摘　要　模型标准化是空间决策支持系统有效管理和使用模型的基础。在研究空间决策支持系统模型特征及其表达的基础上，围绕着模型标准化问题，分别探讨了空间决策支持系统中模型的分类、编码、基于面向对象方法的模型字典和模型结构形式，给出了相应的建设性结果。
关键词　空间决策支持系统　地理信息系统　模型标准化　模型管理
分类号　P208

Research on the problem of model standardization
in spatial decision-making supporting system

Wang Qiao
(Institute of Remote Sensing Application, Chinese Academy of Science,Beijing,100101,China)
Wu Jitao
(Department of Mathematics in Beijing University of Aviation and Space,Beijing,100084,China)

Abstract　Model standardization is the groundwork for use and management models in spatial decision-making supporting system. After studying the characters and expression of models in spatial decision-making system, the classifying, coding, model dictionary and model program structure based on the object-oriented method are discussed, and relative constructive results are proposed in this paper.
Keywords　Spatial decision-making supporting system, Geographic information system, Model standardization, Model management

1　引言
　　地理信息系统（GIS）中引入模型库和模型管理系统等概念，导致了空间决策支持系统（SDSS）的发展。这种发展使GIS在系统功能和技术特点等诸多方面都发生了深刻的变化，其中最具代表性的变化表现在系统的驱动机制上，即从数据库及其管理系统的驱动机制转变成了模型库及其管理系统的驱动机制，模型在系统中已不在处于从属地位，而成为系统的驱动核心。这使得SDSS具备了对复杂的结构性较差（如半结构化或非结构化）的空间问题的求解和决策能力，从而SDSS不仅可像GIS那样为用户提供各种所需的空间信息，即数据级支持，而且还可提供实质性的决策方案。
　　由于模型在SDSS中所处的重要地位，模型管理自然成为SDSS技术发展所面临的基本问题。为了有效的管理和使用模型，首先需解决模型的标准化问题，如同数据标准化对GIS技术发展所起的重要作用一样，模型标准化对SDSS技术发展也有着十分重要的基础意义,这一问题已开始引起国内外有关学者的重视。但总的看来，模型标准化问题的研究仍是一个薄弱环节，研究进展还很难满足SDSS技术发展的迫切需要。事实上，模型标准化涉及到相当广泛的一类问题。本文将对其中的几个基本问题进行探讨，并试图给出一些建设性的结论。
　　
2　SDSS中的模型
2.1　SDSS中模型的特点
　　可以认为，SDSS中的模型是决策过程的某种仿真，它具有以下性质：
　　（1） 可构造性。模型一定可以通过方法与数据构造而成；
　　（2）语义性。模型具有一定的抽象形式，但它一般都具有语义背景，如对输入表和输出表作出约束性描述等；
　　（3）表示多样性。模型的抽象形式可以是数学的，也可以是非数学的，且它们在用户眼中和在计算机内部所表现的形式是不同的；
　　（4）可编程性。SDSS是一种计算机应用系统，因此，它的模型一定能用程序形式表示；
　　（5）空间性。SDSS中的模型在很多情况下都涉及到空间维变量和空间关系。
2.2　SDSS中模型的存贮和表达
　　一般的说，SDSS中的模型在计算机中的存储表达方式有三种。
　　第一种是数据方式。即把模型视为从输入集到输出集的影射，用模型参数集合确定这种影射关系。这样，模型可描述为由一组参数集合和表示模型特征结构特征的数据集合的框架，输入数据集在关系框架下进行若干关系运算，得出输出数据集。由此，模型运算可转换为关系运算。
　　第二种是逻辑方式。它是一种基于人工智能的表示方式，主要有谓词逻辑，语义网络，逻辑树和关系框架等几种方法。比较常见的是谓词逻辑表示法。它把模型分解为四个基本要素:模型结构,约束集,参数集和变量集。每一部分可用相关谓词表示,而数值计算则隐含在谓词中,当定量计算的模型用逻辑形式表达后,它可以与定性的知识统一起来,用谓词演算的方法,实现对问题的求解。这对于含有半结构化，非结构化的决策模型比较适用。
　　第三种是程序方式。包括输入，输出格式和算法在内的完整程序就可以表示一个模型。通常一个模型是以子程序存贮的，每个子程序往往带有通用的程序结构。程序方式主要适用于描述结构化的计算模型。
2.3　基于面向对象方法的描述模型
　　在面向对象的模型管理中，模型是作为一个对象来处理，共享同一属性集合和方法集合的一组模型构成一个模型类，这样一个模型对象类可以定义成一个四元组的形式
　　　　　　　　　M=｛MID，MATTR，MD，MC｝　　　　　（1）
　　式中MID表示的是一个模型类作为面向对象中的一个类所具有的唯一标识符；MATTR表示一个模型类的属性集合；MD表示模型类的操作集合；MC表示模型的约束条件。MD和MC构成了整个模型类的模型体部分。
　　一个模型也可以被表示成一个复合类，该复合类的一些属性变量又被另外的复合类或基本类定义，最终可得出一由复合类表示的面向对象的模型结构树。其中每一个树叶表示模型中一个最基本的类，每一个结点表示一个复合类，这些结点在特定的模型中被实例化，模型库中的每一个模型就是这样一些抽象模型类的实例。

3　SDSS中模型的分类与编码
3.1　模型分类体系的建立
　　模型的分类与编码是模型标准化工作的重要组成部分，它是基于一定的模型分类体系之上的。模型分类体系一般可描述如下：　
　　　　　　M0=｛mi∈M|Ri｝　　i=1,2,…,n　　　　　　(2)
式中M0为总体模型体系；Ri为分类关系；mi为第i类功能模型群。
　　　　　　　mi=｛mij∈mi|Rij｝
　　　　　i=1,2,…,n;　j=1,2,…,m　　　　　　　　　　(3)
式中Rij为第i类模型群的分类关系；mij为第i类模型群中第j个具体模型：
　　　　　　　　　　　　　mij=fj (eij, rij),
　　　　　　　　　　　i=1,2,…,n; j=1,2,…,m　　　　　(4)
式中fj为具体模型描述，eij为具体模型方法变量；rij为具体模型方法关系。
3.2　模型分类与编码方案
　　由式（2）～（4）可知，对SDSS中的模型体系M0进行分类，主要就是具体确定分类关系Ri及Rij。下面以面向区域规划的SDSS模型为例，给出一种模型分类与编码方案：
　　R1：模型子库（R11：模型库，R12：方法库，R13：知识库，R14：工具库，R15：框架库，……）；
　　R2：模型功能（R21：分区模型，R22：预测模型，R23：评价模型，R24：规划模型，R25：模拟模型，……）；
　　R3：模型方法（R31：网络分析模型，R32：统计分析模型，R33：数学规划模型，R34：系统动力学模型，R35：模糊理论模型，……）；
　　R4：模型算法（R41：最短路径模型，R42：时间序列分析模型，R43：线性回归模型，R44：网络规划模型，R45：回归分析模型，……）；
　　R5：模型应用（R51：人口模型，R52：运输模型，R53：资源模型，R54：环境模型，R55：估产模型，……）。
　　基于上述分类体系的模型编码方案如图1所示：

× ×× ×× ××× ×× 
首位 高位 中位 低位 末位 
　　　　　　　　图1　　　　　　　　
 

根据图1所给出的编码方案，一个模型的编码由首位，高位，中位，低位，末位五组码构成。首位取一位数字，代表模型所属子库；高位取两位数字，代表模型功能；中位取两位数字，代表模型方法；低位取三位数字，代表模型算法；末位取两位数字，代表模型应用对象。其中，每组码均独立进行编目，即各组编码之间不建立层次隶属关系。同时，还允许缺省。这样，系统中任意一个模型的编码都可以按此方案，由十位数唯一确定。
　　
4　模型字典设计
4.1　模型标准化与模型字典
　　从面向对象的观点看，模型标准化意味着模型的封装性和继承性，而这种封装性和继承性的实现，在很大程度上体现在模型字典和模型结构形式上。模型字典封装了所有模型所具有的共同属性和这些属性上的操作；模型结构形式封装了模型的接口和内部行为操作。据此，无论模型采用哪种类型、方法及哪种结构形式，也无论采用哪种语言环境和开发工具，都可以通过统一的接口方式，成为可运行程序和系统的模型资源。
　　模型字典是SDSS模型管理系统维护和使用模型所必须的技术手段，它一般应反映出模型的以下内容：
　　——模型的分类与编码；
　　——模型的应用状况；
　　——模型的使用条件及范围；
　　——模型输入/输出要求；
　　——模型方法及功能描述；
　　——模型共享与开发信息。
4.2　模型字典方案
　　下面给出一种基于通用考虑的模型字典方案（见图2）：　 

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图 2

　　图2中MD为第一级模型词典。其中标识号是模型在模型库中的统一标识号。模型名是根据模型功能和特征所给定的模型名称标识符。模型分类码是根据模型编码方案所给定的统一编号。模型文件名是模型体的函数文件名,调用模型就是调用该函数,它同时也是与二级字典相联系的主关键字。输入标识是标识本模型有无输入数据的标识,用“1”代表有,“0”代表无。如果有输入数据,则在二级输入字典MD2中对他们进行描述。控制参数标识是本模型有无控制参数的标识,标识方法同上,并有二级数据词典对模型控制参数进行描述。输出标识是本模型有无输出数据的标识, 标识方法及二级数据词典也与上述类似。运行文件类型是对模型运行程序模块类型的数字标识,用“1”代表EXE文件,用“2”代表BAS文件,用“3”代表C文件，用“4”代表PRG文件，用“5”代表IPF文件。数字标识的范围是可以扩充的,随文件类型的变化,增加新的类型标识。存贮路径是模型在模型库中的逻辑地址,也就是模型文件的子目录名称,在网络环境下,还包括网络站点名称以及模型版本号、开发时间、开发人等开发信息的说明文件名。
　　MD1为第二级模型词典。其中源程序文件名给出了根据模型功能与算法编写的计算机语言的源程序的文件名。目标程序文件名给出了对模型库程序文件进行编译后生成的机器语言程序的文件名。说明程序名给出了对模型的方法、功能、使用条件和范围等进行说明的程序的文件名。数据描述文件给出了对模型变量类型、格式、数目、约束条件、组织方式等进行说明的文件的名称。
　　MD2为第二级数据字典。其中输入数据名称标识了输入什么样的数据,用于给用户的屏幕揭示和选择。输入数据文件名不带扩展名,并作为三级模型字典联系的关键字。输入数据文件类型是对输入数据模块类型的数字标识, 用“1”代表TXT文件,用“2”代表DATA文件,用“3”代表DBF文件，用“4”代表ITB文件。与上面MD类似的,类型标识的范围是可以扩充的，预处理标识是此输入数据文件是否需要预处理的数字标识,用“0”代表不需要,用“1”代表需要。如果需要预处理,则在三级预处理字典中进行预处理描述。编辑文件名是对该输入数据文件进行编辑的程序名,如果编辑输入数据文件,只要运行此程序即可。存贮路径的含义同MD中存贮路径的含义类似，所属运行文件名是与输入数据文件相应的模型运行文件名,用于文件查询索引的关键字。
　　MD21为第三级模型字典。只有在MD2中的预处理标识为“1”时的数据文件才在此有对应的预处理信息。其中预处理名标识了进行什么样的预处理,用于给用户屏幕提示和选择，其余各项及MD3,MD4中各项的含义与MD和MD2相应项的含义类似,这里不再赘述。
　　在客户-服务器的网络环境下,模型字典可以数据库方式存在于服务器端,通过数据库接口标准ODBC与模型库管理系统进行接口。
　　
5　基于面向对象方法的模型结构形式设计
5.1　模型程序的结构
　　前面已经提到,模型的结构形式的标准化也是SDSS中模型标准化的一项重要内容。我们可采用面向对象方法,把模型形式规范成统一的结构,并使其封装模型所需的全部属性变量和这些属性变量上的所有操作。这样，对系统来说,模型可作为一个对象来管理;对用户来说,模型就象一个黑匣子;对开发者来说,模型开发与系统完全分离,开发前只需了解接口规则,而不需对系统作任何修改。
　　下面给出一种基于面向对象方法的模型程序结构设计:
　　(1)模型程序的外部结构
　　　　
　　　　　　Endclass
　　(2)模型程序的内部结构
　　　　
5.2　模型操作的面向对象处理
　　上面所给出的模型基类CAppModel实际上定义了模型的对外接口,各个模型重载这个接口,完成模型的具体操作。系统对模型的操作则主要借助于对象之间发送消息来进行。消息常被设计成一组标准的相关消息，称为“协议”，每一类都有这种协议来生成，修改和删除。此外，还有各种协议用于存取或测试。结构化模型对象能够响应任何子类所能响应的协议。模型管理系统还可把参数作为消息传递给模型类，使模型根据传来的消息创建实例，并作为一个对象继承模型类的所有属性及操作，经过实例化后，服务用户的需要。
　　模型对数据库的访问也可按继承关系处理。这里需事先定义一个数据访问类来提供模型对数据库中数据存取的标准方法，这样一般模型通过继承该类来存取所需要的数据，特殊模型可通过重载其中的访问方法来完成特殊的数据存取访问。
　　
6　结语
　　模型标准化是SDSS有效管理和使用模型的基础，有必要进一步扩展研究的深度和广度。然而，SDSS模型标准化如同GIS数据标准化问题一样，不仅是纯技术问题，它还涉及到各学科，部门的协调合作以及行政管理部门的参与和支持等诸多问题，这些问题在一定意义上说也许更具挑战性。

*国家“九.五”科技攻关项目“国土规划与区域规划空间决策与支持系统研制”资助项目。

作者简介：王桥，男，41岁，研究员，博士后，现从事GIS及SDSS方面理论与应用的研究。
作者单位：王　桥　中国科学院遥感应用研究所，北京，100101；吴纪桃　北京航空航天大学，北京，100084
　　
7　参考文献
［1］　Muhanna W A. An Object-oriented Framework for Model Management and DSS Development. Decision Support Systems,1993(9)
［2］　Densham P J and Goodchild M F. Spatial Decision Support System: A Research, Agenda, In:Proceedings of GIS/LIS''89,ACSM,1989
［3］　Armstrong M P and Densham P J. Database Organization Strategies for GIS, Int. J. Geographical Information Systems,1990,4(1)
［4］　Cheng Aimei, Holsapple C W and Whinston A B, Model Management Issues and Direction. Decision Support System,1993(9)
［5］　阎守邕等. 空间决策支持系统通用软件工具的实验研究. 环境遥感,1996,(1)
［6］　薛文革等. 模型库管理中的模型收集与处理. 计算机应用研究,1995(3)
［7］　王桥，吴纪桃. GIS中的应用模型及其管理. 测绘学报, 1997,26(3)