一种基于WebGIS的智慧校园系统

一种基于webgis的智慧校园系统
技术领域
1.本发明属于测绘技术与计算机结合技术领域，具体涉及一种基于webgis的智慧校园系统。


背景技术：

2.在当前的大数据环境下，随着智能化的数据处理技术不断发展，校园信息化的建设也趋向智能化、多样化。智慧校园的发展为校园提供一个更加快捷的信息交互平台，使教学、管理、生活充分融合，促进现代教育的发展。
3.目前大部分智慧校园系统存在以下问题：（1）展示的内容较单一，部分系统欠缺地理空间分析，难以为校园的管理与二次规划提供参考依据；（2）系统缺乏跨平台能力，硬件要求高；（3）系统加载数据量大，加载速率较慢。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于webgis的智慧校园系统，以解决上述背景技术中提出的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于webgis的智慧校园系统，包括客户端模块、数据库模块、空间分析模块、可视化模块、气候分析模块、建筑管理模块、查询模块，客户端模块用于用户登录，数据库模块存储数据，空间分析模块、可视化模块、气候分析模块、建筑管理模块和查询模块通过数据库模块访问数据，客户端模块、数据库模块、空间分析模块、可视化模块、气候分析模块、建筑管理模块和查询模块之间相互独立；所述客户端模块包括登录端、数据端、游客端；所述数据库模块包括矢量数据、全景数据、视频数据、bim数据；所述空间分析模块包括通视分析、高差分析、剖面分析、淹没分析；所述可视化分析模块包括二维地图、三维地图、全景地图；所述气候分析模块包括风向分析、气温分析、日照分析；所述建筑管理模块包括全景漫游、室内导航、视频监控、资产管理、安防管理；所述查询模块包括校园poi查询、行政部门查询、自习室查询、最佳路径导航；所述登录端采用统一的授权机制和认证方法，实现用户身份的全生命周期管理，教师或者学生持有正确的用户名和密码登录系统，可根据用户权限对智慧校园系统进行操作；所述数据端提供多种标准数据接口，实现多种数据格式的转换和传输，实现数据之间的共享、整合及交换，师生通过数据端提供的接口下载或上传权限内的数据；所述游客端开放外来用户进入智慧校园系统的端口，外来用户可以使用权限内的分析与服务对学校有直观清晰的了解。
6.所述矢量数据包括校园及室内道路矢量数据、校园及室内全景点数据、楼层平面矢量数据、dem数据；
所述全景数据包括校园全景点的全景数据以及建筑室内的全景数据；所述视频数据包括学校的宣传视频以及线上教学资料视频数据；所述bim数据根据校园建筑划分的不同类别，将重要标志性建筑构建精模，其他建筑构建白模，并通过无人机像片构建校园的倾斜摄影模型。
7.所述通视分析对校园区域进行通视情况分析，判断任意两点之间是否可以通视；所述高差分析对校园区域内所选两点之间的高差进行分析。
8.所述剖面分析对指定的剖面线，输出剖面线与地形数据的表面高程沿某条线或截面的变化；所述淹没分析对指定的降雨量、径流量、蒸发量结合校园排水系统，动态模拟校园水位由最小高程涨到最大高程的淹没过程。
9.所述二维地图包含矢量地图、卫星地图以及混合地图，用户根据需求任意切换，并能够进行旋转、平移、漫游、量测操作；所述三维地图加载整个校园的三维模型场景，实现从校园到建筑内部的无缝连接；所述全景地图加载全景数据，向用户展示真实的校园场景，实现沉浸式的人机交互体验。
10.所述风向分析包括第一数据预处理、第一传感器层和第一处理分析层，风向分析利用校园建筑所在区域的风速风向数据，分析风力对校园建筑造成的形变影响；所述气温分析包括第二数据预处理、第二传感器层和第二处理分析层，气温分析利用建筑的室内气温及室外气温数据对建筑产生的影响进行分析；所述日照分析包括计算日照分析的核心参数和日照分析方法，日照分析结合时间以及太阳轨迹对其建筑进行光照分析，分析建筑受到光照情况。
11.所述全景漫游根据用户的实际需求，规划最优室内全景漫游路线，为用户提供从起点至终点的室内全景漫游服务；所述室内导航根据用户的需求，规划出若干条室内导航路线，用户选择合适的导航路线，根据系统提示实时导航，抵达目的地；所述视频监控在建筑内部及建筑周围的公共区域安装监控摄像头，将监控视频实时传入监控终端，对建筑内部及周围的来往人员及车辆做好监控及记录；所述资产管理将建筑内的所有资产登记造册，并上传至服务器，实现资产数据的实时更新及资产的管理和可视化查询；所述安防管理将建筑内的安防设施进行统一登记及定期检查，确保安防设施正常使用，安全逃生路线畅通无阻。
12.所述校园poi查询采用关联查询和选点查询，关联查询即用户输入查询地点，系统访问数据库，并向用户推荐poi或相关联的poi；选点查询即用户根据需求直接选择地图上的兴趣点，系统向用户推荐相应的poi；所述行政部门查询支持模糊查询、关联查询和同义词查询，用户输入需要办理的业务，系统为用户推荐相应行政部门的基本信息及相应业务的基本流程和所需办理材料，用户根据自身需求选择合适的办公行政部门；所述自习室查询依据教师的课程表将校园内各教室的使用情况进行汇总，统计没
有课程的自习教室，广大师生可根据需求寻找合适的自习教室；所述最佳路径导航根据用户输入的起点及终点，规划时间最短、路程最短两种最佳路径，指导用户抵达目的地。
13.本发明的技术效果为：第一，本发明将多种数据源进行融合，实现多数据源的无缝衔接，系统加载数据速率快，响应时间短；第二，本发明将地理因素与智慧校园相结合，可有效的对校园建筑进行保护；第三，本发明包含多种智慧校园的分析与服务功能，展示信息详细，有利于进行系统二次开发；第四，本发明不需安装任何客户端，通过浏览器可随时随地进行访问，操作方便、快捷。
14.附图说明：图1为本发明的结构原理示意图；图2为本发明的风向分析结构示意图；图3为本发明的气温分析结构示意图；图4为本发明的日照分析结构示意图；图5为本发明通视分析效果图；图6为本发明高差分析效果图；图7为本发明剖面分析效果图；图8为本发明淹没分析效果图；图9为本发明风向分析效果图；图10为本发明气温分析效果图；图11日照分析效果图。
15.具体实施方式：为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明作以详细的描述。应该理解的是，此处所描述的是具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定于本发明。
16.本发明提供了如图1中所示的一种基于webgis的智慧校园系统，其特征在于：包括客户端模块、数据库模块、空间分析模块、可视化模块、气候分析模块、建筑管理模块、查询模块，客户端模块用于用户登录，数据库模块存储数据，空间分析模块、可视化模块、气候分析模块、建筑管理模块和查询模块通过数据库模块访问数据，客户端模块、数据库模块、空间分析模块、可视化模块、气候分析模块、建筑管理模块和查询模块之间相互独立，便于后期的开发。
17.所述客户端模块包括登录端、数据端、游客端；所述数据库模块包括矢量数据、全景数据、视频数据、bim数据；所述空间分析模块包括通视分析、高差分析、剖面分析、淹没分析。
18.所述可视化分析模块包括二维地图、三维地图、全景地图；所述气候分析模块包括风向分析、气温分析、日照分析；所述建筑管理模块包括全景漫游、室内导航、视频监控、资产管理、安防管理；
所述查询模块包括校园poi查询、行政部门查询、自习室查询、最佳路径导航。
19.具体的，所述登录端采用统一的授权机制和认证方法，实现用户身份的全生命周期管理，教师或者学生持有正确的用户名和密码登录系统，可根据用户权限对智慧校园系统进行操作。
20.所述数据端提供多种标准数据接口，实现多种数据格式的转换和传输，实现数据之间的共享、整合及交换，师生通过数据端提供的接口下载或上传权限内的数据。
21.所述游客端开放外来用户进入智慧校园系统的端口，外来用户可以使用权限内的分析与服务对学校有直观清晰的了解。
22.所述矢量数据包括校园及室内道路矢量数据、校园及室内全景矢量点数据、楼层平面矢量数据、dem数据，其数据制作需满足下列条件：1）根据无人机影像绘制矢量路网数据，构建拓扑关系，添加属性信息；2）基于建筑的cad图纸，经矢量化得到各建筑楼层的矢量数据；3）根据各建筑楼层的矢量平面图绘制室内道路矢量数据，构建拓扑关系，添加属性信息；4）在校园路网的基础上，以10米间隔为步长，在道路拐角或路口可适当添加全景点数据，确保路口、拐角处均有全景点数据，将矢量全景点数据构建拓扑关系，添加属性信息；5）在室内路网的基础上，以5米的间隔为步长，在门口以及拐角处附近可适当的增删全景点数据，确保门口及拐角处均有全景点数据，将矢量全景点数据构建拓扑关系，添加属性信息；6）基于各建筑楼层的矢量数据，将楼层的部件划分为门、窗、柱、墙、楼梯等部件，绘制楼层平面矢量数据。
23.所述全景数据包括校园全景点的全景数据以及建筑室内的全景数据，其数据制作需满足下列条件：1）根据制作的矢量全景点数据，在校园及建筑室内找到相应的位置，利用全景相机拍摄全景点的全景照片；2）将拍摄得到的全景照片进行内业处理，进行整合，构建全景图像与矢量全景点之间的对应关系，制作全景数据。
24.所述视频数据包括学校的宣传视频以及线上教学资料等视频数据。
25.所述bim数据根据校园建筑划分的不同类别，将重要标志性建筑构建精模，其他建筑构建白模，并通过无人机影像构建校园的倾斜摄影模型。三维建筑模型需满足下列条件：1）基于各建筑楼层矢量数据，按照门、窗、柱、墙、楼梯、地板等部件在3d max软件中构建建筑精模型；2）基于楼层矢量数据，按照门、窗、柱、墙、楼梯、地板等部件的属性数据，通过cesium批量生成白模。
26.倾斜摄影测量模型需满足下列条件：1）规划无人机路线，通过无人机拍摄得到校园的无人机像片数据，并采集若干相对应的郑州大学像控点；2）在smart 3d软件中，对无人机像片数据进行预处理、解析空三、刺点、输出模型
等操作，得到校园的倾斜摄影测量模型。
27.所述通视分析用于对所选区域进行通视情况分析，对选定的a点和b点之间的线段进行插值计算，求取插值后的点数组，将点数组的坐标高程与模型的高程进行比较，若模型高程大，则通视，否则为不通视。如图5所示，以郑州大学为例，基于郑州大学的dem数据，根据用户需求选定任意两点，分析两点之间的通视情况。
28.所述高差分析用于对当前区域内所选两点之间的高差进行分析。对选定的a点和b点，将两点的高程相减，得到两点之间的高差，输出分析结果，判断两点之间的高程差。如图6所示，以郑州大学为例，根据用户需求选定两点，经过高差分析，得到两点之间的高程差。
29.所述剖面分析用于反映显示出地形表面沿着某一条线的高程变化情况。基于dem数据或tin数据，对选定的剖面线段，输出剖面图。如图7所示，以郑州大学为例，基于郑州大学的dem数据，根据用户需求绘制剖面线段，生成剖面图。
30.所述淹没分析根据指定降雨量、径流量、蒸发量等结合校园排水系统，动态模拟校园水位由最小高程涨到最大高程的淹没过程，防止排水系统出现临时瘫痪现象，对建筑产生不可预估的损坏。如图8所示，以郑州大学为例，结合郑州大学各校区的排水系统及地形数据，设定降雨时间、降雨量、地表径流、地下径流、蒸发量等参数，进行淹没分析，模拟整个校区的淹没情况。
31.所述二维地图包含矢量地图、卫星地图以及混合地图，建立各地图之间的关联，用户根据自己需求，任意调用地图，并通过控制鼠标进行旋转、平移、漫游、测量等基本操作。
32.所述三维地图加载整个校园的三维模型场景，对于某栋建筑，查看建筑内部构造，用全景数据替代三维模型数据，可快速进行数据加载，实现从校园场景到建筑内部场景的快速无缝衔接。
33.所述全景地图主要加载全景数据，向用户展示真实的校园场景，用户通过鼠标调整视角，浏览同一区域不同角度的场景，实现沉浸式的人机交互。
34.如图2所示，所述风向分析利用校园建筑所在区域的风速数据，分析风力对校园建筑造成的形变，对其影响进行深度分析。风向分析主要由以下几部分组成：1）第一数据预处理：通过“河南省气象局”、“中国天气网”等网站查找风力、风速数据，对数据进行分类、清洗、过滤等操作，清洗不符合事实的数据，过滤重复的数据，将处理后的数据转化为excel数据，并上传至数据库；2）第一传感器层：在建筑的各个主要受力点安置传感器，实时将数据传输至数据中心；3）第一处理分析层：利用excel风力数据制作风向风速玫瑰图，与传感器传输的数据进行结合，建立风力与建筑形变之间的关系，分析风力对建筑的影响。
35.以郑州大学为例，通过“中国天气网”获取郑州大学四个校区所在区域的风力数据，经过数据筛选，得到风力、风速数据，经过可视化得到风向风速图。如图9所示，将传感器的数据与风向风速数据相结合，判断风力对建筑的影响情况。
36.如图3所示，所述气温分析利用建筑所在区域的气温对建筑的影响进行分析。气温分析主要由以下几部分组成：1）第二数据预处理：通过“河南省气象局”、“中国天气网河”等网站查找相关气象数据，对数据进行分类、清洗、过滤等操作，清洗不符合事实的数据，过滤重复的数据，将处
理后的数据转化为excel数据，并上传至数据库；2）第二传感器层：校园建筑按照功能进行分类，在重要建筑中安装温度传感器，获取室内温度，通过网络实时将数据传输至数据中心；3）第二处理分析层：将同一时间的室内、室外温度相结合，通过数值模拟的方法，分析气温对建筑墙体的影响。
37.以郑州大学为例，通过“中国天气网”获取郑州大学四个校区所在区域的温度数据，经过数据筛选，得到室外温度数据，将温度数据可视化。如图10所示，将传感器的室内数据与室外温度数据相结合，分析温度对建筑的影响情况。
38.如图4所示，所述日照分析结合时间以及太阳轨迹对建筑进行光照分析，光照分析主要由以下几部分组成：1）计算日照分析的核心参数：利用研究区域的经纬度、日期、时间段计算太阳高度角与太阳方位角，确定太阳位置；2）日照分析方法：山体阴影法和太阳阴影体法；3）结合日照分析参数和日照分析方法，构建日照分析模型，对建筑进行日照分析。
39.以郑州大学为例，学校建筑和树木较多，建筑和树木过高会影响周边建筑的光照。在三维模型的基础上，根据用户需求访问数据库数据，结合时间以及太阳轨迹对建筑进行光照分析，如图11所示，分析建筑是否受到光照，以便相关人员进行防潮措施的准备。
40.所述全景漫游需要对多种数据进行融合：将全景数据与矢量全景点进行匹配，将空间信息和路网数据、空间单元进行匹配和语义关联；室内poi 数据与矢量全景点数据进行匹配，将语义信息与几何要素进行关联。根据用户的实际需求，从起点至目标点规划出最优室内全景漫游路线，按照漫游路线，依次打开全景图像，在漫游过程中对poi场景点进行语音播报，在上下楼或转弯时进行语音提示。
41.所述室内导航依据室内矢量路线规划出当前位置至目标位置最优的路径，并引导用户沿规划路径行走。在定位的过程中，定位模块对用户进行实时定位，提醒用户当前位置，进行实时导航。在导航过程中，用户可在二维地图界面查看当前所处的位置，判断自己的朝向。系统导航界面会显示用户选择的起点、终点、途径楼层、规划路径，动态提示此次导航的进程，在进行上下楼层导航时，将会进行文字和语音提示，到达新楼层时定位点将自动切换到所在楼层的平面地图。
42.所述视频监控在建筑内部及建筑周围的公共区域安置监控摄像头，将监控画面实时传输至监控终端，对建筑的来往人员及车辆做好监控及记录工作。
43.所述资产管理将建筑内的所有资产均登记造册，对建筑内的所有学校资产进行统计，制作excel表格，添加属性，将数据上传至服务器，并派专人对资产数据进行实时更新。为方便资产可视化管理，构建资产信息与三维模型之间的对应关系，以郑州大学18号教学楼的电脑资产情况为例，点击电脑资产列表，显示18号教学楼内所有电脑资产情况，选中其中一台电脑，跳转至该电脑所在房间，可查看该电脑的三维模型及相关属性信息。
44.所述安防管理对建筑内的所有安防设施进行统一登记及定期检查，并对安防设施进行定期维护和更新。系统在室内矢量地图上对安防设施进行标记和相应的信息管理，对安防路线进行规划，确保安防设施均能正常使用，安全逃生路线畅通无阻。
45.所述校园poi查询采用关联查询和选点查询。关联查询即用户输入查询地点，系统
访问数据库，并向用户推荐poi或相关联的poi；选点查询即用户根据需求直接选择地图上的兴趣点，系统向用户推荐相应的poi。
46.所述行政部门查询支持模糊查询、关联查询和同义词查询，用户输入需要办理的业务，系统为用户推荐相应行政部门的基本信息及相应业务的基本流程和所需办理材料，用户根据自身需求选择合适的办公行政部门。
47.所述自习室查询依据教师的课程表将校园内各教室的使用情况进行汇总，统计没有课程的自习教室，广大师生可根据需求寻找合适的自习教室。
48.所述最佳路径导航主要通过以下步骤实施：1）对路网信息进行查询，建立网络关系数据，即将满足行驶条件的数据全部获取出来；2）获取最近边界的最优节点；3）运用成熟的dijkstra算法和astar算法进行分析，按照不同权重获取最佳路径；4）获取路径后，对起止点与获取出来的路径进行处理，连接起止点与路径起点，连接终点与路径终点；5）调用用户移动设备的gps，进行实时导航，经过校园poi点时，可为用户进行语音提示，向用户推荐相关介绍视频，在导航过程中全程进行语音播报。