罗慧芳，罗 珂，刘 芸，刘小晶

（1.华中师范大学 城市与环境科学学院, 湖北 武汉 430079）

大学生作为高校的主要群体，其活动既有个体性，又有很强的群聚性。借助GIS技术研究大学生在校园活动的时空特征，有助于从其行为特征上进一步理解当代大学生学习生活的规律，了解大学生的行为特征的差异性，为高校实施管理提供依据[1-4]。文为了实现对大学生的动态时空分布进行查询的目的，分析了大学生的时空表现，提出了一个在GIS 环境下，面向大学生的停留和移动行为的时空数据的概念模型。模型设计简洁、便于操作和编程实现，而且能够分别基于学生、时间和位置查询学生时空分布信息。本文以华中师范大学为例，将基于这个数据模型的原型系统在ArcGIS 9.3软件平台上予以实现。

1 研究现状及趋势

ArcGIS 9.3是ESRI发布的功能比较强大而又完善的版本。ArcGIS9.3的一个主要目标是与现有的ArcGIS 9平台的功能和数据模型完全兼容，使得最终用户和开发商可以很方便地对系统进行升级；提供强大的跨平台（Windows、UNIX和Linux平台）支持能力，为用户提供了更加灵活的配置选择。

当前主要的GIS模型包括[5]：空间时间立方体模型、序列快照模型、基态修正模型、空间时间组合体模型和面向对象的时空数据模型等。本文主要采用的是序列快照模型，将得到的元数据整理汇总后形成的数据库进行编程、定制，然后调入ArcGIS，进行制图与图形的编辑操作，从而完成时空模型的建立。同时，利用ArcGIS Engine组件开发嵌入式GIS和独立运行的GIS桌面端应用程序，使用不同的程序语言和开发环境（本文是在Microsoft Visual Studio 2008开发环境下运行的）建构具有独立界面的GIS程序。

2 研究过程

本研究是以华中师范大学为对象进行的。华中师范大学占地面积为126.61万m2，下设21个院系、60个本科专业，目前各类全日制在校生近3万人，其中研究生9 000余人，留学生1 000余人；拥有10余栋现代化教学楼，建有2座图书馆。

2.1 时空点要素的采集

要在地图上显示学生的活动路径特点，就要获取学生活动数据。我们通过调查问卷的形式获得学生的活动路径。问卷的设计包含以下信息：个人信息——包括学生性别、年龄、专业年级、宿舍号等；活动模式——包括活动时间、地点、类型（学习、锻炼、娱乐及其他）。调查问卷通过地址匹配的形式将学生的活动和固定地点相匹配，更符合人们常规的思维模式。问卷也不是通过简单地设置问题进行调查，而是基于GIS思路运用图形来采集人的信息，得到的信息更为准确。

首先将华中师范大学的平面图（见图1）附于问卷之上，便于问卷的清晰易操作。大学生的作息安排一般以周为单位，但考虑到要得到1个星期每天的数据可能会比较困难，因此选取1个星期中的3天（A为周一、B为周三、C为周六）为代表来设计问卷[6]。将1 d分为 10个时间段：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，分别用 1～10表示，如某学生星期一7:00～8:00在东一食堂吃早餐，就在图中东一食堂处填上“A1”。当然，每个学生的基本属性是需要被告知的（包括学号、性别、年级、院系、宿舍号等）。

图1 华中师范大学平面图

根据华中师范大学每个院的人数比例，以院为单位，计算每个院所需要调查的人数。表格制作完成后开始着手发放问卷，先以华中师范大学城环学院为例，调查对象为全院在校学生，首轮调查完毕后，分析整理调查数据，并根据调查结果对表格进行修改，使之更利于后续工作。然后按照此模式对其他各院系进行调查，从而使调查对象的住址遍布华中师范大学各栋宿舍楼，使调查结果更具普遍性和说服力。后期再对调查问卷得到的数据进行筛选和整理，输入到数据库中。由此，便得到了每个点要素的属性及每个时间段点要素所处的位置。

采用数据点内插的方式，在各个时间段中选取中间某个时刻作为整个时间段的代表[7]，然后将该时刻学生所处的位置作为该时间段学生所在的地理位置，从而得到学生1 d的动态活动路径。如图2所示，选取了2个学生的活动路径情况，地址代码从1～18分别代表地址：东一食堂、东二食堂、3号楼、新图书馆、5号楼、6号楼、7号楼、8号楼、9号楼、10号楼、桂香园食堂、博雅园食堂、沁园春食堂、学子食堂、东区宿舍、西区宿舍、元宝山宿舍和林堪宿舍。该图反映了个体活动的差异性，基于这种差异性来分析群体聚集的情况，根据这种群聚性来总结大学生的活动规律，并构建时空模型。

图2 学生个体活动路径图

2.2 用户界面的设计

首先是获取华中师范大学校园平面图（jpg格式），将此平面图导入ArcGIS9.3中，选取几个具有代表性的点（尽量覆盖到整个平面），对这几个点进行真实的地理坐标输入；然后再对校准后的图形进行矢量化，构建空间拓扑关系，从而将栅格图形转换为矢量图形；最后是将华中师范大学矢量图和遥感图像进行叠合并加以美化和对误差进行相应的校正，从而完成了整个矢量图的制作。

将上述得到的点要素及其属性调入到ArcGIS中，在得到的矢量图上进行点要素的属性输入，就可以实现对于每一个点都能有特定的属性特点与之对应，并能够查询到每个点在每个时间段对应的地点，如图3所示。

图3 时空模型完成图

2.3 时空模型的实践操作及运用

通过Visual Studio 2008 的C#语言和ArcGIS Engine技术实现查询功能，主要是通过设计一个时间轴来实现对不同时间段学生分布情况的呈现，是一个动态演示的过程。此时间轴的部分设计程序语言（用于连接数据库）如下：

int iRenshu=0;

OleDbConnection mycon = new OleDbConnection();

mycon.ConnectionString = "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source=华师大学生时空数据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 学生时空数据表 where " + textBox1.Name + "=" + i + "";

cmd = new OleDbCommand(selectCon, mycon);

pOleDbDataAdapter.SelectCommand = cmd;

pOleDbDataAdapter.Fill(dataset, "时间人数");

}

以下是用于查询的程序段：

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("人数");

if (iFieldIndex != -1)

{

_pFeature.set_Value(iFieldIndex,iRenshu);

_pFeature.Store();

break;

}

}

}

}

若要了解周一8:00～10:00时间段内学生的分布情况，选中滑条所对应的时间段即可实现相关查询。通过这种查询方式，可以清晰地看到大学生在不同时间段所处位置，将这些位置按照顺序连接起来就是学生的活动路径。有了这些动态演示的过程，就可以对大学生的活动规律进行进一步的探究。图4和图5为实现查询的2个例子。

图4 周一7:00～8:00全校学生分布情况

图5 周三12:00～12:30全校女生分布情况

3 讨论与分析

研究显示，大学生活动具有很强的规律性。在对学生活动路径和不同地点、不同时间段学生分布情况进行分析之后，得到了一些结论。

1）校园公共设施的合理规划利用。随着全国高校招生人数的不断增多，高校的教室、图书馆、体育场所、宿舍和食堂等资源日趋紧张，高校管理层可以通过不同时段的学生群聚分布，了解校园内特定场地特定时段学生的数量，从而掌握校园相关设施及场所的利用情况，由此做出相应场馆、场地、道路等的建设规划（如扩建、关闭等）。可根据学生活动时序特点，按不同的时段调度管理人员。还能进行一些重要事件的处理（如特定灾害情况下的人员疏散）。

就食堂的选择而言，学生的就餐地点一般是选择距离宿舍较近的地方，这也导致了沁园春食堂、东二食堂就餐人数相对较少，而东一食堂、桂香园食堂就餐人数则很多。调查发现，食堂所提供的座位数和食物量不足以满足学生的需求，造成了食堂的拥堵和学生就餐的不便，不利于学校后勤部门的管理。

2）道路系统的有效控制。学生的活动路径总体上是宿舍-教学楼-食堂，比较单一，而且聚集程度很高，如在就餐和上课时间，通往8号楼等教学楼以及桂香园食堂等地方的道路上人群密集度很高，而这些地方又是车辆通行的集中区域，因此学校可以据此来分时间段对主干道车辆通行进行控制，可在人群集中时间禁止车辆通行。

例如，学校目前正在实行的措施就是在白天工作时间对桂中路进行全线封闭，这种做法虽然在一定程度上方便了学生，但对于大多数开车上班的教职工来说却要多走很多弯路。如果利用我们研究得到的数据就能够得到该路段每一时间段的人员密集情况，从而更合理地制定出车辆通行方案。

3）根据性别差异采取相应的应对措施。从性别角度来看可以发现，男、女生活动方式及活动存在很大的差异，如晚上就餐时间的女生人数明显小于中午，可能是由于女生为了减肥而选择不吃晚饭；而对男生来说，这种现象则不明显。再比如，除去周末辅修或兼职的学生，女生在周六的时候会选择外出购物或逛街，抑或是去自习室学习，因此女生大多集中在校外或自习室；而男生则大多呆在宿舍，选择看电影或是网络游戏。学校可据此提出有针对性的解决办法，比如说多举办一些有意义的课外活动，以此来调动学生们参与的积极性。

一般而言，男生更倾向于在户外或娱乐场所进行体育锻炼，然而我们在研究中发现，本校男生周末选择在户外的人数很少，这很可能是由于学校性质偏文，不仅男生数量少，而且大多男生都不太重视体育锻炼。因此，高校若基于这种性别差异采用不同的活动方式，对校园学生的管理和活动选取都有一定的借鉴。

4）高校招生的有效依据。近年来，全国各大高校都在扩大招生人数，学生人数逐年增多，但学校面积却没有扩大。由于学校地处武昌繁华地段，扩建的可能性不是很大，这就导致了华中师范大学校园将会越来越拥挤，人均可利用面积逐渐减小，给学生的学习和生活造成了很大的不便。有必要利用我们的调查结果，算出华中师范大学人均占地面积并同其他学校进行比较，得到一个有限土地使用面积下的招生人数上限，防止盲目扩招的现象愈演愈烈。

4 结 语

本文以华中师范大学为实验区，通过问卷调查的形式，收集并整理了大学生在不同时间、不同位置进行的不同活动类型的数据，建立了可操作的时空模型，便于对基于时间、位置、活动和人员的行为数据等的快速查询，便于学校管理层对学校进行合理的管理，为某些突发性事件发生时人员的及时疏散提供参考路径。虽然此系统所针对的是学校的学生，但同样可以适用于其他领域。通过导入其他类型的数据和对程序稍加修改，就可以实现多种功能，从而为各种类型企业进行管理及分析提供有效帮助。

[1]周素红，邓丽芳.基于T-GIS的广州市居民日常活动时空关系[J].地理学报，2010，65(2):23-29

[2]Burrough P A, Frank A U. Concepts and Paradigms in Spatial Information: Are Current Geographical Information System Truly Generic [J].International Journal of Geographical Information System, 1995, 9:101-116

[3]Shaw S L, Wang. Handing Disaggregate Travel Data in GIS [J].Geoinformatica, 2000, 4:161-178

[4]Frihida A , Marceau D,TheriaulTM. Spatio-temporal Objectoriented Data Model for Disaggregated Behavior [J].Transactions in GIS, 2002, 6 (3) :277-294

[5]邬伦，张晶，马修军，等.地理信息系统原理、方法和应用[M].北京:科学出版社，2002

[6]王晓栋. T-GIS数据模型和土地利用动态监测数据库的实现[J].清华大学学报:自然科学版，2000，40 (1):55-62

[7]柴彦威，沈洁.基于居民移动-活动行为的城市空间研究[J].人文地理，2006，21(5): 108-112