space maintenance information system

3系统功能及应用

根据系统需求分析，系统功能主要包括用户登录、人事管理、数据采集、地图操作、编辑、查询统计和空间分析模块。

3.1用户登录模块该模块主要用于用户登录系统。用户只有在输入正确的账号、密码和身份才能登录，不同身份的用户分配不同的权限，人事管理模块只面向身份为管理人员的用户，编辑模块只面向身份为技术人员的用户，其他模块面向所有用户。绿地养护信息系统的维护则由专业的系统管理员负责，包括服务器维护、系统升级和系统参数设置等。

3.2人事管理模块人事管理内容包括绿化部门工作人员的工号、工作时间、工作地点、工作内容、工资福利和住宿饮食等，建立电子人事档案。管理者通过在PC端操作系统即可获得所属部门工作人员的信息，并根据养护分工来安排任务，通过工人实时上传的养护数据(包括图片、影像、表格等数据)来检查工作具体情况。

3.3数据采集模块养护工人在实地工作中利用PPC端对绿地养护情况进行上传，包括补植区域的位置编号、面积、品种、数量及影像资料，以及受病虫害、枯死植被的编号、图片信息等，并在PPC中记录当日具体工作内容。数据通过无线网络传输到系统空间数据库服务器，为技术人员对系统进行编辑和维护提供数据支持。

3.4地图操作模块该模块主要为用户提供操作系统主窗口的基本工具，包括漫游、放大(缩小)、点选(矩形选择、圆形选择和多边形选择)、手动测距、面积量算、分层显示和图例操作。

3.5编辑模块该模块主要为技术人员设计，包括数据的修改、录入、导入和删除。绿地变更数据主要由绿化养护工人实时上传，技术人员则根据变更情况对地图进行修改。在录入数据时要按照系统预先提供的绿地空间数据规范，对于不符合规范的数据系统自动报错[12]。导入数据是指将绿地空间数据按照数据模板以Excel表格的形式批量导入系统。技术人员还可以根据绿化工人提供的养护记录表对养护档案的数据进行修改和删除，保持数据库的时效性。

3.6查询模块该模块提供属性查询和空间查询2种方式。属性查询是指查询校园植物的名称、形态特征、生态习性、图片以及相关的补植、灌溉、施肥、美化和防护等养护信息。查询方式包括快速查询和多字段组合查询。空间查询包括属性查空间和空间查属性两种方式，属性查空间是指根据用户感兴趣的字段查询符合条件的图元，并在地图上实现可视化。空间查属性是指通过在地图上选取用户需要的图元来查询其相关的属性信息，并以列表的方式列出。

3.7统计模块该模块可按照用户需求统计各类养护数据，例如补植的草坪面积和乔灌木数量、灌溉面积和用水量、施肥面积和用量、修剪绿篱、草坪的面积以及进行病虫害防治、防冻的乔灌木数量等。系统可以将统计结果生成表格，并根据用户需要进行输出或打印。

3.8空间分析模块该模块利用空间查询得到的养护数据制作成灌溉、施肥、修剪、防护等矢量图。通过植被养护矢量图与校园底图叠加形成专题图，可对养护现状进行分析，并结合校园绿地养护要求制定养护计划。用户可将空间分析得到的结果制图输出。

4数据库建立

图3　绿地养护信息系统数据库组成Fig. 3　Composition of green space maintenance information system database

利用Oracle Spatial集成MapX建立空间数据库来管理空间数据，可以有效集成空间数据与属性数据，避免了两类数据分别存储带来的不便[13]。空间数据通过定位时在MapX内部生成的唯一ID与对应的属性数据进行连接[14]。在数据库服务器中建立图形连接关系数据库来表达图形的拓扑关系。当对GIS服务器中图形进行增加或删减时，相应数据库服务器中的属性数据也要改变，并更新图形连接关系数据库的拓扑结构。数据库组成见图3。4.1属性数据根据属性数据类型的不同来构建相应的数据表，并通过建立数据表之间的关系来管理属性数据[15]。属性表包括工作人员信息表、工作安排表、绿地日常检查表、绿地保洁工作表、图形连接关系表、乔木信息表、灌木信息表、花团信息表、绿篱信息表、草坪信息表、补植数据表、灌溉设施信息表、施肥数据表、绿地美化数据表、病虫害防治数据表和防冻数据表。

4.2空间数据空间数据包括校园地图(建筑、道路、校园边界)、植被(乔木、灌木、花团、绿篱、草坪)、灌溉设施(首部枢纽、阀门、喷头、出水口)、校园小品(道路指示牌、雕塑、置石、坐椅、摄像头、园灯、报栏)等图形数据。

5系统的实现

5.1前期数据获取北京林业大学校园绿地养护信息系统对数据的要求精确到每棵乔木、灌木以及各块草坪、灌溉设施、小品，在前期数据获取过程中利用仪器实地测量，获取每个图元特征点的坐标信息，并记录其属性数据，然后按照不同的图层分属对图元进行编号。植被的养护数据和人事管理数据则通过学校绿化部门的现有资料中获取。

5.2数据预处理将全站仪记录的图元特征点坐标导入CAD，实现空间数据的矢量化，提取校园底图、乔木、灌木、花团、绿篱、草坪、灌溉设施、小品的专题要素。在数据库中输入植被等图元的属性信息以及各类养护数据。

5.3系统构建北林校园绿地信息系统开发实现是以Visual Studio环境下MFC的Ribbon Designer为基础，它可以方便地将任何功能区控件添加到应用程序中并进行编辑。Ribbon界面又称固定式工具栏界面，改变了以往传统的下拉式菜单用户界面，用户可以较容易地使用所开发的软件的各项常用功能，比如最新的Office界面和Windows界面都采用的是Ribbon界面[16]。系统主要包括编辑、查询、统计、空间分析等功能，系统界面如图4～6所示。

图4　绿地养护信息系统界面Fig.4　Interface of green space maintenance information system

图5　根据空间定位查询乔木信息Fig. 5　Inquiry of the tree information based on spatial orientation

图6　统计乔木病虫害信息Fig. 6　Statistics of the trees’ pest information

6结论

北京林业大学校园绿地养护系统实现了绿地养护工作的数字化，为绿化工作人员提供了信息化平台。通过移动终端可以将绿地检查、灌溉和保洁等日常工作的具体情况录入养护电子档案，并对发现的问题进行上传，改善以往校园绿化业务资料杂乱分散的情况。通过查询、统计模块可以查询植被的信息以及养护数据，定位需要进行修剪美化的花团、绿篱和草坪等。通过空间分析可以为病虫害防治、防冻、施肥和补植翻新等专项工作提供决策依据，提高了校园绿化部门的工作效率。系统后台数据库管理集中在管理员客户端，使得数据库更新和系统维护更加便利安全，终端用户只需要在PPC或PC上即可快速地获取绿地的信息。

该系统的功能已基本满足北京林业大学绿化养护管理的需求，但绿地养护系统还有很大的技术空间值得挖掘，如系统界面和分析功能还有待完善；C/S结构在一定程度上存在局限，未来校园绿地养护信息系统会向B/S结构发展，以期加入三维浏览功能，满足用户的更多需求。

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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

作者简介韩慧君(1989- )，男，山西阳泉人，硕士研究生，研究方向：“3S”技术在资源环境中的应用。*通讯作者，副教授，从事“3S”技术研究。

收稿日期2016-02-08

中图分类号S 127

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)08-296-03