羅慧芳，羅 珂，劉 蕓，劉小晶

（1.華中師范大學(xué) 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 湖北 武漢 430079）

大學(xué)生作為高校的主要群體，其活動既有個體性，又有很強的群聚性。借助GIS技術(shù)研究大學(xué)生在校園活動的時空特征，有助于從其行為特征上進一步理解當代大學(xué)生學(xué)習(xí)生活的規(guī)律，了解大學(xué)生的行為特征的差異性，為高校實施管理提供依據(jù)[1-4]。文為了實現(xiàn)對大學(xué)生的動態(tài)時空分布進行查詢的目的，分析了大學(xué)生的時空表現(xiàn)，提出了一個在GIS 環(huán)境下，面向大學(xué)生的停留和移動行為的時空數(shù)據(jù)的概念模型。模型設(shè)計簡潔、便于操作和編程實現(xiàn)，而且能夠分別基于學(xué)生、時間和位置查詢學(xué)生時空分布信息。本文以華中師范大學(xué)為例，將基于這個數(shù)據(jù)模型的原型系統(tǒng)在ArcGIS 9.3軟件平臺上予以實現(xiàn)。

1 研究現(xiàn)狀及趨勢

ArcGIS 9.3是ESRI發(fā)布的功能比較強大而又完善的版本。ArcGIS9.3的一個主要目標是與現(xiàn)有的ArcGIS 9平臺的功能和數(shù)據(jù)模型完全兼容，使得最終用戶和開發(fā)商可以很方便地對系統(tǒng)進行升級；提供強大的跨平臺（Windows、UNIX和Linux平臺）支持能力，為用戶提供了更加靈活的配置選擇。

當前主要的GIS模型包括[5]：空間時間立方體模型、序列快照模型、基態(tài)修正模型、空間時間組合體模型和面向?qū)ο蟮臅r空數(shù)據(jù)模型等。本文主要采用的是序列快照模型，將得到的元數(shù)據(jù)整理匯總后形成的數(shù)據(jù)庫進行編程、定制，然后調(diào)入ArcGIS，進行制圖與圖形的編輯操作，從而完成時空模型的建立。同時，利用ArcGIS Engine組件開發(fā)嵌入式GIS和獨立運行的GIS桌面端應(yīng)用程序，使用不同的程序語言和開發(fā)環(huán)境（本文是在Microsoft Visual Studio 2008開發(fā)環(huán)境下運行的）建構(gòu)具有獨立界面的GIS程序。

2 研究過程

本研究是以華中師范大學(xué)為對象進行的。華中師范大學(xué)占地面積為126.61萬m2，下設(shè)21個院系、60個本科專業(yè)，目前各類全日制在校生近3萬人，其中研究生9 000余人，留學(xué)生1 000余人；擁有10余棟現(xiàn)代化教學(xué)樓，建有2座圖書館。

2.1 時空點要素的采集

要在地圖上顯示學(xué)生的活動路徑特點，就要獲取學(xué)生活動數(shù)據(jù)。我們通過調(diào)查問卷的形式獲得學(xué)生的活動路徑。問卷的設(shè)計包含以下信息：個人信息——包括學(xué)生性別、年齡、專業(yè)年級、宿舍號等；活動模式——包括活動時間、地點、類型（學(xué)習(xí)、鍛煉、娛樂及其他）。調(diào)查問卷通過地址匹配的形式將學(xué)生的活動和固定地點相匹配，更符合人們常規(guī)的思維模式。問卷也不是通過簡單地設(shè)置問題進行調(diào)查，而是基于GIS思路運用圖形來采集人的信息，得到的信息更為準確。

首先將華中師范大學(xué)的平面圖（見圖1）附于問卷之上，便于問卷的清晰易操作。大學(xué)生的作息安排一般以周為單位，但考慮到要得到1個星期每天的數(shù)據(jù)可能會比較困難，因此選取1個星期中的3天（A為周一、B為周三、C為周六）為代表來設(shè)計問卷[6]。將1 d分為 10個時間段：7:00～8:00、8:00～10:00、10:00～12:00、12:00～12:30、12:30～14:30、14:30～16:30、16:30～18:00、18:00～19:30、19:30～22:00、22:00～23:00，分別用 1～10表示，如某學(xué)生星期一7:00～8:00在東一食堂吃早餐，就在圖中東一食堂處填上“A1”。當然，每個學(xué)生的基本屬性是需要被告知的（包括學(xué)號、性別、年級、院系、宿舍號等）。

圖1 華中師范大學(xué)平面圖

根據(jù)華中師范大學(xué)每個院的人數(shù)比例，以院為單位，計算每個院所需要調(diào)查的人數(shù)。表格制作完成后開始著手發(fā)放問卷，先以華中師范大學(xué)城環(huán)學(xué)院為例，調(diào)查對象為全院在校學(xué)生，首輪調(diào)查完畢后，分析整理調(diào)查數(shù)據(jù)，并根據(jù)調(diào)查結(jié)果對表格進行修改，使之更利于后續(xù)工作。然后按照此模式對其他各院系進行調(diào)查，從而使調(diào)查對象的住址遍布華中師范大學(xué)各棟宿舍樓，使調(diào)查結(jié)果更具普遍性和說服力。后期再對調(diào)查問卷得到的數(shù)據(jù)進行篩選和整理，輸入到數(shù)據(jù)庫中。由此，便得到了每個點要素的屬性及每個時間段點要素所處的位置。

采用數(shù)據(jù)點內(nèi)插的方式，在各個時間段中選取中間某個時刻作為整個時間段的代表[7]，然后將該時刻學(xué)生所處的位置作為該時間段學(xué)生所在的地理位置，從而得到學(xué)生1 d的動態(tài)活動路徑。如圖2所示，選取了2個學(xué)生的活動路徑情況，地址代碼從1～18分別代表地址：東一食堂、東二食堂、3號樓、新圖書館、5號樓、6號樓、7號樓、8號樓、9號樓、10號樓、桂香園食堂、博雅園食堂、沁園春食堂、學(xué)子食堂、東區(qū)宿舍、西區(qū)宿舍、元寶山宿舍和林堪宿舍。該圖反映了個體活動的差異性，基于這種差異性來分析群體聚集的情況，根據(jù)這種群聚性來總結(jié)大學(xué)生的活動規(guī)律，并構(gòu)建時空模型。

圖2 學(xué)生個體活動路徑圖

2.2 用戶界面的設(shè)計

首先是獲取華中師范大學(xué)校園平面圖（jpg格式），將此平面圖導(dǎo)入ArcGIS9.3中，選取幾個具有代表性的點（盡量覆蓋到整個平面），對這幾個點進行真實的地理坐標輸入；然后再對校準后的圖形進行矢量化，構(gòu)建空間拓撲關(guān)系，從而將柵格圖形轉(zhuǎn)換為矢量圖形；最后是將華中師范大學(xué)矢量圖和遙感圖像進行疊合并加以美化和對誤差進行相應(yīng)的校正，從而完成了整個矢量圖的制作。

將上述得到的點要素及其屬性調(diào)入到ArcGIS中，在得到的矢量圖上進行點要素的屬性輸入，就可以實現(xiàn)對于每一個點都能有特定的屬性特點與之對應(yīng)，并能夠查詢到每個點在每個時間段對應(yīng)的地點，如圖3所示。

圖3 時空模型完成圖

2.3 時空模型的實踐操作及運用

通過Visual Studio 2008 的C#語言和ArcGIS Engine技術(shù)實現(xiàn)查詢功能，主要是通過設(shè)計一個時間軸來實現(xiàn)對不同時間段學(xué)生分布情況的呈現(xiàn)，是一個動態(tài)演示的過程。此時間軸的部分設(shè)計程序語言（用于連接數(shù)據(jù)庫）如下：

int iRenshu=0;

OleDbConnection mycon = new OleDbConnection();

mycon.ConnectionString = "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source=華師大學(xué)生時空數(shù)據(jù)1029.mdb";

mycon.Open();

OleDbCommand cmd = new OleDbCommand();

OleDbDataAdapter pOleDbDataAdapter = new OleDbDataAdapter();

DataSet dataset = new DataSet();

for (int i = 1; i < 55; i++)

{

string selectCon = "select count (*) from 學(xué)生時空數(shù)據(jù)表 where " + textBox1.Name + "=" + i + "";

cmd = new OleDbCommand(selectCon, mycon);

pOleDbDataAdapter.SelectCommand = cmd;

pOleDbDataAdapter.Fill(dataset, "時間人數(shù)");

}

以下是用于查詢的程序段：

for (int i = 0; i < 54; i++)

{

try

{

iRenshu = Convert.ToInt32(pDataTable.Rows[i][0]);

IQueryFilter pQueryFilter = new QueryFilterClass();

pQueryFilter.WhereClause = "Id =" + (i+1);

IFeatureCursor _pFeatureCursor = pFeatureClass.Search(pQueryFilter, false);

IFeature _pFeature = _pFeatureCursor.NextFeature();

while (_pFeature != null)

{

iFieldIndex = _pFeature.Fields.FindField("人數(shù)");

if (iFieldIndex != -1)

{

_pFeature.set_Value(iFieldIndex,iRenshu);

_pFeature.Store();

break;

}

}

}

}

若要了解周一8:00～10:00時間段內(nèi)學(xué)生的分布情況，選中滑條所對應(yīng)的時間段即可實現(xiàn)相關(guān)查詢。通過這種查詢方式，可以清晰地看到大學(xué)生在不同時間段所處位置，將這些位置按照順序連接起來就是學(xué)生的活動路徑。有了這些動態(tài)演示的過程，就可以對大學(xué)生的活動規(guī)律進行進一步的探究。圖4和圖5為實現(xiàn)查詢的2個例子。

圖4 周一7:00～8:00全校學(xué)生分布情況

圖5 周三12:00～12:30全校女生分布情況

3 討論與分析

研究顯示，大學(xué)生活動具有很強的規(guī)律性。在對學(xué)生活動路徑和不同地點、不同時間段學(xué)生分布情況進行分析之后，得到了一些結(jié)論。

1）校園公共設(shè)施的合理規(guī)劃利用。隨著全國高校招生人數(shù)的不斷增多，高校的教室、圖書館、體育場所、宿舍和食堂等資源日趨緊張，高校管理層可以通過不同時段的學(xué)生群聚分布，了解校園內(nèi)特定場地特定時段學(xué)生的數(shù)量，從而掌握校園相關(guān)設(shè)施及場所的利用情況，由此做出相應(yīng)場館、場地、道路等的建設(shè)規(guī)劃（如擴建、關(guān)閉等）?？筛鶕?jù)學(xué)生活動時序特點，按不同的時段調(diào)度管理人員。還能進行一些重要事件的處理（如特定災(zāi)害情況下的人員疏散）。

就食堂的選擇而言，學(xué)生的就餐地點一般是選擇距離宿舍較近的地方，這也導(dǎo)致了沁園春食堂、東二食堂就餐人數(shù)相對較少，而東一食堂、桂香園食堂就餐人數(shù)則很多。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，食堂所提供的座位數(shù)和食物量不足以滿足學(xué)生的需求，造成了食堂的擁堵和學(xué)生就餐的不便，不利于學(xué)校后勤部門的管理。

2）道路系統(tǒng)的有效控制。學(xué)生的活動路徑總體上是宿舍-教學(xué)樓-食堂，比較單一，而且聚集程度很高，如在就餐和上課時間，通往8號樓等教學(xué)樓以及桂香園食堂等地方的道路上人群密集度很高，而這些地方又是車輛通行的集中區(qū)域，因此學(xué)校可以據(jù)此來分時間段對主干道車輛通行進行控制，可在人群集中時間禁止車輛通行。

例如，學(xué)校目前正在實行的措施就是在白天工作時間對桂中路進行全線封閉，這種做法雖然在一定程度上方便了學(xué)生，但對于大多數(shù)開車上班的教職工來說卻要多走很多彎路。如果利用我們研究得到的數(shù)據(jù)就能夠得到該路段每一時間段的人員密集情況，從而更合理地制定出車輛通行方案。

3）根據(jù)性別差異采取相應(yīng)的應(yīng)對措施。從性別角度來看可以發(fā)現(xiàn)，男、女生活動方式及活動存在很大的差異，如晚上就餐時間的女生人數(shù)明顯小于中午，可能是由于女生為了減肥而選擇不吃晚飯；而對男生來說，這種現(xiàn)象則不明顯。再比如，除去周末輔修或兼職的學(xué)生，女生在周六的時候會選擇外出購物或逛街，抑或是去自習(xí)室學(xué)習(xí)，因此女生大多集中在校外或自習(xí)室；而男生則大多呆在宿舍，選擇看電影或是網(wǎng)絡(luò)游戲。學(xué)?？蓳?jù)此提出有針對性的解決辦法，比如說多舉辦一些有意義的課外活動，以此來調(diào)動學(xué)生們參與的積極性。

一般而言，男生更傾向于在戶外或娛樂場所進行體育鍛煉，然而我們在研究中發(fā)現(xiàn)，本校男生周末選擇在戶外的人數(shù)很少，這很可能是由于學(xué)校性質(zhì)偏文，不僅男生數(shù)量少，而且大多男生都不太重視體育鍛煉。因此，高校若基于這種性別差異采用不同的活動方式，對校園學(xué)生的管理和活動選取都有一定的借鑒。

4）高校招生的有效依據(jù)。近年來，全國各大高校都在擴大招生人數(shù)，學(xué)生人數(shù)逐年增多，但學(xué)校面積卻沒有擴大。由于學(xué)校地處武昌繁華地段，擴建的可能性不是很大，這就導(dǎo)致了華中師范大學(xué)校園將會越來越擁擠，人均可利用面積逐漸減小，給學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活造成了很大的不便。有必要利用我們的調(diào)查結(jié)果，算出華中師范大學(xué)人均占地面積并同其他學(xué)校進行比較，得到一個有限土地使用面積下的招生人數(shù)上限，防止盲目擴招的現(xiàn)象愈演愈烈。

4 結(jié) 語

本文以華中師范大學(xué)為實驗區(qū)，通過問卷調(diào)查的形式，收集并整理了大學(xué)生在不同時間、不同位置進行的不同活動類型的數(shù)據(jù)，建立了可操作的時空模型，便于對基于時間、位置、活動和人員的行為數(shù)據(jù)等的快速查詢，便于學(xué)校管理層對學(xué)校進行合理的管理，為某些突發(fā)性事件發(fā)生時人員的及時疏散提供參考路徑。雖然此系統(tǒng)所針對的是學(xué)校的學(xué)生，但同樣可以適用于其他領(lǐng)域。通過導(dǎo)入其他類型的數(shù)據(jù)和對程序稍加修改，就可以實現(xiàn)多種功能，從而為各種類型企業(yè)進行管理及分析提供有效幫助。

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