基于WebGIS的“一带一路”经济数据辅助决策支持系统

彭 宇,曹隽隽,黄 颖,郭明强

(1.华中师范大学 城市与环境科学学院,湖北 武汉 430079;2. 中国地质大学(武汉) 信息工程学院,湖北 武汉 430074;3.武汉中地数码科技有限公司,湖北 武汉 430074)

“一带一路”数据资源归集是实现知己知彼、促进合作交流的有力保障，也是建立“一带一路”信息服务体系的基石[1]。而构建“一带一路”大数据决策支持体系，对于支撑“一带一路”战略决策和服务企业“走出去”具有十分重要的意义[2]。建立“一带一路”综合数据库，是提升“一带一路”大数据决策支持能力的重要基础性工作[3]。因此，“一带一路”咨询决策辅助系统的建设可为一带一路决策提供科学便捷的信息和数据支持。

1 相关研究现状及存在问题

目前关于一带一路经济数据的研究，主要以地理学和经济学领域中对贸易依赖度、出口对区域经济增长的影响等研究为主[4]，研究成果颇丰，但在数据使用上仍存在以下缺陷：

1)数据信息中虽然具有位置属性，但是缺少空间坐标及投影坐标信息。因此只能通过数据图表进行简单显示，无法满足一般地理信息系统的数据要求，因而无法进行带有空间属性数据的相关分析。

2)由于缺乏空间信息处理、分析功能，这些数据库无法根据真实数据，对一带一路经济数据进行组合与分析运算，实现经济数据与地理区域的直观形态表示和可视化的对比分析功能。难以为“一带一路”经济建设与决策提供理论依据和技术支持。

2 系统设计概述

2.1 系统架构及部署

本文设计的WebGIS系统是基于MapGIS，在.net平台上进行的B/S架构二次开发，其系统架构如图1所示。数据服务层使用支持本地文件的MapGIS数据库来储存一带一路空间地理要素，各地理要素的经济数据以属性的形式存储在空间数据库中[4-6]。矢量、影像等数据使用MapGIS瓦片工具进行处理后在服务平台中发布使用。基础内核调用IGServer平台的GIS服务接口[7-9]，结合其JavaScript二次开发库与百度ECharts图表库实现数据分析及分析结果的可视化表达。本系统使用Microsoft Visual Studio 2010作为Web集成开发环境，基于JavaScript进行开发。以MapGIS IGServer作为GIS平台，用于发布系统所使用的地图。

图1 系统架构

2.2 系统功能模块设计

本系统主要实现“一带一路”经济数据的空间分析、模拟计算、交互式可视化显示等功能，如图2所示，系统功能由空间分析模块、经济模型模块、经济资讯图模块三部分构成。空间分析模块借助MapGIS提供的空间分析接口库，来实现“一带一路”多组合信息查询、位置信息显示、缓冲区分析和拓扑分析等功能；经济模型模块结合时空GIS和空间经济学的数据处理建模方法，针对“一带一路”经济数据，建立经济重心计算、经济引力[10]计算、经济潜力计算、经济最远亲疏计算[11]等6个经济模型。经济资讯图模块，共设有经济外向度资讯图、外贸拉动度资讯图和贸易竞争力资讯图等5幅专题地图，以着重表现某一经济要素以达到资讯目的。该模块主要使用百度Echarts图表库进行经济数据可视化交互式显示与表达。

图2 系统模块结构

3 关键技术与具体实现

本文设计的“一带一路”经济数据辅助决策系统数据分析具体工作流程如图3所示。

3.1 空间数据的相互解析与调用

如图3所示，使用经济模型计算及空间分析时，需要交叉使用MapGIS和Echarts两种格式的数据。用户通过自定义选择的数据类型唯一标识字段，查询返回一个按行存放的二维数组，其数据结构如表1所示。根据查询数据类型不同，AttValue[]按顺序存放相关属性信息。其中，所有数据AttValue[0]、AttValue[1]、AttValue[2]分别存放字段name、字段x和字段y。name为数据对应的名称、x，y为数据对应的经纬度。SFEleArray[]为所查询类型中的经济体序列号。

图3 经济数据空间分析流程

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

根据用户选择的经济数据所对应的k值，从二维数组中取出AttValue[k]、AttValue[1]、AttValue[2]进行预设模型的运算后，将结果保存入二维数组GToEC[][]。使用for循环，格式化计算结果数组，转为ECharts所需Json字符串，如表2中的字符串1所示。由于ECharts需预存所显示点的位置坐标信息，将IGServer数据表中AttValue[0]、AttValue[1]、AttValue[2]字段同样进行数据格式化，转为表2中Json字符串2的格式。

表2 json字符串格式

3.2 经济模型与分析

本文共设置如图4所示的4大类经济模型，为经济数据空间分析提供支持。

经济重心模型：依据所选城市及测度指标来测算重心点的模型，式(1)—式(2)中，X，Y为计算得出经济重心的坐标，Xi，Yi为用户选择城市的坐标，Pi为选定的经济指标值。根据用户选择的区域范围内、具体年份的经济指标后，可计算得到该区域内、该经济指标的重心点，并在地图上进行标注显示。如图4(a)所示，经济指标重心的逐年偏移以重心圈以及带方向的箭头进行表示。

(1)

(2)

引力模型：该模型认为两个城市间的相互作用与这两个城市的指标值成正比，与距离成反比，如式(3)中，I为两者之间的相互作用力，W为人的主观经验确定的权重，D为两者之间的距离，P为指标值，b为完成这个距离所摩擦指数。用户通过选择经济指标类型P、并设置距离摩擦系数b和权重值w。系统根据用户输入的关键字通过ajax异步调用数据[12]，返回前端，通过式(3)进行计算得到两经济体的引力值I。如图4(b)中，用户选择同时计算多个引力值时，引力线颜色以及粗细的变化表示其引力值的大小、指标圈的大小和颜色变化表示该城市所被选的经济指标值的大小。

(3)

潜力模型：计算在某一区域内的某一经济体对该空间内所有城市的相互作用量总和，以表现其在该区域范围内的潜力大小。式(4)中将该区域范围内经济体，按照式(3)所述方法计算全部经济引力值后求和，即可计算得到该经济体的区域潜力值，其数值大小在地图上表现为红色的经济潜力值圈。如图4(c)所示，中心城市潜力值为红色潜力圈，其他区域内城市及其引力大小仍使用指标圈与引力线表示。

(4)

亲疏关系模型：该模型根据用户需要，可提供最短距离、最远距离和组间距离3种聚类方法，进行经济亲疏关系的界定计算。用户选择聚类类型、经济指标及其对应年份，并自定义计算的区域范围后，系统将根据用户的选择进行数据查询与调用，并根据式(5)对数据进行标准化处理，再根据式(6)构建绝对值距离矩阵。最终计算得到每一区域所对应的该年所选经济指标与近邻地区的经济聚类等级。其结果如图4(d)所示，其经济聚类等级计算为0～5级，以不同颜色进行区别，等级越相近则表示其接近程度越高。

(5)

(6)

图4 经济模型与空间分析结果图

3.3 资讯地图的交互显示

为加快用户使用ECharts进行交互式查询时的显示速度，资讯专题图加载时，提前在IGServer中进行数据查询，并将返回数据格式化为Json字符串储存在前端。使用ECharts API中的brush区域选择组件、geo地理坐标组件、series列表等组件，对前端数据进行交互式检索查询与显示，如图5(a)为用户通过在地图上拉框选择，以折线图的方式显示2006—2015年城市外贸拉动度数值；图5(b)中进行同样的交互操作对“一带一路”对外贸易值进行柱状图联动显示。

4 结 论

本文针对现有“一带一路”数据库的不足，设计具有智能辅助决策功能的“一带一路”资讯决策系统，利用MapGIS IGServer平台，结合现实应用需求，将功能运用于辅助战略决策中，并系统性地整合经济、地理等方面数据，利用经济学的模型，以辅助决策者为“一带一路”建设战略提出科学性和前瞻性举措，为战略研究人员或相关领域的专家提出可行性建议，并提供理论依据和技术支持。

参考文献：

[1] 于施洋,杨道玲,王璟璇,等.“一带一路”数据资源归集体系建设[J].电子政务,2017(1):8-14.

[2] 于施洋,杨道玲,王璟璇,等.“一带一路”大数据决策支持体系建设[J].电子政务,2017(1):2-7.

[3] 于施洋,杨道玲,王璟璇,等.“一带一路”大数据分析服务体系建设[J].电子政务,2017(1):15-22.

[4] 陈志军,陈建国.基于MapGIS的图切地质剖面系统面向对象设计与实现[J].地质学刊,2012(3):256-264.

[5] 樊文有,孟昕,刘小婧.基于MapGIS的森林防火监测预警系统设计与实现[J].地球科学(中国地质大学学报),2010(3):501-506.

[6] 夏智宏,周月华,史瑞琴,等.基于MapGIS的暴雨洪涝风险评估系统设计与实现[J].自然灾害学报,2014(3):132-137.

[7] 董娜,朱杰勇,陈刚,等. 基于GIS组件的城市综合管网信息系统设计与实现[J]. 测绘工程,2007，16(2):11-15.

[8] 葛均友. MAPGIS在测绘数字地形地质图方面的应用[J]. 交通科技与经济,2005，7(6):51-52.

[9] 向南平,江资斌,左廷英. 基于GIS的保险防灾信息系统构建[J]. 测绘工程,2003，12(2):17-19.

[10] 孙晶,许崇正.空间经济学视角下“经济引力”模型的构建与运用——以2010年长三角地区经济数据为例[J].经济学家,2011(7):37-44.

[11] 蒋华.基于发展水平差异的四川县域经济聚类研究[J].理论与改革,2013(6):198-201.

[12] 栾绍鹏,朱长青. 基于Ajax的WebGIS开发新模式[J]. 测绘工程,2006，15(6):30-33.