數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用

文／姜峰 保定市城市設(shè)計(jì)院 河北保定 071000

引言：

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和普及，當(dāng)前我國社會已經(jīng)邁入了信息化的時代。各類信息技術(shù)的應(yīng)用使得我國國民生產(chǎn)生活水平都得到了極大提升，并且各行各業(yè)也逐漸構(gòu)建起了信息化的發(fā)展模式。地理信息系統(tǒng)就是一種可以通過構(gòu)建地理信息數(shù)據(jù)庫的方式更加高效地進(jìn)行地理信息提供的技術(shù)類型，社會中各領(lǐng)域的發(fā)展都需要依托于地理信息系統(tǒng)。而在傳統(tǒng)的地理信息系統(tǒng)中，很難對各項(xiàng)數(shù)據(jù)背后的關(guān)系進(jìn)行自動化分析，這也就使地理信息系統(tǒng)的發(fā)展受到了一定的限制。而當(dāng)前時期通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用，就可以讓地理信息系統(tǒng)更加高效地挖掘數(shù)據(jù)蘊(yùn)含的關(guān)系和規(guī)則，從而預(yù)測未來發(fā)展的方向，充分發(fā)揮出地理數(shù)據(jù)的作用。

1、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的概念和工作流程

1.1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的概念

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)就是一種從大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)中，提取出人類社會發(fā)展所需信息的一種信息技術(shù)類型，并且通過這一技術(shù)的應(yīng)用還可以預(yù)測出數(shù)據(jù)未來的發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，當(dāng)前我國各領(lǐng)域都建立起了相應(yīng)的信息化數(shù)據(jù)[1]庫管理系統(tǒng)。在這些數(shù)據(jù)庫中所蘊(yùn)含的信息數(shù)量也在不斷增長，其背后包含的信息都有著相應(yīng)的規(guī)律。當(dāng)前數(shù)據(jù)庫技術(shù)可以高效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入和查詢，但是難以準(zhǔn)確分析數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，并且也無法對于這些數(shù)據(jù)未來的發(fā)展趨勢做出正確的判斷。在這一過程中以數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)預(yù)設(shè)的目標(biāo)對于數(shù)據(jù)庫內(nèi)的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析和判斷，能夠挖掘出信息數(shù)據(jù)背后蘊(yùn)含的本質(zhì)。

1.2 數(shù)據(jù)挖掘的工作流程

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在工作過程中，主要就是包括在特定的數(shù)據(jù)庫中通過相應(yīng)的算法提取相關(guān)數(shù)據(jù)，然后在此基礎(chǔ)之上處理挖掘出來的數(shù)據(jù)按照預(yù)測方案，以及進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)果表達(dá)。在這一過程中，往往需要多次重復(fù)工作流程，在具體應(yīng)用過程中，主要可以劃分為以下幾個方面。第一，設(shè)定數(shù)據(jù)挖掘的目標(biāo)。在正式開展數(shù)據(jù)挖掘之前，工作人員必須定義數(shù)據(jù)挖掘的目標(biāo)，并且這一目標(biāo)的定義是否科學(xué)合理，直接關(guān)系到數(shù)據(jù)挖掘工作的工作質(zhì)量。因此，在開展工作時必須有足夠數(shù)量專業(yè)技術(shù)人員，由專業(yè)技術(shù)人員和用戶之間進(jìn)行協(xié)同合作，以工作實(shí)際需求為基礎(chǔ)，制定出科學(xué)合理的數(shù)據(jù)挖掘方案以及算法。第二，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備是數(shù)據(jù)挖掘過程中最為重要的組成部分，在開展數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作時，首先應(yīng)當(dāng)從已有的數(shù)據(jù)庫內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，然后再初步處理這些提取的數(shù)據(jù)，使之滿足數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)工作的實(shí)際需求。最后就是對于這些數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，讓這些數(shù)據(jù)可以擁有一定的特征，從而提高整體工作效率。第三，數(shù)據(jù)挖掘階段。在這一階段主要就是實(shí)際的數(shù)據(jù)挖掘工作，根據(jù)具體的需求出發(fā)選擇合適的數(shù)據(jù)挖掘算法，挖掘出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。第四，對于結(jié)果的解釋和評估。在完成數(shù)據(jù)挖掘之后，就需要根據(jù)用戶預(yù)設(shè)的目標(biāo)詳細(xì)分析挖掘出的數(shù)據(jù)。并且在這一過程中，還應(yīng)當(dāng)盡量將分析的結(jié)果進(jìn)行簡單化處理，從而更好地方便用戶的實(shí)際使用需求，具體流程為圖1[2]。

圖1 數(shù)據(jù)挖掘流程

2、地理信息系統(tǒng)的概念和功能

地理信息系統(tǒng)又被稱之為地學(xué)信息系統(tǒng)，屬于一種具有較強(qiáng)特點(diǎn)的空間信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)的運(yùn)行主要是在計(jì)算機(jī)硬件和軟件共同配合的基礎(chǔ)上，對于地球表面的地理信息進(jìn)行收集、存儲、運(yùn)算、分類、管理以及分析等功能的技術(shù)系統(tǒng)。所以地理信息系統(tǒng)對于地理空間數(shù)據(jù)的分析起到了非常重要的作用，當(dāng)前逐漸成為我國各地區(qū)開展地理工作時的重要工具。地理信息系統(tǒng)本質(zhì)上是多學(xué)科交叉產(chǎn)生的，以地理學(xué)為基礎(chǔ)采取地理模型的分析方法，并結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而更加廣泛地為不同領(lǐng)域提供實(shí)時地理信息，其組成主要為圖二所示[3]。

地理信息系統(tǒng)作為近些年來發(fā)展十分迅速的一種信息分析技術(shù)，在各領(lǐng)域中都有著非常廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，我國地理信息系統(tǒng)主要是應(yīng)用于資源與環(huán)境保護(hù)的領(lǐng)域中。通過地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用，更好地做好對各類資源管理和使用的決策，還可以更好地對于不同時期同一區(qū)域的環(huán)境變化進(jìn)行監(jiān)測和分析比較，為解決當(dāng)前資源利用和環(huán)境保護(hù)問題提供了有力的支持[4]。

圖2 地理信息系統(tǒng)的組成

3、地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

地理信息系統(tǒng)是地理空間數(shù)據(jù)庫發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在地理空間數(shù)據(jù)庫中包含了非常多的地理數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)，因此地理空間數(shù)據(jù)庫的復(fù)雜程度也遠(yuǎn)超于其他數(shù)據(jù)庫。采取傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫運(yùn)行模式，很難提取各類繁雜數(shù)據(jù)背后蘊(yùn)含的本質(zhì)信息。而通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用，就可以使得地理信息系統(tǒng)自動學(xué)習(xí)和獲取信息數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用如圖三所示。

圖3 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用

正是由于地理信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫包含了大量以及復(fù)雜的數(shù)據(jù)，因此在地理信息系統(tǒng)應(yīng)用過程中，如何將這些數(shù)據(jù)類蘊(yùn)含的重要信息進(jìn)行提取和識別，成為當(dāng)前發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)中的應(yīng)用，就可以提高地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理的工作質(zhì)量，讓原有的查詢和數(shù)據(jù)分析的功能得到提升。在地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中有著非常復(fù)雜的知識分布，通過人力往往只能在數(shù)據(jù)庫中獲取淺層知識，但是數(shù)據(jù)庫中所蘊(yùn)含的深層知識就難以被提取，往往需要非常復(fù)雜的提煉過程才可以獲取各類深層知識。而在社會發(fā)展過程中地理信息系統(tǒng)蘊(yùn)含的深層知識才是最為重要的內(nèi)容，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以更好地探究出數(shù)據(jù)庫中蘊(yùn)含的深層知識，利用地理信息系統(tǒng)為社會的發(fā)展服務(wù)。并且還可以從原有的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)更多全新的知識，將這些新知識拓展到原有的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，不斷拓展提升地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，為地理信息系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展提供支持。

4、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的挖掘方法

4.1 以關(guān)聯(lián)規(guī)則為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析

從當(dāng)前我國數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際情況來看，在大多數(shù)地理信息系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用，都是以關(guān)聯(lián)規(guī)則為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)的挖掘和分析。在這一過程中，需要技術(shù)人員準(zhǔn)確探究出相應(yīng)的關(guān)聯(lián)規(guī)則，盡可能地將各類對實(shí)際結(jié)果影響較小的規(guī)則排除，從而確保挖掘出來的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。但是在開展實(shí)際數(shù)據(jù)挖掘分析過程中，仍然會產(chǎn)生一定數(shù)量的無關(guān)規(guī)則。如果產(chǎn)生的無關(guān)規(guī)則符合實(shí)際需求就可保留。通過關(guān)聯(lián)規(guī)則的方式開展數(shù)據(jù)挖掘分析，可以確保挖掘出來的數(shù)據(jù)符合用戶要求，并且還可以更好地探究出數(shù)據(jù)背后蘊(yùn)含的本質(zhì)[5]。

4.2 以屬性相關(guān)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析

在地理信息系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的挖掘，以信息的屬性為基礎(chǔ)開展數(shù)據(jù)的分析工作，可以篩選出數(shù)據(jù)庫中本質(zhì)屬性相關(guān)的各類信息，提高整體工作效率。并且在通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行屬性分析時，還需要通過一些特定的方式來實(shí)現(xiàn)。一般情況下，都是將數(shù)據(jù)的類別進(jìn)行劃分后探究出各數(shù)據(jù)之間存在的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以此為基礎(chǔ)做好屬性的歸類實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的挖掘。

5、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在地理信息系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用

5.1 對于地理信息系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行提煉

雖然在地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，包含了多類型的數(shù)據(jù)，但并不是所有的數(shù)據(jù)都對于地理信息系統(tǒng)有重要的作用。只有少部分?jǐn)?shù)據(jù)是屬于系統(tǒng)運(yùn)行的必須數(shù)據(jù)，而大多數(shù)數(shù)據(jù)則是屬于沒有實(shí)際作用的，這些數(shù)據(jù)在地理信息系統(tǒng)運(yùn)行的過程中往往會使得信息系統(tǒng)整體工作效率受到一定的影響。而通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，就可以更加準(zhǔn)確地挖掘出各項(xiàng)重要數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，挖掘分析具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的重要數(shù)據(jù)，將其他不重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行清除處理，從而實(shí)現(xiàn)精煉地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的目標(biāo)，極大提升地理信息系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的整體工作效率。

5.2 對于地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新

在地理信息系統(tǒng)存儲的大量數(shù)據(jù)都是由過去積累而來，但是實(shí)際上地理數(shù)據(jù)隨著時間的變化也會發(fā)生一定的轉(zhuǎn)變，過去許多的地理數(shù)據(jù)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前社會發(fā)展的實(shí)際需求，因此，當(dāng)前就必須針對這些過時的地理數(shù)據(jù)采取相應(yīng)的手段進(jìn)行處理。而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)就可有效提升數(shù)據(jù)的價值，將地理信息系統(tǒng)內(nèi)不同時期同一區(qū)域的地理數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)對比，分析出地理事物在不同情況下發(fā)生變化以及事物變化的規(guī)律，并且尋找到使得地理事物發(fā)生變化背后的真實(shí)因素。通過這樣的方式就可以在未來利用地理信息系統(tǒng)分析地理數(shù)據(jù)時，只需要對影響地理信息變化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行測量即可完成數(shù)據(jù)更新，在分析出關(guān)鍵部分變化的情況下更新數(shù)據(jù)，而如果對于數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響的關(guān)鍵部分沒有發(fā)生變化，那么也不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的更新處理[6]。

5.3 對于地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行擴(kuò)充和完善

雖然在地理信息系統(tǒng)內(nèi)蘊(yùn)含了許多數(shù)據(jù)信息，但是通過人工手段從這些數(shù)據(jù)信息中篩選特定數(shù)據(jù)，整體工作效率會較低，并且也存在不完善的情況。而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)就可以更好地將其他有關(guān)聯(lián)的新知識和新數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)庫中，然后對數(shù)據(jù)庫內(nèi)原有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以此推斷出其他全新的結(jié)果，充分完善和提升信息系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫。同時在這一過程，不斷地探究分析數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)對于各類數(shù)據(jù)背后蘊(yùn)含的價值，可以使得地理信息系統(tǒng)內(nèi)部蘊(yùn)含的各類數(shù)據(jù)解決社會發(fā)展過程中的實(shí)際問題，讓地理信息系統(tǒng)的實(shí)用性得到有效提高。

5.4 推動地理信息系統(tǒng)的智能化發(fā)展

在地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，蘊(yùn)含了非常大量的地理空間數(shù)據(jù)。這些地理空間數(shù)據(jù)，對于我國社會的發(fā)展來說具有非常重要的意義。這些空間數(shù)據(jù)和地理信息系統(tǒng)的發(fā)展之間關(guān)系非常密切，在很多情況下可以成為推動地理信息系統(tǒng)發(fā)展的重要推動力。通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用，就可以更好地挖掘出這些空間數(shù)據(jù)背后蘊(yùn)含的價值，并且技術(shù)人員就可以利用好挖掘出的技術(shù)不斷優(yōu)化升級完善地理信息系統(tǒng)中存在的不足，推動地理信息系統(tǒng)朝著智能化方向發(fā)展，構(gòu)建起具有更強(qiáng)的自動化地理信息系統(tǒng)[7]。

結(jié)語：

地理信息系統(tǒng)是我國社會發(fā)展的重要組成部分，并且在地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，所蘊(yùn)含的有關(guān)數(shù)據(jù)也有著非常重要的價值。單純依靠人工很難挖掘出數(shù)據(jù)庫的核心知識，在這樣的情況下就應(yīng)當(dāng)充分地利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，充分挖掘地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)蘊(yùn)含的深層知識，從而發(fā)揮出地理信息系統(tǒng)的作用，為我國社會的發(fā)展提供有力的支持。