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）

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，是對地理環境中實體或現象的抽象簡化，是對地理環境重要實體或現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 傳統的地理建模過程中存在的問題

GIS作為與多學科融合的產物，經過四十多年的發展，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實世界，形成能夠反映世界規律的模型?，F有GIS軟件的操作是分步的，不能實現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背景，因而產生了多種面向行業的專業GIS。這些軟件能夠較好地滿足行業對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集成系統的方法進行功能集成。GIS二次開發是目前GIS功能集成的主要方式，這種方式通?；诖a、類庫、可執行程序、插件等技術手段，對開發人員的基礎和素質要求較高，而且開發周期長、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

按照工作流管理聯盟 (work flow managementcoalition，W fMC)的定義，工作流是業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行的管理過程，根據一系列過程規則，文檔、信息或任務能夠在不同的執行者之間進行傳遞與執行[5]。

功能倉庫作為工作流流程的組成部分，通過制定標準的協議統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，通過表單實現相應發Web發布界面，提供配置庫實現系統非界面元素的配置，最終達到通過搭建、配置的方式開發應用系統的目的。功能倉庫以功能元數據倉庫為基礎，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

工作流管理系統是一個軟件系統，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具有不同的應用范圍和不同的實施方式，所以為了實現工作流技術的標準化和不同實現產品的互操作性，工作流管理聯盟規定所有的工作流管理系統都必須具備三大功能：開發階段的建模功能、運行階段的控制功能和人機交互功能，如圖2所示[3]。

圖2 工作流管理系統功能結構

1）開發階段的建模功能：通過某種分析、建模及系統定義手段將現實世界的業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境中的工作流過程及各活動步驟之間的狀態轉換。

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，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、EPC模型等)，可讀性最好，對于非專業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，組成模型的元素數量自然也多，EPC模型缺乏對各業務處理之間的數據流的描述，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生新信息來回答空間問題的過程。由于大多數空間數據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。模型是數據流圖，通過模型可以建立復雜GIS任務的批處理過程、關聯數據和工具，以產生可編輯、可重用的工作流[8]。

地理處理模型[1]由一系列相互聯系又具有一定次序關系的空間操作 (如數據錄入、編輯修改、查詢等)或空間分析模型(如緩沖區分析、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、并聯、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，適合于用適當的工作流來建立和表達。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。通過研究發現活動圖能夠較好地滿足地理處理建模平臺設計與實現的需求，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務邏輯連接的節點，每個節點上綁定一個功能構件。系統調用起始節點即啟動整個流程，根據一定條件依次執行被調用流程節點上綁定的功能構件以實現流程的功能目標。工作流負責管理業務控制流程和數據流。構件僅僅負責功能的執行，從而達到業務邏輯和功能的分離?；跇嫾凸ぷ髁鞯牡乩硖幚憝h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，也可作為新系統中的功能（如圖3所示）。

功能倉庫利用工作流技術實現用戶對功能組件庫、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，實現大粒度功能的復用；還可以根據需求的變化，對流程進行即時的調整。工作流技術的引入實現了功能項的廣泛復用和功能項的靈活聚合；實現了針對需求開發的即時調整；實現了實現功能資源為具體地理處理問題所開發，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。

相關數據：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數據做緩沖區分析，得到River+sewer+road數據。對land和soil數據做疊加（相交），得到Land+soil數據。River+sewer+road數據與Land+soil數據做疊加（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據對象繪制和修改,有助于對地理現象、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、異構的工作環境，這需要進一步研究完善。

[1] 韋玉春，陳鎖忠.地理建模原理與方法[M].北京：科學出版社，2005

[2] M ichaelJ.deSm ith，PaulA.Longley.Geospatial Analysis:A Com-Prehensive Guide to Principle，Techniques and SoftWare Tools Sencond Edition[M].北京：電子工業出版社，2009

[3] 高勇，鄔倫，劉瑜.空間信息處理過程建模研究[J].北京大學學報：自然科學版，2004(06)：914-921

[4]W fMC.TC00-1003-2007 work flow management coalition:The work flow reference model V11[S].

[5] 胡光，任滿杰.一種工作流管理系統新模型的研究與實現[J].煙臺大學學報:自然科學與工程版，2007，20(3)：200-204

[6] 張朝輝，劉大有，劉偉江.工作流建模技術綜述[J].微電子學與計算機，2008(10)：69-71

[7] 胡昶，鄧泓，賈晶，等.基于UML工作流建模的研究與應用[J].信息與電腦，2009(08)：188-201

[8] 闞璦珂，王緒本，高志勇，等.基于地理處理建模的珍稀特有植物空間分布識別方法[J].地理與地理信息科學，2009(05)：200-204

[9] 姚曉峰，張偉，劉峰.價格著色Petri網在工作流建模中的應用[J].計算機工程與應用2009(01)：235-237

[10]范玉順，李慧芳.基于時間Petri網的工作流模型分析[J].軟件學報，2004，15(1):20-29

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。