柳琳

（武漢科島地理信息工程有限公司，湖北武漢 430000）

基于工作流的地理處理建模技術

柳琳

（武漢科島地理信息工程有限公司，湖北武漢 430000）

通過對傳統(tǒng)地理處理建模的分析以及工作流技術的研究，提出了基于工作流的地理處理建模方法，并通過實驗室選址的實現(xiàn)驗證了該方案具有可行性。

地理處理建模；工作流；自動化建模

1 地理處理建模

地理模型是地理建模的結果，是對地理環(huán)境中實體或現(xiàn)象的抽象簡化，是對地理環(huán)境重要實體或現(xiàn)象的本質要素構成及其主要的作用關系的表達。建立地理模型，是認識地理環(huán)境，解決地理問題的重要手段[1]。

地理模型具有客觀性、復雜性、空間性和時間性等特點[1]：1）客觀性：是指建立的模型能夠從全局或某個方面較真實準確地描述所研究的對象；2）復雜性：地理學研究人地關系，與自然、社會和經(jīng)濟等多個方面密切相關，內容復雜，范圍廣，涉及的學科多；3）空間性：地理模型大多與空間相聯(lián)系。從地球的圈層到最小的景觀單元，構成了不同的空間層次和地理問題；4）時間性：地理要素總是隨著時間的推移而變化，只是有的變化快，有的變化慢，構成了長期、中期和短期等不同的時間尺度。

2 傳統(tǒng)的地理建模過程中存在的問題

GIS作為與多學科融合的產(chǎn)物，經(jīng)過四十多年的發(fā)展，在理論、應用上都取得了巨大的進步。尤其在引入空間分析后，GIS更廣泛地應用于各領域的地理問題建模的過程中，但也遇到了一些瓶頸問題，突出表現(xiàn)在：

1）缺乏地理處理建模和模型復用能力，在易用性和可操作性上還存在著一定的問題?，F(xiàn)實世界是復雜的，人們往往抽象出其中的本質特征來簡化現(xiàn)實世界，形成能夠反映世界規(guī)律的模型?，F(xiàn)有GIS軟件的操作是分步的，不能實現(xiàn)特定操作流程的定制，缺乏對其所構成的復雜空間信息處理過程的有效管理和模式的復用，需要大量的人工干預和重復工作。

2）不能較好地解決有關專業(yè)領域的地理問題。GIS在特定領域中的應用也需符合相應的行業(yè)背景，因而產(chǎn)生了多種面向行業(yè)的專業(yè)GIS。這些軟件能夠較好地滿足行業(yè)對GIS軟件功能的需求，然而從功能共享方面看，功能相對獨立這一共同特征導致這些軟件形成了大量“功能孤島”，與其他GIS軟件功能融合較少，功能復用率不高。這一問題的解決，目前主要采用GIS集成系統(tǒng)的方法進行功能集成。GIS二次開發(fā)是目前GIS功能集成的主要方式，這種方式通?；诖a、類庫、可執(zhí)行程序、插件等技術手段，對開發(fā)人員的基礎和素質要求較高，而且開發(fā)周期長、工作量大，且功能的復用和重組能力不強。

3 工作流建模技術

3.1 工作流概念

按照工作流管理聯(lián)盟 (work flow managementcoalition，W fMC)的定義，工作流是業(yè)務流程的全部或部分自動化[4]，工作流是一類能夠完全或者自動執(zhí)行的管理過程，根據(jù)一系列過程規(guī)則，文檔、信息或任務能夠在不同的執(zhí)行者之間進行傳遞與執(zhí)行[5]。

功能倉庫作為工作流流程的組成部分，通過制定標準的協(xié)議統(tǒng)一管理來源于構件庫的異構功能資源,并依托于目錄樹的層次性對這些功能資源進行有效地分類查詢、檢索、管理；檢索出的功能項通過工作流的靈活定制功能粒度，通過表單實現(xiàn)相應發(fā)Web發(fā)布界面，提供配置庫實現(xiàn)系統(tǒng)非界面元素的配置，最終達到通過搭建、配置的方式開發(fā)應用系統(tǒng)的目的。功能倉庫以功能元數(shù)據(jù)倉庫為基礎，提供了方便的用戶工具，功能倉庫概念模型如圖1所示。

3.2 工作流管理系統(tǒng)

工作流管理系統(tǒng)是一個軟件系統(tǒng)，它完成工作流的定義和管理，并按照在計算機中預先定義好的工作流邏輯推進工作流實例的施行[5]。不同的工作流管理系統(tǒng)具有不同的應用范圍和不同的實施方式，所以為了實現(xiàn)工作流技術的標準化和不同實現(xiàn)產(chǎn)品的互操作性，工作流管理聯(lián)盟規(guī)定所有的工作流管理系統(tǒng)都必須具備三大功能：開發(fā)階段的建模功能、運行階段的控制功能和人機交互功能，如圖2所示[3]。

圖2 工作流管理系統(tǒng)功能結構

1）開發(fā)階段的建模功能：通過某種分析、建模及系統(tǒng)定義手段將現(xiàn)實世界的業(yè)務流程轉換成能夠被計算機處理的形式化表示，這種形式化表示稱之為流程定義。

2）運行階段的控制功能：主要管理某個計算機環(huán)境中的工作流過程及各活動步驟之間的狀態(tài)轉換。

3）運行階段的人機交互功能：主要完成對工作流實例執(zhí)行過程中各種活動的處理。

3.3 工作流建模技術

模型是對所描述客觀對象的抽象表示，而工作流模型則是對業(yè)務過程的一種抽象描述[6]。工作流建模的主要目的是對所研究系統(tǒng)進行模擬和分析及成本與預算分析[9]。在這個階段，利用一個或多個建模方法和相應的建模工具，完成實際的經(jīng)營過程到計算機可處理的形式化定義的轉化[7]。由于需要在計算機環(huán)境下運行，所以工作流模型不僅要讓人讀懂，更要讓計算機能夠理解所定義的工作流過程。

國內外的學者，從各自的研究背景和應用需求出發(fā)，先后提出了許多有價值的方法[10]。這些建模方法在流程的分析和優(yōu)化中是必不可少的工具。目前，主流的工作流建模方法有：基于事件驅動的過程鏈模型方法，基于UML活動圖的建模方法，基于Petri網(wǎng)的建模方法等。

基于活動圖的過程模型相對于其他過程模型 (如Petri網(wǎng)、EPC模型等)，可讀性最好，對于非專業(yè)人員來說是一種最直觀、最自然的過程表達方式，因此是一種最常用的工作流建模方法，但此方法缺乏柔性，對緊急情況的應變能力不足，顯得比較死板。EPC模型的建模元素較多，組成模型的元素數(shù)量自然也多，EPC模型缺乏對各業(yè)務處理之間的數(shù)據(jù)流的描述，但 EPC模型描述能力強且容易理解。對各個建模方法的對比如表1所示。

表 建模方法比較

4 地理處理建模技術

“地理處理”（GeoProcessing，GP）是用定義好的操作處理一系列輸入并產(chǎn)生新信息來回答空間問題的過程。由于大多數(shù)空間數(shù)據(jù)處理本質上都是交互工具的集合，因此可通過地理處理框架建立空間問題解決方案的自動化流程。模型是數(shù)據(jù)流圖，通過模型可以建立復雜GIS任務的批處理過程、關聯(lián)數(shù)據(jù)和工具，以產(chǎn)生可編輯、可重用的工作流[8]。

地理處理模型[1]由一系列相互聯(lián)系又具有一定次序關系的空間操作 (如數(shù)據(jù)錄入、編輯修改、查詢等)或空間分析模型(如緩沖區(qū)分析、疊加分析、分類、插值運算等)組成，而它們之間又存在著復雜的關系，可能是串聯(lián)、并聯(lián)、分支、或者層次結構。地理處理建模在形式上十分接近于工作流，適合于用適當?shù)墓ぷ髁鱽斫⒑捅磉_。而在相關領域，工作流技術是目前支持復雜應用過程建模、過程執(zhí)行和過程管理控制的一種重要技術，它為空間信息處理過程的建模和實施提供了重要的技術基礎。通過研究發(fā)現(xiàn)活動圖能夠較好地滿足地理處理建模平臺設計與實現(xiàn)的需求，從而筆者提出了基于活動圖進行地理處理建模的解決方案。

建立的地理處理模型包含一連串按業(yè)務邏輯連接的節(jié)點，每個節(jié)點上綁定一個功能構件。系統(tǒng)調用起始節(jié)點即啟動整個流程，根據(jù)一定條件依次執(zhí)行被調用流程節(jié)點上綁定的功能構件以實現(xiàn)流程的功能目標。工作流負責管理業(yè)務控制流程和數(shù)據(jù)流。構件僅僅負責功能的執(zhí)行，從而達到業(yè)務邏輯和功能的分離?；跇嫾凸ぷ髁鞯牡乩硖幚憝h(huán)境可以劃分為三層結構，分別是功能資源層、構件調度層和地理處理建模環(huán)境層。

針對地理問題建立的模型，不僅能夠解決地理建模問題，同時也可將所建立模型保存在功能倉庫中，是一種知識積累和集成的過程?？蔀榻鉀Q類似地理問題提供參考和解決方案，也可作為新系統(tǒng)中的功能（如圖3所示）。

功能倉庫利用工作流技術實現(xiàn)用戶對功能組件庫、功能插件庫以及基于流程的原子功能進行搭建，以獲得大粒度功能。引入工作流的技術達到把功能倉庫中的原子功能聚合成粒度更大的復用單位的目的，實現(xiàn)大粒度功能的復用；還可以根據(jù)需求的變化，對流程進行即時的調整。工作流技術的引入實現(xiàn)了功能項的廣泛復用和功能項的靈活聚合；實現(xiàn)了針對需求開發(fā)的即時調整；實現(xiàn)了實現(xiàn)功能資源為具體地理處理問題所開發(fā)，卻可以為多個工程共享。

5 基于工作流的地理處理建模實例

筆者基于ArcGIS的工作流搭建平臺實現(xiàn)地理處理進行建模中的實驗室選址問題。實驗室選址必須遵循以下原則：要求土地利用類型為灌木地；要求強適應性土壤類型以適于建筑；

要求離下水道距離不超過500m；要求離河流或其他水域至少200m；要求距主干道路距離不超過400m。

相關數(shù)據(jù)：河流（river）、道路（road）、下水道（sewer）、土壤類型（soil）、土地利用類（land）和道路（road）。分析實驗室選址問題的要求，建立如圖 4所示的地理處理模型。

圖3 功能集成

圖4 實驗室選址地理處理模型

模型首先對 river、road和sewer數(shù)據(jù)做緩沖區(qū)分析，得到River+sewer+road數(shù)據(jù)。對land和soil數(shù)據(jù)做疊加（相交），得到Land+soil數(shù)據(jù)。River+sewer+road數(shù)據(jù)與Land+soil數(shù)據(jù)做疊加（相交），對River+land+ sewer+land+soil進行要素提取，得到最后的結果如圖5所示。

圖5 實驗室空間選址的結果

6 結 語

本文在對傳統(tǒng)地理處理建模以及工作流建模技術基礎上，結合地理處理建模的特點與工作流的建模方法的優(yōu)勢，對基于工作流的地理建模進行了研究，并驗證了該方法的可行性。這種基于圖形可視化的建模方法,能方便快捷地進行地理模型和數(shù)據(jù)對象繪制和修改,有助于對地理現(xiàn)象、地理機理和地理過程的準確認知。由于工作流模型柔性和描述能力不足、自動化程度不高以及在實際工作中地理處理的復雜性多樣性，使得基于工作流的地理處理的建模方法難以適應復雜、異構的工作環(huán)境，這需要進一步研究完善。

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Research of GeoProcessing M odeling Based on Work flow

by Liu Lin

Through the analysis of the traditional geographic process modeling and work flow technology researching,the author proposed work flow-based GeoProcessing modeling method.And then through the realization of laboratory siting verified that it is feasible.

GeoProcessing Mode l,Work flow,Automated Modeling（Page:39）

P208

B

1672-4623(2011)01-0039-04

2010-04-16

柳琳，工程師，研究方向為GIS。