CN110334169A - 一种新型地理计算模式 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型地理计算模式，该计算模式包括智能化文档系统、地理模型计算控制系统和后台解译系统；所述智能化文档系统采用自然语言通过WORD文档进行计算任务、评价模型和计算过程的描述；所述地理模型计算控制系统获取任务名称并驱动所述后台解译服务系统；所述后台解译服务系统用于对所述智能化文档系统中的WORD文档进行解译与执行，并将执行结果输出。在传统地理计算模式中，技术文档仅仅是指导技术人员如何进行操作，计算结果完全取决于技术人员的水平。而在新型地理计算模式下，通过DAS技术将技术文档智能化，由系统直接驱动智能化技术文档的内容，执行各个评价指标的处理流程，评价过程自动记录，具有很高的灵活性。

Description

一种新型地理计算模式
技术领域
本发明是关于一种新型地理计算模式，涉及与地理计算相关的领域，例如国土空间规划、环境评价等。
背景技术
国土空间规划双评价(以下简称双评价)工作作为国土空间规划编制的基础，需要涉及大量的数据处理与计算，工作复杂而艰巨。第一，实施范围广：按照自然资源部空间规划局的统一部署，双评价工作需要在国家、省、市县三个层面展开。由于时间紧，任务急，要求高，特别是市县层面技术力量等原因，保质保量地全面落实和完成双评价工作，具有一定的难度与挑战。第二，涉及专业多：从技术指南中的单项评价来看，双评价工作涵盖生态、土地资源、水资源、气候、环境、灾害等评价内容，此外，还包括可选评价中的海洋、文化保护和矿产资源。对这些指标的处理涉及生态、环境、地质灾害、海洋、城乡规划等专业知识。第三，数据处理难度大：双评价工作涉及大量空间数据处理，技术指南中包括7项单项评价，5项集成评价和5项综合分析，此外还包括3项可选评价，对于这些评价或分析，都需要经过多个空间数据处理步骤，少则几个，多则几十个，整个双评价工作共需要近400个处理步骤。
基于双评价工作的上述特点，同时考虑到双评价成果对国土空间规划编制的基础性与重要性，双评价工作应满足三个基本要求。
一是科学、系统、规范化：双评价工作是一项在全国不同层面开展的落地性工作，除了在顶层制定技术标准来指导该项工作的开展外，还需要考虑该工作的落地问题。为此，需要有一套科学、系统、规范化的实施办法来保证双评价工作顺利实施。
二是评价结果质量可控，可检查、可回溯。双评价工作涉及大量的空间数据操作，由于涉及环节较多，极易造成评价结果的错误。为此，双评价过程需要有一种质量可控、可检查、可追溯的技术手段来对评价结果进行分析，以切实保证双评价成果的可靠性。
三是评价工作易于实施。双评价工作是一项在全国不同层面开展的工作，其实施应考虑各地评价工作的易实施性，应尽可能提供技术方法，以避免技术人员业务水平对评价工作的影响。
面对双评价工作的特点和基本要求，目前有四种数据处理模式，即工具箱模式，可视化建模模式，脚本模式以及系统开发模式。但是目前这四种地理计算模式均难以应对大型地理计算。首先对于工具箱模式来说，它既依赖技术人员对业务的熟悉程度，也依赖于技术人员对GIS软件的熟悉程度，评价过程易于出现差错。可视化建模尽管不需要编程，但所构建模型的规模有限，模型的维护、调试与使用都比较困难。脚本开发模式则需要有一定的开发软件编程基础，但是面临系统代码维护以应对评价工作灵活性的问题。而系统开发模式需要进行单独开发，对技术人员的要求较高，且所开发的系统灵活性差，不能满足地理计算对灵活性的要求。同时，这四种计算模式均存在评价过程无自动记录，评价结果难以检查的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种新型地理计算模式，文档即系统(Document As a System，简称DAS)，将计算说明文档、地理计算系统和地理处理结果整合，改变过去三者分离的状况，便于大型地理计算模型的构建、维护和运行控制。在传统地理计算模式中，技术文档仅仅是指导技术人员如何进行操作，计算结果完全取决于技术人员的水平。而在DAS模式下，通过DAS技术将技术文档智能化，由系统直接驱动智能化技术文档的内容，执行各个评价指标的处理流程。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种新型地理计算模式，该计算模式包括智能化文档系统、地理模型计算控制系统和后台解译系统；
所述智能化文档系统采用自然语言通过WORD文档进行计算任务、评价模型和计算过程的描述；
所述地理模型计算控制系统获取任务名称并驱动所述后台解译服务系统；
所述后台解译服务系统用于对所述智能化文档系统中的WORD文档进行解译与执行，并将执行结果输出。
进一步地，所述智能化文档系统包括计算任务注册模块、评价方法描述模块、输入与控制模块、计算模块和图表模块；
所述计算任务注册模块用于对所有计算任务进行注册，并对每个所注册的计算任务采用自然语言进行描述；
所述评价方法描述模块采用自然语言通过文字和公式对地理计算模型或评价模型的原理进行描述；
所述输入与控制模块通过解读所述评价方法描述模块中所描述的信息内容，解析出进行地理计算所需的起算数据，并通过WORD表格进行规范化的描述；
所述计算模块用于将所述输入与控制模块所描述的计算过程通过规范化的形式在 WORD表格中进行描述；
所述图表模块用于将DAS地理计算模式中输出结果直接嵌入WORD文档中。
进一步地，所述计算任务注册模块包括两部分内容，一是对所有计算任务进行注册，二是对每个所注册的计算任务进行描述形成任务注册表，任务注册表包括任务名称，工作空间和任务位置。
进一步地，所述输入与控制模块包括输入图层模块和计算控制模块；
所述输入图层模块用于描述图层语义、图层名称，参考页和值及说明，其中，图层语义用于描述输入图层的语义；图层名称用于物理图层的保存；参考页用于指出该图层数据在《技术指南》中的描述；值及说明用于说明图层主要属性的取值及其所表达的含义，上述内容构成输入与控制表；
所述计算控制模块用于指定该项计算任务中的计算步骤，具体为：
1)无数据，表示计算所有步骤；
2)用“，”分割数字；
3)用“：”或“-”表示步骤连续。
进一步地，所述计算模块的计算算过程包括由【步骤】、【操作说明】、【输入】、【操作】、【输出】和【说明】构成的输入计算过程表，其中，
【步骤】为行序号，所述计算控制模块步骤所指的步骤即是这里的行序号；
【操作说明】为进行计算时的显示部分；
【输入】为输入图层的图层名称，根据所使用的【关键词】的不同，可由1个或多个图层；
【操作】包括【说明】和【关键词】两部分组成，其中，【说明】部分包括操作的类型描述或附加说明，【关键词】部分中的标识与关键词分两行表示，标识行中可以表示关键词中各参数的含义；
【输出】为该计算步骤的输出图层，包括图层名称和物理图层两部分；
【说明】为对该计算步骤的补充说明。
进一步地，所述地理模型计算控制系统获取任务名称并驱动所述后台解译服务系统，具体为：
步骤1：在WORD自定义工具区中选取需要进行计算的任务，将其转换为WORD 文档中所描述的任务名称，并将其作为运行参数，启动后台解译服务系统；
步骤2：后台解译服务系统根据所传入的任务名称，在WORD文档中的任务表中查询该任务所对的输入与控制表的表标识；
步骤3：进入后台解译服务系统进行操作。
进一步地，所述后台解译服务系统对所述智能化文档系统中的WORD文档进行解译与执行，具体过程为：
步骤1：加载WORD操作库；
步骤2：通过表标号定位输入控制表，读取表中输入图层信息以及计算步骤信息；
步骤3：通过表标号定位输入计算过程表，根据计算步骤信息读取相应行的计算步骤信息，包括【输入】信息、【操作】信息以及【输出】信息，在【操作】信息栏中搜索【关键词】后的内容，得到【关键词】信息；
步骤4：后台解译系统调用关键词所指的函数，并传入所解析的参数，所调用的函数对所传入的参数处理；
步骤5：后台解译系统将所处理的结果直接保存为【输出】信息中的图层。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明提供了一种全新的地理计算模式-“文档即系统”(Document As aSystem，简称DAS)，其核心思想是将计算说明文档、地理计算系统和地理处理结果整合，改变过去三者分离的状况，便于大型地理计算模型的构建、维护和运行控制；
2、在传统地理计算模式中，技术文档仅仅是指导技术人员如何进行操作，计算结果完全取决于技术人员的水平。而在新型地理计算模式下，通过DAS技术将技术文档智能化，由系统直接驱动智能化技术文档的内容，执行各个评价指标的处理流程，评价过程自动记录，具有很高的灵活性。
附图说明
图1为本实施例的土地资源评价专题图示例；
图2为本实施例的土地资源评价统计表示例；
图3为本实施例的系统功能菜单示例；
图4为本实施例的单项评价示例。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出的新型地理计算模式DAS主要针对复杂的地理计算，国土空间规划双评价工作就是一个典型的复杂地理计算工程。由于本发明是将复杂的地理计算模型通过自然语言在WORD中进行描述(现有通常为计算机语言，如Python)，这样专业技术人员不需要掌握计算机语言就能构建自己的地理计算模型，并且所构建的地理计算模型能够被后台解译系统直接读取并执行。由于WORD文档中所描述的计算过程和计算参数直接驱动后台解译系统。这样仅仅通过观察和分析所描述的计算过程和计算参数就可以判断计算结果正确与否，从而达到计算结果质量可控，可检查、可回溯的目标。对于双评价工作来说，由于所有的地理计算模型均通过DAS模式进行系统地描述和计算，从而使双评价工作可以系统、科学、规范地进行。
本发明提出的新型地理计算模式，基于智能化文档技术、模型计算控制技术和后台编译技术，包括智能化文档系统、地理模型计算控制系统和后台解译系统。
一、智能化文档系统
智能化文档系统包括计算任务注册模块、评价方法描述模块、输入与控制模块、计算模块和图表模块。
1、计算任务注册模块包括两部分内容，一是对所有计算的任务进行注册，二是对每个所注册的计算任务进行描述。
任务注册表主要包括任务名称，工作空间和任务位置，任务名称是对一项计算任务的命名，工作空间是存放计算任务各类数据的目录，任务位置是具体描述该任务的表序号，下表为双评价中单项评价的计算任务。
表1
序号 任务名称 工作空间
1. 单项评价_生态 DX/DX1
2. 单项评价_土地资源 DX/DX2
3. 单项评价_水资源 DX/DX3
4. 单项评价_气候 DX/DX4
5. 单项评价_环境 DX/DX5
6. 单项评价_灾害 DX/DX6
7. 单项评价_综合优势度(省级) DX/DX71
8. 单项评价_综合优势度(市县) DX/DX72
对每个所注册的计算任务采用自然语言(非程序语言，通过关键词描述所要执行的操作)在WORD文档进行评价模型的描述。
2、评价方法描述模块采用自然语言通过文字和公式对地理计算模型或评价模型(例如双评价工作中的土地资源评价模型，水资源评价模型，生态评价模型)的原理进行描述，下为土地资源评价方法通过评价方法描述模块进行描述的过程，例如：
1)评价方法描述模块用于对农业生产功能指向的土地资源进行评价方法描述，具体为：
农业耕作条件＝f(坡度，土壤质地)
2)评价方法描述模块用于对城镇建设功能指向的土地资源进行评价方法描述，具体为：
城镇建设条件＝f(坡度、高程、地形起伏度)
3、输入与控制模块通过解读评价方法描述模块中所描述的信息内容，解析出进行地理计算所需的起算数据，并通过WORD表格进行规范化的描述，以便后台解译系统能够提取计算所需的数据内容。
输入与控制模块包括输入图层模块和计算控制模块。
输入图层模块用于描述图层语义、图层名称，参考页和值及说明，其中，图层语义用于描述输入图层的语义，方便交流；图层名称用于物理图层的保存；参考页用于指出该图层数据在《技术指南》中的描述；值及说明用于说明图层主要属性的取值及其所表达的含义，土地资源指标输入与控制表的具体实例如表2所示：
表2
计算控制模块用于指定该项计算任务中的计算步骤，可采用以下表示方法：
1)无数据，表示计算所有步骤；
2)用“，”分割数字，如1,3,8，表示计算第1，第3和第8步；
3)用“：”或“-”，如1：4或1-4，表示计算1到4步，：4或-4，表示计算1 至4步；4：或4-，表示计算4到最后一步。
4、计算模块为地理计算模型描述的主体，主要是将输入与控制模块中所描述的计算过程通过规范化的形式在WORD表格中进行描述，以便后台解译服务系统能够识别并执行地理计算模型的操作。通常一个地理计算模型的计算过程由若干计算步骤组成，一个计算步骤由【步骤】、【操作说明】、【输入】、【操作】、【输出】和【说明】 6个部分进行描述，构成输入计算过程表。
【步骤】为行序号，计算控制模块步骤所指的步骤即时这里的行序号，通常采用自动添加序号。
【操作说明】为进行计算时的显示部分，为了描述更为简单，可用“@”代表输入部分的信息，“#”代表输出部分。
【输入】为输入图层的【图层名称】，根据所使用的【关键词】的不同，可由1 个或多个图层，在【关键词】参数描述部分，分别用[R1]，[R2]，……[Rn]表示。各图层用回车符分割，一行表示一图层。
【操作】包括【说明】和【关键词】两部分组成。其中【说明】部分包括操作的类型描述以及附加说明(这部分可选)，【关键词】部分中的标识与关键词分两行表示，标识行中可以表示关键词中各参数的含义。
【输出】为该计算步骤的输出图层，包括图层名称和物理图层两部分。
【说明】为对该计算步骤的补充说明，如输出图层值域的物理意义。
以土地资源评价为例，详细阐述如何将自然语言所描述的地理模型转换为能够被非编程人员理解，同时能被后台解译服务系统识别并自动执行的规范化、智能化文本，本实施例的输入计算过程表如表3所示：
表3
5、图标模块用于将DAS地理计算模式中输出结果(专题图和报表)可直接嵌入WORD文档中，方便对计算成果的管理与使用。具体实现是通过在输入计算过程表后直接插入用于存放专题地图和统计报表的表格。当【关键词】为“KX_Mapping”时，在指定的表格会输出相应的专题地图，如图1所示，而当【关键词】为“KX_Statistic”时，会在指定的表格输出相应的统计数据，如图2所示。
二、地理模型计算控制系统
DAS模式中，对于地理计算模型的执行是在WORD文档中执行，具体包括两个功能，一是通过WORD所提供的【自定义功能区】功能，定制用于启动模型计算的菜单或工具，如图3所示的“双评价功能组”即是通过WORD定制的。二是通过WORD 所提供的宏技术来启动后台解译服务系统。如在单项评价中会提供很多地理计算模型的计算选择“土地资源评价”后，如图4所示，地理模型计算控制系统会用所指定的参数驱动后台解译服务系统完成相应的操作，并将结果存入计算过程表中输出部分所指定的图层中，具体实现步骤为：
步骤1：在WORD自定义工具区(例如双评价功能组)中选取需要进行计算的任务(例如土地资源评价)，将其转换为WORD文档中所描述的任务名称，并将其作为运行参数，启动后台解译服务系统。
步骤2：后台解译服务系统根据所传入的任务名称，在WORD中的任务表中查询该任务所对的输入与控制表的表标识，任务名称可以为单向评价、集成评价、综合评价、可选评价、可视分析、制图模板以及地图分析等。
步骤3：进入后台解译服务系统进行操作。
三、后台解译服务系统
后台解译服务系统用于负责智能化文档的解译与执行，该系统逐行读取计算过程表格中的计算步骤数据，其中提取【操作说明】数据用于给用户提示当前处理的具体步骤，提取【输入】部分的数据作为计算处理的起算数据，提取【操作】部分中的【关键词】数据用于执行相应的操作，提取【输出】部分的数据作为操作的输出结果。
后台解译服务系统所能实现的主要功能包括两个方面，一是在WORD表格中提取输入数据、操作以及输出数据内容，二是提供一系列的【关键词】执行具体的空间分析操作。【关键词】的内容需根据地理计算模型的需要进行确定，通过GIS平台(如 ArcGIS，SuperMap)所提供的二次开发功能实现，具体步骤如下：
步骤1：加载WORD操作库，例如Word动态库microsoft word 11.0object library或python-docx；
步骤2：通过表标号定位【输入控制表】，读取表中输入图层信息以及计算步骤信息；
步骤3：通过表标号定位【输入计算过程表】，根据计算步骤信息读取相应行的计算步骤信息，主要包括【输入】信息，【操作】信息以及【输出】信息。在【操作】信息栏中搜索【关键词】后的内容，得到【关键词】信息，【关键词】信息包括关键词(不同领域的计算任务，有不同关键词，关键词所定义的内容在后台解释系统中实现)，不同的关键字附带有不同的参数，如“KX_Reclass”的参数为“5:<2|4:2-6|3:6-15 |2:15-25|1:>＝25”。
步骤4：后台解译系统调用关键词所指的函数，并传入所解析的参数，所调用的函数对所传入的参数处理成为后台支持系统(如ArcGIS或SuperMap)所需要的参数并调用后台支持系统所提供的函数。
步骤5：后台解译系统将所处理的结果直接保存为【输出】信息中的图层，当使用KX_Mapping关键词时，输出的是专题图，当使用KX_Statistic关键词时，输出的为统计表，输出位置为说明栏中所指定的相对表位置。
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新型地理计算模式，其特征在于，该计算模式包括智能化文档系统、地理模型计算控制系统和后台解译系统；
所述智能化文档系统采用自然语言通过WORD文档进行计算任务、评价模型和计算过程的描述；
所述地理模型计算控制系统获取任务名称并驱动所述后台解译服务系统；
所述后台解译服务系统用于对所述智能化文档系统中的WORD文档进行解译与执行，并将执行结果输出。
2.根据权利要求1所述的新型地理计算模式，其特征在于，所述智能化文档系统包括计算任务注册模块、评价方法描述模块、输入与控制模块、计算模块和图表模块；
所述计算任务注册模块用于对所有计算任务进行注册，并对每个所注册的计算任务采用自然语言进行描述；
所述评价方法描述模块采用自然语言通过文字和公式对地理计算模型或评价模型的原理进行描述；
所述输入与控制模块通过解读所述评价方法描述模块中所描述的信息内容，解析出进行地理计算所需的起算数据，并通过WORD表格进行规范化的描述；
所述计算模块用于将所述输入与控制模块所描述的计算过程通过规范化的形式在WORD表格中进行描述；
所述图表模块用于将DAS地理计算模式中输出结果直接嵌入WORD文档中。
3.根据权利要求2所述的新型地理计算模式，其特征在于，所述计算任务注册模块包括两部分内容，一是对所有计算任务进行注册，二是对每个所注册的计算任务进行描述形成任务注册表，任务注册表包括任务名称，工作空间和任务位置。
4.根据权利要求2或3所述的新型地理计算模式，其特征在于，所述输入与控制模块包括输入图层模块和计算控制模块；
所述输入图层模块用于描述图层语义、图层名称，参考页和值及说明，其中，图层语义用于描述输入图层的语义；图层名称用于物理图层的保存；参考页用于指出该图层数据在《技术指南》中的描述；值及说明用于说明图层主要属性的取值及其所表达的含义，上述内容构成输入与控制表；
所述计算控制模块用于指定该项计算任务中的计算步骤，具体为：
1)无数据，表示计算所有步骤；
2)用“，”分割数字；
3)用“：”或“-”表示步骤连续。
5.根据权利要求4所述的新型地理计算模式，其特征在于，所述计算模块的计算算过程包括由【步骤】、【操作说明】、【输入】、【操作】、【输出】和【说明】构成的输入计算过程表，其中，
【步骤】为行序号，所述计算控制模块步骤所指的步骤即是这里的行序号；
【操作说明】为进行计算时的显示部分；
【输入】为输入图层的图层名称，根据所使用的【关键词】的不同，可由1个或多个图层；
【操作】包括【说明】和【关键词】两部分组成，其中，【说明】部分包括操作的类型描述或附加说明，【关键词】部分中的标识与关键词分两行表示，标识行中可以表示关键词中各参数的含义；
【输出】为该计算步骤的输出图层，包括图层名称和物理图层两部分；
【说明】为对该计算步骤的补充说明。
6.根据权利要求3所述的新型地理计算模式，其特征在于，所述地理模型计算控制系统获取任务名称并驱动所述后台解译服务系统，具体为：
步骤1：在WORD自定义工具区中选取需要进行计算的任务，将其转换为WORD文档中所描述的任务名称，并将其作为运行参数，启动后台解译服务系统；
步骤2：后台解译服务系统根据所传入的任务名称，在WORD文档中的任务表中查询该任务所对的输入与控制表的表标识；
步骤3：进入后台解译服务系统进行操作。
7.根据权利要求5所述的新型地理计算模式，其特征在于，所述后台解译服务系统对所述智能化文档系统中的WORD文档进行解译与执行，具体过程为：
步骤1：加载WORD操作库；
步骤2：通过表标号定位输入控制表，读取表中输入图层信息以及计算步骤信息；
步骤3：通过表标号定位输入计算过程表，根据计算步骤信息读取相应行的计算步骤信息，包括【输入】信息、【操作】信息以及【输出】信息，在【操作】信息栏中搜索【关键词】后的内容，得到【关键词】信息；
步骤4：后台解译系统调用关键词所指的函数，并传入所解析的参数，所调用的函数对所传入的参数处理；
步骤5：后台解译系统将所处理的结果直接保存为【输出】信息中的图层。
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