蘇衍坤,趙亞蓓,蘇尚,張旭東

(1.濟(jì)南測(cè)繪地理信息中心導(dǎo)航信息室，山東濟(jì)南 250014；2.河南測(cè)繪職業(yè)學(xué)院測(cè)繪工程系，河南鄭州 450015；3.海岸防護(hù)工程研究所信息資料室，山東煙臺(tái) 264000)

研究物流樞紐規(guī)劃、加油站選址、公交站線規(guī)劃、路網(wǎng)平衡配流等，應(yīng)以充分的調(diào)查數(shù)據(jù)和科學(xué)的方法為依據(jù)[1-4]，通常應(yīng)考慮區(qū)域(area)及區(qū)域間人員、物資、交通運(yùn)輸設(shè)施等情況，即討論區(qū)域的特性、區(qū)域間的關(guān)系、區(qū)域的變化及區(qū)域間的影響。地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)中，區(qū)域是有界的、連續(xù)的二維對(duì)象的通稱，既可包括邊界也可不包括邊界；管理信息系統(tǒng)(Management Information System，MIS)則將特定區(qū)域現(xiàn)象、要素作為管理對(duì)象；EIS常將工程空間范圍作為區(qū)域，將地理與空間幾何信息視為管理工作的基礎(chǔ)[5]5，意在研究區(qū)域本身要素的性質(zhì)、變化及與環(huán)境(鄰域)的關(guān)系等。計(jì)算機(jī)等技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)了區(qū)域分析技術(shù)的迅速發(fā)展。地圖觀點(diǎn)在可視化方面占優(yōu)，基本空間關(guān)系研究形成多種理論模型[6]；時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)、云數(shù)據(jù)庫(kù)是數(shù)據(jù)庫(kù)的當(dāng)前熱點(diǎn)[7]，空間統(tǒng)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)分析等方面成果豐碩。目前，大多數(shù)成熟的商品化GIS軟件能完美實(shí)現(xiàn)對(duì)空間實(shí)體的簡(jiǎn)單查找。但是，區(qū)域分析規(guī)劃、輔助決策等涉及數(shù)據(jù)龐雜，多需對(duì)區(qū)域信息整理加工、數(shù)據(jù)建模、統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算量大[8]248。為此，本文中針對(duì)交通物流應(yīng)用需要，從EIS角度研究區(qū)域的表達(dá)與運(yùn)算方法，為解決定性定量分析表達(dá)區(qū)域及其鄰域關(guān)系提供參考。

1 區(qū)域及其表示

區(qū)域是地球表面上被某種特征所固定的空間系統(tǒng)，也稱區(qū)域系統(tǒng)。稱區(qū)域時(shí)多為強(qiáng)調(diào)研究對(duì)象的空間范圍，稱區(qū)域系統(tǒng)時(shí)更多強(qiáng)調(diào)研究對(duì)象的內(nèi)在整體性。區(qū)域按物質(zhì)內(nèi)容可分為自然地理系統(tǒng)區(qū)域和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)區(qū)域；按內(nèi)在結(jié)構(gòu)(形態(tài)特征)則可分為均質(zhì)區(qū)和結(jié)節(jié)(樞紐)區(qū)。均質(zhì)區(qū)具有單一面貌，其特征在區(qū)內(nèi)各部分有相同表現(xiàn)；結(jié)節(jié)區(qū)的形成在于內(nèi)部結(jié)構(gòu)或組織的協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)中心[8]1-2。區(qū)域表示方式多而雜，涉及幾何、屬性、時(shí)間等數(shù)據(jù)類，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式多樣，常受制圖綜合影響。

綜合EIS實(shí)踐，區(qū)域幾何數(shù)據(jù)常用結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)有：

1)標(biāo)識(shí)符(Identifier，ID)。幾何數(shù)據(jù)維數(shù)F(p)=-1,F(p)為求維函數(shù)，p表示點(diǎn)、線、面等幾何要素。給每區(qū)域命名或編號(hào)，用來唯一識(shí)別一個(gè)項(xiàng)或一組項(xiàng)的標(biāo)記。此結(jié)構(gòu)形式便于檢索、存取、統(tǒng)計(jì)，但難以機(jī)助區(qū)域空間分析。

2)面域點(diǎn)。F(p)=0。給每區(qū)域一個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)(有坐標(biāo))，可將區(qū)域抽象為點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)分析。

3)邊界線。F(p)=1。用一串首尾相連的坐標(biāo)串表示區(qū)域界。便于面狀對(duì)象圖形顯示，據(jù)各點(diǎn)坐標(biāo)可推算點(diǎn)的空間關(guān)系、區(qū)域周長(zhǎng)、面積、質(zhì)心、位置等空間特性。但用于判別區(qū)域是否為相鄰關(guān)系等，還需附加圖層屬性、等級(jí)屬性等條件，且判斷計(jì)算繁瑣。

4)標(biāo)識(shí)符+邊界線。F(p)=1。兼具標(biāo)識(shí)號(hào)和邊界線特點(diǎn)，便于新屬性項(xiàng)排列索引。

5)邊界線+面域點(diǎn)。F(p)=2?？筛鶕?jù)面域點(diǎn)屬性及賦予規(guī)則反推相應(yīng)的擴(kuò)展屬性項(xiàng)，與原各屬性排列組合形成新索引和要素，可擴(kuò)展編程實(shí)現(xiàn)功能、提高運(yùn)行效率。如：據(jù)面域點(diǎn)確定注記位置等?；究蓾M足單個(gè)平面區(qū)域制圖和空間拓?fù)?、方向、距離等空間關(guān)系分析[9]。

區(qū)域要素對(duì)象模型常需針對(duì)具體應(yīng)用單獨(dú)設(shè)計(jì)。為分析變化的時(shí)間序列，常采用時(shí)間戳或快照反演方式建立時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)。

2 區(qū)域與鄰域關(guān)系表示及運(yùn)算

2.1 區(qū)域空間相鄰及表示

從邊界著手，表示區(qū)域及其關(guān)系，用二分法定義：兩區(qū)域邊界有重合則為相鄰(相接)，否則為不相鄰。

本文中以函數(shù)T(x，y)判斷。設(shè)有區(qū)域x、y，以“T(x,y)={x界}∩{y界}”表示x、y的共界長(zhǎng)度。x、y相鄰時(shí)T(x，y)≠(為空集)；不相鄰時(shí)T(x，y)=；T(x，y)=T(y，x)；T(x，x)=區(qū)域x界長(zhǎng)；多區(qū)域共界點(diǎn)時(shí)，無(wú)相鄰界線的區(qū)域間的公共邊界只有一個(gè)點(diǎn)(相切)。依現(xiàn)實(shí)約定，相切時(shí)：T(x，y)≠，而是取固定很小值，如，T(x,y)=界標(biāo)半周長(zhǎng)。

如圖1所示，方框內(nèi)的區(qū)域包括陸地和海洋，陸地分為若干區(qū)，依照習(xí)慣，各分區(qū)以字母Q加分區(qū)內(nèi)的重要城市名稱的拼音首字母組合做下標(biāo)來表示，如：以Qbj、Qsy、Qjn、Qlz、Qcd、Qnj、Qgz、Qhk、Qmc、Qtw表示各分區(qū)。圖中點(diǎn)線表示島鏈，點(diǎn)劃線為Qjn與Qsy區(qū)域界線。各區(qū)域相鄰關(guān)系矩陣為：

表1 區(qū)域相鄰關(guān)系矩陣(陸地)

M=[QbjQsyQjnQlzQcdQnjQgzQhkQmcQtw]T×

[QbjQsyQjnQlzQcdQnjQgzQhkQmcQtw]。

實(shí)現(xiàn)M運(yùn)算的基本思路是：比對(duì)矩陣各元素所對(duì)應(yīng)的邊界數(shù)據(jù)，若有共同邊界則定性判斷運(yùn)算值為1，否則值為0。如：Qbj與Qbj(自相鄰)有共同邊界則運(yùn)算值為1，Qbj與Qnj無(wú)共同的陸上邊界則陸上相鄰關(guān)系運(yùn)算值為0。圖1區(qū)域內(nèi)各分區(qū)的陸上相鄰關(guān)系矩陣見表1。

表1中：矩陣為對(duì)稱陣；省略號(hào)對(duì)應(yīng)的6個(gè)分區(qū)Qlz、Qcd、Qnj、Qgz、Qhk、Qmc共界屬性值的和分別為5、3、3、7、2、2。

2.2 鄰域?qū)Ρ居蛴绊懙牟町?/h3>

圖2 青海省各領(lǐng)域共界示意圖

各鄰域?qū)Ρ居蛴绊懙牟町悾詸?quán)陣表示。權(quán)陣即系數(shù)矩陣，用于給各觀測(cè)量賦權(quán)。如圖2所示，以青海省為例，假定各鄰域?qū)ζ溆绊憦?qiáng)度僅與共界長(zhǎng)度成正比，則新疆對(duì)青海省的影響系數(shù)Pxj為新疆與青海的共界長(zhǎng)度與青海省界總長(zhǎng)度之比；同理，可分別求得甘肅、四川、西藏對(duì)青海省的影響系數(shù)Pgs、Psc、Pxz，其他省市區(qū)因與青海無(wú)陸上共界，影響系數(shù)均為0；青海自身影響系數(shù)Pqh=1；與青海接壤的所有省區(qū)影響系數(shù)總和為1，即：

Pxj+Pgs+Psc+Pxz=1。 (1)

將與青海同級(jí)的各省固定順序，習(xí)慣上將青海排在第29位，新、甘、川、藏分別排第31、28、22、26位；相應(yīng)地，將權(quán)矩陣Mq=[…Psc…Pxz…PgsPqh…Pxj…]T中的元素均賦權(quán)值“0”；然后，調(diào)用程序自動(dòng)尋找青海與其它省的共同邊界，并按拓?fù)潢P(guān)系自動(dòng)獲取后續(xù)點(diǎn)對(duì)和坐標(biāo)，分別計(jì)算青海與各省共界界線長(zhǎng)度、青海界線總長(zhǎng)、各省權(quán)值。顯然，只有新、甘、川、藏四省相鄰青海而權(quán)值不為0，且四省權(quán)值滿足式(1)要求，青?！白脏彙睓?quán)值為1，其它省權(quán)值均為0，所以，此時(shí)的權(quán)矩陣第31、28、22、26位置處有“非0”值，第29位置的值為1，其余位置數(shù)值均為0，Psc之前有21個(gè)元素“0”，Pxj之后有若干個(gè)元素“0”，即：青海省各鄰域邊界影響權(quán)矩陣為：

Mq=[0…0Psc000Pxz0PgsPqh0Pxj0…]T。

(2)

在數(shù)據(jù)處理中，考慮到處理流程、存儲(chǔ)格式、運(yùn)算速度、程序利用、閱讀習(xí)慣、文檔轉(zhuǎn)換等，盡量減少矩陣的行和列，并使矩陣成為主對(duì)角線元素為1的對(duì)稱陣。因此，生成青海區(qū)域權(quán)陣時(shí)，程序僅提取、處理青海本域和相鄰的新甘川藏四省界點(diǎn)，只保留“權(quán)值不為0”的4省區(qū)的權(quán)值，以及青海的權(quán)值。因此，式(2)簡(jiǎn)化為：

同理，可確定其它省市的影響權(quán)陣。

這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)是：1)若只分析青海省時(shí)，可直接將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)作為分析結(jié)果加入文檔，生成報(bào)告。2)若青海和多省綜合分析，則各省權(quán)值可按權(quán)陣規(guī)定次序?qū)?yīng)還原，各權(quán)陣元素可整合至依據(jù)共界長(zhǎng)的總權(quán)陣，n個(gè)區(qū)域總權(quán)陣為n行×n列；是主對(duì)角線元素為“1”的矩陣；若再將矩陣每行元素分別乘以“對(duì)應(yīng)區(qū)域的邊界周長(zhǎng)”，則主對(duì)角線元素變換為“對(duì)應(yīng)區(qū)域的邊界周長(zhǎng)”，矩陣變換為各區(qū)域共界邊長(zhǎng)的對(duì)稱陣。3)多因素分析時(shí)，將各因素對(duì)應(yīng)權(quán)陣疊加、相乘以形成綜合權(quán)陣。

2.3 區(qū)域間要素流通影響的表示

面向交通物流應(yīng)用的區(qū)域表達(dá)運(yùn)算，尤其是涉及區(qū)域物資分布、運(yùn)能分析評(píng)估、設(shè)施規(guī)劃等內(nèi)容時(shí)，要依據(jù)區(qū)域、運(yùn)輸方式等要素建立其分析模型。為便于表述，選用三角形代表區(qū)域、抽水機(jī)代表運(yùn)輸方式，以最簡(jiǎn)單圖形、相對(duì)固定的管道輸送為例，分析表達(dá)和運(yùn)算方法，作為公路、鐵路、水路、航空等復(fù)雜運(yùn)輸方式擴(kuò)展的基礎(chǔ)。

圖3 水域注、排示意圖

如圖3所示，將區(qū)域三角形視為一個(gè)水池，箭頭表示抽水機(jī)。將水的流入、流出等變化情況以“抽水機(jī)注、排水”來闡釋，定義“矩陣元素加和”運(yùn)算為∑(matrixA)、“多矩陣元素對(duì)應(yīng)相乘后再加和”(加權(quán)疊加，類似于卷積)運(yùn)算為 { }§{ }。

若矩陣A=[a1a2…an]，則

∑ (matrixA)=∑ai=a1+a2+…+an，

(3)

若矩陣B=[b1b2…bn]，C=[c1c2…cn]，則

(4)

設(shè)抽水機(jī)管徑分別為1、2、5 m，以箭頭線條的粗、中、細(xì)三種線條來區(qū)分，則以管徑矩陣D=[125]表示有1、2、5 m三種管徑規(guī)格；實(shí)、虛線區(qū)分抽水機(jī)是否起動(dòng)(實(shí)線為起動(dòng)，取值為1；虛線為不起動(dòng)，取值為0)，管數(shù)量矩陣表示各規(guī)格管徑的抽水機(jī)的數(shù)量，圖3中，AB邊1 、2 、5 m三種管徑規(guī)格的數(shù)量分別為0、0、1。所以，數(shù)量陣N=[001]，箭頭區(qū)分注排方向，使池中水量增加者取值1，使池中水量減少者取值-1，未開機(jī)者取值0，AB邊管方向矩陣F=[00-1]。所以，AB邊的調(diào)水能力

qAB=D§N§F,

(5)

由式(4)(5)得qAB=-5；同理計(jì)算得：qAC=+5；qBC=-1。

水池的調(diào)水能力

q水=∑matrix (qAB，qAC，qBC)，

計(jì)算得：q水=-1，此時(shí)，水池排水速度為1。

若起動(dòng)虛線抽水機(jī)，則qBC′=+2，計(jì)算∑matrix (qAB′,qAC′,qBC′)=+2，此時(shí)，水域注水速度為2。

各邊在本域總體占比為對(duì)應(yīng)鄰域?qū)Ρ居虻挠绊懴禂?shù)；編程計(jì)算時(shí)，只需依據(jù)實(shí)情改變D、N、F。如：若管徑類型數(shù)增減，則增減D并相應(yīng)增減N、F的列數(shù)(即數(shù)組邊界、維數(shù))；若水域多邊形邊數(shù)增減，則相應(yīng)增減加和運(yùn)算的循環(huán)次數(shù)等。

綜上可知：1)上述結(jié)構(gòu)和運(yùn)算，可表示區(qū)域(水域、要素、運(yùn)輸單位等)與設(shè)施(供排水、加工、運(yùn)輸設(shè)施設(shè)備等)組成的區(qū)域系統(tǒng)的通達(dá)性質(zhì)(能否注排)、操作狀態(tài)(是否在注排)及要素在區(qū)域與其鄰域間的流通效率等，即可表示區(qū)域的要素?cái)?shù)量、運(yùn)輸能力、流通效率等。2)水域邊數(shù)，機(jī)器規(guī)格種類(代表能力)與轉(zhuǎn)停、注排方向等變化，不影響水域通達(dá)計(jì)算思路，只影響計(jì)算結(jié)果。3)抽水機(jī)向域內(nèi)注水(或向外排水)能達(dá)到的最大水量變化速度是其最大通達(dá)力。據(jù)變化后的參數(shù)可計(jì)算瞬時(shí)效率(影響力)，水量變化情況即為影響結(jié)果。4)可據(jù)通達(dá)性編制流程、確定模型，編程實(shí)現(xiàn)∑matrix、§等運(yùn)算法則。據(jù)情改變模型參數(shù)值從而選定模型和循環(huán)次數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算和評(píng)估、預(yù)測(cè)、控制現(xiàn)場(chǎng)情況。5)編寫抽水機(jī)和水域各邊的程序；依據(jù)變量、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、循環(huán)反饋等，通過改變各參數(shù)(管徑規(guī)格、數(shù)量、注排方向)實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)分析處理；加之信息采集、傳輸、反饋、控制等設(shè)備按程序?qū)嵤?，形成完整的專題信息系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的1個(gè)終端。

上述計(jì)算模型可擴(kuò)展適用于交通運(yùn)輸物流領(lǐng)域的多種情況，如：將某臺(tái)抽水機(jī)，換成若干臺(tái)抽水機(jī)組成的機(jī)組站，其實(shí)質(zhì)就是A=[a1a2a3…an]中的某個(gè)元素ai變?yōu)榱司仃嘇i，站內(nèi)機(jī)器有停有轉(zhuǎn)、有抽有排，則仍利用原模塊計(jì)算該站的機(jī)組對(duì)于水域的影響，將該站的機(jī)組矩陣Ai降維成一個(gè)數(shù)值ai。顯然，這是計(jì)算程序典型的∑matrix運(yùn)算、§運(yùn)算的遞歸運(yùn)算。

一個(gè)機(jī)組站所有機(jī)器的和，可以等效成一臺(tái)機(jī)器，即矩陣通過降維計(jì)算變成一個(gè)元素。按相同邏輯，若一個(gè)段包括若干個(gè)站，則該段的加和值是其“所轄各站的加和值”的再加和；同樣，可由各“段”推算出其上一層次，直至“全域”。

以上述算法為基礎(chǔ)，可將水池視為一個(gè)物流區(qū)域或者一座城市；三角形擴(kuò)展為多邊形，每條邊代表一種運(yùn)輸方式或要素種類；箭頭代表相應(yīng)的公路、鐵路、水路、航空、管道運(yùn)輸工具以計(jì)算運(yùn)輸能力，或代表物資要素種類以分析區(qū)域物力、物流狀況等。

同理，面向交通物流應(yīng)用的區(qū)域，就是區(qū)域空間的和、運(yùn)輸能力的和、物資資源的和、……、與交通物流應(yīng)用其它相關(guān)要素的和等組成的總和。如：運(yùn)輸能力的和，由陸路、水路、航空運(yùn)輸能力的和，及其它運(yùn)輸方式能力構(gòu)成；管道運(yùn)輸能力的和，由各管道運(yùn)輸能力組成。按相同邏輯，可遞歸推算至段、站、……、某臺(tái)機(jī)器，然后再反向降維，遞退成區(qū)域的某個(gè)元素。

2.4 區(qū)域的組合與割解

拆組各圖層中區(qū)域的邊界或要素?cái)?shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)區(qū)域的組合與割解。多區(qū)域綜合分析時(shí)常使用組合，新的大型工程或要素重大變化后常需區(qū)域割解。

前述討論默認(rèn)區(qū)域及環(huán)境為均質(zhì)。但實(shí)際中，區(qū)域均質(zhì)大多與其環(huán)境均質(zhì)不同。從全國(guó)陸地看，內(nèi)陸省具有均質(zhì)或接近均質(zhì)的特性[10]。山東、遼寧、江蘇及上海等沿海省市向海一側(cè)，及臺(tái)灣周邊均無(wú)鄰陸，對(duì)此，借鑒滯體組合、流體組合、流動(dòng)區(qū)域等概念[11]，引入海域界概念。鄰海區(qū)域經(jīng)海路至鄰域的特點(diǎn)是：鄰域與本域間是水路，陸聯(lián)需借助水媒要素；需以一定條件劃分海域，避免區(qū)域過大；海域基本要素類別、數(shù)據(jù)格式、存儲(chǔ)等有別于陸域。為此，基本算法思路是：針對(duì)分要素構(gòu)造海上權(quán)陣，確定水路交通權(quán)陣，實(shí)現(xiàn)陸海一體。

考慮通達(dá)性時(shí)，可細(xì)化特殊地段或通達(dá)工具。若區(qū)域連通后達(dá)到了均質(zhì)要求，可依據(jù)某一要素或指標(biāo)進(jìn)行區(qū)域合并。區(qū)域合并的基本算法是：刪除被合并各區(qū)域間的共有邊界數(shù)據(jù)，保留各區(qū)域與未被合并區(qū)域間的邊界數(shù)據(jù)，并以新ID命名合并后區(qū)域和替換各被合并區(qū)域ID。例如：可按主權(quán)將中國(guó)各省市區(qū)合并為新區(qū)域(國(guó)家)，此時(shí)，其鄰域是周邊地區(qū)或國(guó)家。合并后的數(shù)據(jù)可作為上一級(jí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源。

區(qū)域聯(lián)通合并的反逆就是合并的區(qū)域解組恢復(fù)或區(qū)域割解，在區(qū)域細(xì)化分析時(shí)常需涉及。若恢復(fù)合并前狀態(tài)或增加割解區(qū)，則需尋原值或增加條件，否則，因分解不唯一而值不確定。

本文中數(shù)據(jù)模型、算法也能實(shí)現(xiàn)穿孔區(qū)域或飛地的自動(dòng)處理，對(duì)于“三方以上共有同一界址點(diǎn)”等特殊情況，輔以對(duì)特殊界點(diǎn)的標(biāo)注和處理，也可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)尋查。但爭(zhēng)議區(qū)暫只能作為單獨(dú)區(qū)域處理，如何與相關(guān)區(qū)域合并處理仍需進(jìn)一步探討。

3 算法實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用實(shí)例

EIS研究中，在提煉屬性、建立應(yīng)用模型后，前述設(shè)計(jì)能否自動(dòng)串接尋找鄰域、選取數(shù)據(jù)、計(jì)算判斷、得出結(jié)論、生成報(bào)告，關(guān)鍵在于配套編碼、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件程序等。主要算子算法程序包括：應(yīng)用模型屬性提取和數(shù)據(jù)管理程序、數(shù)據(jù)處理模型程序等，應(yīng)能處理區(qū)域、變量、數(shù)據(jù)量、時(shí)段情況，可對(duì)結(jié)果驗(yàn)證評(píng)價(jià)，提示特殊問題等。為此，結(jié)合交通物流、房地產(chǎn)測(cè)量、土地管理等信息系統(tǒng)研發(fā)，建立“區(qū)域分析與制圖”模塊，對(duì)區(qū)域及相鄰關(guān)系、相互影響運(yùn)算中的數(shù)據(jù)采集、編輯、查詢、分析等關(guān)鍵技術(shù)加以應(yīng)用。

3.1 數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)更新的算法實(shí)現(xiàn)

從區(qū)域邊界數(shù)據(jù)采集開始，如：青海與甘肅的分界，在最初區(qū)域邊界數(shù)據(jù)采集時(shí)，體現(xiàn)為青海的張村與甘肅王莊的分界。具體在野外數(shù)據(jù)采集中，采用“點(diǎn)對(duì)區(qū)碼”以將新測(cè)點(diǎn)與已測(cè)點(diǎn)組成有向線段，編碼標(biāo)明有向連線左、右側(cè)信息。編碼針對(duì)采集操作流程設(shè)計(jì)，可上傳至儀器，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)采集、編碼、存儲(chǔ)同步[12-13]。

圖4 區(qū)域界線測(cè)量與編碼

如圖4所示，界線測(cè)量時(shí)，張村新測(cè)界點(diǎn)Ji與已測(cè)界點(diǎn)Jk連線左側(cè)是本域(張村)，右側(cè)是王莊。根據(jù)數(shù)字化測(cè)量、地籍測(cè)量的相應(yīng)規(guī)則確定編碼[14-15]，村界編碼為7170。

1)編碼格式?！敖琰c(diǎn)Ji,界點(diǎn)Jk,張村ID，王莊ID”。

2)相應(yīng)坐標(biāo)。界點(diǎn)Ji=(Xi，Yi，……)，界點(diǎn)Jk=(Xk，Yk，……)，其中，省略號(hào)代表其它屬性項(xiàng)數(shù)據(jù)。

3)相應(yīng)隸屬關(guān)系。張村ID=(省1，縣1，鄉(xiāng)1，村1)；王莊ID= (省2，縣2，鄉(xiāng)2，村2)。

顯然，編碼針對(duì)界線段，碼中界線等級(jí)由張村、王莊隸屬關(guān)系(標(biāo)識(shí)號(hào))確定。自動(dòng)分析、提取村界線時(shí)，左區(qū)碼中省、縣、鄉(xiāng)、村四級(jí)相同者為同村；若右區(qū)碼含該村標(biāo)識(shí)號(hào)，則交換點(diǎn)對(duì)排序，將標(biāo)識(shí)號(hào)移至左區(qū)。依碼可實(shí)現(xiàn)野外數(shù)據(jù)分類整理，提取、排序每個(gè)地塊的界點(diǎn)數(shù)據(jù)，形成界線段。界線段格式為：本域ID，左區(qū)，右區(qū)，點(diǎn)個(gè)數(shù)，坐標(biāo)串。

區(qū)域的空間表示則為封閉的界線所圍的范圍，其界線格式同界線段格式，只是首尾點(diǎn)相同，點(diǎn)個(gè)數(shù)的值為“實(shí)際點(diǎn)個(gè)數(shù)+1”。

基于以上結(jié)構(gòu)和流程，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)各地塊的周長(zhǎng)、面積等。

該編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用于水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，格式為：“測(cè)段起點(diǎn)ID, 測(cè)段終點(diǎn)ID，測(cè)線長(zhǎng)，測(cè)段高差”，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)、處理數(shù)據(jù)、生成文檔[16]；改格式為：“路段起點(diǎn)ID, 路段終點(diǎn)ID, 路線類型，路線信息文件ID”時(shí)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)以用于導(dǎo)航查詢、道路分析。若將“路線類型，路線信息文件ID”改賦“運(yùn)輸工具種類，數(shù)量”則可進(jìn)行運(yùn)力評(píng)估；改賦“貨物種類，數(shù)量信息文件ID”，則可用于分析物流情況；增加時(shí)間維后，可用于管理、更新土地調(diào)查過程中的中間成果[17]。該編碼數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有助于借鑒大數(shù)據(jù)、隨機(jī)過程研究，實(shí)現(xiàn)MIS、GIS、EIS中區(qū)域邊界數(shù)據(jù)的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[18]。

若在村數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找省，可提取各編碼中左或右區(qū)所含省，但另區(qū)中省應(yīng)是“非所查省”，否則會(huì)找出該省所有村莊。改變區(qū)域尺度，可降維生成不同層次尺度的數(shù)據(jù)庫(kù)，例如，“村區(qū)域”可逐級(jí)或越級(jí)合并生成“省區(qū)域”。在新生成的省數(shù)據(jù)庫(kù)中查省區(qū)域信息時(shí)，方法流程不變，但可不涉及縣鄉(xiāng)村信息，以利于上級(jí)系統(tǒng)提速增效。運(yùn)力、運(yùn)量的數(shù)據(jù)加工、查詢，模式與此類似。

3.2 區(qū)域信息提取、加工、分析、顯示實(shí)例

在具體的專題信息系統(tǒng)中，區(qū)域要素及表示樣式特性等可作為對(duì)象屬性值保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過專題模塊形成專題成果，直接或通過網(wǎng)絡(luò)向用戶提供服務(wù)[19-20]。應(yīng)用成果數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)分析數(shù)據(jù)來源、性質(zhì)、精度等是否滿足要求[21]，必要時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換處理[22]，也可用于數(shù)據(jù)挖掘[23-24]，但均應(yīng)遵守?cái)?shù)據(jù)的管理規(guī)定[25]，及科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)為應(yīng)用服務(wù)的原則[5]7-10。

部分區(qū)域表示、算法的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用效果見圖5～7。其中，圖5為采集和編輯數(shù)據(jù)的界面，即采集空間數(shù)據(jù)并進(jìn)行編輯修改，依此為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)界址點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系和坐標(biāo)自動(dòng)查詢，計(jì)算共界界線長(zhǎng)、區(qū)域邊界長(zhǎng)、相鄰區(qū)域影響的權(quán)值等。圖6為區(qū)域信息顯示界面，即將信息數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化顯示或數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示等,用于向其它程序提供數(shù)據(jù)。圖7為區(qū)域信息查詢分析界面，可對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、分析與標(biāo)注，合乎要求的數(shù)據(jù)可用于表格顯示或被其它程序使用。

首次地理國(guó)情普查中，針對(duì)專題要素的處理，選取道路、場(chǎng)站、隊(duì)所數(shù)據(jù)3 000余宗，以大數(shù)據(jù)思維按照“基于條件，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，運(yùn)行程序，讀取參數(shù)”的思路編程調(diào)用多種模塊探查批量處理多源數(shù)據(jù)，解難增效明顯[26]。

圖5 區(qū)域數(shù)據(jù)采集與修改界面

圖6 區(qū)域信息顯示界面

圖7 區(qū)域信息查詢分析界面

4 結(jié)語(yǔ)

面向交通物流應(yīng)用時(shí)，區(qū)域應(yīng)被作為一個(gè)由空間范圍、交通運(yùn)輸能力、貨物資源等要素構(gòu)成的多維系統(tǒng)。采用二分法，依據(jù)邊界可按統(tǒng)一流程定性判斷區(qū)域的空間關(guān)系；引入邊界權(quán)陣定性定量表示區(qū)域間的影響；將交通運(yùn)輸能力、貨物資源等要素分別作為區(qū)域的要素維，參照空間維的思路方法測(cè)算評(píng)估區(qū)域系統(tǒng)間的通達(dá)性質(zhì)、能力狀態(tài)以及要素在區(qū)域間的流通效率等，從而可表示區(qū)域空間關(guān)系、要素?cái)?shù)量、運(yùn)輸能力、流通效率等。

本文中軟件主要作為專題信息系統(tǒng)中的功能模塊使用，可實(shí)現(xiàn)多要素信息統(tǒng)一存儲(chǔ)和快速處理分析，區(qū)域分維處理數(shù)據(jù)體現(xiàn)了數(shù)據(jù)分類、分層、分布存取的優(yōu)勢(shì)，方便靈活更新，終端易與數(shù)據(jù)采集和應(yīng)用設(shè)備聯(lián)接，空間布局、資源要素、運(yùn)輸能力、流通效率等分析評(píng)判的算子程序便于組合使用。但程序模塊還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步完善，以減少對(duì)區(qū)域個(gè)數(shù)、要素種類維數(shù)、要素?cái)?shù)據(jù)量等有限制。下一步將結(jié)合數(shù)字地圖、地理信息系統(tǒng)功能開發(fā)應(yīng)用等繼續(xù)研究。