数字校园建设研究

数字校园建设研究1，摘要2，翻译成英语第一部分前言，整体介绍全国数字校园的背景、概念、特点、建设意义、国内现状。第二部分数字校园建设当前采用的主要技术，分类概述（基于3维可视化地理信息系统软件MAGIS建设数字校园、基于WebGIS的数字校园技术、基于SupernaturalGIS数字校园建设技术）。第三部分归纳总结第二部分对今后的数字校园建设的帮助和对今后数字校园需要向哪方面发展的展望。基于GIS的数字校园建设研究摘要：（一）前言新世纪的教育必须适应信息化社会需求。为此，世界发达国家以信息技术对教育的影响和作用最为重视，重新调整教育目标，制订教育改革方案，加快推进教育信息化建设。近些年来我国也十分重视教育信息化，特别是在“面向2l世纪教育振兴行动计划”中强调推进教育改革的重点就是利用信息技术来实现。人类已进入信息时代，在新世纪里，信息化的浪潮一浪高过一浪。一个地区信息化的程度已经成为衡量其社会经济发展水平和文明发达程度的标志。1998年1月31日，美国前副总统戈尔首次提出了“数字地球”的概念，他认为：数字地球是指一个以地球坐标为依据的、具有分辨率的海量数据和多维显示的虚拟系统。于是，世界各国纷纷制定计划，力图抢占信息社会的制高点。近几年来，“数字地球”、”数字城市”、”数字小区”已成为地球空间信息科学研究的热点。随着地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）的迅速发展，“数字**”的应用领域也是越来越广，深入到了社会生活的各个方面。数字城市，具体是通过建设空间基础信息平台、多媒体信息网络平台和地理信息平台，整合城市全部的信息资源，实现城市社会经济等的信息化。“数字校园”就是在这一信息化建设的基础上提出的，试图用层次化、整体的观点来规划、实施学校的信息化建设为教育信息化确定一个清晰的目标。数字校园的建设将对学校所有信息资源进行统一的、科学的组织与管理，对校园网上的信息进行更好的组织和分类，让用户在网上快速发现自己需求的信息，为师生提供优质的网上信息交流环境，让管理人员科学地、规范地管理自己的数据，并将这些信息以最有效的方式、更方便地发布，提供给用户服务。（二）、国内高校数字校园的现状高校校园信息化建设主要经历了三个阶段。第一阶段：以硬件集成为主的基础建设阶段，建设的重点是校园网硬件平台的搭建。第二阶段：以应用软件集成为主，建设的重点体现在学校管理信息系统建设上。第三阶段：以数字校园建设为主。当校园网发展到一定程度与规模，随着认识和实践的进一步深入，人们发现，硬件加软件的校园信息化模式还远不能发挥出校园网的优势，更不能实现教育信息化所要求的对传统教学模式的改革和对全新教育模式的建构。我国高校信息化建设已走过了20年的历史，特别是近年来，国内高校在数字校园建设方面作了很多工作，网络、多媒体和数字化技术已经在许多学校的教学、科研、管理和信息交流方面得到广泛的应用。从局部来说，国内不少高校数字校园建设和国际是接轨的，无论是设备还是软件，都是全球最新的，和国外没有什么差别。但由于各个高校发展的水平不一样，所在的地域不一样，条件不同、背景不同，有些学校可能发展快一些，有些则相对滞后一些、薄弱一些。因此，很难在各学校之间建立一个统一的标准或平台，也很难用同一个标准或同一个尺度去衡量，或者采用统一的规范进行数字校园建设。只要它在学校的教育、科研、管理中发挥了作用，能够切实提高学校的教学质量、管理水平、科研能力，就值得肯定，就是可行的。国内一些高校在数字校园建设中采取了“需要什么，建设什么”的原则，同样也取得了很好的效果。（三）、数字校园简介1、数字校园的概念数字化校园是在传统校园概念基础上提出来的新概念，数字化校园是利用计算机技术、网络通讯技术对学校的教学、科研、管理和生活服务等所有信息资源进行全面的数字化，并科学规范地对这些信息资源进行整合和集成，以构成统一的用户管理、统一的资源管理和统一的权限控制；通过组织和业务流程再造，推动学校进行制度创新、管理创新，最终实现教育信息化、决策科学化和管理规范化。所谓“数字校园”（DigitalCampus）就是指数字化的、虚拟的校园，是“数字地球”的微观形式在校园区域的具体体现。数字校园虽然是数字地球的一个缩影，但它与数字地球还是有区别的，数字校园侧重于对学校的教学、科研、管理及其它方面的数字化，通过用图形图像的数字信息来表现校园的各种空间及属性要素，为广大师生、管理人员及校外人员提供关于校园的各种信息。由于数字校园是基于GIS技术而建立的，因而，它也具有GIS所具有的功能和性质。如信息查询、检索、空间分析、模拟分析、输出专题图等功能，可以为学校的科学管理、规划决策、发展预测提供可靠的科学依据。它的核心内容是指学校利用先进的信息化手段和工具，将现实校园的各项资源数字化而形成的一个数字空间，从而使现实校园在时间和空间上获得延伸。它是以网络为基础，从环境、资源到活动的全部信息化。校园网络及其应用系统构成整个校园的神经系统，完成现实校园的信息传递和服务。在数字校园里，可以通过现代化手段，实现学校的教学、科研、管理、服务等活动的全部过程，从而达到提高教学质量、科研水平、管理水平的目的。数字化校园建设的实质就是学校和教育管理部门通过信息化手段，实现对各种资源的有效集成、整合和优化，实现资源的有效配置和充分利用，实现教育和校务管理过程的优化、协调，实现教学过程与学习过程的优化，从而实现提高各种工作的效率、效果和效益。随着网络和计算机技术的普及，数字技术正在迅速改变人类赖以生存的社会，并使人类的工作和生活环境具备了越来越多的数字化特征。“数字校园”是信息技术运用于教育改革过程所形成的新式研究成果，它主要建立在传统校园和校园网环境的基础上，利用先进的信息化手段，实现教学、科研、管理和服务等各项资源的全部数字化，在物理校园的基础上构建一个信息化数字校园空间，使现实的校园环境在功能、时间和空间上得到延伸，从而实现全部教育过程数字化的目标。2、数字校园的特点：①校园党政办公、教务、后勤，各种信息资源高度集成，办公高效。各子系统功能互相独立，又相互协作，共同实现数字校园巨系统的功能；②采用工作流技术，结合先进的”3S”技术，采用模块化设计，做到各子系统无缝结合，数据高度共享③系统采用空间数据库引擎技术，实现数据的一致性、无缝衔接、海量图形数据管理、具有强大的数据管理功能；④具有一种可以迅速充实、联网的数据库，及多种可以融合并显示多源数据的机制。采用组件式开发技术，系统可维护性和可拓展性强。3、数字校园建设的意义（1）、建立数字校园的必要性数字化、信息化是当今世界科技发展的趋势[1]，教育信息化是信息社会对教育的新要求，是教育现代化发展的必然趋势。其实质是将先进的数字信息技术引入教育领域，培养和发展以智能化教育工具为代表的新的教育模式，从而促进旧的教育体制向高效的信息化教育体制转变，实现教育现代化。近年来，”数字城市”和”数字校园”从口号的提出逐步转变为现实，随着数字化技术的进一步发展，实现学校管理数字化、智能化是新时期对学校发展提出的新要求，而”数字校园”的建设是实现学校现代化管理的必要条件。（2）、数字校园建设的意义“数字校园”系统将成为校园新的信息源，几乎所有与校园有关的信息都将被定位，并与空间数据库联系起来。用户可以方便地查询自己想要得到的信息。数字校园具有很大的集成度，用户可以随时获得所需的信息，同时也给学校的各项工作带来了方便。数字校园的研究与建立可以提高学校的知名度，可以为学校带来可观的社会效益。同时，也为”数字地球”和”数字城市”的研究建立示范试验作用。现代化的大学需要现代化的管理。毫无疑问，建立数字化的河南理工大学，是我们校园信息化建设的重要内容之一，是加速实现学校管理和办公自动化、现代化、数字化，提高管理水平和效率，实现信息和资源共享的重要举措，同时也是树立学校品牌，扩大学校影响的良好方式。（四）当前数字校园建设采用的技术随着我国教育信息化的提出，关于数字校园的建设在全国范围内展开了，各高校对建设的方案和技术都开展了研究，使得数字校园建设的技术日渐成熟，目前采用的技术主要有以下几个方面:一、基于3维可视化地理信息系统软件MAGIS建设数字校园数字校园必须运行在3维环境中，因此3维建模是数字校园的重要内容与必要步骤。建筑物建模就像地图与GIS的关系一样，是数字城市非常重要的技术基础之一。传统的摄影测量以航空摄影测量为主，主要是用于测绘地图。但是它获取影像的信息远比地图丰富与直观，因而近代发展了影像图在3维建模方面的应用。同时摄影测量能够直接获得房屋屋顶、树木表面的3维坐标，从而为3维建模奠定了基础。加之计算机与3维可视化技术的迅速发展，使得城市3维建模逐步成为现实。（一）、数字校园的3维建模方法传统的二维地图是以符号系统来表示地理信息的，其空间信息的水平化和地图内容的凝固化、静止化无法满足现代人的视觉心理和数字校园建设的需要。为了更准确、形象地把真实校园展示出来，需要建立三维景观图来代替二维线划图。3维景观图以直观的3维地形、地物代替了抽象的地图符号，这就使得地图进入了动态化、时空变换、多维的可交互的地图时代。因此，将3维景观图作为地理信息系统中的又一个专题图层将是一种必然的趋势，为3维GIS建立相应的3维景观图已是摆在我们面前的重要任务。解决这个问题大致有如下的方法。1、直接使用3D软件著名的3D建模软件有AutoCAD、3DMAX、美国UGA公司的UG软件，用它们可以直接做出比较逼真的3维模型，但它们所使用的坐标系统是笛卡尔平面坐标，与真实的地理空间很难关联，生成的数据很难进入GIS，因为GIS中的空间对象都是使用大地坐标；对于大范围区域，如果每个地物目标都这样建模不仅费时，而且也不实际。2、应用MultigenCreator等虚拟现实软件MultigenCreator软件具有简单、直观的交互能力，运行在所见即所得、3维、实时的环境中，它的每一种实现都包含了一个共同的用户接口和一个适应特定平台的特殊子系统；更重要的是它建立的3维模型尺寸较小，从而不会影响虚拟环境的实时性能。但其空间地理信息的表达功能欠佳，不利于建立高精度的数字校园基础地理信息数据库和基础设施信息数据库。3、利用数字摄影测量技术利用数字摄影测量技术进行3维建模具有如下优点:①建模速度快，自动化程度高，3维建模的规模越大，优势越明显。②易于实时更新，不论是地物的变化还是地形的变化都能及时反映出来。③数据源信息丰富，航空像片或卫星影像不仅含有大量的空间数据，而且含有图像数据，可用作三维表面的纹理贴图。但是该系统软硬件投资较大，设备昂贵，不能为普通用户所接受，因而难以普及。4、利用二维GIS软件目前大多数GIS软件都提供了利用2维线划数据及其相应高度属性进行3维建模的功能，各建筑物表面还可加上相应的纹理，但采用这种方法一般局限于平顶建筑物的3维重建，不能用于复杂地物的建模。从实用和经济的角度考虑，对于数字校园来说，这不失为一种较好的建模方法，因为校园中的地物相对比较规整，牵涉的范围不大；并且，相对来说，所需要的源数据是最容易取得，只要大比例尺的地形图和相应的建设工程图即可获取整个校园地形和地物信息。（二）、3维技术数字校园的建立1、所用的软件平台及其特点本次数字校园建设使用的软件是IMAGIS3维可视化地理信息系统(IMAGIS2。3)。IMAGIS3维可视地理信息系统是武汉适普软件有限公司自主开发的一套以数字正射影像(DOM)、数字地面模型(DEM)、数字线划图(DLG)和数字栅格图(DRG)作为综合处理对象的虚拟现实管理GIS系统。它分为两部分:3维地理信息系统和平面图形编辑系统。通常2维图形在平面编辑系统中经过编辑整形后，即可输出到3维系统中进行3维实体的重建和管理，用户可对其进行查询分析、属性定义以及各种可视化操作和图形输出等操作。该系统结合了3维可视化技术与虚拟现实技术，完全再现管理环境的真实情况。IMAGIS系统有如下特点:①先进的可视化和虚拟现实的集成技术;②真实再现3维地面景观;③快速生成虚拟和设