与应用模型集成研究现状及存在的问题

与应用模型集成研究现状及存在的问题

1.1.2　GIS与应用模型集成研究现状及存在的问题

随着GIS应用领域的拓展,空间信息处理过程越来越复杂,为了适应发展的需求,一些学者对GIS与建模系统集成进行了大量的研究。

（1）GIS与应用模型集成可以在两种粒度上进行,即单模型与GIS集成、模型管理系统MMS（Model Management System）与GIS集成。采用单模型形式,应用模型一般内嵌到GIS环境中,解决领域应用问题；采用模型管理系统MMS与GIS进行集成,利用模型库管理模型、数据库管理数据、知识库管理地理知识,实现空间决策与支持,拓展GIS的应用范围,解决领域问题（Goodchild,1993；Lilburne,1996；Bennet,1997；Park,1997；Ungerer and Goodchild,2002）。

（2）GIS与应用模型集成可以分为三个层次:松散集成、紧密集成和无缝集成（Park,1997；Ungerer and Goodchild,2002；Mitasova,2002）。应用模型与GIS集成的三种模式比较如表1.1所示,GIS与应用模型集成模式如图1.3所示。

表1.1　应用模型与GIS集成的三种模式比较（Ungerer,2002；Mitasova,2002）

（3）按照集成环境不同,GIS与应用模型集成可以分为两类:GIS环境内部集成与GIS环境外部集成（Zang,2000）。GIS环境内部集成指应用模型在GIS环境内实现集成,模型可以采用松散、紧密、无缝的集成方式；GIS环境外部集成指利用GIS提供的功能,在应用系统中嵌入GIS的功能,如空间分析、数据管理、地图可视化功能等,并利用应用系统的应用模型计算功能,实现具体解决问题,集成可以是松散、紧密或无缝的方式。

图1.3　GIS与地理空间过程模型集成模式

目前,GIS环境内部实现GIS与应用模型的集成研究较多（Goodchild,1993；Lilburne,1996；Park,1997；Bennett,1997）。Bennett提出了GIS、计算机模拟、模型库管理以及空间决策支持之间的集成框架,并采用面向对象的方法,开发了原型系统。在这种集成方式中模型库与数据库分别管理模型与数据,通过GIS集成平台处理复杂地理问题,完成对复杂地理问题的计算与模拟。陈崇成等（2000）设计了模型库与GIS紧密集成方案,开发了运行系统,并应用于厦门市大气污染物扩散模拟总量控制中。龚敏霞等（2002）设计了知识驱动的空间决策支持模型库体系,它将数据库、模型库和知识库技术三库合一融入到GIS中,实现GIS与应用模型的无缝集成,以进一步提高GIS对复杂空间决策问题的决策能力。

GIS环境外部实现GIS与应用模型集成的研究较少,但目前已经引起关注,尤其是Web Service技术的提出与应用。Zhang与Griffith（2000）分析了空间统计分析与GIS集成的特点,采用外部集成的方式,通过Microsoft Access数据库管理系统,嵌入GIS组件,实现了空间统计分析与GIS的集成。Ungerer and Goodchild（2002）利用GIS组件与Excel组件,通过VBA宏语言实现了组件之间的连接,处理空间统计问题,提出GIS应该作为一种查询与分析的工具提供给用户。Yeh（1999）提出了一种外部集成模式,设计了GIS组件与模型库、知识库、数据库集成框架,实现了模型抽取与应用。于海龙等基于Web Service技术实现了GIS与应用模型的外部集成（2006a,2005a）。依据Zang et al.（2000）与Yeh et al.（1999）的研究,总结两种集成策略的优缺点如表1.2所示。

表1.2　GIS环境内部集成与GIS环境外部集成策略对比

存在的问题:

（1）不管采用GIS环境内部集成或非基于Web Service技术的外部集成,以及三种集成方法的何种集成方式,目前都是系统集成,是对数据与功能的融合。系统集成不可避免地要把GIS系统的功能和数据包含进去,产生明显的功能冗余,而且由于功能复杂限制了用户的使用；另外集成的系统最终对用户是一黑箱,用户很难对模型进行修改,灵活性差。

（2）单模型与GIS集成,多表现为专业系统,由于模型分散、模型表示方法不同,且无统一的数据接口、模型元数据等,各单模型无法实现抽取、集成、动态修改演化,应用模型复用困难。

（3）采用应用模型管理系统MMS与GIS进行集成,虽然可以采用MMS实现对模型的修改维护、调用执行等。但各模型库的组织方法、模型表示方法、模型抽取集成方法、模型与数据的链接规则、模型元数据等均无统一标准,难以实现模型复用,不能有效地利用应用模型库资源。

（4）GIS与应用模型集成解决复杂地理问题,其用户操作界面复杂,给用户的应用带来很大困难,限制了GIS的应用推广。

对于广泛的GIS应用领域来说,GIS提供完全丰富的各领域的分析模型是十分困难的,因此应向集成应用的方向发展,利用领域建模软件建立的领域模型,集成GIS的空间数据管理功能、空间分析功能、地图可视化功能,解决复杂大型的地理问题,扩展GIS的应用范围。这需要对GIS的应用模型进行有效管理,支持跨平台、异构环境下模型的复用。这与地理信息互操作技术（于海龙,等,2004）、跨平台支持异构环境的应用模型复用与集成方法（于海龙,等,2007）、面向Web服务的GIS与应用模型集成方法（于海龙,等,2006a；Carlos,2010）、工作流管理技术等紧密相关,而应用模型复用与集成方法研究是首要解决的问题。