GIS空间分析建模技术研究进展

第35卷第6期2010年

11月

测绘科学

Science of Surveying and Mapping

Vol.35No.6

Nov.

作者简介：方芳（1976-），女，湖北黄冈人，讲师，博士研究生（在读），主要

从事软件工程、空间分析与空间决策等方面的教学、科研工作。E-mail ：ffang1014@

收稿日期：2009-04-01基金项目：国家“863”计划项目“支

持跨平台的空间分析模型框架与应用系

统快速构建环境研究”资助

GIS 空间分析建模技术研究进展

方

芳①②，徐世武①，万

波①

（①中国地质大学信息工程学院，武汉430074；②中国地质大学研究生院，武汉430074）

【摘要】本文分析总结国内外空间分析建模技术与方法的研究进展，指出紧密结合各行各业应用的专业特色，

建立能支持深层次应用的空间分析模型，提供方便的建模工具已成为迫切需要解决的问题；探讨将工作流、形式语言、空间算子重载等技术相结合建立空间分析模型的方法。

【关键词】地理信息系统；空间分析；空间分析建模；工作流；空间算子；可视化【中图分类号】P208【文献标识码】A 【文章编号】1009-2307（2010）06-0137-03

1引言

地理信息系统（GIS ）以数字世界表示自然世界，具有完备的空间特性，可以存储和处理大量地理数据，并具有极

强的空间系统综合分析能力［1］

。GIS 不仅要完成管理大量复杂的地理数据的任务，更为重要的是完成地理分析、评

价、预测和辅助决策的任务［1］

，分析数据是GIS 的核心，空间分析是GIS 最具特色的内容。空间分析依赖于空间分析模型，建立空间分析模型的过程（称为空间分析建模）是综合分析处理和应用空间数据的有效手段，也是开发分析

决策型GIS 不可或缺的步骤［2］

，建立有效的空间分析模型，为GIS 提供更多更强大的功能，已成为当前GIS 研究和应用中十分重要的任务。本文在综合分析国内外空间分析建模技术研究进展的基础上，指出了空间分析建模存在的主要技术问题，探讨了有待深入研究的方向。

2

GIS 空间分析建模技术研究进展

2.1

国外研究进展

随着建模系统和工作流技术的应用，国外学者提出了关于空间信息处理过程建模系统的理论框架，通过对过程的描述解决GIS 空间分析应用的问题，同时开发了相应的

原型系统，其中比较典型的如GOOSE 、Geo-Opera 、WOODSS 等。GOOSE 系统是Alonso （1994）提出的［3

］，该系统作为用户与GIS 系统之间的协同建模工具出现，其部分功能已经非常类似于后来的空间信息工作流管理系统。空间信息工作流是科学工作流在空间分析领域的具体应用。Alonso （1995）提出了Geo-Opera 系统和Laura A ［4］。其中，

特别是Geo-Opera 系统，它从GOOSE 系统中借鉴了空间建模、数据族系跟踪、模型自动执行等大量成功的经验，同

时基于OPERA 通用工作流管理系统，强调空间模型的并发和分布执行、向前恢复的异常处理机制、事物、数据依赖性查询等功能，这些都是空间信息工作流管理系统的重要特征。Seffino （1997）提出的WOODSS 系统是比较完整的空

间信息工作流管理系统［5］

。Weske 等（1998）明确提出了空

间信息工作流（Geo-Workflow ）的概念［6］，详细阐述了工作流和空间应用的关系，工作流管理系统应用到地理研究领

域的方法，提出一个科学工作流管理系统WASA 在空间分析领域的应用，该系统具备空间建模和自动化执行的能力。当前，与工作流技术结合的地理信息建模系统（Geographic Information Modeling System ，GIMS ）是GIS 研究的热点问题。GIMS 支持面向用户的空间分析模型的定义、生成和检验的环境，支持交互式的基于GIS 的分析、建模和决策。

与此同时，国外众多GIS 厂商正致力于空间分析建模产品的开发。例如，ARCGIS9的Model Builder 视窗提供了构建地理处理工作流和脚本的图形化建模环境。针对多地理处理任务，提供工作流构建和运行包含一系列地理处理工具的模型。通过添加工具和设置参数值构建处理过程，并串联这些过程生成模型。提供验证模型的功能，通过验证整个模型，能够校验所有参数值的有效性。通过创建脚本的方式决定执行模型的哪条分支，从而达到控制处理过程流的目的。

对国外GIS 空间分析建模技术研究现状的分析表明，GIS 空间分析建模技术的发展可以分为三个阶段：①可视化搭建阶段；②精确表达阶段；③优化模型阶段。目前国外的研究主要集中于前两个阶段，即采用工作流技术实现分析业务模型的可视化搭建，采用脚本实现对业务模型的精确定量化，而对于通过空间算子拓展等手段平衡模型复杂度的优化模型阶段还未见相关报道，然而，这一阶段正是处理大型复杂建模和业务系统构建的关键。此外，通过工作流技术实现跨平台GIS 建模方面的研究国外也没有相关文献，而这一方面是大型复杂GIS 分析建模构建过程中经常遇到且严重影响系统建设进度和质量的问题。2.2国内研究进展

现阶段，国内学者围绕空间分析建模技术也展开了深入的研究，并取得了探索性的理论成果。由于通用空间分析功能无法满足复杂的专业应用领域模型分析，因此为用户提供建立专业应用模型的二次开发工具和环境是目前解决空间分析建模问题的一般方法。赖格英（2003）对常用的

专业应用领域空间分析模型的实现方法作了分析与比较［7］

，指出基于GIS 外部松散耦合式的空间分析建模法和插件技术的空间分析建模法在一定程度上固化了应用模型，且开发周期相对较长，因而较难适应不断变化的应用领域。基于GIS 环境内二次开发语言的空间分析建模法存在主要问题是它对于普通用户而言过于困难。基于面向目标的图形语言建模法具有较大的灵活性，因而更能适应实际需要。

相关研究表明，将工作流技术融入空间分析建模技术，有助于空间信息处理过程的建模、管理、控制和执行。高

勇，邬伦等（2004）引入空间信息工作流理论［8］

，将空间信