第五章 GIS 应用型模型设计

1. 第五章 GIS应用型模型设计 应用模型：联系GIS系统与常规专业研究的纽带 应用模型：综合利用GIS系统中大量数据的工具 应用模型＋GIS＝SDSS 1.应用模型分类 2.应用模型与GIS集成

2. 1.应用模型分类 （1）按结构化程度分 • 数学模型：确定性模型 如水动力模型、遥感大气校正模型 • 统计模型：半结构化模型 如 回归分析、相关分析、主成分分析、系统聚类分析、多变量因子分析、层次分析法（AHP）、判别分析 • 概念模型:非结构化模型

3. （2）按空间特性划分 • 非空间模型 • 空间模型

4. （3）按应用模型的开发特点 • 系统提供模型 • 二次开发模型 （4）按应用模型内容所要解决的问题分类 • 基础模型 • 专业模型

5. 2.应用模型与GIS的集成 GIS应用系统的应用分析功能的不足已经直接影响到GIS应用的进一步推广和深化。如何有效地重用已开发的各类专业应用模型，同时在今后的模型开发中，如何考虑到模型与GIS系统的易重用、易集成性，提高GIS应用系统的开发效率，缩短开发周期，己成为GIS应用系统开发工作者广泛面临的问题。

6. 2.1 源代码方式集成 • 利用GIS系统的二次开发语言或其它编程语言，将已有专业模型的源代码进行改写重用，使其从语言到数据结构与GIS系统完全兼容，成为GIS系统整体的一部分。 • 可以保证GIS系统与模型在数据结构、数据处理等方面的一致性。 • 较低级的重用方式，其缺点主要是：GIS开发者必须下很大功夫读懂模型的源代码；在改写重用过程中常常会出错。

7. 2.2 函数库方式集成：DLL • GIS开发者可以通过调用库函数的方式进行模型重用。函数库包括静态连接库和动态连接库两种，两者的区别在于，动态连接不是在连接生成可执行文件时把库函数链入应用程序，而是在程序运行中需要的时候才连接。 • 优点：GIS系统与应用模型能实现高度无缝的集成；函数库一般都有清晰的接口，GIS开发者不必研究源代码；而且函数库经过编译，用户不能随意修改。 • 缺点：不能用于复杂模型与GIS的集成；开发者不能对库函数进行修改，降低了重用的灵活性；函数库的可扩充性差。

8. 2.3 独立可执行程序方式集成：松散集成 • GIS系统与应用分析模型均以可执行应用程序的方式独立存在，两者之间的数据交换通过中间格式文件实现（如ASCII码文件或通用数据库文件等），GIS系统进一步将中间数据转换为空间数据，实现操作。 • 优点在于：简便，所需编程工作极少。缺点在于：系统效率较低，且使用不很方便；界面往往不一致，视觉效果不好。

9. 2.4 内嵌可执行程序方式集成 • 以GIS系统命令驱动应用模型程序，GIS系统与模型之间的集成通过对共同数据文件的读、写操作实现。 • 优点：符合软件工程学要求的模块化开发原则，便于组织管理；系统的运行性能比独立可执行程序方式好；对于用户，尽管GIS系统与模型可能是由不同的编程语言实现的，但具有基本统一的界面环境，便于操作。 • 缺点：开发人员必须理解模型运行的全部过程并对复杂的模型要进行正确合理的结构分解，以实现模型与GIS系统本身之间的数据相互转换及模型对GIS功能的调用；此外，如果需要同时集成多个模型，进行模型的组合很困难。

10. Jonkowski和Haddock（1996年）实现的非点源污染模型系统即是一个采用嵌入可执行程序方式将GIS与地学模型相结合的典型，该系统基于DOS环境运行，空间数据处理由ARC/INFO通过宏语言AML程序实现，农业非点源污染模型（AGNPS）由Pascal语言编程并编译为可执行程序。系统将一组图层数据经ARC/INFO处理后转化为AGNPS的一个数据输入文件，经过AGNPS模型运行处理后，输出数据再转成PC ARC/INFO的图层，以满足显示制图等需要， 实例：农业非点源污染模型（AGNPS）与GIS集成系统的原型结构

11. 2.5 DDE或OLE方式集成 • DDE指动态数据交换，OLE指对象链接与嵌入，两者均用于Windows应用程序之间的数据传递。必须存在两个主体，一方为客户程序，另一方为服务程序，简单地说就是要有一方为另一方提供数据服务或更复杂的服务。 • 优点：与内嵌可执行程序相似，系统能实现无缝集成，而所需编程不多。 • 不足：在于系统效率不高，系统稳定性不是很好。这种方式要求应用模型必须支持DDE或OLE协议，这是目前绝大多数已开发的各类模型做不到的。 • 张犁（1996年）开发的城市洪水分析与模拟信息系统。在这个系统中，城市洪水分析与模拟模型作为服务程序，一个GIS工具软件系统作为客户程序，两者以OLE方式集成起来。

12. 2.6 组件方式集成 • 模型组件化将是应型GIS开发中最有效的模型重用手段。这一技术在地学分析模型开发领域最终会得到广泛应用，并提高GIS中的专业模型应用水平，极大地丰富GIS的应用分析功能。

13. 2.7 模型库方式 • 模型库指在计算机中按一定组织结构形式存储的各个模型的集合体。模型库系统可以有效地生成、管理和使用模型，它可以支持两种粒度的模型（可执行文件与函数子程序），具有完整的模型管理功能，能够提供单元模型（指不需调用其他模型的模型）和组合模型（指通过调用其他单元模型或组合模型来构成的模型），同时还支持模型的动态调用和静态的链接。使系统具有良好的可扩充性。 • 在模型的操作方面，目前并没有形成完整的理论体系，特别是模型的自动生成、半自动生成方面离真正实用化尚有一段距离。