第三讲 环境决策支持系统软件环境 北京大学环境工程研究所 2006年3月

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1 第三讲 环境决策支持系统软件环境 北京大学环境工程研究所 2006年3月
第三讲 环境决策支持系统软件环境 北京大学环境工程研究所 2006年3月 23:27

2 上节课程内容回顾 一.环境决策支持系统案例 深圳湾填海岸线选择决策支持系统 二.环境决策支持系统总体框架 23:27

3 目前国内专用DSS和DSS生成器都有所发展，其中专用DSS居多。
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4 随着人工智能技术的普及应用，出现了一种新的DSS－智能DSS。
数据库及其管理系统DBMS 模型库及其管理系统 方法库及其管理系统MEBMS 人机接口单元IMS 随着人工智能技术的普及应用，出现了一种新的DSS－智能DSS。 它不仅具有DSS的基本功能结构，而且有存放各种规则、因果关系、决策人员经验的知识库及知识库管理系统，具有能够综合利用知识库、数据库和定量计算结果并进行推理和问题求解的推理机能，从而可以模拟人类思维过程，使查询、计算、分析和推理过程完全自动化，提高决策支持的及时性和正确性。 23:27

5 DSS是一个以支持决策过程为目标的，由多种功能协调配合而成的集成系统，它集决策支持、事务处理、专用DSS（或MIS）开发于一体
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6 本节课程内容 一.环境决策支持系统案例 二. 环境决策支持系统软件环境 23:27

7 一.环境决策支持系统案例 京郊粮田高产优化施肥 决策支持系统研究 23:27

8 项目要求 本项目要求以微机地理信息系统和数据库管理系统作为运行平台，对有关土壤分区、土壤养分分布和施肥方案的图形及数据库文件进行动态管理，并能根据提供的模型计算各个地块的优化施肥方案，建成一个综合性计算机信息管理和咨询系统。该系统要满足用户的基本要求，功能齐全，性能稳定，用户界面友好，使用方便，具有较强的实用性和可操作性。 能够管理北京市市、区、乡镇三级土壤养分、土壤分区、土壤类型等方面的数据。 为京郊粮田的合理施肥推荐科学的施肥策略。 23:27

9 已有研究概述 由于GIS在协同处理几何图形数据和属性数据方面的优越性，土壤学界已越来越多地将GIS应用于土壤调查与动态监测、土壤肥力综合评价、土壤地理研究、土壤计算机辅助制图等方面 . 另一方面，随着数据库技术的日臻完善和应用的日渐普及，建立在数据库基础之上的土壤施肥决策系统或专家系统也开始步入实用化的水平，在指导和帮助土地使用者在生产过程中合理施肥、恢复和提高土壤质量方面发挥着重要的作用 . 23:27

10 已有研究概述（续） 但这种决策系统还没有将土壤空间信息（包括位置、大小、土壤养分空间分异等）同决策支持有机地结合起来。
在GIS支持下针对土壤施肥分区进行施肥推荐，部分考虑了土壤养分空间上的差异，相比单纯数据库基础上的施肥推荐系统进了一步，但它仍然不能对地块给出推荐施肥方案，相对精准农业的要求尚有距离。 要在地块基础上实现不同产量目标下的推荐施肥，必须将土壤施肥模型集成到GIS系统中，使系统不仅在施肥模型中充分考虑土壤性质的空间分异，而且计算结果针对具体地块，从而使GIS为科学施肥和实现精准农业提供更加直观、更加有力的决策支持。 23:27

11 主要内容 1 系统逻辑结构 2 数据结构 3 文件组织 4 主要功能 5 主要特点 6 施肥模型 7 模型与GIS的集成 23:27

12 1 系统逻辑结构 23:27

13 2 数据结构 2.1 空间对象（地理实体）的特性 23:27

14 附1：拓扑关系 GIS中空间关系有面—面、面—线、面—点、线—线、线—点、点—点等 。 23:27

15 附2：顺序关系 描述顺序空间关系的自然语言有上下左右前后左右或者东南西北。 例如城市中工业功能区一般位于主导风向的下风向。 23:27

16 2 数据结构 2.2 主体数据结构 矢量数 据结构 几何数据 属性数据 关系型 数据库 地理原型 系统表达 23:27

17 2.3 矢量数据基本概念定义 数据图层定义 名称（如地形图、专题图等） 有关描述信息如输入时间、修改状况等
2 数据结构 2.3 矢量数据基本概念定义 数据图层定义 名称（如地形图、专题图等） 有关描述信息如输入时间、修改状况等 数据层控制信息(比例尺、投影方式、水平和垂 直方向上的单图幅个数等） 数据层中所包含子层的链表 数据子层定义 名称（如地形图中的河流等） 有关描述信息等 数据子层几何形状 数据子层中所包含图形的链表 ODBC 连接的字符串 23:27

18 2 数据结构 2.3 矢量数据基本概念举例 23:27

19 2 数据结构 2.4 数据结构详解图解 23:27

20 附3：ODBC简介 23:27

21 3.1 文件类型 3 文件组织 *.PRJ 项目管理文件。管理一个项目的控制信息，包括项目名称、项目描述、用户登记表、任务及图层组成等信息。
*.TSK 任务管理文件。管理一项任务所涉及的图层信息，包括图层文件名、存放位置、图层显示状态与顺序等。 *.LAY 图层管理文件。管理一个图层的所有控制信息，包括图层名、图层描述、子层名称与描述、子层类型、子层显示状态、图层分幅信息、各个图幅文件位置等。 *.CRD 图幅坐标文件。存储单图幅的坐标点数据以及接边图幅间结点信息。 *.GPH 图幅图形文件。存储单图幅各子层的图形实体信息，如点、线、弧段、多边形、注记等。 *.FTU 图幅显示文件。存储单图幅各子层的图形实体显示特征，如符号、线型、填充模板等。 数据库文件，包括支持ODBC的所有文件格式。 其它文件，如地图符号库文件，坐标引入文件等等。 23:27

22 3 文件组织 3.2 文件组织 23:27

23 数据库管理：数据库，数据表，字段，记录等的管理
4 主要功能 4.1 主要功能模块 数据输入：数字化、扫描、屏幕输入 用户管理：数据安全和操作权限 图幅管理：多图幅的关系 图形编辑与显示 数据库管理：数据库，数据表，字段，记录等的管理 图形与数据之间的相互查询 地图符号制作：自己定义符号的工具。 地图制作: 丰富的工具，简便标准的操作 数据转换：From or To: arcview, mapinfo, autocad 模型接口：土壤施肥模型 23:27

24 5.1 图层级别上的操作权限 5 主要特色 1）高级用户负责系统数据的输入、更新和管理；
5.1 图层级别上的操作权限 1）高级用户负责系统数据的输入、更新和管理； 2）而一般用户只需要得到不同土壤条件下的推荐施肥量，因此土壤施肥咨询系统增加了用户管理的功能； 3）不同的用户可以对同一图层进行不同级别的操作，杜绝了未经过授权用户对数据的更改、拷贝，保证了系统的安全性。 系统运行中，根据用户权限的不同，自动激活或者屏蔽功能。 23:27

25 5 主要特色 5.2 无缝式的图幅管理 23:27

26 1）定义数据范围 2）数据初始输入：单图幅，统一坐标系统。 3）后续的处理和查询分析等无缝式。 5.2 无缝式的图幅管理（续） 5 主要特色
5.2 无缝式的图幅管理（续） 1）定义数据范围 2）数据初始输入：单图幅，统一坐标系统。 3）后续的处理和查询分析等无缝式。 23:27

27 5.3 基于 ODBC数据管理功能 5 主要特色 数据库部分没有设计专用的数据库管理模块，而是采用了ODBC（开放式数据库互连）标准。
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28 5 主要特色 5.4 基础数据与业务工作数据的分离 以图层为基本单位的基础数据保存在项目中， 与业务有关的工作数据引用基础数据，不同的用户群根据自己对各个图层存取权限的不同，自主组织起所需要的数据，完成特定的任务。 保证了系统管理数据的完整性和灵活性。 23:27

29 面向对象的设计思想，操作简便，支持广泛。 图文混排，辅助工具齐全。 制图对象，精确定位。 根据比例尺变化，任意缩放地图内容。
5 主要特色 5.5 所见即所得的地图制作 面向对象的设计思想，操作简便，支持广泛。 图文混排，辅助工具齐全。 制图对象，精确定位。 根据比例尺变化，任意缩放地图内容。 遵循微软OFFICE的设计风格和操作规范。 23:27

30 Y=(x1*N+x2/N+x3/P+C)+(x4/N+x5*N)*Nw +(x6/P+x7)*Pw+x8*N*Nw2+x9*Pw2
6 施肥模型 6.1 施肥模型 土壤施肥量的确定受到作物种类及其产量水平、土壤类型及其供肥能力、肥料种类品种及其利用率、气候及农业技术等方面的综合影响。（使用条件：尺度） Y=(x1*N+x2/N+x3/P+C)+(x4/N+x5*N)*Nw +(x6/P+x7)*Pw+x8*N*Nw2+x9*Pw2 式中： N： 某项氮指标 P ： 某项磷指标 Nw： 施氮量 Pw： 施磷量 xi ： 系数 C： 常数 Y： 作物产量 23:27

31 6 施肥模型 6.2 最高产量及其对应的施肥量 23:27

32 6 施肥模型 6.3 最佳效益产量及其对应的施肥量 23:27

33 6 施肥模型 6.4 指定产量及其对应的施肥量 23:27

34 6 施肥模型 6.5 模型的输入和输出参数 23:27

35 6 施肥模型 6.6 小麦的模型参数 23:27

36 6 施肥模型 6.7 玉米的模型参数 23:27

37 6 施肥模型 6.8 模型验证－小麦 23:27

38 6 施肥模型 6.8 模型验证－玉米 23:27

39 模型与地理信息信息系统的集成主要有三种途径。 1） 内嵌式的集成； 2） 外挂式的集成；
7 模型与系统的集成 7.1 集成途径 模型与地理信息信息系统的集成主要有三种途径。 1） 内嵌式的集成； 2） 外挂式的集成； 3） 通过系统提供的宏语言调用系统提供的基础功能进行二次开发。 三种方法各有优缺点，各自也具有相应的适用范围。内嵌式的集成方法建立在系统数据结构的层次上，具有效率高的优点，但灵活性差，不利于模型的更新和新模型的引入。 23:27

40 7 模型与系统的集成 7.2 模型与图形、属性库的关系 23:27

41 8.1 示范的数据 本系统以北京市、顺义区、徐新庄乡的土壤肥力和类型质地等图件和相应数据库文件。示范了系统的主要功能。 8 系统示范
1） 北京全市的土壤类型图和属性库、土壤养分状况两年对比资料和属性库以及北京市平原施肥分区图形和属性库。 2） 顺义区施肥分区图形和属性库 3） 乡镇级的示范数据主要为徐辛庄的数据，包括施肥分区图形及其属性库、土壤改良利用分区图形及其属性库、有机质图形及其属性库、速效钾图形及其属性库、速效磷图形及其属性库、土壤分布图形及其属性库、地块图形及其属性库、质地图形及其属性库、土壤全氮图形及其属性库、以及碱解氮图形及其属性库等。 23:27

42 8 系统示范 8.2 典型的操作流程 23:27

43 8 系统示范 8.3 系统运行示例之一 23:27

44 8 系统示范 8.3 系统运行示例之二 23:27

45 8 系统示范 8.3 系统运行示例之三 23:27

46 DSS－数据－模型－集成 数据－空间数据/属性数据库 模型－多尺度施肥模型 模型与系统集成 23:27

47 二.环境决策支持系统软件环境 23:27

48 决策过程包括问题发现和诊断、决策问题分析和求解思路研究、备选方案的制定和优选以及决策方案实施的管理等。
DSS的软件环境 决策过程包括问题发现和诊断、决策问题分析和求解思路研究、备选方案的制定和优选以及决策方案实施的管理等。 理想的决策支持系统应能支持决策全过程中较为规范化或可进行结构化处理的问题,如诊断预警,决策问题分析,决策问题求解和试验验证等。 要解决这些问题,单凭一个模型或一类模型非常困难,而需要多个模型或多类模型的组合。 为此,一些研究者(如Giorgio Guariso等)提出了下图所示的决策支持系统的软件环境的系统框架。 23:27

49 图2.3 决策支持系统软件环境一般结构 23:27

50 上图所示系统结构中,模拟方法库和最优化方法库提供有关模拟和最优化过程的深层次知识,它们由系统管理员进行维护操作。
模型库、数据库和试验库分别存贮模型、数据和试验的分类与实例的结构性信息,它们由系统管理员和用户共同处理。 工作表格一般存贮用户处理特定问题而产生的信息,它完全在用户的控制之下 。 23:27

51 DSS用户接口 用户接口是用户与系统进行联系的窗口，以会话方式实行用户与系统的交互，以达到用户对系统的操纵，以及系统对用户的服务和支持。其功能是：提供使用系统的手段和辅助信息。它上要由会话命令及解释程序组成，借助这些命令可转入各子系统。用户以“点菜单”的方式使用这些命令，系统将按照用户的选择，调用相应的命令模块完成其工作。 会话命令有两类：静态和动态。 （1）静态命令：是系统定义的通用命令，按其功能的逻辑关系，被分别组织在不同的静态窗口中。 （2）动态命令：是用户定义的专用命令，这些命令被装入一个动态窗口中。该窗口有一个充分大的虚屏支持，系统根据窗口的大小自动分屏，可按用户的选择进行滚动。系统对用户是开放的，用户可根据需要定义新命令，删除旧命令。 23:27

52 图2.4提供一种静动结合，全屏幕、多窗口、分布式菜单。对于用户某一操作流程，相应的窗口按其层次关系分布在物理屏幕上，给用户一完整的概念。
图2.4 显示菜单布局 23:27

53 DSL语言 DSL是决策支持系统的用户语言，这是一类交互式命令语言。除了向用户提供一些有用的功能之外，它还充当系统资源管理者的角色，即支持用户对系统资源（主要指模型、方法和数据）的分析、了解、调用和补充。 由于决策问题都是半确定性和非确定性问题，决策支持系统的任务是辅助用户完成决策问题的求解。这就决定了决策支持系统的工作方式是一种典型的人－机交互合作的方式。因此，DSL必须具有一定的会话能力。 同时，决策问题是一个涉及面广，多因素的问题，对此类问题的探索需要从不同的角度，多个侧面来进行。这就需要大量的数据和各种模型及算法供用户进行选择和组织，即DSL语言应当具有对库中的模型和方法进行查询，构造模型，提取数据，装载运行等功能。 23:27

54 此外，系统中自备的资源可能不完全满足用户的需要，应当允许用户在使用过程中录入新数据，建立新的模型和算法，这样DSL语言应具有录入新数据、对模型和算法进行描述等功能。
总之，DSL语言应能对决策问题求解的全过程提供支持。它是用户在专用DSS开发，模型构造和调用阶段的一种辅助手段，同时又是“三库”系统之间进行通讯的界面。因此，它的设计是决策支持系统的关键。 23:27

55 环境决策支持系统开发仅是整个系统建设的一部分,它着眼于如何用软件技术实现决策支持系统,其设计路线可以简单归结为以下三种:
EDSS的技术路线 环境决策支持系统开发仅是整个系统建设的一部分,它着眼于如何用软件技术实现决策支持系统,其设计路线可以简单归结为以下三种: 1）应用模式 利用现有成熟的软件如GIS系统如ARC/INFO、MAPINFO、INTEHGRAH等,RS软件ERMAPPER、PCI等,可用LISP、PROLOG编制专家系统推理软件。这种方法的局限性在于要求使用者有较强的GIS,RS软件应用技术,和识别RS数据、GIS数据表现的能力等。对决策者而言是勉为其难。 23:27

56 环境决策支持系统开发仅是整个系统建设的一部分,它着眼于如何用软件技术实现决策支持系统,其设计路线可以简单归结为以下三种:
EDSS的技术路线 环境决策支持系统开发仅是整个系统建设的一部分,它着眼于如何用软件技术实现决策支持系统,其设计路线可以简单归结为以下三种: 2）自主开发集成系统 RS和GIS数据的复杂性决定了对应系统是复杂的信息系统,其开发难度决非一般MIS开发所能比的,因此,从底层用C/C++语言开发难度非常大,需要投入极大的人力物力,同时必须对系统进行良好的设计才能满足系统的易用、易扩展等性能。 23:27

57 3）应用现代信息技术的系统集成方案 系统集成方案是指将现有GIS、RS、ES等成熟软件包中的可重用组件,重新融合为新的实用决策软件系统。
信息系统设计的开发路线紧密依赖于最新的信息技术的发展,尤其是软件技术的发展。从汇编FORTRAN→PASCAL→C→C++→VISUAL BASIC,VISUAL C++,DELPHI,…的编程语言发展； 从结构化→面向对象(OOP)→COM技术(COM、Active X)软件设计技术的发展,不断提供新的、简洁实用的设计方案和更加完善丰富的功能。结构化程序设计方法通过将系统结构化、模块化,自顶向下、逐步求精进行分解,以此指导软件开发的方法,它并不涉及“代码重用”；面向对象技术建立在对象的封装、继承、多态等性质上,使软件开发者能够建立可重用的软件模块,是源代码级的重用,而不是二进制代码的重用标准,从而无法在不同系统、语言、产品中实现代码重用,同时也不能解决重用的修订问题。组件对象模型(COM)技术是微软件公司提出的使编程对象或组件在二进制人工码上的重用标准,并基于COM技术产生了OLE、Active X等技术,基于这种方法建立的代码模块能集成在其他软件或系统中,从而使程序设计和开发的工作量大大减轻。 23:27

58 环境决策支持系统模型 1）系统开发模型 图2.5 环境决策支持系统设计模型 23:27

59 环境决策支持系统系统开发模型如图2.5所示,其中控制引擎根据用户的输入产生控制信息序列,按需要调用RS、GIS、ES引擎；
RS引擎根据控制命令,利用RS数据库和模型库,提取环境分类信息等,产生GIS数据； GIS引擎根据控制命令,利用GIS数据库和模型库,进行空间查询、分析和表达,提供可支持决策的可视信息； ES引擎利用专家知识和推理模型,评估决策者选择的可行性,和产生命令序列,以供控制引擎调用RS、GIS引擎,同时提供ES模型库、知识库的修改功能。 RS、GIS、ES引擎都是在充分利用成熟软件包的可重用的COM组件基础上,进行集成与综合。三者都可从普通数据库获得必要的信息,之间的数据交换通过数据交换区完成。输出,尤其是GIS、RS的图形表达输出,将直接输出在图形用户界面,并同决策者交互。 23:27

60 普通数据库,如:Oracle、SQL Server或Sybase数据库等,用于存贮各种非地理数据。在RS、GIS、ES引擎之间的互相调用过程中,数据交换区用来存贮临时交换数据,其数据也可被控制引擎分析,并从中提取控制信息。用户接口包括图形用户界面和其它输入输出,用户由此输入信息,同控制引擎交互。 在系统中,RS、GIS软件是指现有成熟的软件包,通过它们来更新RS、GIS模型库、数据库和知识库。将这两部分设计为可选部分是因为:① RS、GIS软件功能过多,难以在相应引擎中完全包含；② RS、GIS模型库、数据库和知识库的更新需要较强的专业背景知识,因此，此可选部分用于专业人员更新RS、GIS模型库和数据库。对于供决策者使用的系统可不提供这些部件。 23:27

61 DSS开发难点 （1）ES模型库、知识库的建立 （2）实用可靠的COM控件(OLE控件或Active X控件)的获取
环境问题发生、发展、变化的原因和表现的形式很多,专家的判断同经验、知识、时空特性、外界环境等密切相关,不同专家之间的判断也不尽相同,故抽象出专家的知识和推理机制有一定的难度,另外环境问题的模糊性,也决定了专家的判断的非绝对性,在这方面,可考虑灰色理论与决策、模糊推理方法。 （2）实用可靠的COM控件(OLE控件或Active X控件)的获取 当前这方面可用控件还不是很多,功能上也不尽完善,尽量找到功能强大、性能良好的控件,可大大减轻编程的难度和工作量。 （3）数据交换技术－如何集成？ RS、GIS、ES之间有大量的数据交换,包括控制信息和结果数据,如何在三者之间进行无缝的连接,需要仔细设计数据间交换方式。 23:27

62 （4）交互语言设计 可制定命令式交互语言或脚本语言,良好的交互语言和交互方式能激发决策者使用系统的兴趣,并有效地提高决策效率,结构良好的交互语言也能简化系统分析决策者命令的过程,提高系统性能,这方面应在同使用者充分协商的基础上制定标准。 23:27

63 DSS应用案例 以一个沙漠化防治决策支持系统,来说明环境决策支持系统的建立与应用过程。 1）静态数据建立
从环境遥感影像图提取沙漠化信息(如沙化分布、植被类型等)所需的遥 感数据解译方法,及其方法库和模型库的建立； 普通数据库建立,包括各种可用数据； 地理数数据库建立,行政图、水源图、高程图等 ES引擎利用历史观测数据,如风沙量、降雨量、温度、植被等数据抽取各变量对沙化过程的模糊推理关系,或直接从专家处获取知识； 23:27

64 2）动态数据建立过程 3）决策过程 环境的环境遥感影像图由技术人员输入到RS数据库中；
RS引擎利用RS模型库从环境遥感影像图提取沙漠化信息,包括沙化程度、植被类型等,并产生沙化分布GIS图； 用RS引擎或GIS引擎将RS引擎产生的GIS图挂接到GIS数据库； GIS引擎表现沙化图,并同普通数据库结合产生各种专题地图； 3）决策过程 设备选方案有建防护林带、种植防沙化作物等。 ES引擎推理库中包括以下推理机制: IF 决策方案可行 THEN 经济费用、水源供给、建设周期……满足 则在决策人员向系统提交一项决策方案是,系统将自动对经济费用、水源供给、建设周期等进行估算,或利用数据库已有数据、或要求决策人员提供,如各项条件满足,系统则会对此决策方案进行汇总输出,并利用适当模型评价此方案。 23:27

65 决策者在向系统提交不同的方案之后,便能利用系统输出选择合适的决策方案。系统在决策过程中涉及到GIS、RS数据的处理和分析,交由GIS、RS引擎完成。总之，当前GIS、RS、ES等技术已在环保领域得到大量应用,但是大多只能提供低层次的辅助决策功能。 环境系统的开放性、复杂性、动态性等特点说明了环境决策支持系统建立的必要性,而GIS、RS、ES技术包括GPS技术可以成为环境决策支持系统的技术基础。 在GIS、RS、ES基础上建立环境决策支持系统,着重强调了利用当前先进的软件技术,如COM技术,进行系统开发模型的建立和应用,重点在于开发技术的实用性。 23:27

66 图2.6 面向应用目标的环境管理决策支持系统的实体关系图
EDSS总体设计 EDSS的设计思想直接地反映了最终用户的需求。面向应用目标的环境管理决策支持系统实体关系如图2.6所示。 图2.6 面向应用目标的环境管理决策支持系统的实体关系图 23:27

67 1）EDSSS采用自顶向下和自底向上相结合的方法,将结构化分析和原型方法相结合,进行系统的分析、设计和开发；
2）EDSS的设计和开发基于GIS,为此需要考虑GIS作为空间信息管理系统在数据管理、操作和接口上对DSS系统组成部件上的技术要求； 3）EDSS作为决策支持系统,模型驱动是其最主要的特点之一,其中涉及大量的模型,因此系统设计中应提供模型的操作和管理手段； 4）EDSS实质上又是一个空间决策支持系统,它的设计和开发是在GIS系统(ARC/INFO)提供的数据管理、指令功能、图形界面和应用开发工具的环境下,实现空间数据库、内部属性库、外部公共数据库的管理和连接操作,模型的管理和计算,用户选择,情景分析,以及事件处理和决策输出等功能。 23:27

68 EDSS总体结构 EDSS系统的总逻辑结构如图2.7所示,它包括以下5个组成部分。 图2.7 EDSS系统总体结构框图 23:27

69 1）用户通过用户界面,选择决策支持的功能,设置决策支持的环境,控制系统的运行。应该指出,由于DSS系统的分析和设计完全基于和反映各级政府环保部门管理层的需求,因此从一定角度来看,DSS系统的用户是完全处于主动的状态。该系统是由用户驱动和控制的,为用户决策提供较高层次的直观支持。 2）用户界面菜单驱动的用户界面为用户和计算机提供了一套友好的交互式对话手段,加强了系统透明度。用户界面是用户调用项目管理驱动程序,进行各种决策支持应用的接口。在ARC/INFO环境下开发 3）项目管理驱动程序根据用户通过用户界面的响应,联接RDBMS(Sybase)和公共数据库,GIS(ARC/INFO)和空间数据库,模型库管理系统和模型,以及各环境决策支持功能模块。项目管理驱动程序还控制数据流和各种操作的正确有序地执行,直至输出所需的各种形式的信息报告。使用ARC/INFO提供的开发工具ＡＭＬ进行开发。 4）环境决策支持功能模块提供系统的支持决策的分析与评价的几个相互联系的功能子模块,它们是历年统计和监测资料分析、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配决策支持、环境与经济持续发展决策支持。 23:27

70 （3）Unix操作系统和其他高级编程语言:用于各种模型编程和系统调用等。
EDSS开发工具 （1）Sybase RDBMS:建立和管理公共数据库(包括背景数据、环境质量数据、污染源数据、环境标准数据、环境统计汇总数据等),为EDSS提供所需属性数据。 （2）ARC/INFOGIS:生成和管理空间数据库(包括1∶100万电子地形图、环境专题图和大比例尺地图等)、环境专题数据库,提供ARC/INFO和Sybase的接口和对公共数据库的调用,生成和管理模型库,开发用户界面和项目驱动程序,提供空间查询和空间分析模型等。 （3）Unix操作系统和其他高级编程语言:用于各种模型编程和系统调用等。 23:27

71 EDSS系统概要设计原理和方法 1）数据库设计
EDSS的数据层包括空间数据库和属性数据库。作为空间决策支持系统,其数据库的设计应摆脱传统数据库的设计思想,突出以空间数据库为核心,数据库与模型库相结合,以及数据直接支持各种模型的原则。EDSS的核心空间数据包括1∶100万全国电子地形图产品和环境专题图。为了实现1∶100万电子地形图和省级公共数据库的正确联接,在各自的数据结构基础上,规定了二者相对应的编码的一致性。为满足各省对空间数据的不同需求,以及不同空间数据源能纳入EDSS的数据层,关于核心数据的中介数据(Metadata)是空间数据库设计中的重要组成部分。所谓中介数据是关于数据的数据,在设计中对空间数据库数据格式、地图参数、空间特征属性、图层分类、命名和编码原则、对内部和外部属性数据库的调用及空间数据库的数据结构、生成和管理程序等重要问题在符合国标或其他现有标准的条件下做了技术描述和规定。 23:27

72 EDSS系统概要设计原理和方法 1）数据库设计
EDSS的属性数据库的设计包括由Sybase关系型数据库管理系统(RDBMS)生成和管理的外部公共数据库与由ARC/INFO地理信息系统的INFO生成和管理的内部EDSS专题数据库。公共数据库的特点是数据信息量大,直接与各省的数据来源有关,它的设计受制于现行的各项环境管理制度、现有的各种标准和不同的编码体系等。RDSS的数据库设计非常重视对这些宝贵数据的充分使用,同时应克服由于编码不统一和数据不规范等造成的技术难点,并做好空间数据库和外部公共数据库的接口设计。EDSS专题数据库是整个数据层的重要组成部分,充分体现了基于模型的特点,它包括了EDSS常用标准、代码相关数据和EDSS模型方法相关数据。EDSS专题数据库还有效地与DSS模型库结合起来,为EDSS用户提供友好的服务。其设计将增加模型方法的透明性,用户无需过多考虑所用模型的数学描述或手动组织复杂的输入数据文件,而只需从环境角度出发,根据系统提供的用户界面动态输入含义明确的数据参数,选取感兴趣的情景方案,专题库管理系统将自动为模型计算组织和提供数据和参数,将计算结果返回到有关功能模块,按用户控制做进一步分析,并最终提供直观的图文报告。 23:27

73 EDSS系统概要设计原理和方法 2）模型库设计 （1）EDSS所用模型方法
DSS是一个通用空间决策支持系统,所提供的5个功能都是基于各种模型:从简单的趋势分析模型、环境质量评价模型,到相对复杂的水气质量扩散模拟模型、污染物削减分配的大规模优化模型等。由于EDSS要在全国省、市、环境信息中心安装和应用,因此所提供的各种模型力求具有较强的实用性、通用性和宏观性。EDSS所应用的模型分为6类,即趋势分析模型、相关分析模型、排序模型、评价识别模型、环境质量模拟模型和优化决策模型。以上模型分别应用于决策支持全过程中的各个阶段,包括诊断预警、情景制定、方法选取、问题分析、问题求解和评价比较等。EDSS还充分利用了ARC/INFO提供的各种空间操作和空间分析模型。例如将ARC/INFO的动态分段技术应用于河流水质扩散模拟中,以及使用GIS的栅格分析技术动态直观地显示大气污染物扩散浓度三维分布图等。 23:27

74 EDSS系统概要设计原理和方法 2）模型库设计 （2）EDSS模型库
EDSS的模型库由基础模型库和用户模型库组成。基础模型库中的模型由ESS系统本身所提供,供全国各省、市的用户直接使用(或作为ESS系统的缺省模型),用户不能对它们进行删改。由于各省、市对所用模型需求和可利用的数据支持程度不同,EDSS希望能为用户提供一个开放的环境,使他们可向用户模型库增添感兴趣的模型。 模型库中的模型包括两部分,即:① 模型体,即模型的程序部分(源代码文件或可执行文件)；②模型描述(或模型字典)。模型库表在ARC/INFO的INFO环境下建立。 23:27

75 EDSS系统概要设计原理和方法 3）接口和运行设计
DSS系统的接口设计包括用户接口、内部接口和外部接口。用户接口为用户提供友好的图形界面和菜单驱动。通过用户接口,用户可进行各种选择(如功能、空间信息、模型、情景方案等)、输入(数据、参数等)和项目执行等决策支持操作。内部接口包括DSS各功能模块之间的接口,以及各功能模块与DSS数据层(空间数据库和专题数据库)之间的接口。内部接口的程序调用和数据传递等均在ARC/INFO下设计和开发。外部接口包括DSS系统与公共数据库之间的接口、DSS系统与计算机外设的接口。作为一个空间决策支持系统,以空间数据库为核心是一个非常重要的设计思想；而实现空间数据库(作为DSS系统的内部数据层)和外部省级环境数据库的连接和调用,为环境决策提供有用的信息和支持,是这一重要设计思想的最终目的和现实意义之所在。因此,DSS系统与公共数据库外部接口的设计和开发是一个技术关键和重要贡献。它包括GIS(ARC/INFO)和RDBMS(Sybase)的物理和逻辑连接,以及空间数据层和外部属性数据库的直接互相调用等。 23:27

76 EDSS的软件需求与数据需求分析 1）EDSS的用户特点和需求分析
EDSS的最终用户是省级、市级环境保护部门的环境保护与经济发展的综合决策人员,他们是省级环保局的领导者,如局长、副局长和有关职能处的负责人等。这些人所关心的问题不局限于某一个侧面,而是具有综合性特点,例如,环境问题与经济发展的关系,污染源和环境质量的关系,污染物排放、环境质量与国家和地方有关法规和标准的比较,区域性宏观污染控制策略,等等。他们具有丰富的环境管理经验,是EDSS的最直接用户。EDSS的另一类直接用户是专职或兼职系统管理员。他们负责信息系统的日常维护管理,包括基础数据的录入、修改、更新、系统和数据备份等工作。通过他们对计算机和DSS软件的操作,为决策人员提供所需的数据、信息和决策支持。 23:27

77 环境管理工作系统由环境决策、监督执行及支持保证3个子系统组成
EDSS的软件需求与数据需求分析 环境管理工作系统由环境决策、监督执行及支持保证3个子系统组成 图2.8 环境管理工作系统 23:27

78 省级、市级环境保护部门的决策内容主要包括4个方面,即环境政策、环境立法、环境标准和环境规划。
EDSS的软件需求与数据需求分析 省级、市级环境保护部门的决策内容主要包括4个方面,即环境政策、环境立法、环境标准和环境规划。 （1）政策法规与标准职能部门拟定环境保护的具体政策、法规、细则、办法和地方性标准,针对所辖地区的主要环境问题,开展调查研究,提出对策和意见。 （2）规划或计划职能部门组织制定环境保护发展的中长期规划和年度计划,参预审批城市总体规划,组织开展环境预测,参预研究和制定环境保护的长远战略。 （3）开发监督职能部门实施建设项目环境管理,要求进行环境影响评价,编写环境影响报告书或填写环境影响报告表。 23:27

79 根据省级、市级环境保护部门的主要职能和环境决策的特点,EDSS功能约束需要遵循下述原则:实用性、宏观性、通用性和先进性。
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80 系统真正解决决策者所关心的问题,并通过友好的用户界面和人-机交互过程,实现系统的辅助决策功能。 （2）宏观性
EDSS的系统功能需求分析 （1）实用性 系统真正解决决策者所关心的问题,并通过友好的用户界面和人-机交互过程,实现系统的辅助决策功能。 （2）宏观性 由于省级系统的地域特点,所提供的决策支持应是宏观层次的、具有战略意义性质的内容。 （3）通用性 系统应能提供各省带共性和具有一般规律的辅助决策支持,这种简单的系统构架将为未来各省开发自己的较复杂的特殊应用提供开放环境。 （4）先进性 GIS是该系统开发的基本工具之一,它能对基础信息及分析、评价和规划结果进行图形显示和查询,同时GIS较强的空间分析能力可以增强DSS系统的功能。 23:27

81 EDSS的系统功能分析 在对省级、市级环保局的环境管理工作和所涉及的环境决策问题的调研分析的基础上,在EDSS系统分析中规定了如下5个功能:历年统计和监测资料分析、环境现状评价、环境影响评价以及污染物削减分配决策支持。 （1）历年统计和监测资料分析 利用各省丰富的环境统计和监测数据,从不同的空间范围角度(省、城市,或任一区域等)进行行业资源消耗和排污情况分析,重点污染源、重点污染城市或重点污染行业识别,环境质量变化趋势分析,以及污染治理资金与效果分析等。 （2）环境现状评价 包括环境质量现状评价和工业污染源现状评价。基于公共数据库中的环境质量数据和污染源数据,从不同的空间范围角度(省、城市、流域,或任一区域等),应用模型方法对环境现状作总的观察分析,由此判断全省或某所选区域的主要环境问题。 23:27

82 EDSS的系统功能分析 （3）环境影响评价 提供2种类型的环境影响评价的初步的“快速评估”模式。即使用较简单通用的水质模拟模型和大气质量扩散模型进行:① 建设项目环境影响初步评价,包括建设项目基本情况和背景条件的分析,不同情景方案下(厂址、工艺和用水、污染控制、排污口等)建设项目水环境影响评价,以及不同情景方案下(厂址、工艺和能耗、污染控制、烟囱高度等)建设项目大气环境影响评价等；② 区域环境影响初步评价,其目的是从宏观层次对区域水环境和大气环境进行预测和评价,比较不同的区域污染削减方案的环境影响,为区域环境污染物削减规划和策略提供依据,包括区域特征分析、不同方案下区域水环境影响评价和不同方案下区域大气环境影响评价等。 23:27

83 EDSS的系统功能分析 （4）污染物削减分配决策支持 （5）环境与经济持续发展决策支持
应用情景分析方法和线性规划模型,从宏观层次对全省及所选区域范围内不同行业和不同城市的环境污染物削减进行优化计算,并对优化结果进行环境评价和经济分析,以提供决策支持,包括水污染物削减分配决策支持和大气污染物削减分配决策支持等。 （5）环境与经济持续发展决策支持 应用情景分析和优化规划相结合的方法,来分析全省和所选区域的经济发展速度、工业布局、产业结构的改变与调整对环境造成的影响,以及为防止环境污染和破坏所采取的措施,由此提供环境与经济持续发展的决策支持 23:27

84 明确了EDSS模块的功能后,需要对实现系统各部分功能所需的数据进行逻辑描述,并对数据来源、约定、数据类型、范围等进行说明。
EDSS系统是基于GIS开发的决策支持软件系统,其所需的数据主要分为空间数据和属性数据两大类。空间数据是描述环境背景及各种空间位置的一类数据,DSS系统所需的空间数据主要包括地形图和污染源、环境质量监测点、环境功能区等专题图；而属性信息是描述“环境-社会-经济”系统中有关实体的属性和特征的。EDSS所用的属性数据由公用数据库获得,按其功能需求主要分为环境背景、污染源(环境统计基层报表数据)、环境质量、环境统计汇总、建设项目、环境功能区、环境标准、污染物削减分配备选方案等类数据。EDSS 各功能模块所需的数据见表2.1。 23:27

85 图2.9 EDSS六大类功能分解图 23:27

86 （1）空间数据逻辑描述 （2）属性数据逻辑描述
EDSS所需的空间数据可分为地形图和专题图两类。地形图作为EDSS的基础底图,包括下列要素:居民地、道路、水系、行政境界、植被等。专题图包括下列图层:污染源、大气环境质量监测站、水环境质量监测点、环境噪声监测站、自然保护区、水环境功能区、大气环境功能区、噪声环境功能区等。 （2）属性数据逻辑描述 EDSS所需的属性数据由公共数据库提供,按照数据的更新频率可分为静态数据和动态数据。所谓静态数据,指相对静态数据,即在若干年或年度内不发生变化或变化较少的数据,而动态数据则是指时段变化较大的数据。此外,对某些数据,在使用时也有限制要求。根据EDSS的功能需求和现有数据源情况,将EDSS的属性数据进行逻辑分组,生成EDSS的一级数据。对一级数据再分组逐层细分,生成二级数据、三级数据……,最终分解到数据项。EDSS的一级数据分类:环境背景数据、污染源数据、环境质量数据、环境统计数据汇总、环境标准数据、环境功能区数据等。 23:27

87 2）数据的来源和采集 EDSS所需的空间数据包括分省地形图以及专题图等。这些图包括的要素和图层都已在前节作了描述,对这些图的一些约定如下:图幅:省范围；比例尺:1∶100万或1∶25万；坐标投影方式:等面积圆锥投影。这些图的收集、选择确定、录入(数化、编辑)及拓扑关系检验由系统管理员负责完成。空间数据录入所用的硬设备为数字化仪。空间数据的输出设备为绘图机,亦可在工作站屏幕显示图形。 EDSS系统所需的属性数据暂分为7类,均存放于公共数据库中,其要求和范围具体描述如下: （1）污染源数据采用环境统计基层报表数据； （2）环境统计汇总数据指按省、地(市)、县统计汇总的分行业资源消耗和“三废”排放数据； （3）环境质量数据来源于环境质量监测数据(包括水、大气、噪声)； （4）环境标准数据来源于“地表水环境质量标准”(GB ),“大气环境质量标准”(GB )及“城市区域环境噪声标准”(GB )；(5)环境背景、功能区及备选方案数据与建设项目相关的部分数据均采用公共数据库中数据,对于建设项目相关的另一部分数据(即公共数据库中没有的),由用户在运行程序时随机输入。 23:27

88 表1 DSS系统各功能模块所需数据 23:27

89 第一次作业 三选一： 1 综述生态环境决策支持系统研究进展 2 基于3S的环境决策支持系统研究进展综述 3 决策支持模型综述
或自选一综述题目 23:27

90 谢谢！ 23:27