ＤＢＭＳ中空間統計分析與ＧＩＳ組件的集成

摘要：在比較各種集成方法優缺點的基礎上，選擇在DBMS對空間統計分析與GIS組件進行集成，并結合某縣域經濟發展的實例，給出了集成思路及模塊設計圖。實驗結果表明，DBMS是集成空間統計分析與GIS的有效環境。利用該方法可以大大擴展GIS的空間分析功能。

關鍵詞：空間統計分析；集成；ArcObject；數據庫管理系統

中圖分類號：TP311．5文獻標志碼：A

文章編號：1001－3695(2007)08－0292－02

空間統計分析是用來分析空間信息和解決空間問題的，它與一般地理信息系統中所指的空間分析既有相同之處，也有差別。相同之處在于兩者都是對于位置相關的空間信息進行分析；其區別是地理信息系統中所指的空間分析一般以圖形操作為主，如緩沖區分析、疊置分析、網絡分析。空間統計分析是空間分析的組成部分，它主要以數學操作為主，包括空間結構分析、空間自相關分析、空間內插技術以及各種空間回歸模型的建立[1]。在過去的幾十年里，在改善GIS的空間分析功能上有了很大的進展，如主成分分析、點模式分析和克里格分析等高級的空間分析程序已經集成到ArcInfo等大型商業GIS軟件中。但是，目前GIS軟件在空間自相關的度量與檢驗、空間自回歸模型的建立等方面功能還相對很弱。要把GIS變成一個專門的空間分析平臺，還需要大量的工作。更重要的是，空間統計分析在用來確定空間模式時有著不可替代的作用，其應用也越來越廣泛，如呂安民[2]、朱傳耿等人[3]探討了空間統計分析在人口中的應用，范新生等人[4]利用空間統計分析方法探討了SARS疫情的空間分析情況。因此，將空間統計分析與GIS相集成已變得越來越迫切。

1空間統計分析與GIS組件的集成方法

1）開發專門的空間統計分析軟件包

該方法既未利用GIS軟件強大的空間數據處理、顯示、查詢和分析功能，也未利用統計分析軟件中成熟的統計數據分析程序，是一種資源的浪費。

2）將現有的空間統計分析軟件與GIS軟件松散組合

該方法將GIS軟件和統計分析軟件看成兩個獨立的實體，把文件轉換成一個統一的格式，但是忽略了空間數據庫在空間數據分析中獨特的性質，通常也很少考慮。

3）將空間統計分析功能嵌入到GIS中

在以前的研究中，大部分學者都是考慮了第三種方法，即將空間統計分析功能嵌入到GIS中。主要有以下幾個方面的原因[1]：a）GIS的數據結構具有惟一性和復雜性，這在其他的平臺上難以復制；b）大多數的空間統計分析需要輸入地理位置信息，這在GIS中很容易實現；c)許多空間分析函數是由城市和區域科學、地理科學或環境科學的研究者開發的，他們通常對GIS有較深入的了解，更寧愿在GIS的框架下工作。但這種方法有一個缺點即所有的統計分析程序必須重新開發。

4）將選定的GIS功能嵌入到空間統計分析中

該方法在理論上是可行的，但卻很少在實際中應用。主要原因是由于GIS數據結構的復雜性和惟一性，其功能在其他的平臺上很難復制。隨著面向對象編程和組件技術的快速發展，在GIS以外的平臺上復制GIS的功能變得越來越簡單易行。但是，由于目前商業統計軟件包沒有為GIS組件和其他ActiveX控件的嵌入提供一個開放的環境，本文選擇在DBMS中來集成空間統計分析與GIS，并給出了集成思路及其模塊設計圖，同時結合江西省縣域經濟發展的實例，說明該集成方法的可行性和有效性。

2在DBMS中集成空間統計分析與GIS組件

2．1ActiveX和GIS組件

將GIS功能嵌入到空間分析軟件包中，雖然在理論上是集成空間統計分析和GIS 的有效方法，但在實際應用中卻很少。最大的阻礙就是由于GIS復雜的數據結構很難在GIS以外的平臺上復制GIS的功能。然而，隨著面向對象編程和基于組件技術的快速發展，這變得十分簡單易行。這項技術的突破點是ActiveX技術即OLE（對象鏈接和嵌入）。OLE技術最早是由Microsoft公司開發的為Windows提供復制和粘貼功能，隨后又發展為OLE2，為在Windows應用之間提供更多的交互。它允許在一種類型的文件中嵌入另一種類型的文件（如將excel spread sheet嵌入到microsoft word文件中）。在這個發展過程中，產生了一種新的對象交互和封裝模塊——對象組件模型（component object model，COM）。COM的一個主要思想就是提高軟件組件的開發和重用。OLE控件稱為ActiveX控件。本文所選用的GIS控件是目前最流行的ESRI公司的ArcObjects。ArcObjects是ArcGIS家族應用程序ArcMap、ArcCatalog和ArcScene的開發平臺，它是基于Microsoft COM技術構建的一系列COM組件產品。ArcObjects是為專門的開發人員提供的二次開發軟件，通過ArcObjects，用戶可以非常方便地開發出功能強大的GIS應用系統。其主要特點有[5]： 采用面向對象思想、基于組件技術；支持廣泛的空間數據格式；具有強大的GIS功能。

利用ArcObjects，用戶可以實現從空間數據編輯到三維顯示、三維分析等一系列數據處理、顯示和分析功能，并具有豐富的制圖工具和高質量的地圖打印功能輸出。同時，ArcObjects提供了強大的空間數據管理功能，支持多用戶的并發訪問。基于以上特點，本文選擇ArcObjects作為GIS組件。

2．2模塊設計

本文所選用的DBMS為SQL Server。GIS組件用來執行一些對地圖的基本操作，如顯示、查詢、分析、專題地圖的制作等；空間統計分析功能則在空間統計分析模塊中執行，包括空間自相關的度量與檢驗、空間自回歸分析、模型的建立等。空間數據由GIS控件進行管理，用來產生空間結構信息，如各區域單元的鄰接性；屬性數據由DBMS進行管理，作為計算空間統計分析的數據源，并結合由GIS產生的空間鄰近信息，可以進行全局空間自相關的度量與檢驗、局部空間自相關、G統計等。同時計算結果還可以在GIS中可視化輸出，如探索空間數據分析、分級顯示、專題地圖的制作等，以方便用戶對數據中隱含的信息進行提取分析，揭示數據中隱含的空間關系。圖1是在DBMS中集成空間統計分析與GIS的示意圖。以執行空間統計分析功能為例，其工作流程如圖2所示。

GIS和空間統計分析模塊通過DBMS建立聯系。首先利用以下幾行代碼就可以打開數據庫中的數據：

sub OpenData(TableName as String)

Dscup=\"datasource=\"+ds+\"; initial catalog=\"+cl+\"; user id=sa;password=\"

with cn

.Provider=\"sqloledb\"

.open Dscup

end with 

SqlStr=\"select*from\"+\"\"+TableName+\"where code=362502\"

rs.CursorType=adOpenStatic

rs.Open SqlStr， cn， ， ， adCmdText

end sub

在打開數據之后，利用VB+AO可以將從屬性數據庫中獲得的數據放在form窗體中的grid控件中，再將數據寫入GIS圖層的屬性表。其代碼如下：

Form2.Grid.Cols = pfeature.Fields.FieldCount+1

for n = 1 to Form2.Grid.Cols-1

Form2.Grid.TextMatrix(0， n)=m_pLayer.FeatureClass.Fields.Field(n-1).AliasName

if n <> 2 then

Form2.Grid.TextMatrix(1，n)=pfeature.Value(CLng(n-1))

else

Form2.Grid.TextMatrix(1， n)=str

end if

next n

2．3實例分析

本文以2004年江西省GDP增長速度為例，在DBMS中集成了空間統計分析與GIS組件。其用戶界面如圖3所示。在本例中，實現了顯示、查詢、分析、制圖等一些GIS功能;同時也實現了空間統計分析，如江西省縣域經濟的空間自相關的度量與檢驗、局部空間自相關的度量與檢驗、G統計等。

表1是江西省2004年江西省各縣市GDP增長速度的全局自相關系數及其檢驗Z值。結果表明2004年江西省各縣市經濟發展存在正的空間自相關，即高GDP增長率的地方相互聚集，低GDP增長率的地方相互聚集。

同時還可以利用AO強大的制圖功能結合VB實現散點圖和各種專題地圖的制作以及多窗口鏈接功能，進行探索性空間數據分析。例如實現散點圖、地圖和屬性表之間的鏈接。當在一個窗口中選中一個目標時，該目標在其他窗口中的位置或屬性值也會相應地以高亮度顯示出來。

3結束語

目前集成空間統計分析與GIS的方法有四種，每種方法各有其優缺點，其平臺也隨著用戶的不同而不同。本文在綜合各種方法優缺點的基礎上，選擇在DBMS中對空間統計分析與GIS組件進行集成。實驗結果表明，利用該集成方法可以大大地擴展GIS的空間分析功能，彌補GIS在以數學操作為主的空間統計分析功能的不足，擴大了GIS的應用領域。而且，空間統計分析的結果可以在GIS中可視化地表達出來，數據中隱含的空間模式更直觀地呈現給用戶。該集成方法的靈活性高，用戶可以根據自己的需要開發出功能完善的空間分析程序，GIS的功能利用AO控件加上VB可視化編程語言便可實現。但是，該方法也有一個不足之處，即程序開發工作量較大。以后的研究將致力于實現空間統計分析與GIS集成的網上發布，用戶可以隨時加載各種格式的地圖數據，獲取自己想要的信息，以真正實現資源共享。

參考文獻：

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［3］朱傳耿，馬榮華，甄峰，等.中國城市人口流動的空間結構[J].人文地理，2002，17(1):65－68.

［4］范新生，應龍根.中國SARS疫情的探索性空間數據分析[J].地球科學進展，2005，20（3）：282－291.

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［13］FOTHERINGHAM A S，ROGERSON P A.GIS and spatial analysis problems[M].Lodon:TayLor Francis，1994.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文”