区位因子可视化研究

摘要：区位因子对一个地区的经济发展和政策制定，起着关键的作用，随着计算机技术的快速发展和信息化的普及，利用GIS、Web Service、软件工程等不同技术的结合，实现区位因子的快速、动态、全面、直观的可视化视图，已成为了现实。

关键词：区位因子； 可视化； GIS； Web Service； 系统

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）01-0191-04

1 概述

区域内的自然资源状况、人口分布状况、交通状况、教育水平、技术水平、工农业发展水平、消费水平、政治制度等等区位因素，对于区域的生产过程和社会经济活动产生了极大的影响。区位因子（或称区位因素）影响着区位主体的分布，它不仅包含可用货币度量的价值标准，也包含不能用货币测算的非经济因子。在区位经济的发展中，如何能把区位因子可视化的展现出来，对经济政策的制定以及决策者来说，起着至关重要的作用。由于地学现象的复杂性和地理过程的不确定性 ，空间数据的复杂性也已经远远超过了人的解译能力[1]，如何利用信息可视化技术，把一个区域内的不同因子快速动态直观全面的呈现出来，为区域的发展提供重要的数据支撑，已经成为了一个重要的研究课题。随着计算机技术、空间信息技术的快速发展，结合区位理论模型、数据库、WEB开发、分布式原理、GIS和RS等技术手段，利用强大的软件系统，通过网络线路来实现区位因子动态可视化已成为可能。

2 区位因子与可视化技术简介

2.1 区位因子

区位因子是指影响区位主体分布的原因。最早提出区位因子的是韦伯[2]，不同经济学家对其有不同的称谓，例如，哈特向与格林哈特称之为区位因素，艾萨德则称之为区位力量[3]。区位因子多位地理要素或同地理现象有关，这些因子可概括为六个方面：（1）自然因子，包括了自然条件和自然资源；（2）运输因子，居于不同位置的自然和经济因素的结合要通过运输来实现；（3）劳力因子，劳动力的数量和质量的地理分布是确定产业区位的重要考虑因素；（4）市场因子，主要指市场与企业的相对位置，市场的规模和市场的结构；（5）聚集因子，主要指产业在空间布置上的集中和分散；（6）社会因子，包括了政治、国防、文化等的要求，它们是超越经济的，也独立于地理环境。尽管在区位决策过程中，经济因子起着重要的作用，但有时一些非经济因子也不容忽视。比如决策者的行为、决策者个人的偏好、决策者的出生地，以及区位决策的模仿、区位政策、自然条件的作用和军事上的考虑等。区位因子是多方面的，不同的历史阶段有不同的社会要求[4]。

2.2 可视化技术

种类繁多的信息源产生的大量数据，远远超出了人脑分析解释这些数据的能力。由于缺乏大量数据的有效分析手段，大约有95%的计算被浪费，这严重阻碍了科学研究的进展。为此，美国计算机成像专业委员会提出了解决方法—可视化。可視化把数据转换成图形，给予人们深刻与意想不到的洞察力，在很多领域使科学家的研究方式发生了根本变化。可视化技术的应用大至高速飞行模拟，小至分子结构的演示，无处不在。在互联网时代，可视化与网络技术结合使远程可视化服务成为现实。随着可视化技术的快速发展，在不同领域的使用越来越广。

3 不同技术在区位因子可视化中的应用

3.1 遥感技术的应用

遥感技术是新兴起的一种探测技术，利用飞机或人造卫星等遥感平台通过遥感器获取地面信息，然后经过传感器传输到地面站，使用图像处理设备对地面接收到的遥感图像信息进行处理（几何校正、滤波等）以获取反映地物性质和状态的信息，把经过处理的信息提供给判释人员直接判释，或进一步用光学仪器或计算机进行分析，找出特征，与典型地物特征进行比较，以识别目标，最后打印成图，用于军事侦察、导弹预警、军事测绘、海洋监视、气象观测、地球资源普查、植被分类、土地利用规划、农作物病虫害和作物产量调查、环境污染监测、海洋研制、地震监测等方面。

解译好的遥感图像中，虽然我们能清晰的看到植被、道路、河流、城市、居民点、矿区分布、旅游景区等等一些内容，用区位因子来描述，就是自然因子、运输因子、劳力因子、聚集因子等等，但是这些因子的具体参数很少，有些需要我们在图上统计，有些图上根本就没有，例如河流的条数和长度、大中小矿区的数量，有些内容甚至会因为图像分辨率的问题，直接不能显示，遥感图像的更新速度不是很快，这样就造成了数据信息的滞后，区域的决策者们在参考数据时就不会精确。上述种种问题，说明了遥感对区位因子展现，也有不足之处。

3.2 专业GIS软件的使用

GIS软件是能提供存储、显示、分析地理数据功能的软件。主要包括数据输入与编辑、数据管理、数据操作以及数据显示和输出等。GIS的发展是一个摸索前进的过程， 完全是由于搞地图数字化以后，由用户的需求推动这个技术不断地往前发展[5]，在近30多年内取得了惊人的成果，广泛应用于资源调查、环境评估、灾害预测、国土管理、城市规划、邮电通讯、交通运输、军事公安、水利电力、公共设施管理、农林牧业、统计、商业金融等几乎所有领域。如ArcGIS、MapInfo、MapGIS等国内外专业软件，这些专业软件在显示区位因子时，只能将部分因子或因子的部分属性参数显示出来，例如，在一张ArcGIS绘制出来的地图上，我们只能看到一些地名、道路、湖泊、景点等地图要素，而其它的像植被、矿山、积雪以及不同区位因子数量和参数都很难详细看到，数据更新较慢，花费时间长，所以使用专业软件来可视化区位因子，也存在很多不足。

3.3 计算机技术的应用

计算机技术一般涉及到软件工程、网络技术和硬件等方面，软件工程是应用计算机科学理论和技术以及工程管理原则和方法，按照预算和进度，实现满足用户要求的软件产品的定义、开发、发布和维护的工程或以之为研究对象的学科[6]，它对于计算机软件的开发相当重要。

选择某种编程语言、软件开发工具和系统平台，使用数据库技术（如Oracle或SQL Server），采用标准的设计模式，利用网络和Web Service分布式原理，可以实现一个强大的B/S或C/S模式的分布式区位因子可视化系统（图1），但是这个系统的不足就在于脱离了遥感和GIS技术的支持，虽有骨架，却缺少血肉，这里的血肉指的就是空间数据和动态展示空间数据的第三方技术支持。

图1 分布式区位因子可视化系统

综上所述，利用遥感解译、GIS专业软件和计算机软件开发等技术，都未能实现区位因子快速动态全面的可视化，由此看来每种单一的技术都有自己特定的功能，对区位因子只能部分展现，要想完全实现区位因子的全方位可视化，必需使这几种技术进行结合，方能达到可视化的最佳效果。

4 可视化GIS系统的实现

4.1 多种技术手段的结合使用

区位因子包含了很多地理要素、与地理要素相关的现象以及经济和非经济因子等各种参数指标，要想建立一个不同因子共存的可视化系统，需要获得区域中各种因子的数据，系统中要涵盖各种区位理论模型进行分析，这是一项非常庞大而繁杂的任务，需要花费很长的时间和巨大的人力物力，所以要找到好的办法才能解决这个问题。为此我们要借助区域内各职能部门的力量，让他们来提供各自不同的数据，这些数据包含了已有的和将来所得的，已有的数据由职能部门经过网络上传到系统下所对应的分类因子中，未来的数据要及时更新到系统里，这样可视化系统里既有强大的数据支持又能及时更新，节省了时间又降低了成本。

数据是各种各样的，既有空间数据、也有一般的数字、文字、图像等，在获得和处理它们的时候要有一定的技术手段，否则数据不完整、标准不统一，可视化系统很难准确完整的呈现它们，对于系统用户来说没有多大的参考利用价值。空间数据需要借助遥感、勘探测量、GIS等所属部门的技术力量来实现，一般的数据只要标准规范，系统可以自行处理。所以强大的系统必然依赖于遥感、勘探测量、GIS和计算机等多种技术手段的完美结合，方可实现它的最佳效果。

区位因子可视化系统是基于GIS的系统，GIS是一种决策支持系统，它具有其它信息系统的各种特点[7]。一个GIS软件系统具备数据输入、数据编辑、数据存贮与管理、空间查询与空间分析、可视化表达与输出等五项基本功能[8]。所以可视化系统也具备了这些功能，而分布式技术使可视化系统的涵盖范围更广，涉及的职能部门更多，故包含的区位因子更全面，数据更充分。

4.2 基于GIS的分布式区位因子可视化系统

区位因子根据地理要素及其现象可划分为六类，按这种分法在系统中进行因子归类，系统的输入、查询、统计、分析、立体可视化视图等功能，方便不同部门用户和决策者们使用。在不同因子的下面分属不同的职能部门，对该因子下的数据进行维护管理，不同的用户分配了相应的权限，对系统功能的使用有范围限制，各类型的数据库通过Web Service可以相互间进行同步、异步调用，使不同数据可以进行完美结合输出。通过GIS强大的技术支持和可视化系统独特的功能，呈现了一个快速、动态、立体的全方位视图，供用户使用。具体流程见图2。

图2 技术流程

基于GIS的分布式区位因子可视化系统（图3），涵盖了矿产、人口、交通、经济、文化、河流、景点等等一些归类于不同因子和部门的要素，数据量大，涉及面广，不同職能部门的人员需要及时做好对系统进行组织、管理、维护，数据更新，功能扩充及应用程序开发等工作。只有选用功能强大的系统和数据库，方便、安全地对数据和属性数据进行统一管理，才能充分发挥系统的数据输入、数据存储、信息查询、数据更新、信息统计、空间分析以及结果输出等功能[9]。最终为区域的发展提供全方位的信息化支持，积极推动有利政策的制定，使区域的经济更加繁荣昌盛。

4.3 区位因子可视化系统的优势

区位因子对区域的发展起着至关重要的作用，可视化系统的应用改变了区位因子分散单一、传统落后的人工管理方式，实现了区位因子呈现和管理的科学化、规范化、自动化，同时也为区域决策制定、数据统计提供了现代化处理手段[10]。可视化系统减轻了庞大的人工统计分析工作量，提高了工作效率，降低了数据的错误率和冗余度，使区位内的不同部门可以快速地找到任何所需的数据资料直接使用。

可视化系统可以定位到区位因子下面任何一个地理要素及其现象的参数，如在系统中查找一条河流，只需输入名字，河流就能在三维空间或平面地图上显示，同时河流的长度、坐标以及流经区域的环境状况和植被覆盖等等一些参数都可以附带查询，且能以不同的统计显示方式呈现出来。在系统中使用了不同的函数算法和区位理论模型，针对不同的数据、不同的因子能得到不同的查询结果，只要符合系统标准格式的数据，就能直接导入到系统中，同时也能导出各种类型的统计分析结果，最大程度方便用户使用。在安全方面，系统采用了不同的加密算法和用户权限，使用虚拟网络和企业级防火墙，绝对保证系统安全可靠快速的运行。

5 结论

当今虽然已经有了真实的地理可视化技术，但是技术不够精纯，用户能在现实环境下接受这种技术，可视化系统必须拥有易于使用的功能，以便为用户提供解决他们所面临问题的最好方法，同时可视化软件必须能随时间、条件和参数的改变而更新信息。可视化技术不仅只用在区位决策制定和经济发展上，而且也能帮助人类解决某些极其关键和危及地球安全的问题，如全球变暖、森林砍伐、水土流失、住宅紧缺等等，可视化技术正在随着时间的推移，适用范围逐步扩大。

参考文献：

[1] 李德仁，王树良，李德毅，等.论空间数据挖掘和知识发现的理论与方法[J].武汉大学学报：信息科学版，2002，27（3）：221-233.

[2] 韦伯.工业区位论[M].李刚剑，等，译.北京：商务印书馆，1997.

[3] Isard W. Location and Space-Economy： A General Theory Relating to Industrial Location， Market Areas， Land Use， Trade， Urban Structure[M].New York： John Wiley & Sons，1956.

[4] 杨吾扬，梁进社.高等经济地理学[M].北京：北京大学出版社， 2000.

[5] 承继成，李琦.关于我国“数字地球”研究框架的建议[J].地球信息1998（3）：4.

[6] 张效祥，主编.计算机科学技术百科全书[M].北京：清华大学出版社，1998.

[7] 管国斌.对中小城镇GPS控制网中几个问题的探讨[J].浙江测绘，2010（2）：45-46.

[8] 粱宜.GIS技术与数字化电网[J].水利电力科技，2010，28（4）：17-25.

[9] 施明，方顺银. GIS系统在燃气管网中的应用[J].上海煤气，2007（3）：36.

[10] 王静. GIS系统在智能农网中的应用分析[J].中国电业：技术版，2012（9）：35-36.