【文章內(nèi)容簡介】 計(jì) GIS應(yīng)用模型時(shí)，主要考慮要用它來解決什么問題，有哪些數(shù)據(jù)可用，采用何種建模方法為切入點(diǎn)或有哪些現(xiàn)成模型可供借鑒。由于這些模型大部分都要通過 GIS的緩沖區(qū)分析、疊臵分析等功能體現(xiàn)出來，即模型結(jié)果要高度可視化，數(shù)字、圖形、表格是可視化最基本的表達(dá)方式。 另外，要考慮 GIS與應(yīng)用模型的結(jié)合方式，可以是直接結(jié)合，也可以是間接結(jié)合。直接結(jié)合是指用 GIS軟件提供的二次開發(fā)語言來建立應(yīng)用模型，這種結(jié)合方式較為緊密，但應(yīng)用模型的通用性較差。間接結(jié)合采用 GIS與應(yīng)用模型相對分離的方法，通過動(dòng)態(tài)鏈接技術(shù)（如 OLE、 ActiveX等）實(shí)現(xiàn)兩者的結(jié)合。這種方式較為松散，應(yīng)用模型的通用性較強(qiáng)。 在利用 GIS解決實(shí)際問題時(shí)，常常需要結(jié)合多個(gè)模型，構(gòu)成模型庫來解決特定問題。其中每個(gè)模型以某方面為重點(diǎn)，主要解決某一具體問題，模型之間通過一定的環(huán)節(jié)連接起來實(shí)現(xiàn)相互之間的反饋和協(xié)調(diào)。 下面以耕地保護(hù)預(yù)警系統(tǒng)（以江蘇省江陰市為背景）的模型庫為例，介紹 GIS應(yīng)用模型庫的設(shè)計(jì)。耕地保護(hù)預(yù)警系統(tǒng)是在確保區(qū)域發(fā)展及安定的基礎(chǔ)上，在合理配臵、利用區(qū)域各類資源的同時(shí)，為了保證在社會(huì)發(fā)展的一定階段下的人民生活標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定，而對該階段區(qū)域人口發(fā)展所確定的最低耕地量的臨界警戒線。其目的是為區(qū)域的宏觀決策提供支持，為區(qū)域耕地資源的開發(fā)、利用提供度量標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域各方面、尤其是區(qū)域耕地與社會(huì)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一發(fā)展。因此，根據(jù)區(qū)域耕地資源開發(fā)利用的先后順序，可以設(shè)計(jì)出以下具有特定順序關(guān)系的模型，它們構(gòu)成了本系統(tǒng)的模型庫。 耕地保護(hù)預(yù)警系統(tǒng)的模型庫 ? 區(qū)域耕地資源綜合評價(jià)模型 區(qū)域耕地資源綜合評價(jià)模型從區(qū)域耕地資源系統(tǒng)整體出發(fā)，對其數(shù)量、質(zhì)量以及組合進(jìn)行分析和評價(jià)。具體包括耕地資源評價(jià)模型、耕地資源潛力估算模型以及耕地資源經(jīng)濟(jì)利用評價(jià)模型等。 ? 區(qū)域耕地資源動(dòng)態(tài)分析和供需預(yù)測模型 分析區(qū)域耕地資源動(dòng)態(tài)變化過程是其資源供需預(yù)測的基礎(chǔ)。前者表現(xiàn)為在時(shí)間維上多因素的綜合作用；后者則需要從時(shí)空變化兩個(gè)方面來考察。因此，區(qū)域資源區(qū)位模型和預(yù)測推斷模型占重要地位。 ?區(qū)域耕地資源開發(fā)規(guī)劃和分配模型 模型為區(qū)域耕地資源開發(fā)和利用提供優(yōu)化方案或?qū)ζ湓蟹桨高M(jìn)行優(yōu)化。在各種資源優(yōu)化分配中，土地利用優(yōu)化是區(qū)域資源開發(fā)規(guī)劃的核心。目前，區(qū)域土地利用除了農(nóng)業(yè)利用之外，部分還涉及到市內(nèi)工業(yè)、交通以及居民點(diǎn)用地，并且農(nóng)業(yè)土地利用結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)還涉及到許多其它因素（固定的、變化的、隨機(jī)的等）。這使區(qū)域農(nóng)業(yè)土地利用結(jié)構(gòu)模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大為復(fù)雜。 ?區(qū)域耕地資源承載力分析模型與補(bǔ)充潛力分析 立足資源開發(fā)、考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步是區(qū)域耕地資源開發(fā)的主要指導(dǎo)，而資源的人口承載力研究則是區(qū)域資源開發(fā)合理程度的度量標(biāo)準(zhǔn)。區(qū)域的耕地增加數(shù)量總有上限，對區(qū)域耕地利用的補(bǔ)充分析是耕地保護(hù)利用度的最佳體現(xiàn)。 ?耕地保護(hù)臨界預(yù)警模型 在上述 4個(gè)模型的基礎(chǔ)上，選擇人均糧食量為模型臨界閾值，以區(qū)域耕地資源的數(shù)量、質(zhì)量、單產(chǎn)、人口預(yù)測值為主要因子構(gòu)建預(yù)警臨界模型，并確定預(yù)警警示的觸發(fā)分量。這是對區(qū)域耕地資源主要評價(jià)因子的綜合評定，也是對區(qū)域耕地保護(hù)的總體成效的鑒定。下面重點(diǎn)談耕地保護(hù)臨界預(yù)警模型的建立過程。圖下所示為耕地保護(hù)臨界預(yù)警模型建立的流程圖 模型因子分析 區(qū)域耕地?cái)?shù)量總量 、 區(qū)域耕地質(zhì)量總水平 、區(qū)域某時(shí)間人口總量 、 某時(shí)段內(nèi)區(qū)域耕地平均畝產(chǎn)量 選擇預(yù)警臨界域值 （ 達(dá)到區(qū)域糧食生產(chǎn)的供需平衡 ） 建立預(yù)警模型 ? 模型因子選擇 應(yīng)著重考慮圖 4個(gè)基本因子，其它因子（如氣候資源、水資源、生物資源、人口勞動(dòng)力資源、基礎(chǔ)設(shè)施條件、經(jīng)濟(jì)條件等）雖然對區(qū)域的耕地保護(hù)工作有一定影響，但影響的深度和廣度不僅難以評述和量化，而且部分因子與模型因子間存在相關(guān)關(guān)系或已包容在模型因子中，故將其設(shè)為定值，對模型的應(yīng)用不產(chǎn)生作用，而在今后的研究中，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行模型微調(diào)。 ? 選擇預(yù)警臨界閾值 預(yù)警臨界閾值應(yīng)能與區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)的發(fā)展需要相適，以達(dá)到區(qū)域糧食生產(chǎn)的供需平衡。在此，系統(tǒng)閾值采用江蘇省農(nóng)科院確定的人均原糧警戒線 —— 420公斤。 ? 預(yù)警模型的建立。 在以上分析的基礎(chǔ)上，設(shè)臵系統(tǒng)變量如下： Q：某一時(shí)間區(qū)域耕地的數(shù)量總量，由系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及圖庫面積查詢得到； S：某一時(shí)間區(qū)域耕地的“等”指數(shù)，由土地質(zhì)量指數(shù)、土地利用系數(shù)、土地經(jīng)濟(jì)系數(shù)三者的計(jì)算得到； M：某一時(shí)間區(qū)域單位面積耕地的生產(chǎn)能力，由 FAO推薦的“農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法”（ AEZ法）結(jié)合灰色 GM（ 1， 1）趨勢分析模型相互校正后得到； R：某一時(shí)間區(qū)域的人口規(guī)模，由區(qū)域現(xiàn)有人口數(shù)量和區(qū)域人口的增長率共同計(jì)算得到； G：區(qū)域糧食生產(chǎn)相對于理論需要量的理想滿足程度； Z：某一時(shí)間區(qū)域的人均原糧量。確定系統(tǒng) Z值對系統(tǒng)預(yù)警的觸發(fā)分量 如表所示 。 Z 值 缺乏程度 D 類 型 Z500 0 非 450Z500 1 輕警 420Z450 2 中警 Z420 3 重警 Z值對系統(tǒng)預(yù)警的觸發(fā)分量 返回 GIS模型庫管理 當(dāng) GIS中應(yīng)用模型很多時(shí)，有必要對它們實(shí)施管理，包括模型運(yùn)行結(jié)果的管理，如不同時(shí)段的同一地理對象的數(shù)據(jù)經(jīng)同一應(yīng)用模型運(yùn)行后得到的結(jié)果，這些結(jié)果對于地理對象的空間和時(shí)間序列分析是很重要的。對 GIS模型庫的管理有助于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和用戶對模型的功能、數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)位臵等具有清晰的認(rèn)識，便于對模型庫中的模型進(jìn)行增加、修改、刪除、查詢等操作，使模型庫趨于完善。 ?文本形式的管理方式 該方式用文字來描述模型的各種參數(shù)，如模型名稱、模型功能、存儲(chǔ)位臵等，并用文本文件存儲(chǔ)起來；模型庫中各個(gè)模型的建模過程的說明也可用文本形式的方式來管理。但這種方式只能起瀏覽的作用。 ?數(shù)據(jù)庫形式的管理方式 該方式采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的關(guān)系表來存儲(chǔ)應(yīng)用模型的內(nèi)容，也用關(guān)系表來存儲(chǔ)不同時(shí)段的同一地理對象的數(shù)據(jù)經(jīng)同一應(yīng)用模型運(yùn)行后得到的結(jié)果。這種管理方式在實(shí)際中用得較多，且可做成統(tǒng)一的界面進(jìn)行模型的管理與維護(hù)，它相當(dāng)于一個(gè)小的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)。采用這種管理方式，需要設(shè)計(jì)兩種表： 模型字典表 和 模型結(jié)果表 。 GIS模型庫管理方式 模型字典表的一般結(jié)構(gòu) 模型 編號 模型 名稱 功能 描述 存放 位置 所需數(shù)據(jù)格式 運(yùn)行 環(huán)境 與之相關(guān)聯(lián)的模型 開發(fā)者 開發(fā) 時(shí)間 …… 模型結(jié)果表的一般結(jié)構(gòu) 所用數(shù) 據(jù)的時(shí)間 所用數(shù) 據(jù)的名稱 所用數(shù)據(jù) 的存放位置 所用的 模型名稱 結(jié)果名稱 結(jié)果存 放位置 ?? 返回 四、 GIS接口設(shè)計(jì) （一）系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的接口 （二） 互操作接口 （三） 空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的接口 （四） GIS與系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的接口 返回 系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的接口 當(dāng)我們設(shè)計(jì)一個(gè) GIS軟件時(shí) ， 需要設(shè)計(jì)系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的接口 。 所謂 “ 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù) ” 是指常用的商業(yè) GIS軟件的數(shù)據(jù)格式 ， 如 Arc/Info的 Coverage、 ArcView的 Shp、MapInfo的 Mif、 Intergraph的 MGE工程 、 DGN文件和FRAME文件等格式 。 ?一種是直接存取 ， 所開發(fā)的軟件提供對該數(shù)據(jù)格式的支持 。 這種方法使用較為方便 ， 也不存在數(shù)據(jù)損失 ， 但是實(shí)現(xiàn)起來較為繁瑣 。 而且 ， 目前 ， 常用的 GIS數(shù)據(jù)格式種類很多 ， 很難實(shí)現(xiàn)對所有格式的支持 。 ?另一種是通過導(dǎo)入 /導(dǎo)出機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 ， 提供一種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式 ， 用來與其它標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換 。 如 MapInfo軟件的交換數(shù)據(jù)格式 Mif格式 ， 可以導(dǎo)出成為 Dxf格式；同時(shí) ， 用 Dxf格式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)也可以用導(dǎo)入的方式轉(zhuǎn)換成為 Mif格式 ， 從而實(shí)現(xiàn)MapInfo支持的數(shù)據(jù)格式與其它標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式的交流 。 使用該方法與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的交換 ， 在數(shù)據(jù)格式變換過程中可能存在一定的數(shù)據(jù)損失 。 接口的形式 返回 互操作接口 互操作接口設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì) GIS之間、 GIS內(nèi)各子系統(tǒng)之間和子系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)模塊之間的接口，使它們能夠較好地進(jìn)行通訊和實(shí)現(xiàn)功能共享。 ? 異質(zhì)環(huán)境下的 GIS互操作設(shè)計(jì) ? GIS子系統(tǒng)之間以及子系統(tǒng)各模塊之間的接口設(shè)計(jì) 對于異質(zhì)環(huán)境下的 GIS互操作，要考慮到因網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、 GIS軟件平臺等的不同而帶來的接口設(shè)計(jì)問題。通常，異質(zhì)環(huán)境下的 GIS接口設(shè)計(jì)，主要采用中間件來實(shí)現(xiàn)，如Microsoft的 COM/DCOM或 OMG的 CORBA等。中間件處于應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件之間，是客戶與服務(wù)器之間的連接件，它能屏蔽硬件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、操作系統(tǒng)和異構(gòu)數(shù)據(jù)庫等的差別。中間件的種類有終端仿真 /屏幕轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)訪問中間件、遠(yuǎn)程過程調(diào)用中間件、消息中間件、交易中間件和對象中間件等。 異質(zhì)環(huán)境下的 GIS互操作設(shè)計(jì) GIS子系統(tǒng)之間以及子系統(tǒng)各模塊之間的接口設(shè)計(jì) GIS內(nèi)部接口設(shè)計(jì)需確定接口約定，主要包括以下內(nèi)容： ? 命名約定 命名約定用來解決不同語言在命名方面的差別所帶來的問題。各種語言對用來標(biāo)識程序?qū)ο蟮臉?biāo)識符（或稱名字）都有自己的規(guī)定，因而在混合編程時(shí)必須有一套轉(zhuǎn)換規(guī)則。程序員只有遵守它，相應(yīng)的語言編譯程序才能實(shí)現(xiàn)它。 ? 調(diào)用約定 調(diào)用約定主要解決子程序的參數(shù)傳遞順序問題。子程序的調(diào)用者和被調(diào)用者之間并非直接傳遞參數(shù)，一般是通過堆棧進(jìn)行的。調(diào)用約定規(guī)定子程序調(diào)用者以什么順序?qū)⒆映绦虻膶?shí)參推入堆棧，被調(diào)用者以什么順序從堆棧中取走實(shí)參。 ?參數(shù)傳遞約定 參數(shù)傳遞約定確定參數(shù)是按值傳遞還是按引用傳遞。 GIS內(nèi)部接口設(shè)計(jì)的形式有多種，主要包括消息傳遞、直接引用、用過程語句調(diào)用等。其中，消息傳遞在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中用得很多；直接引用是指一個(gè)模塊直接存取另一個(gè)模塊的某些信息，例如全程變量、共享的通信區(qū)等；而用過程語句調(diào)用是指通過模塊的名字