CN112949061B - 基于可复用算子的村镇发展模型构建方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于可复用算子的村镇发展模型构建方法和系统，其中系统包括：算子管理模块、模型构建模块、模型测试模块、模型输出与共享模块，前端交互模块和图数据库；方法包括以下步骤：S101，确定所要使用的村镇发展模型；S102，在模型构建界面中，得到基于算子组合的模型；S103，确定当前所构建模型的模型类型、模型名称和模型简述；S104，生成模型的可执行文件；S105，对模型进行模型测试；S106，模型输出与共享。本发明通过算子复用、算子组合和模型共享，减少了开发人员的开发强度,降低了建模难度，增强了模型的共享和应用能力。

Description

基于可复用算子的村镇发展模型构建方法和系统

技术领域

本发明涉及建模领域，尤其涉及一种基于可复用算子的村镇发展模型构建方法和系统。

背景技术

面向当前我国大部分村镇地区发展落后的问题，需要对村镇发展开展村镇发展监测、评估、预测模拟、智能管控等多个环节的研究，各个环节均需要复杂的模型予以支撑，辅助各关键环节研究的开展。传统的模型构建实践主要是开发人员依次对分配的各个模型进行代码编写，然后对团队各开发人员所开发的模型代码进行统一部署。模型部署完毕后供研究技术人员应用。

然而对一个或多个模型而言，可以将其实现算法分解为多个子算法，若开发人员以模型为单位进行开发，对多个模型共享一个或部分子算法的情形，由此便造成了同一子算法在不同模型中的重复编写。此外，由于不同开发人员的代码编写习惯不同，也由此造成在不同模型中同一子算法的编写代码不同，增加了对同一子算法代码进行测试的工作量。另外，这一模型构建模式对于不懂开发语言的研究技术人员而言存在很大的技术壁垒，不懂开发语言即无法参与到模型构建过程中。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于可复用算子的村镇发展模型构建方法和系统，根据算法实现的逻辑进行算子间的逻辑关系组合就能进行模型构建的方法。

本发明提供一种基于可复用算子的村镇发展模型构建的系统，其包括：算子管理模块、模型构建模块、模型测试模块、模型输出与共享模块、前端交互模块以及图数据库；

所述图数据库包括算子图数据库和模型数据图数据库两个数据库，其中算子图数据库用来保存开发完成的算子，模型数据图数据库用来保存构建的模型；

所述前端交互模块，用于在前端交互层显示用户交互界面，以及接收用户在用户交互界面输入的数据或指令；

所述算子管理模块，用于管理开发人员开发的多维度算子，至少包括算子开发和算子注册两个子模块；

所述模型构建模块基于算子管理模块中存储的算子，按照模型实现的逻辑进行算子间的逻辑关系及相关设置，实现复杂模型的构建；

所述模型测试模块，用于对构建的模型进行测试，当用户选定一个模型后，系统根据所选定模型的唯一标识符获取模型的输入参数列表，其中包含每个参数的名称和类型，以及根据各个参数的类型自动识别的可用选择的数据列表，根据输入参数列表生成相应的模型测试界面，用户在该界面中输入或选择符合输入参数格式的数据，并在模型运行界面显示模型运行进度，最后输出模型运行结果，完成模型测试性运行；

所述模型输出与共享模块用于将测试完毕的模型共享；具体为将图数据库中的模型生成一个对应的模型服务，其它信息化系统通过该模型服务对图数据库中的模型进行调用；模型被调用后在模型服务器端按照模型包含的算子逻辑依次执行相关算子，模型完成计算后将计算结果返回给调用端。

优选的，所述用户交互界面分为两个部分，第一部分为指令显示界面，其包括保存、打开、删除、新建指针连接、编号、模型描述、模型生成、测试和共享指令，第二部分为操作界面，操作界面根据不同的操作进程或指令显示不同的界面，包括算子管理界面、模型构建界面、模型测试界面、模型运行界面以及数据展现界面。

优选的，所述算子管理模块，用于管理开发人员开发的多维度算子，至少包括算子开发和算子注册两个子模块；具体为：

所述算子开发模块是把通用性较强的计算逻辑按照统一的规范要求，采用适合的开发语言进行功能函数的开发；按照算子规范要求，对算子输入参数的类型和输出参数的类型进行限定，并将计算逻辑封装为静态功能函数；

所述算子注册模块是将开发完成的算子存储在算子管理图数据库中，同步需要保存的算子信息包括算子名称、算子标识符、其对应的静态功能函数的路径、各个输入和输出参数的名称、类型信息。

优选的，所述模型构建模块包括：算子选择单元、算子连接单元、参数提示单元、模型描述单元和模型生成单元；各单元具体实现如下：

所述算子选择单元，用于从算子管理模块中选择实现某个具体模型所需的算子到模型显示单元，被选择的算子以算子控件的方式显示在用户交互界面中的模型构建界面，每个算子控件包括算子部和输出部两部分；当一个算子在一个模型中被选择超过一次时，算子名称自动显示为算子名称后加被选择的次数减1；

所述算子连接单元，基于具体模型实现的逻辑进行算子间的逻辑关系设置；算子连接单元2022包括指针单元和编号单元；指针单元用来基于有向指针连接具有直接先后顺序的算子，编号单元用来设定算子的执行顺序；

所述参数提示单元，用于对算子输入输出参数设定提示信息；输入参数提示用于在模型执行过程所必须的数据输入所在算子处进行与该模型对应的数据输入提示设定；输出参数提示用于在模型执行过程中需要进行结果输出的算子输出结果处设定累计至该算子的执行结果为输出结果，并定义该输出结果的名称；

所述模型描述单元，用于设定模型类型、模型名称和模型简述；

所述模型生成单元，用来生成模型唯一标识符及模型数据在图数据库中的存储，同时模型唯一标识符作为该模型的属性信息之一存储。

优选的，所述模型描述单元，用于设定模型类型、模型名称和模型简述；具体实现如下：

所述模型类型用于选择所创建模型的类型，其包括公共模型与私有模型，归属于公共模型的模型供所有用户可见、运行和共享，归属于私有模型的模型仅自己可见；

所述模型名称用于用简要的字符组合形成模型名称的唯一标识，简要的字符组合包括：文字、字母和数字三种形式中的一种，或者三种形式中的任何两者或两者以上进行组合；

所述模型简述用于用简要的文字对模型所实现的核心算法进行描述。

优选的，所述模型测试模块包括：参数输入单元、模型运行单元和模型结果单元；各单元具体实现如下：

所述参数输入单元，用于提示用户输入模型运行必要的参数数据，用户依据提示信息依次输入或选择符合输入参数格式的数据，进行模型测试性运行；

所述模型运行单元，实现将模型计算过程中执行的算子按照执行次序返回至模型运行界面，同时呈现模型执行的进度；在模型执行过程中若发生异常，则将详细的异常信息返回至模型测试界面，辅助用户进行模型计算逻辑的调整；

所述模型结果单元，用于输出模型运行结果；模型执行完毕后，将模型计算结果通过前端交互模块在数据展现界面显示给用户，模型计算结果的信息包括结果数据的类型和数据值；用户在进行结果数据浏览时，模型结果单元根据返回结果的数据类型自动调整至对应的数据展现界面进行数据的呈现。

本申请还公开了一种基于可复用算子的村镇发展模型构建的方法，其包括以下步骤：

S101，确定所要使用的村镇发展模型；

确定本次需要实现的村镇发展模型及其实现步骤；

S102，在模型构建界面中，按照步骤S101所确定的具体算法实现逻辑进行逻辑关系组合，以得到基于算子组合的模型，具体包括以下子步骤：

S1021，打开模型构建界面；

在指令显示界面选择新建或编辑指令，通过前端交互模块205启动模型构建模块，通过新建指令直接打开一个空白的模型构建界面,或者通过编辑指令输入已有模型名称，在打开的模型构建界面上显示该已有模型的逻辑关系；

S1022，在算子管理界面中选择算子，在模型构建界面中显示被选择的算子；

根据需要将选择的算子名称拖拽至模型构建界面或者双击算子名称进行选择，在模型构建界面显示相应算子控件，算子显示的名称为所选算子名称，当一个算子被选择超过一次时，算子名称自动显示为算子名称后加被选择的次数减1；

S1023，使用算子连接单元根据步骤S101确定的基于具体模型实现的逻辑进行算子间的逻辑关系组合；

S1024，设定每个算子的输入输出参数；

双击算子控件的算子部或输出部会启动参数提示单元2023，双击算子控件的算子部，根据提示设定输入到算子中的参数；双击算子控件的输出部，选择输出的参数；

步骤S1022-S1024根据需要交替使用；

S103，确定当前所构建模型的模型类型、模型名称和模型简述；

S104，生成模型的可执行文件；

在指令显示界面选择模型生成指令，启动模型生成单元2025生成可执行文件，并将模型唯一标识符及模型数据存储在模型数据图数据库中，可执行文件名称为在步骤S103中模型名称项中设置的模型名称，可执行文件名和模型唯一标识符相关联，用于执行模型时在模型数据图数据库中找到模型数据；

S105，对模型进行模型测试；

在模型测试界面对话框中输入需要测试的模型名称，点击确定按钮；模型测试模块基于设定的模型执行起点所必须的输入参数提示输入必要的输入参数，点击运行按钮；依照构成模型的算子执行序号以及各关联算子间的逻辑关系依次执行，直至模型设定的最后一个算子执行完毕，本轮模型执行完毕；若模型执行过程中断，则返回到步骤S102中进行模型构建过程的逻辑检查，调整完毕后需要再次进行模型测试，直至模型测试无误；

S106，模型输出与共享；

模型输出与共享用于第三方系统调用与使用模型，支持以服务的方式对模型进行共享，使得第三方系统通过服务地址进行模型的调用，并返回符合规范的计算结果。

优选的，所述步骤S1023，使用算子连接单元根据步骤S101确定的基于具体模型实现的逻辑进行算子间的逻辑关系组合；具体实现步骤为：

在指令显示界面选择指针连接指令，使用有向箭头控件连接相关的两个算子；通过多次指针连接指令，将所有算子连接在一起，构成由指针和算子组成的有向无环图；

在指令显示界面选择编号指令，启动算子连接单元中的编号单元，使用编号单元对模型中的每个算子分别添加执行顺序，添加完成后执行顺序会在算子下方显示相应的算子执行序号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、构建包含多种类型的算子，所有的算子均通过统一的开发语言进行代码编写，并以功能函数形式封装为功能函数，算子图数据库中所包含的算子数量随着各类型模型构建的需要持续增多，各算子也可以在一个或多个模型中重复使用，使得模型开发人员无需每次都要进行模型的全流程开发，大大减少了开发人员的开发强度。

2、通过构建一种基于具体算法实现的逻辑进行算子间逻辑关系组合进而构造为某一具体模型的方式，保证了模型构建同时对于开发人员和研究技术人员的适用性，对开发人员而言，避免了对每一模型均需进行全流程开发，对研究技术人员而言，无需掌握开发语言，理解模型所要实现算法的计算逻辑即可完成模型的构建。

3、通过一种基于可复用算子的村镇发展模型构建的系统，通过算子管理模块、模型构建模块、模型测试模块、模型输出与共享模块，使得开发人员和研究技术人员可以极大程度的依据自身需要进行模型构建与测试，测试完毕一键分享即可实现模型在第三方系统的应用，大大增强了模型的共享和应用能力。

附图说明

图1是基于可复用算子的村镇发展模型构建的系统结构示意图；

图2是模型构建模块的结构示意图；

图3(a)算子控件的算子部输入信息设定示意图；

图3(b)算子控件的输出部输出信息设定示意图；

图4是基于村镇发展模型实现逻辑进行的算子间逻辑关系组合示意图；

图5是模型测试模块的结构示意图；

图6是模型测试界面示意图；

图7是基于可复用算子的村镇发展模型构建方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了使本发明的发明内容、技术方案更容易理解和实施，以下结合附图和实施例，对本发明做更详细的描述说明。应理解，对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对本实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解，并不是全部的实施例，此处所描述的具体实施例仅被用于解释本发明，并不限定本发明。

下面结合附图详述本发明实施例提供的基于可复用算子的村镇发展模型构建方法和系统。

如图1所示，基于可复用算子的村镇发展模型构建的系统，包括：算子管理模块201、模型构建模块202、模型测试模块203、模型输出与共享模块204、前端交互模块205以及图数据库206。其中前端交互模块205属于应用系统的前端交互层，算子管理模块201、模型构建模块202、模型测试模块203、模型输出与共享模块204以及图数据库206都属于系统的数据服务层。

系统的数据服务层可以实现对图数据库中模型的读写、检索操作。前端交互层通过调用数据服务完成对图数据库中的模型所包含的算子及其逻辑关系的获取、更新等操作。前端交互层通过数据服务层获取模型基础信息、包含的算子及其之间的逻辑关系信息，在基于开源的数据可视化和交互框架基础上实现模型的算子之间的逻辑关系的图形化展现、关系的更新、添加、删除等交互操作，同时触发对模型数据更新服务的调用，实现图数据库信息的同步更新。

基于可复用算子的村镇发展模型构建的应用系统各模块具体组织形式及功能实现如下：

图数据库206包括算子图数据库和模型数据图数据库两个数据库，其中算子图数据库用来保存开发完成的算子，模型数据图数据库用来保存构建的模型。

前端交互模块205，用于在前端交互层显示用户交互界面，以及接收用户在用户交互界面输入的数据或指令。用户交互界面分为两个部分，第一部分为指令显示界面，除了包括通常的保存、打开、删除、新建等指令，还包括特有的指针连接、编号、模型描述、模型生成、测试、共享等指令，具体指令的设定本领域技术人员可以根据需要进行选择；第二部分为操作界面，操作界面可以根据不同的操作进程或指令显示不同的界面，如算子管理界面、模型构建界面、模型测试界面、模型运行界面、数据展现界面等。

算子管理模块201，用于管理开发人员开发的多维度算子，至少包括算子开发和算子注册两个子模块。

算子开发模块是把通用性较强的计算逻辑按照统一的规范要求，采用适合的开发语言进行功能函数的开发。按照算子规范要求，对算子输入参数的类型和输出参数的类型进行限定，并将计算逻辑封装为静态功能函数。

算子注册模块是将开发人员开发完成的算子存储在算子管理图数据库中，同步需要保存的算子信息包括算子名称、算子标识符、其对应的静态功能函数的路径、各个输入和输出参数的名称和类型等信息。算子名称是该算子在用户交互界面显示的名称，是算子在前端交互层的唯一标识，算子标识符是算子在算子管理图数据库中的唯一标识，前端交互层和算子管理图数据库中的算子通过算子名称和算子标识符相互关联。

前端交互模块205将算子以列表的方式分类显示在用户交互界面中的算子管理界面，算子包括多个类型，包括但不限于空间转换类、空间分析类、空间统计类、机器学习类。

空间转换类包含将空间栅格数据转换为矢量数据的栅格转点算子、栅格转线算子、栅格转面算子、将空间矢量数据转换为栅格数据的点转栅格算子、线转栅格算子、面转栅格算子等。

空间分析类包含缓冲区算子、点到点距离算子、点到矢量线/面数据的最近距离算子、核密度算子、欧式距离算子、焦点统计算子、重分类算子、分区统计算子等。

空间统计类包含自相关算子、最临近指数算子、局部自相关算子、热点分析算子、平均中心算子、标准差椭圆算子、空间权重矩阵构建算子等。

深度学习类包含激活算子、正则化算子、张量算子、归一化算子、维度变换算子、滑窗算子、卷积算子、拉普拉斯算子等。

用户交互界面的算子以算子控件的方式供用户使用，每个算子控件包括算子部和输出部两部分，算子部用来接收算子所需的输入参数。输出部用来设定算子的输出参数，包括输出名称和输出类型。

算子管理模块中的每个算子可以独立构建为一个具体模型，也可以构建为某个具体模型的一个步骤或环节，因此为实现某个模型所选择的算子可以为一个也可以为多个，一个算子也可以重复多次使用。

模型构建模块202基于算子管理模块201中存储的算子，按照某个具体模型实现的逻辑进行算子间的逻辑关系及相关设置，实现复杂模型的构建。

模型构建模块202包含多个子单元，具体为包括：算子选择单元2021、算子连接单元2022、参数提示单元2023、模型描述单元2024和模型生成单元2025，如图2所示，各单元具体实现方式如下：

算子选择单元2021，用于从算子管理模块中选择实现某个具体模型所需的算子到模型显示单元。当确定选择某算子后，前端交互模块205将该算子以算子控件的方式显示在用户交互界面中的模型构建界面，以供用户使用。每个算子控件包括算子部和输出部两部分。算子控件的算子部会显示算子名称，算子控件的输出部显示算子控件的输出参数。当一个算子在一个模型中被选择超过一次时，算子名称自动显示为算子名称后加被选择的次数减1。例如，当欧式距离算子被选择3次时，则在模型构建界面中，第一次选择的欧式距离算子以名称“欧式距离算子”显示，第二次选择以名称“欧式距离算子(1)”显示，第三次选择以名称“欧式距离算子(2)”显示。

算子连接单元2022，基于具体模型实现的逻辑进行算子间的逻辑关系设置。算子连接单元2022包括指针单元和编号单元。指针单元用来基于有向指针连接具有直接先后顺序的算子，编号单元用来设定算子的执行顺序。

指针单元使用指针连接具有直接先后顺序的算子，表征了指针相连的算子间的执行顺序约束，通过前端交互模块205以有向箭头的方式在模型构建界面进行显示。例如，一种情况是：由算子a指针指向算子b，算子b指针指向算子c，则表示算子a和算子b存在直接关联，算子b和算子c存在直接关联，算子a和算子c不存在直接关联。在执行顺序上，算子b的执行必须在算子a执行完成之后进行,算子c的执行必须在算子b执行完成之后进行。另一种情况是：由算子a指针指向算子b，算子b指针指向算子c，算子a指针指向算子c，则表示算子a和算子b存在直接关联，算子b和算子c存在直接关联，算子a和算子c存在直接关联。在执行顺序上，算子b的执行必须在算子a执行完成之后进行,算子c的执行必须在算子a和算子b执行完成之后进行。

但是由指针和算子组成的有向无环图无法指示由算子组合形成的模型的执行顺序，因此还需要使用编号单元对模型中的每个算子分别添加执行顺序。

编号单元具体实现为先选中算子，然后通过编号单元设定执行序号。当编号单元为算子设定执行序号后，通过前端交互模块在模型构建界面中相应的算子下方会显示算子执行序号。通常以序号0所在的算子表示模型执行的起点，以模型中最大序号所在的算子表示模型执行的终点。特别的当算子a指针指向算子b时，若算子a的执行序号为n，则算子b的执行序号必然大于n。

本发明实施例中，基于用地模拟算法实现的逻辑进行算子间的逻辑关系组合，如图4所示，以有向指针连接的算子间有直接的执行先后顺序关系，以CA模拟算子为例，有执行序号为5、7、8、9、4、10的算子以指针指向CA模拟算子，表征了CA模拟算子与执行序号为5、7、8、9、4、10的算子之间的直接关系，CA模拟算子的执行需要在执行序号为5、7、8、9、4、10的算子全部执行完毕之后方可执行。此外基于算子的执行序号也指示了算子间的先后执行关系，CA模拟算子的执行序号为11，均大于指向该算子的指针另一侧算子的执行序号，也表征了CA模拟算子的执行需要在指向该算子的指针另一侧算子执行完毕后方可执行。

如图4所示，显示了基于元胞(Cellular Automaton，CA)自动机的村镇建设用地模拟模型实现时在模型构建界面显示的算子间的逻辑关系组合示意图。

参数提示单元2023，用于对算子输入输出参数设定提示信息。输入参数提示主要用于在模型执行过程所必须的数据输入所在算子处进行与该模型对应的数据输入提示设定。输出参数提示主要用于在模型执行过程中有必要进行结果输出的算子输出结果处设定累计至该算子的执行结果为输出结果，并定义该输出结果的名称。

在本实施例中每个算子控件的算子部显示形状为正方形，输出部显示形状为圆形，通过从算子部指向输出部的有向箭头连接。参数提示单元2023在算子控件的算子部设定算子所需的输入信息，包括参数输入提醒信息、输入参数个数、以及输入类型等，在输出部设定算子的输出信息，包括输出名称和输出类型。以CA模拟算子为例，输入参数提示如图3(a)所示，主要包括参数：历史用地数据1、历史用地数据2、现状用地数据、模拟栅格分辨率；起始时刻、验证时刻、模拟时刻；最终模拟规模阈值参数；输出参数提示该算子输出结果作为输出，输出结果名称为“基于逻辑斯蒂(logistic)的CA用地模拟栅格结果”，如图3(b)所示。

模型描述单元2024，主要用于设定模型类型、模型名称、模型简述三方面内容。

模型类型主要用于选择所创建模型的类型，包括公共模型与私有模型，归属于公共模型的模型可以供所有用户可见、运行、共享，归属于私有模型的模型仅自己可见。

模型名称主要用于用简要的字符组合形成模型名称的唯一标识，简要的字符组合包括：文字、字母、数字，可以仅使用三种形式中的一种，也可以使用三种形式中的任何两者或两者以上进行组合。

模型简述用于用简要的文字对模型所实现的核心算法进行描述。

模型生成单元2025，用来生成模型唯一标识符及模型数据在图数据库中的存储，同时模型唯一标识符作为该模型的属性信息之一存储。

模型数据存储在图数据库的模型数据图数据库中，在模型数据图数据库中将每个算子作为节点(Node)进行存储，算子的输入参数和输出参数作为节点的属性信息，同时模型唯一标识符作为每个算子的属性之一。每个模型所包含的算子之间的关系采用边(Edge)的方式进行存储,上游算子的输出参数的唯一标识符和下游相接的输入参数的唯一标识符作为边的属性信息之一进行存储，同时模型唯一标识符作为边的属性之一进行存储。通过上述方式在图数据库中实现模型所包含的算子及算子之间的逻辑关系的数据存储。

模型测试模块203，用于对上述构建的模型进行测试，用户选定一个模型，系统根据所选定模型的唯一标识符获取模型的输入参数列表，其中包含每个参数的名称和类型，以及根据各个参数的类型自动识别的可用选择的数据列表，根据输入参数列表生成相应的模型测试界面，用户在该界面中可以输入或选择符合输入参数格式的数据，并在模型运行界面显示模型运行进度，最后输出模型运行结果，完成模型测试性运行。模型测试模块203包括参数输入单元2031、模型运行单元2032和模型结果单元2033，如图5所示。

参数输入单元2031，用于提示用户输入模型运行必要的参数数据，用户依据提示信息依次输入或选择符合输入参数格式的数据，进行模型测试性运行。

模型运行单元2032，实现将模型计算过程中执行的算子按照执行次序返回至模型运行界面，同时呈现模型执行的进度。在模型执行过程中若发生异常，则将详细的异常信息返回至模型测试界面，辅助用户进行模型计算逻辑的调整。模型运行单元会依照模型运行进度显示模型的完成度，模型运行完成后进度达到100％。本发明实施中，模型执行过程中每一个过程算子执行完毕均会在模型运行界面显示累计至该过程算子执行完毕所对应的已执行完毕的算子执行序号。以用地模拟模型的运行为例，如图6所示，表示该模型过程已执行完毕6个算子，模型运行进度为46％(6/13)。若模型执行过程中断，显示模型过程中累计执行完毕的算子序号则停止更新，指示最后一个算子执行序号所对应的算子处存在逻辑错误，则需要回到模型构建模块202进行模型构建过程的逻辑检查，调整完毕后可再次进行模型测试，直至模型测试无误。以用地模拟模型的运行为例，如图6所示，若当前运行过程中止在执行序号为5的算子处，则表明执行序号为5的算子存在逻辑错误，需进行必要的检查与调整。

模型结果单元2033，用于输出模型运行结果。模型执行完毕后，将模型计算结果通过前端交互模块205在数据展现界面显示给用户，模型计算结果的信息包括结果数据的类型和数据值。用户在进行结果数据浏览时，模型结果单元2033会根据返回结果的数据类型自动调整至对应的数据展现界面进行数据的呈现。

数据呈现形式可以分为数据图表类和空间地图类。数据图表类输出形式主要包括数据表格形式、折线图、条形图、柱状图等数据图。空间地图类主要包括基于矢量数据的分段设色等级图、栅格图。

模型输出与共享模块204：用于将测试完毕的模型共享。

模型输出与共享实现将图数据库中的模型生成一个对应的模型服务，其它信息化系统可通过该模型服务对图数据库中的模型进行调用。模型被调用后在模型服务器端按照模型包含的算子逻辑依次执行相关算子，模型完成计算后将计算结果返回给调用端。

模型服务包括模型唯一标识符和参数两部分，模型唯一标识符表示模型服务需要调用的模型，参数为该模型对应的服务地址，服务地址生成方式为：根据模型唯一标识符在模型数据图数据库中进行条件检索，获取模型的输入参数列表，模型输入参数列表项中包含各个输入参数的唯一标识符和输入参数名称，根据该模型输入参数列表生成一个该模型对应的服务地址，该服务地址包含模型输入参数的唯一标识符和输入参数名称。

对应于基于可复用算子的村镇发展模型构建的系统，本实施例还提供一种基于可复用算子的村镇发展模型构建的方法：

图7示出了本发明实施例提供的基于可复用算子的村镇发展模型构建的方法，实现流程，方法包括以下步骤：

S101，确定所要使用的村镇发展模型。

村镇发展模型有很多种，确定本次需要实现的村镇发展模型及其实现步骤。村镇发展模型及其实现步骤可以是现有的模型和步骤，也可以是自行设计的模型和步骤。

本实施例中，以基于元胞(Cellular Automaton，CA)自动机的村镇建设用地模拟模型为例(简称用地模拟模型)，希望将面状禁止类影响因子、线状禁止类影响因子、面状适宜类影响因子、线状适宜类影响因子、特殊类影响因子输入到CA模拟算子中，进行综合考虑。因为CA模拟算子接受的影响因子必须是栅格的，因此需要将输入的影响因子都转换为CA模拟算子可接受的格式。对于面状禁止类影响因子先计算欧式距离，再经过重分类后输入到CA模拟算子中；对于线状禁止类影响因子经过缓冲区处理，得到缓冲区矢量，然后也经过计算欧式距离和重分类后输入到CA模拟算子中；对于面状适宜类影响因子经过面转栅格再标准化后输入到CA模拟算子中；对于线状适宜类影响因子先计算欧式距离再标准化后输入到CA模拟算子中；对于特殊类影响因子直接面转栅格后输入到CA模拟算子中；CA模拟算子还需进行领域设定参数，因此还需要领域设定算子，当CA模拟算子结束后输出的也是栅格文件，如果此时需要的就是栅格文件，就可以结束操作，如果需要得到shp文件，还需要在CA模拟算子后使用栅格转面算子才能得到需要的shp文件。

S102，在模型构建界面中，按照S101所确定的具体算法实现逻辑进行逻辑关系组合，以得到基于算子组合的模型，具体包括以下子步骤：

S1021，打开模型构建界面。

在指令显示界面选择新建或编辑指令，通过前端交互模块205启动模型构建模块，打开模型构建界面，新建直接打开一个空白的模型构建界面,编辑指令需要输入已有模型名称，在打开的模型构建界面上显示该已有模型的逻辑关系。

S1022，在算子管理界面中选择算子，在模型构建界面中显示被选择的算子。

进入算子管理界面后首先选择分类，每个分类中显示相应的算子名称列表，当鼠标移到算子名称上时，可以显示与该算子名称相对应的算子计算逻辑(或公式)、必要的输入及输出参数等信息。根据需要将选择的算子名称拖拽至模型构建界面或者双击算子名称进行选择，此时通过前端交互模块启动算子选择单元2021在模型构建界面显示相应算子控件，算子名称自动显示为算子名称。当一个算子被选择超过一次时，算子名称自动显示为算子名称后加被选择的次数减1。

本发明实施例中，根据CA算法的村镇建设用地模拟模型的实现步骤可知，从模型所需的数据输入、数据处理、参数设定、规则模拟、结果输出的全过程概括用地模拟模型所需的基础算子包括：缓冲区算子一个、欧式距离算子三个、面转栅格算子二个、重分类算子二个、标准化算子二个；用于参数设定的邻域设定算子一个；用于规则模拟的CA模拟算子一个；用于结果输出的栅格转面算子一个，将所需算子全部放入算子显示单元。

S1023，使用算子连接单元根据步骤S101确定的基于具体模型实现的逻辑进行算子间的逻辑关系组合，具体包括：指针单元和编号单元。

在指令显示界面选择“指针连接”指令，启动算子连接单元2022中的指针单元，使用有向箭头控件连接相关的两个算子，具体操作可分两种方式实现，第一种，在模型构建界面直接使用有向箭头控件连接相关的算子，此时指针单元记录两个算子的连接关系，如：直接使用箭头连接算子a到算子b，此时指针单元相应的记录算子a指向算子b；第二种，在有向箭头控件上直接设置算子a指针指向算子b，此时指针单元相应的记录算子a指针指向算子b，同时在模型构建界面上有向箭头控件移动至算子a和算子b之间。通过多次指针连接指令，可将所有算子连接在一起，构成由指针和算子组成的有向无环图。

在指令显示界面选择“编号”指令，启动算子连接单元2022中的编号单元，使用编号单元对模型中的每个算子分别添加执行顺序，添加完成后执行顺序会在算子下方显示相应的算子执行序号。进一步，编号单元会根据指针单元中算子的连接关系来检查执行顺序是否合法，如：当算子a指针指向算子b时，若算子a的执行序号为4，此时选择算子b的执行序号为3，则出现相应提示信息要求修改算子b的执行序号。

本实施例构建的CA村镇建设用地模拟模型的算子间的逻辑关系组合如图4所示。

S1024，设定每个算子的输入输出参数。

双击算子控件的算子部或输出部会启动参数提示单元2023，双击算子控件的算子部，根据提示设定输入到算子中的参数；双击算子控件的输出部，选择输出的参数。

如图3(a)和图3(b)所示，以CA模拟算子为例，双击算子控件的算子部后，可将输入参数分别设定为：历史用地数据1、历史用地数据2、现状用地数据、模拟栅格分辨率；起始时刻、验证时刻、模拟时刻；最终模拟规模阈值参数；当双击算子控件的输出部时，将输出参数设定为“将CA算子输出结果作为输出”，以及输出结果名称为“基于逻辑斯蒂(logistic)的CA用地模拟栅格结果”，那么在此模型的执行过程中就会生成一个名称为“基于逻辑斯蒂(logistic)的CA用地模拟栅格结果”的输出结果。

本领域技术人员都知道步骤S1022-S1024可以根据需要交替使用，并不需要严格按照此顺序执行，比如可以在S1022选择算子后直接执行S1024设定每个算子的输入输出参数，再执行S1023进行算子之间的连接，也可以在S1023算子连接时发现缺少某个算子后，返回步骤S1022添加算子。

S103，确定当前所构建模型的模型类型、模型名称和模型简述。

在指令显示界面选择“模型描述”指令，启动模型描述单元2024，模型描述单元2024弹出模型描述对话框，在模型类型项中选择设置当前模型是公共模型还是私有模型；在模型名称项中直接输入模型名称；在模型简述项中用简要的文字对模型所实现的核心算法进行描述。点击模型描述对话框上的确定按钮后，模型描述单元2024保存模型类型、模型名称和模型简述。

本发明实施例中，所构建的用地模拟模型归为公共模型，可供所有用户可见、运行、共享；模型名称命名为基于逻辑斯蒂(logistic)的CA用地模拟模型；模型简述为通过构建多元自变量与离散的建设用地二分类变量之间的关系，辅以元胞邻域因子、各类影响因子模拟特定时刻各元胞为建设用地的概率。点击确定后，模型描述单元2024会保存这些信息。

S104，生成模型的可执行文件。

在指令显示界面选择“模型生成”指令，启动模型生成单元2025生成可执行文件，并将模型唯一标识符及模型数据存储在模型数据图数据库中，可执行文件名称为在步骤S103中模型名称项中设置的模型名称，可执行文件名和模型唯一标识符相关联，用于执行模型时在模型数据图数据库中找到模型数据。

本实施例中，因为模型名称命名为基于逻辑斯蒂(logistic)的CA用地模拟模型；因此会生成命名为“基于逻辑斯蒂(logistic)的CA用地模拟模型”的可执行文件。

S105，对模型进行模型测试。

在指令显示界面选择“模型测试”指令，启动模型测试模块203。在模型测试界面对话框中输入需要测试的模型名称，模型名称默认为最近生成的可执行文件名称，点击确定按钮；模型测试模块基于设定的模型执行起点所必须的输入参数提示输入必要的输入参数，点击运行按钮；依照构成模型的算子执行序号以及各关联算子间的逻辑关系依次执行，直至模型设定的最后一个算子执行完毕，本轮模型执行完毕。

模型执行完毕可以在结果展现界面查看模型运行结果，运行结果依据设定输出参数形式可以分为数据图表类、空间地图类。

数据图表类输出形式主要包括数据表格形式、折线图、条形图、柱状图等数据图。

空间地图类主要包括基于矢量数据的分段设色等级图、栅格图。

若模型执行过程中断，则返回到步骤S102中进行模型构建过程的逻辑检查，调整完毕后可再次进行模型测试，直至模型测试无误。

以用地模拟模型的运行为例，如图6所示，表示该模型过程已执行完毕6个算子，模型运行进度为46％(6/13)。若模型执行过程中断，显示模型过程中累计执行完毕的算子序号则停止更新，指示最后一个算子执行序号所对应的算子处存在逻辑错误，即序号为5的算子存在逻辑错误，则需要返回到步骤S102中进行模型构建过程的逻辑检查，调整完毕后可再次进行模型测试，直至模型测试无误。

S106，模型输出与共享。

本发明实施例中，模型输出与共享主要用于第三方系统调用与使用模型，支持以服务的方式对模型进行共享，使得第三方系统通过服务地址即可进行模型的调用，并返回符合规范的计算结果。

在指令显示界面选择“共享”指令，启动模型输出与共享模块204，出现对话框，输入要共享的模型名称，点击确认按钮，会生成一个与模型对应的模型服务，其它信息化系统可通过该模型服务对图数据库中的模型进行调用。模型被调用后在模型服务器端按照模型包含的算子逻辑依次执行相关算子，模型完成计算后将计算结果返回给调用端。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种基于可复用算子的村镇发展模型构建的系统，其特征在于，其包括：算子管理模块、模型构建模块、模型测试模块、模型输出与共享模块、前端交互模块以及图数据库；

所述图数据库包括算子图数据库和模型数据图数据库两个数据库，其中算子图数据库用来保存开发完成的算子，模型数据图数据库用来保存构建的模型；

所述前端交互模块，用于在前端交互层显示用户交互界面，以及接收用户在用户交互界面输入的数据或指令；

所述算子管理模块，用于管理开发人员开发的多维度算子，至少包括算子开发和算子注册两个子模块；

所述模型构建模块，基于算子管理模块中存储的算子，按照模型实现的逻辑进行算子间的逻辑关系及相关设置，实现复杂模型的构建；

所述模型测试模块，用于对构建的模型进行测试，当用户选定一个模型后，系统根据所选定模型的唯一标识符获取模型的输入参数列表，其中包含每个参数的名称和类型，以及根据各个参数的类型自动识别的可用选择的数据列表，根据输入参数列表生成相应的模型测试界面，用户在该界面中输入或选择符合输入参数格式的数据，并在模型运行界面显示模型运行进度，最后输出模型运行结果，完成模型测试性运行；

所述模型输出与共享模块，用于将测试完毕的模型共享；具体为将图数据库中的模型生成一个对应的模型服务，其它信息化系统通过该模型服务对图数据库中的模型进行调用；模型被调用后在模型服务器端按照模型包含的算子逻辑依次执行相关算子，模型完成计算后将计算结果返回给调用端；

所述模型构建模块包括：算子选择单元、算子连接单元、参数提示单元、模型描述单元和模型生成单元；各单元具体实现如下：

所述算子选择单元，用于从算子管理模块中选择实现某个具体模型所需的算子到模型显示单元，被选择的算子以算子控件的方式显示在用户交互界面中的模型构建界面，每个算子控件包括算子部和输出部两部分；当一个算子在一个模型中被选择超过一次时，算子名称自动显示为算子名称后加被选择的次数减1；

所述算子连接单元，基于具体模型实现的逻辑进行算子间的逻辑关系设置；算子连接单元包括指针单元和编号单元；指针单元用来基于有向指针连接具有直接先后顺序的算子，编号单元用来设定算子的执行顺序；

所述参数提示单元，用于对算子输入输出参数设定提示信息；输入参数提示用于在模型执行过程所必须的数据输入所在算子处进行与该模型对应的数据输入提示设定；输出参数提示用于在模型执行过程中需要进行结果输出的算子输出结果处设定累计至该算子的执行结果为输出结果，并定义该输出结果的名称；

所述模型描述单元，用于设定模型类型、模型名称和模型简述；

所述模型生成单元，用来生成模型唯一标识符及模型数据在图数据库中的存储，同时模型唯一标识符作为该模型的属性信息之一存储。

2.根据权利要求1所述的基于可复用算子的村镇发展模型构建的系统，其特征在于，所述模型描述单元，用于设定模型类型、模型名称和模型简述；具体实现如下：

所述模型类型用于选择所创建模型的类型，其包括公共模型与私有模型，归属于公共模型的模型供所有用户可见、运行和共享，归属于私有模型的模型仅自己可见；

所述模型名称用于使用简要的字符组合形成模型名称的唯一标识，简要的字符组合包括：文字、字母和数字三种形式中的一种，或者三种形式中的任何两者或两者以上进行组合；

所述模型简述用于使用简要的文字对模型所实现的核心算法进行描述。

3.根据权利要求1所述的基于可复用算子的村镇发展模型构建的系统，其特征在于，所述模型测试模块包括：参数输入单元、模型运行单元和模型结果单元；各单元具体实现如下：

所述参数输入单元，用于提示用户输入模型运行必要的参数数据，用户依据提示信息依次输入或选择符合输入参数格式的数据，进行模型测试性运行；

所述模型运行单元，实现将模型计算过程中执行的算子按照执行次序返回至模型运行界面，同时呈现模型执行的进度；在模型执行过程中若发生异常，则将详细的异常信息返回至模型测试界面，辅助用户进行模型计算逻辑的调整；

所述模型结果单元，用于输出模型运行结果；模型执行完毕后，将模型计算结果通过前端交互模块在数据展现界面显示给用户，模型计算结果的信息包括结果数据的类型和数据值；用户在进行结果数据浏览时，模型结果单元根据返回结果的数据类型自动调整至对应的数据展现界面进行数据的呈现。

4.根据权利要求1所述的基于可复用算子的村镇发展模型构建的系统，其特征在于，所述算子管理模块，用于管理开发人员开发的多维度算子，至少包括算子开发和算子注册两个子模块；具体为：

所述算子开发模块是把通用性较强的计算逻辑按照统一的规范要求，采用适合的开发语言进行功能函数的开发；按照算子规范要求，对算子输入参数的类型和输出参数的类型进行限定，并将计算逻辑封装为静态功能函数；

所述算子注册模块是将开发完成的算子存储在算子管理图数据库中，同步需要保存的算子信息包括算子名称、算子标识符、其对应的静态功能函数的路径、各个输入和输出参数的名称、类型信息。

5.根据权利要求1所述的基于可复用算子的村镇发展模型构建的系统，其特征在于，所述用户交互界面分为两个部分，第一部分为指令显示界面，其包括保存、打开、删除、新建指针连接、编号、模型描述、模型生成、测试和共享指令，第二部分为操作界面，操作界面根据不同的操作进程或指令显示不同的界面，包括算子管理界面、模型构建界面、模型测试界面、模型运行界面以及数据展现界面。

6.一种基于可复用算子的村镇发展模型构建的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S101，确定所要使用的村镇发展模型；

确定本次需要实现的村镇发展模型及其实现步骤；

S102，在模型构建界面中，按照S101所确定的具体算法实现逻辑进行逻辑关系组合，以得到基于算子组合的模型，具体包括以下子步骤：

S1021，打开模型构建界面；

在指令显示界面选择新建或编辑指令，通过前端交互模块205启动模型构建模块，通过新建指令直接打开一个空白的模型构建界面,或者通过编辑指令输入已有模型名称，在打开的模型构建界面上显示该已有模型的逻辑关系；

S1022，在算子管理界面中选择算子，在模型构建界面中显示被选择的算子；

根据需要将选择的算子名称拖拽至模型构建界面或者双击算子名称进行选择，在模型构建界面显示相应算子控件，算子显示的名称为所选算子名称，当一个算子被选择超过一次时，算子名称自动显示为算子名称后加被选择的次数减1；

S1023，使用算子连接单元根据步骤S101确定的基于具体模型实现的逻辑进行算子间的逻辑关系组合；

所述算子连接单元，基于具体模型实现的逻辑进行算子间的逻辑关系设置；算子连接单元2022包括指针单元和编号单元；指针单元用来基于有向指针连接具有直接先后顺序的算子，编号单元用来设定算子的执行顺序；

S1024，设定每个算子的输入输出参数；

双击算子控件的算子部，根据提示设定输入到算子中的参数；双击算子控件的输出部，选择输出的参数；

步骤S1022-S1024根据需要交替使用；

S103，确定当前所构建模型的模型类型、模型名称和模型简述；

S104，生成模型的可执行文件；

在指令显示界面选择模型生成指令，启动模型生成单元生成可执行文件，并将模型唯一标识符及模型数据存储在模型数据图数据库中，可执行文件名称为在步骤S103中模型名称项中设置的模型名称，可执行文件名和模型唯一标识符相关联，用于执行模型时在模型数据图数据库中找到模型数据；

S105，对模型进行模型测试；

在模型测试界面对话框中输入需要测试的模型名称，点击确定按钮；模型测试模块基于设定的模型执行起点所必须的输入参数提示输入必要的输入参数，点击运行按钮；依照构成模型的算子执行序号以及各关联算子间的逻辑关系依次执行，直至模型设定的最后一个算子执行完毕，本轮模型执行完毕；若模型执行过程中断，则返回到步骤S102中进行模型构建过程的逻辑检查，调整完毕后需要再次进行模型测试，直至模型测试无误；

S106，模型输出与共享；

模型输出与共享用于第三方系统调用与使用模型，支持以服务的方式对模型进行共享，使得第三方系统通过服务地址进行模型的调用，并返回符合规范的计算结果。

7.根据权利要求6所述的基于可复用算子的村镇发展模型构建的方法，其特征在于，所述步骤S1023，使用算子连接单元根据步骤S101确定的基于具体模型实现的逻辑进行算子间的逻辑关系组合；具体实现步骤为：

在指令显示界面选择指针连接指令，使用有向箭头控件连接相关的两个算子；通过多次指针连接指令，将所有算子连接在一起，构成由指针和算子组成的有向无环图；

在指令显示界面选择编号指令，启动算子连接单元中的编号单元，使用编号单元对模型中的每个算子分别添加执行顺序，添加完成后执行顺序会在算子下方显示相应的算子执行序号。