利用经济普查数据建设商业地理信息系统——以北京市为例

张　珣，于重重，张小虎，赵　霞，陈路雨

(1. 北京工商大学计算机与信息工程学院食品安全大数据技术北京市重点实验室，北京 100048；2. 南京农业大学国家信息农业工程技术中心，江苏 南京 210095)



利用经济普查数据建设商业地理信息系统
——以北京市为例

张珣1，于重重1，张小虎2，赵霞1，陈路雨1

(1. 北京工商大学计算机与信息工程学院食品安全大数据技术北京市重点实验室，北京 100048；2. 南京农业大学国家信息农业工程技术中心，江苏 南京 210095)

摘要：商业GIS是以地理信息技术为基础、以系统集成的商业数据为驱动、以商业应用为目标的空间信息系统。本文利用北京市经济普查数据成果，从商业业务流程和技术发展的需要两个角度进行了商业GIS的需求分析，设计了一套可伸缩的商业地理信息系统架构方案。在此基础上，从商业GIS通用功能和业务功能两个方面进行了功能设计，并实现了北京商业GIS原型系统，为政府商业网点布局和商业规划、商业企业营销和选址提供了商业分析工具，并以期为政府部门和商业企业提供全面的空间信息服务和商业决策支持。

关键词：商业；地理信息系统；经济普查数据；系统设计；功能设计

2004、2008、2013年北京市进行了全市范围内的经济普查，普查获得了丰富的商业数据，且随着工作的不断深入，数据在不断地更新和扩充。这些数据无论是对商业管理部门还是对商业企业都具有较高的应用价值，为商业地理信息系统的构建提供了可靠的数据支撑。

商业地理信息系统(business GIS)是地理信息系统(GIS)与商业信息系统(BIS)结合的产物，旨在解决商业数据空间化管理、分析、展示等问题，并将商业分析过程与结果以空间思维导向设计和展现。从20世纪90年代开始，国内外众多商业GIS项目开始实施，初步实现了商业GIS在商业中的应用[1]。

商业GIS的设计和建设需要考虑两方面因素：一是满足业务系统的需求，即商业业务对地理信息的需要；二是考虑地理信息技术的快速发展，使商业GIS能够根据技术的发展而进行拓展。本文的重点是针对商业管理和商业信息服务，即结合通用的商业业务流程设计一套商业GIS应用系统，核心是研究如何有效地组织商业数据流，使其与地理信息有效结合，并研究和设计商业GIS的功能，其技术体系可以根据技术的发展进行移植和升级。

一、商业GIS需求分析

商业GIS的用户主要分为两大类，一类是处于商业活动管理、规划、调控地位的商业管理部门；另一类是商业活动的主体——商业企业。

无论是商业管理部门还是商业企业都亟需运用GIS技术解决在管理过程中遇到的实际问题。商业GIS可以为用户提供空间化应用系统建设思路，从数据采集、管理、分析和发布等诸多方面，为企业用户和商业管理部门提供完整的解决方案地图界面，表达更为直观的显示方式和分析方法；通过商业要素的查询、统计和空间分析，使决策者能更全面、直观地审视商业发展态势，提高决策效率与精准性，从而使商业分析更加系统化、科学化、信息化[2]。另外，在商业地理研究中产生了大量的商业营销、商业选址、商圈分析、商业规划等商业分析模型，通过GIS系统来集成这些商业分析模型，一方面是研究成果转化的动力，另一方面也是商业企业的迫切需求[3]。

商业管理部门拥有海量异构多源的商业管理业务和普查数据，包括零售、批发、住宿、餐饮、居民服务等多种业态的网点数据。商业网点数据有一些共同的特点，如地理位置分布范围广、数据量大、信息种类繁多等。运用空间化的技术手段管理商业网点将给商业管理部门带来极大的方便[4]。商业管理部门的一项核心业务需求就是从宏观上对商业网点进行管理、调控和制定相关政策和法规[5]。针对商业管理部门应用的商业GIS的主要功能是商业网点信息查询管理、商业网点布局、城市商圈分析、商业网点普查、商业网点规划，以及其他宏观决策分析。从功能实现的角度来讲，商业管理部门的商业GIS更多的是侧重GIS功能的商业集成和应用[6]。

对企业用户而言，一方面，企业在运营过程中积累了大量的商业信息资料需要统一集成管理；另一方面，企业门店选址等决策分析过程中也需要空间信息模型的支撑。商业企业能够运用GIS技术，实现将外部数据(统计信息、规划信息、交通信息等)与自身商业业务数据的结合。Gartner零售业技术光环曲线认为GIS是一种与商业智能(BI)具有同等商业价值的成熟技术。GIS能够使企业级信息与空间信息相结合，形成可视化的决策信息。商业企业可以利用GIS提升商业运营策略，实现商业价值。

商业GIS可以为企业对客户的购买习惯和需求提供敏锐的洞察力，使得网点能够更好地确定目标客户、目标市场、优化物流配送路线及部署广告资源。各业态虽然对商业GIS的功能有着不同的需求，但却有着共同交叉的功能点。商业GIS的功能模型主要包括客户分析、物流配送、设备与设施管理、市场竞争分析、选址分析、投资风险评估等功能，如图1所示。

图1　商业地理信息系统需求分析

二、商业GIS架构方案

1. 商业GIS总体框架

鉴于物联网、云计算、室内定位、位置智能等新技术的发展，系统采用松耦合的架构模式，从基础设施、数据集成、功能模块和系统前端表现整个过程都可进行移植和升级。商业GIS总体架构方案如图2所示。

1) 商业GIS基础设施层：主要是建立系统所需的硬件设施、网络设施和外部设施。商业业务的复杂性决定了商业GIS需要强大的数据处理能力，因此在计算机硬件方面系统采用64位内核开发；有线网络、无线网和移动无线网为商业GIS应用提供了网络基础，同时也为对接物联网技术(传感器接入)、LBS技术(GPS和移动无线网接入)提供了网络基础设施；商业GIS外部设施主要是传感器、GPS等输入设备。

2) 商业GIS数据层：主要是存储和管理各种商业空间数据和属性数据。商业GIS数据按照组织形式可分为结构化数据和非结构化数据。结构化数据具有较小的粒度，以数据库形式表现，如商业GIS中的商业网点数据库、商业决策辅助数据库等；非结构化数据粒度较大，以文件的形式管理，如商业GIS中的影音图像、客户文档文件等。

3) 商业GIS支撑层：支撑层主要是针对商业GIS功能可扩展框架的“平台+插件”技术架构模式，即分为GIS基础平台和商业分析插件。基础平台主要是GIS软件集成过来的通用GIS功能、程序编程接口、应用程序开发框架和云服务平台，其中程序接口主要是为传感器、WLAN等提供对接接口；商业分析插件主要完成商业业务模型的对接。

4) 商业GIS应用层：主要将商业服务业务分为两部分，即通用功能模块和业务功能模块。具体内容将在功能设计中介绍。

5) 商业GIS表现层：主要是平台用户直接交互的前端系统表现层，提供商业GIS桌面端系统、Web端系统和移动端系统，系统中集成了上述各功能点。

2. 商业GIS可伸缩性框架

商业GIS从软件的可伸缩性角度出发，技术可伸缩框架主要考虑商业GIS技术集成，与GIS相关的技术都可以用到商业GIS的构建过程中，开发过程不被具体的技术形式所禁锢，即可针对某一具体技术实现简单业务系统，也可运用多种复杂技术体系实现商业GIS平台。功能可伸缩框架主要是考虑到商业GIS功能的集成，在开发实践中系统采用“平台+插件”式的软件框架模型，在GIS软件核心基础平台之上，根据具体的商业业务需求而动态加载各种功能插件，实现可多可少的可伸缩性的功能模块定制。

空间信息技术的发展带来了商业地理信息模式的变革，如广告推送、室内定位在商场中的应用、位置服务的应用等。借助信息技术和通信技术，海量的商品信息高效地存储在服务器中，借助网络可方便访问。此外，电子商务由于有数据库系统和多媒体系统的支持，可以实现高效率的检索和多感官体验。同时，与空间位置息息相关的位置智能、室内定位、位置服务、云计算(地理信息云服务)等IT新技术也为GIS行业和商业的发展提供了新的动力。特别是云GIS的发展，将通过云计算和物联网技术的结合带动电子商务，实现位置智能系统、室内定位系统、通信系统、传感器的全面连接。通过虚拟化、高性能服务技术和移动终端技术实现在线获取、处理和应用空间信息及其关联信息，并实施基于空间智能的商业业务模型。位置智能、LBS技术为商业GIS提供通信网络支持；物联网、室内定位为商业GIS提供感知系统的支持；云计算技术为商业GIS提供数据运算与信息处理的支持。这些IT新技术为商业GIS的构建奠定了基础，形成了商业GIS技术可伸缩框架。

图2　商业地理信息系统总体结构框架

商业GIS系统是建立在上述技术支撑体系之上的针对商业应用的GIS软件，这就要求商业GIS平台具有客户端、功能模块、存储技术、内核技术、数据的全面支撑。为实现上述技术的集成，客户端方面需要开发桌面端、Web端和移动端的全面应用系统；功能模块要全面可扩展，建立统一框架下的商业分析模型；存储方面支持通过标准的空间数据库接口和REST接口进行统一访问；内核技术方面要实现跨平台服务，必须支持Linux/Unix/AIX/Windows等多种操作系统；数据方面通过统一标准数据模型接收存储室内定位、物联网、GPS导航、无线通信网络等数据。

三、商业GIS功能设计

商业GIS的功能设计主要考虑以下两个方面：一是为了满足商业分析和商业数据挖掘的实际应用需求；二是为商业GIS研究提供数据处理、可视化表达和数据分析的系统工具支撑。通过对各种业态的商业GIS的功能进行概括和提升，共划分为两大类功能模型：一类是商业GIS通用功能模型，即现有GIS功能在商业上的应用，运用现有GIS功能解决商业业务运行过程中的各种空间化需求；另一类是商业业务功能模型，即商业GIS软件中集成的各业态的业务模型。

1. 商业GIS通用功能

(1) 商业要素数据处理

该功能主要完成商业网点数据的处理，包括核密度分析、建筑物中心点提取、道路网络中心性指数量算、规则格网生成、面插值、缓冲区分区、插值等功能。

其中，核密度分析能够表征商业网点的集聚特征和分布趋势，是商业网点分析的基础工作。该方法以特定要素点的位置为中心，将该点的属性分布在指定阈值范围内(半径为h的圆)，在中心位置处密度最大，随距离衰减，到极限距离处密度为0[7]。衰减方式由核密度函数决定，整个阈值范围内密度的积分之和等于中心点的属性值，对于独立分布的点来说，属性值为1。通过对区域内每个要素点依照同样的方法进行计算，并对相同位置处的密度进行叠加，可得到要素在整个区域的分布密度[8]。

假定x1、x2、…、xi是分布密度函数为f的总体中抽取的独立同分布样本，f在点x处估计值为f(x)，则有如下公式[9]

(1)

式中，k()为核函数；h为带宽，h>0；(x-xi)为估计点x到样本xi处的距离。

系统通过插件式软件开发模式，将该模型进行底层开发并封装成插件，集成到北京商业GIS系统中(如图3所示)。

图3　北京城六环内商业网点核密度分析

(2) 商业要素查询分析

对空间信息和属性信息的查询是GIS最基本的功能之一，在商业GIS中，通过数据库与窗口交互的方式对商业网点、商业活动要素、商圈、基础地理要素等进行查询。查询方式有条件查询、SQL查询、图属交互查询等多种方法。

(3) 商业要素专题图制作

商业网点信息的复杂性对系统提出了如何展示信息、平衡数据存储、内存管理及操作简单性等要求，系统按照商业网点类型、业态、业种、建成时代等既可细分又可叠加在地图窗口中展示。在商业活动要素专题图方面，提供了北京城六环内人口、地价、社交网络签到数据、交通网络中心性指数、建筑物高度等辅助商业决策的空间分布专题图。

(4) 商业区三维可视化表达

商业区三维可视化表达模块可让用户体验真实场景的商业区全貌，同时对商业区内商业环境及商业设施配置进行综合分析[10-11]：一方面对政府部门而言可以模拟商业网点布局及其商业网点规划；另一方面对商业企业而言可以进行微区位分析及其店铺选址。

(5) 商业地理编码服务

地理编码(geocoding)是商业GIS的基本功能，同时也是物流服务业的重要功能，地理编码服务能够帮助物流系统进行更加合理的派单。该功能通过给定的中文地址，在指定的数据集集合中搜索与这个中文地址相匹配的内容，在地图上找到并标明每条地址所对应的位置，同时可以获取匹配结果的空间位置信息。

2. 商业GIS业务功能

(1) 商圈分析

该功能提供基于Voronoi图和耗费距离栅格的两种商圈分析方法。一方面可为广大商业投资者及其商业企业在选址开店时提供所需商圈内的详细资料组分；另一方面可为政府商业管理部门提供商圈发展规划、布局及商业发展潜力区分析等宏观决策参考。

商圈的划分和界定问题实际上是复杂条件下多地理实体空间影响范围划分问题，即对平面空间的剖分问题。耗费距离栅格的分析方法能够较好地解决栅格数据的划分问题。栅格单元的耗费值代表了穿越该单元的代价，同时栅格以连续场模型来表达地理空间，则通过耗费距离分析计算得到的分配栅格是进行商圈划分的基础。在计算过程中，首先需要输入进行计算的耗费栅格、指定计算源点(即耗费值为零的起始栅格)、最大计算距离等参数；而后算法从源点开始，基于耗费栅格中的像素耗费值，计算得到通过耗费栅格每个像素的代价，写入到新生成的结果栅格中。分配栅格即为表示不同源点的归属，可用如下公式表示

(2)

式中，LCD表示最小累积成本距离；Dij表示地理要素从源点j运动到单元i的空间距离；Ci表示单元i对某要素运动的耗费值；∑表示单元i与源j之间穿越所有单元的距离和耗费值的累积；min表示被评价的斑块对于不同的源取累积耗费最小值。

考虑到系统效率，底层算法通过C++语言编写并封装供上层调用。图4是该模块在北京商业GIS中实现的效果。

图4　北京城六环内耗费距离栅格法商圈划分

(2) 物流分析

除了掌握商圈及对店铺进行选址之外，商业GIS也可以协助进行物流分析。物流分析不仅指商品销售前的采购、运输、仓储，还包括商品销售后的配送等过程。通过GPS实时测定配送车辆的位置，返回到商业GIS系统。商业GIS能够完成路径的规划，提高配送效率，同时完成产品追踪[12]。另外，电子商务的核心业务流程就是物流管理，涉及商品的仓储、运输和派送过程。物流分析功能对电子商务格外重要，主要包括路径规划、产品追踪、最短路径、设施定位等功能。

(3) 选址分析

GIS技术是商业企业进行选址分析的重要工具，无论是商业网点、商品库房，还是ATM机、自动售卖机的布设都可以通过商业GIS的选址分析功能完成。商业GIS的选址过程就是各种影响商业活动的要素(人口、客流量、交通便捷度、商业地价、市场竞争等)与相关商业数据的统计分析过程，以满足商业企业选址决策人员对空间信息的要求。

四、结束语

针对商业业务的实际需求，本文在商业GIS的框架设计、功能设计方案的约束下，设计了一套可伸缩的商业GIS架构模式，以北京市经济普查数据为

例建立了北京市商业地理信息原型系统。

系统实现了商业网点数据的空间定位、查询与商业模型分析功能。随着今后基础数据的不断更新, 将在后续工作中进一步完善本系统, 并逐步添加人口数据和交通数据，对各类网点进行更加深入的分析统计, 为政府与相关的管理部门的决策提供更为准确、方便和迅速的信息支持。

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Business GIS Construction Using Economic Census Data——Taking City Beijing as an Example

ZHANG Xun，YU Chongchong，ZHANG Xiaohu，ZHAO Xia，CHEN Luyu

收稿日期：2015-11-24； 修回日期： 2016-01-06

基金项目：教育部人文社会科学研究青年基金(15YJCZH224)；北京市自然科学基金青年项目(9164025)；北京市教委科研计划面上项目(KM201510011009)

作者简介：张珣(1986—)，男，博士，讲师，主要研究领域为GIS软件技术、商业地理分析、时空数据挖掘等。E-mail：zhangxun@btbu.edu.cn

中图分类号：P208

文献标识码：B

文章编号：0494-0911(2016)06-0041-05

引文格式： 张珣，于重重，张小虎，等. 利用经济普查数据建设商业地理信息系统——以北京市为例[J].测绘通报，2016(6)：41-45.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0186.