利用經濟普查數據建設商業地理信息系統
——以北京市為例

張　珣，于重重，張小虎，趙　霞，陳路雨

(1. 北京工商大學計算機與信息工程學院食品安全大數據技術北京市重點實驗室，北京 100048；2. 南京農業大學國家信息農業工程技術中心，江蘇 南京 210095)

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利用經濟普查數據建設商業地理信息系統
——以北京市為例

張珣1，于重重1，張小虎2，趙霞1，陳路雨1

(1. 北京工商大學計算機與信息工程學院食品安全大數據技術北京市重點實驗室，北京 100048；2. 南京農業大學國家信息農業工程技術中心，江蘇 南京 210095)

摘要：商業GIS是以地理信息技術為基礎、以系統集成的商業數據為驅動、以商業應用為目標的空間信息系統。本文利用北京市經濟普查數據成果，從商業業務流程和技術發展的需要兩個角度進行了商業GIS的需求分析，設計了一套可伸縮的商業地理信息系統架構方案。在此基礎上，從商業GIS通用功能和業務功能兩個方面進行了功能設計，并實現了北京商業GIS原型系統，為政府商業網點布局和商業規劃、商業企業營銷和選址提供了商業分析工具，并以期為政府部門和商業企業提供全面的空間信息服務和商業決策支持。

關鍵詞：商業；地理信息系統；經濟普查數據；系統設計；功能設計

2004、2008、2013年北京市進行了全市范圍內的經濟普查，普查獲得了豐富的商業數據，且隨著工作的不斷深入，數據在不斷地更新和擴充。這些數據無論是對商業管理部門還是對商業企業都具有較高的應用價值，為商業地理信息系統的構建提供了可靠的數據支撐。

商業地理信息系統(business GIS)是地理信息系統(GIS)與商業信息系統(BIS)結合的產物，旨在解決商業數據空間化管理、分析、展示等問題，并將商業分析過程與結果以空間思維導向設計和展現。從20世紀90年代開始，國內外眾多商業GIS項目開始實施，初步實現了商業GIS在商業中的應用[1]。

商業GIS的設計和建設需要考慮兩方面因素：一是滿足業務系統的需求，即商業業務對地理信息的需要；二是考慮地理信息技術的快速發展，使商業GIS能夠根據技術的發展而進行拓展。本文的重點是針對商業管理和商業信息服務，即結合通用的商業業務流程設計一套商業GIS應用系統，核心是研究如何有效地組織商業數據流，使其與地理信息有效結合，并研究和設計商業GIS的功能，其技術體系可以根據技術的發展進行移植和升級。

一、商業GIS需求分析

商業GIS的用戶主要分為兩大類，一類是處于商業活動管理、規劃、調控地位的商業管理部門；另一類是商業活動的主體——商業企業。

無論是商業管理部門還是商業企業都亟需運用GIS技術解決在管理過程中遇到的實際問題。商業GIS可以為用戶提供空間化應用系統建設思路，從數據采集、管理、分析和發布等諸多方面，為企業用戶和商業管理部門提供完整的解決方案地圖界面，表達更為直觀的顯示方式和分析方法；通過商業要素的查詢、統計和空間分析，使決策者能更全面、直觀地審視商業發展態勢，提高決策效率與精準性，從而使商業分析更加系統化、科學化、信息化[2]。另外，在商業地理研究中產生了大量的商業營銷、商業選址、商圈分析、商業規劃等商業分析模型，通過GIS系統來集成這些商業分析模型，一方面是研究成果轉化的動力，另一方面也是商業企業的迫切需求[3]。

商業管理部門擁有海量異構多源的商業管理業務和普查數據，包括零售、批發、住宿、餐飲、居民服務等多種業態的網點數據。商業網點數據有一些共同的特點，如地理位置分布范圍廣、數據量大、信息種類繁多等。運用空間化的技術手段管理商業網點將給商業管理部門帶來極大的方便[4]。商業管理部門的一項核心業務需求就是從宏觀上對商業網點進行管理、調控和制定相關政策和法規[5]。針對商業管理部門應用的商業GIS的主要功能是商業網點信息查詢管理、商業網點布局、城市商圈分析、商業網點普查、商業網點規劃，以及其他宏觀決策分析。從功能實現的角度來講，商業管理部門的商業GIS更多的是側重GIS功能的商業集成和應用[6]。

對企業用戶而言，一方面，企業在運營過程中積累了大量的商業信息資料需要統一集成管理；另一方面，企業門店選址等決策分析過程中也需要空間信息模型的支撐。商業企業能夠運用GIS技術，實現將外部數據(統計信息、規劃信息、交通信息等)與自身商業業務數據的結合。Gartner零售業技術光環曲線認為GIS是一種與商業智能(BI)具有同等商業價值的成熟技術。GIS能夠使企業級信息與空間信息相結合，形成可視化的決策信息。商業企業可以利用GIS提升商業運營策略，實現商業價值。

商業GIS可以為企業對客戶的購買習慣和需求提供敏銳的洞察力，使得網點能夠更好地確定目標客戶、目標市場、優化物流配送路線及部署廣告資源。各業態雖然對商業GIS的功能有著不同的需求，但卻有著共同交叉的功能點。商業GIS的功能模型主要包括客戶分析、物流配送、設備與設施管理、市場競爭分析、選址分析、投資風險評估等功能，如圖1所示。

圖1　商業地理信息系統需求分析

二、商業GIS架構方案

1. 商業GIS總體框架

鑒于物聯網、云計算、室內定位、位置智能等新技術的發展，系統采用松耦合的架構模式，從基礎設施、數據集成、功能模塊和系統前端表現整個過程都可進行移植和升級。商業GIS總體架構方案如圖2所示。

1) 商業GIS基礎設施層：主要是建立系統所需的硬件設施、網絡設施和外部設施。商業業務的復雜性決定了商業GIS需要強大的數據處理能力，因此在計算機硬件方面系統采用64位內核開發；有線網絡、無線網和移動無線網為商業GIS應用提供了網絡基礎，同時也為對接物聯網技術(傳感器接入)、LBS技術(GPS和移動無線網接入)提供了網絡基礎設施；商業GIS外部設施主要是傳感器、GPS等輸入設備。

2) 商業GIS數據層：主要是存儲和管理各種商業空間數據和屬性數據。商業GIS數據按照組織形式可分為結構化數據和非結構化數據。結構化數據具有較小的粒度，以數據庫形式表現，如商業GIS中的商業網點數據庫、商業決策輔助數據庫等；非結構化數據粒度較大，以文件的形式管理，如商業GIS中的影音圖像、客戶文檔文件等。

3) 商業GIS支撐層：支撐層主要是針對商業GIS功能可擴展框架的“平臺+插件”技術架構模式，即分為GIS基礎平臺和商業分析插件?；A平臺主要是GIS軟件集成過來的通用GIS功能、程序編程接口、應用程序開發框架和云服務平臺，其中程序接口主要是為傳感器、WLAN等提供對接接口；商業分析插件主要完成商業業務模型的對接。

4) 商業GIS應用層：主要將商業服務業務分為兩部分，即通用功能模塊和業務功能模塊。具體內容將在功能設計中介紹。

5) 商業GIS表現層：主要是平臺用戶直接交互的前端系統表現層，提供商業GIS桌面端系統、Web端系統和移動端系統，系統中集成了上述各功能點。

2. 商業GIS可伸縮性框架

商業GIS從軟件的可伸縮性角度出發，技術可伸縮框架主要考慮商業GIS技術集成，與GIS相關的技術都可以用到商業GIS的構建過程中，開發過程不被具體的技術形式所禁錮，即可針對某一具體技術實現簡單業務系統，也可運用多種復雜技術體系實現商業GIS平臺。功能可伸縮框架主要是考慮到商業GIS功能的集成，在開發實踐中系統采用“平臺+插件”式的軟件框架模型，在GIS軟件核心基礎平臺之上，根據具體的商業業務需求而動態加載各種功能插件，實現可多可少的可伸縮性的功能模塊定制。

空間信息技術的發展帶來了商業地理信息模式的變革，如廣告推送、室內定位在商場中的應用、位置服務的應用等。借助信息技術和通信技術，海量的商品信息高效地存儲在服務器中，借助網絡可方便訪問。此外，電子商務由于有數據庫系統和多媒體系統的支持，可以實現高效率的檢索和多感官體驗。同時，與空間位置息息相關的位置智能、室內定位、位置服務、云計算(地理信息云服務)等IT新技術也為GIS行業和商業的發展提供了新的動力。特別是云GIS的發展，將通過云計算和物聯網技術的結合帶動電子商務，實現位置智能系統、室內定位系統、通信系統、傳感器的全面連接。通過虛擬化、高性能服務技術和移動終端技術實現在線獲取、處理和應用空間信息及其關聯信息，并實施基于空間智能的商業業務模型。位置智能、LBS技術為商業GIS提供通信網絡支持；物聯網、室內定位為商業GIS提供感知系統的支持；云計算技術為商業GIS提供數據運算與信息處理的支持。這些IT新技術為商業GIS的構建奠定了基礎，形成了商業GIS技術可伸縮框架。

圖2　商業地理信息系統總體結構框架

商業GIS系統是建立在上述技術支撐體系之上的針對商業應用的GIS軟件，這就要求商業GIS平臺具有客戶端、功能模塊、存儲技術、內核技術、數據的全面支撐。為實現上述技術的集成，客戶端方面需要開發桌面端、Web端和移動端的全面應用系統；功能模塊要全面可擴展，建立統一框架下的商業分析模型；存儲方面支持通過標準的空間數據庫接口和REST接口進行統一訪問；內核技術方面要實現跨平臺服務，必須支持Linux/Unix/AIX/Windows等多種操作系統；數據方面通過統一標準數據模型接收存儲室內定位、物聯網、GPS導航、無線通信網絡等數據。

三、商業GIS功能設計

商業GIS的功能設計主要考慮以下兩個方面：一是為了滿足商業分析和商業數據挖掘的實際應用需求；二是為商業GIS研究提供數據處理、可視化表達和數據分析的系統工具支撐。通過對各種業態的商業GIS的功能進行概括和提升，共劃分為兩大類功能模型：一類是商業GIS通用功能模型，即現有GIS功能在商業上的應用，運用現有GIS功能解決商業業務運行過程中的各種空間化需求；另一類是商業業務功能模型，即商業GIS軟件中集成的各業態的業務模型。

1. 商業GIS通用功能

(1) 商業要素數據處理

該功能主要完成商業網點數據的處理，包括核密度分析、建筑物中心點提取、道路網絡中心性指數量算、規則格網生成、面插值、緩沖區分區、插值等功能。

其中，核密度分析能夠表征商業網點的集聚特征和分布趨勢，是商業網點分析的基礎工作。該方法以特定要素點的位置為中心，將該點的屬性分布在指定閾值范圍內(半徑為h的圓)，在中心位置處密度最大，隨距離衰減，到極限距離處密度為0[7]。衰減方式由核密度函數決定，整個閾值范圍內密度的積分之和等于中心點的屬性值，對于獨立分布的點來說，屬性值為1。通過對區域內每個要素點依照同樣的方法進行計算，并對相同位置處的密度進行疊加，可得到要素在整個區域的分布密度[8]。

假定x1、x2、…、xi是分布密度函數為f的總體中抽取的獨立同分布樣本，f在點x處估計值為f(x)，則有如下公式[9]

(1)

式中，k()為核函數；h為帶寬，h>0；(x-xi)為估計點x到樣本xi處的距離。

系統通過插件式軟件開發模式，將該模型進行底層開發并封裝成插件，集成到北京商業GIS系統中(如圖3所示)。

圖3　北京城六環內商業網點核密度分析

(2) 商業要素查詢分析

對空間信息和屬性信息的查詢是GIS最基本的功能之一，在商業GIS中，通過數據庫與窗口交互的方式對商業網點、商業活動要素、商圈、基礎地理要素等進行查詢。查詢方式有條件查詢、SQL查詢、圖屬交互查詢等多種方法。

(3) 商業要素專題圖制作

商業網點信息的復雜性對系統提出了如何展示信息、平衡數據存儲、內存管理及操作簡單性等要求，系統按照商業網點類型、業態、業種、建成時代等既可細分又可疊加在地圖窗口中展示。在商業活動要素專題圖方面，提供了北京城六環內人口、地價、社交網絡簽到數據、交通網絡中心性指數、建筑物高度等輔助商業決策的空間分布專題圖。

(4) 商業區三維可視化表達

商業區三維可視化表達模塊可讓用戶體驗真實場景的商業區全貌，同時對商業區內商業環境及商業設施配置進行綜合分析[10-11]：一方面對政府部門而言可以模擬商業網點布局及其商業網點規劃；另一方面對商業企業而言可以進行微區位分析及其店鋪選址。

(5) 商業地理編碼服務

地理編碼(geocoding)是商業GIS的基本功能，同時也是物流服務業的重要功能，地理編碼服務能夠幫助物流系統進行更加合理的派單。該功能通過給定的中文地址，在指定的數據集集合中搜索與這個中文地址相匹配的內容，在地圖上找到并標明每條地址所對應的位置，同時可以獲取匹配結果的空間位置信息。

2. 商業GIS業務功能

(1) 商圈分析

該功能提供基于Voronoi圖和耗費距離柵格的兩種商圈分析方法。一方面可為廣大商業投資者及其商業企業在選址開店時提供所需商圈內的詳細資料組分；另一方面可為政府商業管理部門提供商圈發展規劃、布局及商業發展潛力區分析等宏觀決策參考。

商圈的劃分和界定問題實際上是復雜條件下多地理實體空間影響范圍劃分問題，即對平面空間的剖分問題。耗費距離柵格的分析方法能夠較好地解決柵格數據的劃分問題。柵格單元的耗費值代表了穿越該單元的代價，同時柵格以連續場模型來表達地理空間，則通過耗費距離分析計算得到的分配柵格是進行商圈劃分的基礎。在計算過程中，首先需要輸入進行計算的耗費柵格、指定計算源點(即耗費值為零的起始柵格)、最大計算距離等參數；而后算法從源點開始，基于耗費柵格中的像素耗費值，計算得到通過耗費柵格每個像素的代價，寫入到新生成的結果柵格中。分配柵格即為表示不同源點的歸屬，可用如下公式表示

(2)

式中，LCD表示最小累積成本距離；Dij表示地理要素從源點j運動到單元i的空間距離；Ci表示單元i對某要素運動的耗費值；∑表示單元i與源j之間穿越所有單元的距離和耗費值的累積；min表示被評價的斑塊對于不同的源取累積耗費最小值。

考慮到系統效率，底層算法通過C++語言編寫并封裝供上層調用。圖4是該模塊在北京商業GIS中實現的效果。

圖4　北京城六環內耗費距離柵格法商圈劃分

(2) 物流分析

除了掌握商圈及對店鋪進行選址之外，商業GIS也可以協助進行物流分析。物流分析不僅指商品銷售前的采購、運輸、倉儲，還包括商品銷售后的配送等過程。通過GPS實時測定配送車輛的位置，返回到商業GIS系統。商業GIS能夠完成路徑的規劃，提高配送效率，同時完成產品追蹤[12]。另外，電子商務的核心業務流程就是物流管理，涉及商品的倉儲、運輸和派送過程。物流分析功能對電子商務格外重要，主要包括路徑規劃、產品追蹤、最短路徑、設施定位等功能。

(3) 選址分析

GIS技術是商業企業進行選址分析的重要工具，無論是商業網點、商品庫房，還是ATM機、自動售賣機的布設都可以通過商業GIS的選址分析功能完成。商業GIS的選址過程就是各種影響商業活動的要素(人口、客流量、交通便捷度、商業地價、市場競爭等)與相關商業數據的統計分析過程，以滿足商業企業選址決策人員對空間信息的要求。

四、結束語

針對商業業務的實際需求，本文在商業GIS的框架設計、功能設計方案的約束下，設計了一套可伸縮的商業GIS架構模式，以北京市經濟普查數據為

例建立了北京市商業地理信息原型系統。

系統實現了商業網點數據的空間定位、查詢與商業模型分析功能。隨著今后基礎數據的不斷更新, 將在后續工作中進一步完善本系統, 并逐步添加人口數據和交通數據，對各類網點進行更加深入的分析統計, 為政府與相關的管理部門的決策提供更為準確、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

基金項目：教育部人文社會科學研究青年基金(15YJCZH224)；北京市自然科學基金青年項目(9164025)；北京市教委科研計劃面上項目(KM201510011009)

作者簡介：張珣(1986—)，男，博士，講師，主要研究領域為GIS軟件技術、商業地理分析、時空數據挖掘等。E-mail：zhangxun@btbu.edu.cn

中圖分類號：P208

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)06-0041-05

引文格式： 張珣，于重重，張小虎，等. 利用經濟普查數據建設商業地理信息系統——以北京市為例[J].測繪通報，2016(6)：41-45.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0186.