基于WebGIS的“一帶一路”經濟數據輔助決策支持系統

彭 宇,曹雋雋,黃 穎,郭明強

(1.華中師范大學 城市與環境科學學院,湖北 武漢 430079;2. 中國地質大學(武漢) 信息工程學院,湖北 武漢 430074;3.武漢中地數碼科技有限公司,湖北 武漢 430074)

“一帶一路”數據資源歸集是實現知己知彼、促進合作交流的有力保障，也是建立“一帶一路”信息服務體系的基石[1]。而構建“一帶一路”大數據決策支持體系，對于支撐“一帶一路”戰略決策和服務企業“走出去”具有十分重要的意義[2]。建立“一帶一路”綜合數據庫，是提升“一帶一路”大數據決策支持能力的重要基礎性工作[3]。因此，“一帶一路”咨詢決策輔助系統的建設可為一帶一路決策提供科學便捷的信息和數據支持。

1 相關研究現狀及存在問題

目前關于一帶一路經濟數據的研究，主要以地理學和經濟學領域中對貿易依賴度、出口對區域經濟增長的影響等研究為主[4]，研究成果頗豐，但在數據使用上仍存在以下缺陷：

1)數據信息中雖然具有位置屬性，但是缺少空間坐標及投影坐標信息。因此只能通過數據圖表進行簡單顯示，無法滿足一般地理信息系統的數據要求，因而無法進行帶有空間屬性數據的相關分析。

2)由于缺乏空間信息處理、分析功能，這些數據庫無法根據真實數據，對一帶一路經濟數據進行組合與分析運算，實現經濟數據與地理區域的直觀形態表示和可視化的對比分析功能。難以為“一帶一路”經濟建設與決策提供理論依據和技術支持。

2 系統設計概述

2.1 系統架構及部署

本文設計的WebGIS系統是基于MapGIS，在.net平臺上進行的B/S架構二次開發，其系統架構如圖1所示。數據服務層使用支持本地文件的MapGIS數據庫來儲存一帶一路空間地理要素，各地理要素的經濟數據以屬性的形式存儲在空間數據庫中[4-6]。矢量、影像等數據使用MapGIS瓦片工具進行處理后在服務平臺中發布使用。基礎內核調用IGServer平臺的GIS服務接口[7-9]，結合其JavaScript二次開發庫與百度ECharts圖表庫實現數據分析及分析結果的可視化表達。本系統使用Microsoft Visual Studio 2010作為Web集成開發環境，基于JavaScript進行開發。以MapGIS IGServer作為GIS平臺，用于發布系統所使用的地圖。

圖1 系統架構

2.2 系統功能模塊設計

本系統主要實現“一帶一路”經濟數據的空間分析、模擬計算、交互式可視化顯示等功能，如圖2所示，系統功能由空間分析模塊、經濟模型模塊、經濟資訊圖模塊三部分構成。空間分析模塊借助MapGIS提供的空間分析接口庫，來實現“一帶一路”多組合信息查詢、位置信息顯示、緩沖區分析和拓撲分析等功能；經濟模型模塊結合時空GIS和空間經濟學的數據處理建模方法，針對“一帶一路”經濟數據，建立經濟重心計算、經濟引力[10]計算、經濟潛力計算、經濟最遠親疏計算[11]等6個經濟模型。經濟資訊圖模塊，共設有經濟外向度資訊圖、外貿拉動度資訊圖和貿易競爭力資訊圖等5幅專題地圖，以著重表現某一經濟要素以達到資訊目的。該模塊主要使用百度Echarts圖表庫進行經濟數據可視化交互式顯示與表達。

圖2 系統模塊結構

3 關鍵技術與具體實現

本文設計的“一帶一路”經濟數據輔助決策系統數據分析具體工作流程如圖3所示。

3.1 空間數據的相互解析與調用

如圖3所示，使用經濟模型計算及空間分析時，需要交叉使用MapGIS和Echarts兩種格式的數據。用戶通過自定義選擇的數據類型唯一標識字段，查詢返回一個按行存放的二維數組，其數據結構如表1所示。根據查詢數據類型不同，AttValue[]按順序存放相關屬性信息。其中，所有數據AttValue[0]、AttValue[1]、AttValue[2]分別存放字段name、字段x和字段y。name為數據對應的名稱、x，y為數據對應的經緯度。SFEleArray[]為所查詢類型中的經濟體序列號。

圖3 經濟數據空間分析流程

AttValue[0]AttValue[1]……AttValue[k]SFEleArray[0]阿什哈巴德58.31500517.2212…………SFEleArray[i]霍爾果斯80.290010.4234

根據用戶選擇的經濟數據所對應的k值，從二維數組中取出AttValue[k]、AttValue[1]、AttValue[2]進行預設模型的運算后，將結果保存入二維數組GToEC[][]。使用for循環，格式化計算結果數組，轉為ECharts所需Json字符串，如表2中的字符串1所示。由于ECharts需預存所顯示點的位置坐標信息，將IGServer數據表中AttValue[0]、AttValue[1]、AttValue[2]字段同樣進行數據格式化，轉為表2中Json字符串2的格式。

表2 json字符串格式

3.2 經濟模型與分析

本文共設置如圖4所示的4大類經濟模型，為經濟數據空間分析提供支持。

經濟重心模型：依據所選城市及測度指標來測算重心點的模型，式(1)—式(2)中，X，Y為計算得出經濟重心的坐標，Xi，Yi為用戶選擇城市的坐標，Pi為選定的經濟指標值。根據用戶選擇的區域范圍內、具體年份的經濟指標后，可計算得到該區域內、該經濟指標的重心點，并在地圖上進行標注顯示。如圖4(a)所示，經濟指標重心的逐年偏移以重心圈以及帶方向的箭頭進行表示。

(1)

(2)

引力模型：該模型認為兩個城市間的相互作用與這兩個城市的指標值成正比，與距離成反比，如式(3)中，I為兩者之間的相互作用力，W為人的主觀經驗確定的權重，D為兩者之間的距離，P為指標值，b為完成這個距離所摩擦指數。用戶通過選擇經濟指標類型P、并設置距離摩擦系數b和權重值w。系統根據用戶輸入的關鍵字通過ajax異步調用數據[12]，返回前端，通過式(3)進行計算得到兩經濟體的引力值I。如圖4(b)中，用戶選擇同時計算多個引力值時，引力線顏色以及粗細的變化表示其引力值的大小、指標圈的大小和顏色變化表示該城市所被選的經濟指標值的大小。

(3)

潛力模型：計算在某一區域內的某一經濟體對該空間內所有城市的相互作用量總和，以表現其在該區域范圍內的潛力大小。式(4)中將該區域范圍內經濟體，按照式(3)所述方法計算全部經濟引力值后求和，即可計算得到該經濟體的區域潛力值，其數值大小在地圖上表現為紅色的經濟潛力值圈。如圖4(c)所示，中心城市潛力值為紅色潛力圈，其他區域內城市及其引力大小仍使用指標圈與引力線表示。

(4)

親疏關系模型：該模型根據用戶需要，可提供最短距離、最遠距離和組間距離3種聚類方法，進行經濟親疏關系的界定計算。用戶選擇聚類類型、經濟指標及其對應年份，并自定義計算的區域范圍后，系統將根據用戶的選擇進行數據查詢與調用，并根據式(5)對數據進行標準化處理，再根據式(6)構建絕對值距離矩陣。最終計算得到每一區域所對應的該年所選經濟指標與近鄰地區的經濟聚類等級。其結果如圖4(d)所示，其經濟聚類等級計算為0～5級，以不同顏色進行區別，等級越相近則表示其接近程度越高。

(5)

(6)

圖4 經濟模型與空間分析結果圖

3.3 資訊地圖的交互顯示

為加快用戶使用ECharts進行交互式查詢時的顯示速度，資訊專題圖加載時，提前在IGServer中進行數據查詢，并將返回數據格式化為Json字符串儲存在前端。使用ECharts API中的brush區域選擇組件、geo地理坐標組件、series列表等組件，對前端數據進行交互式檢索查詢與顯示，如圖5(a)為用戶通過在地圖上拉框選擇，以折線圖的方式顯示2006—2015年城市外貿拉動度數值；圖5(b)中進行同樣的交互操作對“一帶一路”對外貿易值進行柱狀圖聯動顯示。

4 結 論

本文針對現有“一帶一路”數據庫的不足，設計具有智能輔助決策功能的“一帶一路”資訊決策系統，利用MapGIS IGServer平臺，結合現實應用需求，將功能運用于輔助戰略決策中，并系統性地整合經濟、地理等方面數據，利用經濟學的模型，以輔助決策者為“一帶一路”建設戰略提出科學性和前瞻性舉措，為戰略研究人員或相關領域的專家提出可行性建議，并提供理論依據和技術支持。

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