学生视角 | 时空信息助力智慧校园建设
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编者按：由中国石油大学（华东）万剑华教授主讲的《时空信息与智慧城市》课程已结课，学生们结合自己的兴趣点，通过查阅资料，积极思考，撰写了短文，陆续在【慧天地】“学生视角”栏目刊发。刊发这些短文的目的是鼓励在校大学生、研究生们不要拘泥于书本和课堂，要有独立思考的能力，写出自己的所思所想。尽管这些文章在专家们看来显得稚嫩，甚至或多或少存在一些问题，但考虑他们的身份是学生，还望以育人的初心对他们的文章进行批评指正，谢谢大家。【慧天地】也欢迎全国各高校的同学们向本栏目投稿（点击文末“阅读原文”查看投稿指南）。
自2008年IBM正式提出“智慧地球”战略，随后“智慧校园”这一理念以及建设思路也被许多学者陆续提出。智慧校园是利用大数据、云计算、物联网、人工智能、虚拟现实等技术手段，打造一种全面感知、数据化、智慧型、网络化、协作型一体化的教学、科研、管理和生活服务的智慧学习环境。智慧校园的全面建设旨在充分实现校内各类信息的价值，可为师生提供日常学习、工作以及生活需要的人本化、便捷性的信息化服务。而时空数据是包含时间、空间、专题属性的数据类型，对校园时空数据进行有效的管理及运用、可使学校的各项工作更好地与校园时空信息相结合以实现更加精细化的管理和精准化的服务，助力智慧校园建设。
一、关于智慧校园以及具体特点
习近平总书记在党的十九大报告中指出，“建设教育强国是中华民族伟大复兴的基础工程”。当前，AI（Artificial Intelligence）技术正加速实现与教育领域的深度融合，对加快教育强国建设产生着深刻影响。智慧校园建设是人工智能时代建设教育现代化强国的重要内容，是我国迈向新时期教育强国的重要路径。
应用先进的技术以实现校园管理建设的集约化以及智能化，提升教学水平以及管理质量，提高校园管理的效率和效果，从而能够达到教育服务社会的目的是智慧校园的主旨。近年来，诸多学校响应“智慧校园”建设的号召，积极地将设想付之于实际行动，大力发展先进技术并运用到建设工作中。这表明这一理念得到全国的关注和重视，教学工作者以及教学软件硬件的配置得以完善，有效地推动了校园管理工作的进行。
依托于大数据技术快速发展的大数据时代，我们所需之技术得到了改革和创新，并且推进了高校从最基本的数字化校园转变成了智慧化校园。在智慧化校园建设中有效应用了互联网技术、大数据技术以及云技术等先进的技术，进而优化了校园建设资源，最终实现了建设信息传输快、管理技术水平高、管理模式稳定可靠的智慧化校园，改变一些不利因素影响智慧校园建设现状局面，进而将物联网、互联网等进行有机结合，实现校园环境的实时感知，建设了教学工作全面交互、教学工作、科学研究、校园管理。这一体系想要实现校园实时感知，自然离不开时空数据的大力支持[1]。
二、时空数据在智慧校园建设中具体应用
随着我国高等教育的发展，高效基建设施变更与校园综管产生了矛盾。例如，校园内置道路、地下管线、体育场、教学楼等基础设施可能会面临着新建、扩建的问题，然而，能够准确反映这些地物的基础数据均离不开空间信息，且存在数据量大、时间跨度长、管理方法不科学等问题，这些都给学校基础设施建设与维护带来很多困难，传统的管理方式无法满足现代化管理需求，因此时空数据在其建设与管理中不可或缺。近年来许多研究者通过引入新技术或新思想来构建时空数据模型，在现有模型基础上进行优化，提高模型的存储与查询效率，并在土地管理、林业管理、交通管理等多个领域根据专题数据的变化特征形成了特有的数据模型，构建适用于校园管理的时空数据模型是极其重要的[2]。
在校园范围内的时空数据包含了校内基础时空数据、物联网感知数据、部门专题数据、学校相关网页抓取数据等，这些数据需要通过一定的方式转化和处理，才能被云平台及其他应用所使用。基础时空数据主要源于传统的测绘工作，校内的地形、道路、桥梁、植被、建筑物等信息均通过矢量数据、影像数据、三维模型数据等被描绘，其可作为其他数据空间化时的地理底图。物联网感知数据来源于校内的温湿度传感器、红外报警器、摄像头等设备实时产生的数据。部门专题数据来源于各个业务部门在工作中用到的数据，如教学教务数据、住宿数据、餐饮数据、设备资产数据、管线数据等。学校相关网页的抓取数据主要利用网络爬虫技术在校内各学院部门的站上获取数据，包括活动、会议、讲座的通知公告，通过语义解析时间、地点、活动内容等信息进行存储。然而收集的基础时空数据来源不同，会导致缺少统一的数据标准和格式要求。收集到的数据包含矢量（shapefile、gdb、CAD等格式）、栅格（IMG、GRID、JPG、TIFF等格式）以及三维格式的数据，为能够对数据进行规范化存储与管理，需对这些数据进行标准化处理，将矢量数据、栅格数据和三维数据分别按照统一的格式要求转化成符合OGC服务标准的图层，并按照统一的地理坐标系（2000国家大地坐标系和1985国家高程基准）进行转化及校准。基于时空数据模型开发的云平台，不仅具有高效的新增、编辑、删除、可视化、导入导出等基础的数据管理能力，还具有强大的查询统计、空间测量等分析测量能力及空间分析、时空分析、多因子分析等数据挖掘能力，为智慧校园的应用扩展提供全面的数据服务功能[3]。
三、基于平台的校内典型应用
1、后勤服务系统
后勤服务是校园师生以及教职工幸福指数提升的重要一道关卡。是否可以拥有舒适的学习环境以及办公环境都依赖于后勤服务系统的大力支持。后勤系统服务一张表可以实时了解各大教学楼的空调使用状态情况，以及各大宿舍楼用水用电情况。通过位置信息服务可以准确定位到哪里出现问题，并且师生发现公共设施被损坏，也可通过该系统及时进行上报，成为智慧校园建设的一份子。相对于以往需要人工一步一步排查问题并发现源头来说，省时省力。通过设备巡检并通过接口导入位置信息及时更新，也可通过网页及时推送给师生。
2、校园一张图系统
校园一张图实质上是给全校师生以及教职工带来校内更精准的位置服务，基于商业导航软件，通过调用数据接口、功能类接口及控件类接口，让校园用户可以实时感知校内信息文化。具体化来说，用户可在校园一张图上查找校内楼宇建筑、生活设施、绿化景观、讲座活动的相关信息，或根据自己所在位置实时获取周围的各类建筑信息以及各类设备信息，做到对校内事物的实时感知。不仅可以给师生带来便利，不错过自己想听的讲座，不错过自己想观赏的花木，不错过任何课程信息。如此可让师生更好的去融入校园，建设校园。
3、实验室安全系统
校园实验室安全是校内最重要的安全隐患排查工作，通过物联网技术接入实验室环境监控传感器和环境监控系统的数据，实时感知实验室的温度、湿度、火焰、烟雾、二氧化碳、二氧化硫等相关化学浓度，并与位置信息相关联对应，实现基于位置关联的可视化专题图。基于平台的数据分析功能，可形成实验室安全整改方案及传感器报警的应急预案，为实验室的安全管理工作提供便利，给师生也提供了安全保障。
参考文献：
[1]马霖,余倩男. 智慧黄山时空大数据建设与应用实践[J]. 测绘与空间地理信息,2021,44(05):101-104+109.
[2]龚健雅,李小龙,吴华意. 实时GIS时空数据模型[J]. 测绘学报,2014,43(03):226-232+275.
[3]孙心怡,张华. 基于GIS的智慧校园时空信息云平台设计研究[J]. 中国教育信息化,2020,(01):61-64.
● 作者简介
吴鹭娟，中国石油大学（华东）资源与环境2020级硕士研究生。
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