吕 杰ａ，刘 旭ａ，闫振国ｂ
（西安科技大学，ａ．测绘科学与技术学院；ｂ．能源学院，西安 ７１００５４）
摘要：针对校园安全信息系统的可视化、科学性要求，基于ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ进行了西安科技大学校园安全系统设计。系统基于．Ｎｅｔ ４．０平台，采用Ｃ＃编程语言、ＡｒｃＥｎｇｉｎｅ １０．０组件式ＧＩＳ技术、ＤｏｃｋＰａｎｅｌ Ｓｕｉｔｅ开源类库建立了校园安全系统，可实现校园监控点数据显示、空间属性数据查询与编辑、最短路径分析、通视分析、几何网络分析以及监控区域专题图制作输出等功能，该系统能够实现校园范围内的安全分析。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 ：校园安全系统；通视分析；ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ
中图分类号：Ｐ２８；ＴＰ３１１．５２ 文献标识码：A 文章编号：0439－８114（２０15）07－1731-03
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.07.051
数字校园的建设是当今高校发展的必然趋势，而校园安全系统是数字校园建设的重要组成部分。以往人们对数字校园研究开发的重点放在了各种类型的校园信息管理系统和办公自动化上，如教务管理子系统［１－３］、学籍档案管理子系统［４，５］、后勤物业管理子系统［６，７］、高校人力资源管理系统［８－１０］、校园财务管理信息系统［１１］、固定资产管理信息系统［１２，１３］等，注重于属性数据的管理和事务逻辑处理。而针对校园安全系统的建设，苏东等［１４］运用信号控制、通信、数字视频等技术设计了数字校园监控方案的系统架构，实现了通过安置在教室的网络摄像机视频点对有可能发生的隐患进行监控，偏重于对监控设备下的视频监控系统的搭建，以及安保人员的岗位值守上，缺乏对校园范围内的安全规划分析和调度管理的系统性平台建设。在将ＧＩＳ技术运用于校园安全系统建设上，孙彦花等［１５］利用通视分析原理并结合ＡｒｃＧＩＳ空间建模功能进行了校园安全分析建模，初步实现了对校区范围的安全分析，但该模型只能在ＡｒｃＧＩＳ软件下执行，无法与其他数字校园系统信息系统进行集成。刘爱华等［１６］以山东农业大学虚拟校园为例，利用ＡｒｃＧＩＳ的分析功能优势，对三维场景进行缓冲区分析、叠置分析、网络分析等空间分析；并能利用ＶＢＡ语言进行特定功能的二次开发，从而完善三维虚拟校园的系统功能。王艳安等［１７］以长江大学虚拟校园的设计为研究对象，以长江大学校园为虚拟空间，以建立长江大学虚拟校园为目的，实现了一种虚拟现实系统——微机平台虚拟校园漫游系统。
基于ＧＩＳ技术的校园安全系统将空间数据和属性数据进行关联集成并可视化显示，用户可以在大比例尺矢量地形图或栅格影像上直接查看管理当前校园范围内监控设备、警卫亭以及巡逻车队路线的空间位置和数据信息，系统提供了基本的地图操作、信息查询检索、报表输出以及相关专题制图等功能。利用地理信息技术的强大空间分析能力为监控设备和警卫亭的选址规划、最佳巡逻路线的制定，以及校园突发事件的人员物资调配等提供辅助依据。
１ 开发平台与资料数据
１．１ ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ开发工具包
ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ开发工具包是美国Ｅｓｒｉ公司在ＡｒｃＧＩＳ ９．０版本后将ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ中的一些组件单独打包出来，基于ＣＯＭ技术可重用的通用ＧＩＳ二次开发组件产品。它可用于大量开发框架中，像．Ｎｅｔ、ＶＣ＋＋、Ｄｅｌｐｈｉ等开发环境，开发人员可以使用ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ开发工具包建立具有简单接口的集中式ＧＩＳ解决方案，以集成ＧＩＳ功能或嵌入式ＧＩＳ逻辑到现有应用程序，实现地图与用户管理信息之间的协同关系。系统是在．Ｎｅｔ ４．０平台下使用Ｃ＃语言进行开发的。
１．２ ＤｏｃｋＰａｎｅｌ Ｓｕｉｔe开源类库
ＤｏｃｋＰａｎｅｌ Ｓｕｉｔｅ是一个支持选项卡式窗体布局的多文档管理开源类库，其选项卡外观可以进行自定义扩展，工具栏可实现停靠和自动隐藏，窗体在容器中拖拉操作时呈“田”字形可视化布局，便于自定义界面布局。该开源类库下的窗体具有持久性功能，可将当前的程序状态保存为ＸＭＬ文件，下次打开即加载ＸＭＬ还原成上次关闭时的窗体布局，给用户带来便捷的交互操作和良好的界面布局效果。
１．３ 资料数据
数据来源为西安科技大学１∶５００地形图数据，数据为ＣＡＤ格式，需要在ＡｒｃＧＩＳ下对ＣＡＤ数据进行转换和处理，由ＣＡＤ转换成的ＳＨＡＰＥ图层分为五类，分别是点、线、面、注记以及多面体层。这些图层又分别包含不同类型的地物实体、去除注记和多面体图层，在转换为ＳＨＡＰＥ数据后对其进行拓扑查错。在系统中可根据监控器和警卫亭的原始资料文件对其进行属性字段数据的录入编辑，存储为Ｓｈａｐｅｆｉｌｅ格式并保存在文件地理数据库中。此外还需要校区ＤＥＭ地形数据，包括规则格网数据和不规则三角网数据，用户可以在系统中根据实际需要由控制点构建和转换两种类型的ＤＥＭ地形数据。
２ 校园安全系统分析与功能设计
２．１ 系统分析与整体设计
校园安全系统以现有的西安科技大学临潼校区１∶５００地形图矢量数据为例。在实现对校区地形图的基本显示操作和空间数据编辑管理上，通过地理建模设计工具，基于通视分析原理，将视域、视点分别用于可见性分析，进一步为校园监测设施的布置提供依据，基于几何网络的最佳路径分析和资源配置分析为校园最佳巡逻路线选择、校园突发事件保安人员调配等提供依据，在构建地理分析处理模型的基础上利用ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ组件结合开源类库ＤｏｃｋＰａｎｅｌ Ｓｕｉｔe进行界面设计和应用开发。校园安全系统概要设计见图１。
２．２ 空间分析建模
通常在开发ＧＩＳ分析功能时，较多采用的是在每一逻辑分析功能层面上进行的开发，一个业务分析往往是在复杂多环节流程下进行的，通常是弹出多个窗体由用户选择输入数据源、参数，设定环境条件，上一环节所产生的结果数据是下一环节的前提条件，如果上一环节执行出错，则整个业务分析将无法完成得到结果。并且在基于特定情况下的业务分析，过多地输入参数选择，路径选择的冗余化为用户使用操作带来了较大的困难。
在开发过程中利用ＡｒｃＧＩＳ提供的地理处理工具ＭｏｄｅｌＢｕｉｌｄｅｒ，根据实际要求建立特定业务分析流之下的地理处理模型，并生成工具（．ｔｂｘ格式）文件后将其引入程序中，以便捷快速的ＧＰ开发方式来调用特定业务分析所构建的地理处理模型，使整个业务分析在一个窗体下进行，并忽略中间过程所产生的不需要的冗余数据，直接得到最终结果数据。良好的界面设计隐藏了中间环节的逻辑执行，一次输入操作便可得到分析结果，为用户操作带来方便，节省了分析处理流程时间和数据占用空间。
３ 校园安全系统功能详细设计
３．１ 系统基本功能设计
校园安全系统的基本功能主要包含以下模块。
１）图形浏览操作模块。实现图层控制显示，地图放大、缩小、漫游、全图、拉框选择、鹰眼与主视图、布局视图的交互操作显示。
２）空间信息查询模块。可在图上查询校园现有摄像头和警卫亭的空间位置信息和属性信息。包括其监控设施编号、设备名称、启用时间、警卫亭的编号、值守人员、联系方式等。也可根据监控设施或目标要素的非几何属性字段通过ＳＱＬ语句进行限定查询并在图上高亮显示，或者是通过拉框选择图元进行批量浏览查询，实现长度距离和区域面积的动态量算显示。
３）图形属性数据管理模块。实现了对布控的监测设备在图上进行编辑绘制，对要素属性信息进行添加、修改、删除、更新。并可将监测设备的相关信息导出为Ｅｘｃｅｌ报表文件，以便后勤存档管理。
４）专题图渲染与制作模块。实现了对校园监测设备规划布局专题图、监控区域视域范围专题图、最佳巡逻路线专题图等的快速生成。通过选择已有制图模版或人工操作整饰等功能，实现专题图制作和输出打印，为校园监控设施布局规划提供依据。
图２为系统的主界面以及属性数据管理模块，可以通过下方的数据管理扩展直接对属性数据进行编辑保存并可选导出Ｅｘｃｅｌ报表。
３．２ 安全分析功能设计
安全分析是基于通视分析、可视域分析以及网络分析等原理，监控设备对单个或多个目标点是否通视以及沿线的可视性判断。分别将视域和视点工具用于可视域范围生成，利用网络分析下的最佳路径分析和资源配置分析，来模拟和分析巡逻车和警卫亭在巡逻路线的选定和应急事件的人员调配等方面的问题。
１）地形分析模块。系统可对西安科技大学临潼校区所采导线控制点数据，根据其高程字段和构建类型来建立不规则三角网ＴＩＮ图层，并实现由不规则三角网数据向格网数据的转换，为校园安全分析提供ＤＥＭ数据来源。
２）通视分析模块。实现监测设备对单个或多个目标点是否通视以及沿线的可见性。通过对输出的通视线要素的ＶｉｓＣｏｄｅ字段进行惟一值渲染着色，在地形图上直观反映该视线上的可见部分和不可见部分，可根据需要选择输出阻挡通视的障碍点。
３）可视域分析模块。将视域和视点工具用于可视域范围栅格区域的生成。其中视域工具输出的可视域范围栅格数据记录着从每个监控设备位置看到每个区域的次数，该值记录在输出栅格表的Ｖａｌｕｅ项中，用视点工具可精确识别从每个栅格表面位置看到的那些目标点。
４）网络分析模块。主要实现了路径分析和资源分配功能。根据校园各路段的重要性，将重要路段的道路结点设为必经路段或者通过对各次要路段按照重要性设立权重比例，对巡逻车路线进行规划选取，以使其能科学有效地对校区进行巡视。当校园某位置突发紧急情况时，系统通过计算各路段长度、耗时并结合判断巡逻车队位置、警卫亭位置以及障碍路段，应用资源分配功能迅速找出用时最短的临近出警人员。
图３为模拟监测设备对目标点间的通视情况分析结果，浅色表示的为不可见视线部分，深色的为可见视线部分。
图４为基于视点工具由监控设备生成的视域结果，可通过对监控设备编号（ＯＢＳｎ）进行ＳＱＬ语句查询并在地图高亮显示满足指定条件的区域。
４ 小结
基于ＡｒｃＧＩＳ Ｅｎｇｉｎｅ组件式ＧＩＳ技术结合ＤｏｃｋＰａｎｅｌ Ｓｕｉｔe开源类库，不仅缩短了开发周期，降低了开发成本，并充分利用ＧＩＳ强大的空间分析功能，开发了基于Ｃ／Ｓ模式的校园安全分析系统。该系统实现了对西安科技大学临潼校区数据的可视化显示及编辑管理，而且利用ＧＩＳ在通视分析、可视域分析、网络分析方面的强大功能，可为校园安全设备数据管理、警卫设施选址规划、巡逻车巡视路线选择、应急事故人员调配问题等提供依据。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献：
［１］ 李 强．基于．ＮＥＴ平台的高职院校教务管理系统设计［Ｊ］．重庆科技学院学报（自然科学版），２０１３，１５（４）：１３１－１３４．
［２］ 乐 艺．基于三层结构的教务管理系统的开发与实现［Ｊ］．计算机与现代化，２０１２（７）：１９２－１９４．
［３］ 覃国蓉，何 涛．校园机房课堂监控管理系统的设计与实现［Ｊ］． 计算机应用与软件，２０１１，２８（５）：６４－６６．
［４］ 肖璐洁，冯美臣，杨武德．高校学籍管理系统的设计与实现［Ｊ］． 机械管理开发，２０１１（３）：１９３－１９４．
［５］ 胡 芳，陈华平，刘志刚，等．基于业务流程的研究生学籍管理系统设计［Ｊ］．计算机应用与软件，２０１１，２８（３）：１７６－１７９．
［６］ 米庆安，郭昌言．基于ＳＯＡ的后勤管理系统研究与实现［Ｊ］．科学技术与工程，２０１１，１１（２９）：７２９４－７２９８．
［７］ 耿文彦，李坤生．警务后勤管理系统组织结构建设探讨［Ｊ］．中国人民公安大学学报（社会科学版），２００６（３）：５９－６２．
［８］ 金 涛．浅析高校人力资源管理系统的总体设计［Ｊ］．中国地质大学学报（社会科学版），２０１３（Ｓ１）：５０－５１．
［９］ 韩 宇．基于ＳａａＳ模式的高校人力资源管理系统的构建［Ｊ］．内蒙古农业大学学报（社会科学版），２０１１，１３（６）：１１５－１１６．
［１０］ 陈晓姗，陈小春．高校人力资源管理信息系统的发展及设计［Ｊ］．天津市经理学院学报，２０１１（４）：４９－５０．
［１１］ 覃焕昌．高校财务管理信息系统分析与设计［Ｊ］．中国外资，２０１４（２）：７５－７６．
［１２］ 张伟光，佟庆伟，郭锦平．高校固定资产管理信息系统的研究［Ｊ］．中国现代教育装备，２００９（１）：１１－１３．
［１３］ 高燕洪，林盈波．沿海发达地区农村中学校园固定资产管理的分析研究——以浙江慈溪为例［Ｊ］．中国管理信息化，２０１３，１６（１４）：２４－２５．
［１４］ 苏 东，康晓艳．数字校园监控方案设计［Ｊ］．内蒙古科技与经济，２０１１（１６）：６０－６１．
［１５］ 孙彦花，王 萍，李 真，等．ＡｒｃＧＩＳ支持下的校园安全分析建模［Ｊ］．地理空间信息，２０１０（５）：９４－９６．
［１６］ 刘爱华，聂宜民，王 艳，等．基于３ＤＧＩＳ的虚拟校园系统设计与实现［Ｊ］．安徽农业科学，２００９，３７（３）：１０４８－１０５０．
［１７］ 王艳安，曾俊峰，安运华．长江大学校园虚拟漫游系统设计［Ｊ］． 湖北农业科学，２０１０，４９（９）：２２３７－２２４０．