道客巴环境决策支持系统的应用之一课件

本门课程内容回顾第一讲：环境决策支持系统概述第二讲：环境决策支持系统系统框架第三讲：环境决策支持系统软件环境第四讲：环境决策支持系统的技术基础之一第五讲：环境决策支持系统的技术基础之二第六讲：环境决策支持系统的技术基础之三第七讲：环境决策支持系统的设计第八讲：决策方法与辅助决策之一第九讲：决策方法与辅助决策之二第十讲：决策方法与辅助决策之三1 1概况一点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容整体概述概况三点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容概况二点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容2 2什么是决策？决策是为了达到某一决策是为了达到某一目的目的而在若干而在若干可行方案可行方案中经过中经过科学的分析、比较、判断，从中选取科学的分析、比较、判断，从中选取最优方案最优方案并赋予并赋予实施的实施的过程过程。决策过程一般分为五个步骤：决策过程一般分为五个步骤：（1 1 1 1）识别）识别问题问题或对决策的要求；或对决策的要求；（2 2 2 2）分析和阐明方案（）分析和阐明方案（对策对策）；）；（3 3 3 3）做出选择（）做出选择（决策决策）；）；（4 4 4 4）传达和）传达和执行执行决策；决策；（5 5 5 5）追踪和反馈追踪和反馈决策的结果。决策的结果。3 3 根据决策过程的可描述程度，西蒙（H.A.SimonH.A.Simon）把决策 划分为结构化、非结构化和半结构化决策三种。（1 1 1 1）结构化决策）结构化决策：一般指决策方法和决策过程有固定的规 律可循，目标比较明确，过程结构比较清楚，可用形式化的 方法描述和求解的一类决策问题。通常用数学方法来解决的 决策问题；（2 2 2 2）非结构化决策）非结构化决策：一般指决策方法和决策过程没有什么 规律可循，并难以用常规定量数学方法进行问题描述和求解，而必须借助于人工智能等技术的决策；（3 3 3 3）半结构化决策）半结构化决策：是指介于前两者间的一种情况，即决 策方法和决策过程有一定的规律可循，但又不完全确定的情 况。通常社会经济和管理活动中所遇到的决策大部分属于这 种情况。4 4决策公式决策公式:StrategyStrategyGameGamePolicymaker Policymaker 谋略科学的定义 Define of Stratagem Science 谋略的定义谋略的定义对策的定义对策的定义决策者定义决策者定义*对策实际上是博弈论对策实际上是博弈论 (Game Theory)(Game Theory)*博弈是一对一或一对多的竞争与合作的策略博弈是一对一或一对多的竞争与合作的策略*对策不是唯一的对策不是唯一的*所有可能的对策所有可能的对策,组成策略集组成策略集*决策者任选一种决策者任选一种,只能选一种只能选一种*智囊团或顾问组是提供对策集的专家群智囊团或顾问组是提供对策集的专家群*对策不等于决策对策不等于决策,智囊团或顾问组不能代替决策者智囊团或顾问组不能代替决策者*宏观管理宏观管理 ：决策：决策 *微观管理微观管理 ：政策：政策*心理素质心理素质*目标意识目标意识*风险意识风险意识*竞争意识竞争意识*凝聚意识凝聚意识*协作意识协作意识*系统意识系统意识5 5对策是科学的对策是科学的决策者有艺术的头脑决策者有艺术的头脑*只靠决策者决定 主观*依靠对策决定 客观*靠对策与决策者决定 主客观结合 由于竞争多方的复杂性,具有博弈的性质,因此,主客观结合 的模式最佳.科学与艺术结合科学与艺术结合 Combine in Science with ArtCombine in Science with Art6 6 决策支持系统 (Decision Support System-DSS)是在管理信息系统基础上发展起来的一种信息系 统，它不仅为管理者提供数据支持，还提供方法和模 型的可能支持，并对问题进行仿真和模拟，从而辅助 决策者进行决策。7 7 环境决策支持系统（辅助决策）(Environment Decision Support System-EDSS)(Environment Decision Support System-EDSS)环境决策支持系统（简称EDSSEDSS），是将DSSDSS引入环境规划、管理、决策工作中的产物。它的主要目的是帮助决策者解决环境问题中常遇到的病态或半结构化的问题。8 89 9DSSDSS的构造与系统结构 1010天地人机信息一体化网络天地人机信息一体化网络 (Outer Space-Geographical Information Integrative Network)(Outer Space-Geographical Information Integrative Network)遥感卫星系统（遥感卫星系统（RSSRSS）遥测卫星系统（遥测卫星系统（RMSRMS）DCSDCSGPSGPS通信卫星系统（通信卫星系统（CSSCSS）输入（输入（InputInput）输入（输入（InputInput）决策层（决策层（Policymaker)Policymaker)管理层（管理层（ManagerManager）专家层（专家层（ExpertExpert）技术层（技术层（TechnicianTechnician）遥感信息系统（遥感信息系统（RSISRSIS）影像库影像库 （IBIB）遥感信息模型遥感信息模型 (RSIM)(RSIM)地理信息系统（地理信息系统（GISGIS）辅助决策系统（辅助决策系统（DSSDSS）管理信息系统（管理信息系统（MISMIS）环境环境专家系统（专家系统（EESEES）图形库图形库（GB/CADGB/CAD）属性库属性库（ABAB）数据库数据库（DBDB）知识库知识库（KBKB）逻辑库逻辑库（LBLB）地理信息编码模型地理信息编码模型 （GICMGICM）方法库（方法库（MeBMeB）模型库（模型库（MoBMoB）输出（输出（OutputOutput）规划模型（规划模型（PMPM）博弈模型（博弈模型（GMGM）对地观测系统对地观测系统人地信息系统人地信息系统环境环境 工程工程 波谱库波谱库 （SBSB）虚拟现实虚拟现实 （VRVR）地面数据（地面数据（GDGD）1111数据库环境信息系统是决策支持系统的基础 EIS空间基础：地球球体制图介质平面的变换关系，地图投影 EIS数据组织：地理编码、空间位置、拓扑关系 EIS数据分析与处理：基于地理编码、空间位置和拓扑关系的各种分析处理 EIS建模：在EIS环境下对环境演变等进行模拟与预测，从历史数据生成现在或未来的数据 EIS集成应用1212数据源数据源分析工具分析工具独立数据集市两种数据集市分析工具中央数据仓库数据源数据源从属数据集市分析工具分析工具1313数据仓库系统（DWS)数据仓库系统数据仓库系统=数据仓库数据仓库(DW)+(DW)+(DW)+(DW)+仓库管理仓库管理+分析工具分析工具关系数据数据文件其它数据综合数据当前数据数据仓库管理工具抽取、转换装载元数据库数据建模工具历史数据用户查询工具C/S工具OLAP工具DM工具源数据仓库管理数据仓库分析工具1414全球定位系统（GPS）（1）美国国防部GPS系统的组成：空间部分GPS卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分GPS信号接收机。（2）俄罗斯的GLONASS系统（3）国际海事卫星组织的INMARSAT系统1515全球卫星定位系统（GPS）组成p空间卫星系统6个等间隔轨道上的26颗卫星码 ：p码 c/a码4两种载波:11 12p地面监控系统五个监测站一个主控站三个注入站p用户接收系统GPS卫星接收机（天线单元、接收单元）GPS数据处理软件1616全球卫星定位系统（GPS）作用p用于军事物流p用于铁道、空运、汽车定位 1717网络 GPSp网络GPS是指在互联网上建立起来的一个公共GPS监控平台，它同时融合了卫星定位技术、GSM数字移动通信技术以及国际互联网技术等多种目前世界上先进的科技成果。p网络GPS免除了自身设置监控中心的大量费用，利用互联网实现无地域限制的跟踪信息显示，通过设置不同权限做到信息的保密。1818网络 GPS的特点p功能多、精度高、覆盖面广p定位速度快p信息传输采用GSM公用数字移动通信网，具有保密性高、系统容量大、搞干扰性强、漫游性好、移动业务数据可靠等优点p开放性高、资源共享1919网络 GPS的工作流程车载单元GSM通信机GSM数字移动通信网信息系统GISDDN2020模型支持 模型库技术要求为存储量小，组合方案多。与建模者的素质要求相矛盾。决策问题难以预见性，不可能预建完整的模型。建模过程与决策过程相伴随。建模支持的目标：使决策者成为建模者。建模支持的方法：通过对模型的有序管理和对决策者的训练和启发，将其领域知识转变为模型。2121模型分类及其描述方法 模型是客观事物在建模者主观认识上的反映。模型是客观事物在建模者主观认识上的反映。从建模支持的角度看模型的分类。从建模支持的角度看模型的分类。管理管理形式形式基本基本模型模型启发启发存储存储空间空间特征特征关系关系建模建模 以多维基本特征坐标构成形式空间，进行模型分类管理。以多维基本特征坐标构成形式空间，进行模型分类管理。以基本特征形成模型间的关系纽带，进行建模启发。以基本特征形成模型间的关系纽带，进行建模启发。2222模型分类及其描述方法 特征变量可分为：定类、定量、结构化图序集。其中定类变量为无序变量，定量变量为全序变量，结构化图序变量可分有序与无序。例：图形 有 细 多边形 卵形 序 化 三角形四边形 圆 椭圆 正三角 直三角 矩形 棱形 无序 有序关系形成粗化与细化的启发，无序关系形成类比启发。宏观与微观，定性与定量均是粗、细化关系。2323建模方法建模的理想方法：分析问题概念集（论域）内的全部建模的理想方法：分析问题概念集（论域）内的全部元素的变化规律，及它们之间的关系，并描述之。元素的变化规律，及它们之间的关系，并描述之。建模的实用方法：建模的实用方法：分析问题的若干典型元素分析问题的若干典型元素 假设（默认）模型（建模启假设（默认）模型（建模启发）发）更新模型。更新模型。启发式建模方法：模型由若干算子（元模型）组合而启发式建模方法：模型由若干算子（元模型）组合而成，算子的可用条件为成，算子的可用条件为P P（前提）。（前提）。启发规则：启发规则：IF IF 现问题状态结构与现问题状态结构与P P相匹配，相匹配，THEN THEN 应用算子应用算子OPOP，并将其变量限于，并将其变量限于B B（定义域）。（定义域）。2424建模方法启发最终成立的判断准则：可否达到最终目标对问题求解器的一般化讨论：模型是对复杂对象的简化描述，简化必存在前提条件，即作假设前提的匹配；模型是对复杂对象的简化描述，简化必存在前提条件，即作假设前提的匹配；在满足前提的情况下进行模型搜索选择，即作输出输入的匹配。在满足前提的情况下进行模型搜索选择，即作输出输入的匹配。输出输入匹配过程可有下述情况：输出输入匹配过程可有下述情况：2525建模方法输出输入匹配过程可有下述情况：输出输入匹配过程可有下述情况：2626模型库及其管理系统 随着应用模型的需求量不断增大，为了更有效地随着应用模型的需求量不断增大，为了更有效地管理和使用模型，提出了模型库系统的概念。关管理和使用模型，提出了模型库系统的概念。关于模型的管理经历了以下三个发展阶段：于模型的管理经历了以下三个发展阶段：第一阶段：模型数据第一阶段：模型数据第二阶段：数据库系统模型软件包第二阶段：数据库系统模型软件包第三阶段：模型库系统数据库系统第三阶段：模型库系统数据库系统2727模型库及其管理系统 第一阶段的特点是模型和数据无公用性，使模型第一阶段的特点是模型和数据无公用性，使模型的应用受到很大限制；的应用受到很大限制；第二阶段以数据库系统的引入为特点，但缺乏对第二阶段以数据库系统的引入为特点，但缺乏对大批模型的有效管理，不利于用户选择自己需要大批模型的有效管理，不利于用户选择自己需要的模型；的模型；第三阶段实现了数据库和模型库两者之间的通讯，第三阶段实现了数据库和模型库两者之间的通讯，减少了模型存储的冗余度，为模型的操纵提供了减少了模型存储的冗余度，为模型的操纵提供了良好的环境，使模型应用的灵活性大大加强。良好的环境，使模型应用的灵活性大大加强。2828模型库及其管理系统 通常认为模型库系统是由模型构件库、应用模型库、通常认为模型库系统是由模型构件库、应用模型库、模型库管理系统及综合环境这四部分组成。模型库管理系统及综合环境这四部分组成。2929知识表达 知识表达方式与知识类型有关，为此，知识分类成为需研究知识表达方式与知识类型有关，为此，知识分类成为需研究的问题。这里仅对目前常用的几类作点说明。的问题。这里仅对目前常用的几类作点说明。就知识的存在形式而言，有二大类，一类是未经总结以一些就知识的存在形式而言，有二大类，一类是未经总结以一些具体的事例的形式分散存放于头脑里或记录在某种媒体上。具体的事例的形式分散存放于头脑里或记录在某种媒体上。另一类是通过总结加工以某种特定的规范形式较为集中地存另一类是通过总结加工以某种特定的规范形式较为集中地存放于某些专家的头脑里或特定的文件中，这个特定的规范形放于某些专家的头脑里或特定的文件中，这个特定的规范形式可以是规则、公式、格式化文本、标准化图形等。式可以是规则、公式、格式化文本、标准化图形等。有较多的知识是描述各种概念间的关系，而根据关系类型的有较多的知识是描述各种概念间的关系，而根据关系类型的不同又可把知识分为从属关系、因果关系、动态时序关系等。不同又可把知识分为从属关系、因果关系、动态时序关系等。3030格式化文本型 框架框架 知识规模较大并具有固定的组织形式，就以一通用的数据结构存储起来，这知识规模较大并具有固定的组织形式，就以一通用的数据结构存储起来，这个数据结构称为框架。通常以框架名个数据结构称为框架。通常以框架名槽名槽名值结构表示。其表示形式如下：值结构表示。其表示形式如下：PERSONPERSONframeframePROFESSIONPROFESSIONslotslotHEIGHTHEIGHTWEIGHTWEIGHT(a)(a)JOHNJOHNframeframe PROFESSION PROFESSIONprogrammerprogrammer HEIGHT HEIGHT1.81.8(米）米）WEIGHTWEIGHT7575(公斤）公斤）(b)(b)3131格式化文本型 框架框架 框架结构形式灵活，表达事实（概念）的从属关系，框架结构形式灵活，表达事实（概念）的从属关系，可用于多事实的组合。可用于多事实的组合。其特点是：其特点是：1 1，知识深化表达：多重、分层、嵌套、因果性强。，知识深化表达：多重、分层、嵌套、因果性强。2 2，结构化组织：父子继承、相对独立、模块化、易，结构化组织：父子继承、相对独立、模块化、易扩展。扩展。3 3，自然：拟人化存储。，自然：拟人化存储。3232面向对象的知识表示 面向对象方法学是近年来发展很快的软件技术，它的基本思想面向对象方法学是近年来发展很快的软件技术，它的基本思想是：是：1 1，世界由，世界由“对象对象”组成，对象是属于某组成，对象是属于某“对象类对象类”的元素，的元素，即事物、事实或概念。即事物、事实或概念。2 2，每个对象类都定义了一组，每个对象类都定义了一组“方法方法”，可视为可作用于该对，可视为可作用于该对象类的各种象类的各种“操作操作”，操作被称为：送一个，操作被称为：送一个“消息消息”给某对给某对象。象。3 3，对象之间除了互递，对象之间除了互递“消息消息”外无其他联系，一切局部信息外无其他联系，一切局部信息和实现方法都和实现方法都“封装封装”在类内。实现模块化，类间联系少。在类内。实现模块化，类间联系少。4 4，对象类按，对象类按“类类”“”“子类子类”“”“超类超类”构成层次关系，称为属构成层次关系，称为属性性“继承继承”关系，引进了递归概念。关系，引进了递归概念。3333谓词逻辑 知识处理的方法很重要的是进行逻辑处理，即把概念间的逻辑关系表达出来，并运用逻辑关系进行推理，处理的数学工具就是数理逻辑，特别是一阶谓词演算，Prolog就是一种用逻辑进行程序设计的语言。3434产生式规则 产生式规则是目前应用极其广泛的推理工具。用于表示推理知识。其组成产生式规则是目前应用极其广泛的推理工具。用于表示推理知识。其组成为：为：1 1，规则库：，规则库：R#R#：IFIFRLSRLSTHENTHENRRSRRS其中其中RLSRLS为子句的逻辑组合。为子句的逻辑组合。RRSRRS为结论或一种操作。为结论或一种操作。2 2，当前数据库：，当前数据库：CLCL：存放事实和推理的结果。：存放事实和推理的结果。3 3，推理机：完成，推理机：完成“匹配匹配冲突消解冲突消解操作操作”这一过程。其算法为：这一过程。其算法为：（1 1），），RLSRLS与与CLCL匹配，产生触发产生式，标明记号。匹配，产生触发产生式，标明记号。（2 2），若触发产生式多于一条，先去掉其操作部分使），若触发产生式多于一条，先去掉其操作部分使CLCL产产生重复符号的触发产生式的记号。生重复符号的触发产生式的记号。（3 3），若不存在有标记的产生式，则退出；否则，选序号），若不存在有标记的产生式，则退出；否则，选序号最低的产生式执行操作。最低的产生式执行操作。（4 4），清除产生式记号，转（），清除产生式记号，转（1 1）。）。3535知识表示的神经元网络方法 神经元网络方法的特点是：神经元网络方法的特点是：1 1，分散存储方式。信息分散存于各神经元中，具有，分散存储方式。信息分散存于各神经元中，具有较强的鲁棒性和容错性。较强的鲁棒性和容错性。2 2，知识获取的样本化。以实际中产生的样本为信息，知识获取的样本化。以实际中产生的样本为信息来源，通过样本学习自动归纳成知识，避免了知识采来源，通过样本学习自动归纳成知识，避免了知识采集的困难。集的困难。3 3，信息传送的并行化。避免了符号处理的串联运行，信息传送的并行化。避免了符号处理的串联运行缺点。缺点。由此可见，神经元网络在一定程度上克服了产生式规由此可见，神经元网络在一定程度上克服了产生式规则的不足。则的不足。3636区域旅游业发展决策支持系统的设计DSS系统分析DSS系统初步设计DSS系统详细设计程序编制集成3737DSSDSS的系统结构前面介绍了前面介绍了DSSDSS的各个构件，那麽，从软件组织的的各个构件，那麽，从软件组织的角度来看，它们是怎样联系起来的呢？下面介绍各角度来看，它们是怎样联系起来的呢？下面介绍各种方案。种方案。一、三角式结构一、三角式结构 对话管理数据管理模型管理数数据据库库模模型型库库用户3838二、串联结构 用户用户和三角结构相比，省去了一个接口，但要求模型库管理的功能要强一些。对话管理模型管理数据管理数数据据库库模模型型库库3939三、融合式结构 其特点是：数据库管理被融合在模型库管理之中，二者之间互不独立。模型管理建立在数据管理的基础上，数据管理嵌入在模型管理之中。模型和数据维护都统一由数据库管理系统来实现。缺点是：可移植性差，模型对数据库管理的依赖性太强。见下图：4040型型 数据库管理数数据据库库模模型型库库用户 模 管理 对话管理4141四、以数据库为中心的结构 与融合结构的区别在于增加了一个“模型管理接口部分”，由这个接口把各种具体数据库管理系统的功能转换成一个统一的标准调用接口，供各个模型使用。避免了各个模型对数据库管理系统的依赖。见下图：4242数据库数据库对 话 管 理数据库管理系统模 型接 口管理部分型模库模型管理用户4343五、四库功能的系统结构 这个结构是一种初级的智能DSS。由于增加了知识库及相应的推理系统，使DSS对决策支持的能力大为增强。该系统的推理是一个准专家系统。见下图：4444用户用户人机界面信息服务科学计算决策咨询数 据 库模型库方法库知识库4545六、智能六、智能DSSDSS的结构的结构 最典型的智能最典型的智能DSSDSS由三个子系统组成，即由三个子系统组成，即LSLSLSLS、PPSPPSPPSPPS、KSKSKSKS。这种系统又称为这种系统又称为3S3S系统。其结构如下：系统。其结构如下：用户LSPPS数 据 库模型库知识库KS4646DSS的体系结构与分析 一、一、DSSDSS体系的分析体系的分析 DSSDSS体系，包括如下体系，包括如下5 5个要素：环境、功能、系个要素：环境、功能、系统部件、部件布局、资源。统部件、部件布局、资源。1.1.环境环境 DSSDSS的环境是指的环境是指DSSDSS边界以外的实体和条件的集边界以外的实体和条件的集合。所谓边界，是指系统能够控制的最大范围，合。所谓边界，是指系统能够控制的最大范围，边界以外的实体可以受系统的影响，但不受其边界以外的实体可以受系统的影响，但不受其控制。控制。一般来讲，一般来讲，DSSDSS的边界是清晰的。狭义的的边界是清晰的。狭义的DSSDSS仅仅指辅助决策使用的计算软件和硬件；广义的指辅助决策使用的计算软件和硬件；广义的DSSDSS也把人包括在其中，指决策分析的整个人也把人包括在其中，指决策分析的整个人-机系统。机系统。47472.2.功能功能是评价功能是评价DSSDSS的一项基本指标。判断的一项基本指标。判断DSSDSS好好坏的一个重要依据是看它是否满足了用户的要坏的一个重要依据是看它是否满足了用户的要求。所谓求。所谓DSSDSS的功能是指它能对环境产生什么的功能是指它能对环境产生什么影响，系统应提供什么样的服务。其目标是什影响，系统应提供什么样的服务。其目标是什么。么。3.3.系统部件系统部件系统部件，是系统边界以内一些可以区分的要系统部件，是系统边界以内一些可以区分的要素。一般来说，系统部件代表系统的某种功能素。一般来说，系统部件代表系统的某种功能模块或模块组合。任务划分和环境部分的具体模块或模块组合。任务划分和环境部分的具体化是定义系统部件的两个基本出发点。前者关化是定义系统部件的两个基本出发点。前者关系到系统执行特定任务的能力，后者关系到与系到系统执行特定任务的能力，后者关系到与环境特定方面的接口能力。环境特定方面的接口能力。48484.部件的布局布局涉及到部件之间、部件与环境之间的关系布局涉及到部件之间、部件与环境之间的关系与联系。确定部件的布局所考虑的一个基本问与联系。确定部件的布局所考虑的一个基本问题是协作与自治之间的平衡。一般来说，最好题是协作与自治之间的平衡。一般来说，最好使部件的相关性小一些，但是系统作为一个整使部件的相关性小一些，但是系统作为一个整体又要求各个部件相互配合来实现特定的功能。体又要求各个部件相互配合来实现特定的功能。5.5.资源资源系统资源是构造和运行系统时所消耗的要素。系统资源是构造和运行系统时所消耗的要素。和环境的概念不同，它们可以在系统边界之外，和环境的概念不同，它们可以在系统边界之外，也可以在系统边界之内。也可以在系统边界之内。系统边界之外的资源称为外部资源，如人、原系统边界之外的资源称为外部资源，如人、原材料、资金、工具等；系统内部的资源称为内材料、资金、工具等；系统内部的资源称为内部资源，如软件、硬件、模型、数据等。部资源，如软件、硬件、模型、数据等。4949设计过程需求分析概念设计逻辑设计物理设计5050DSS的需求分析5151DSS的适用性决策支持，而非决策本身并非总是更精确，但一般可达到更高效信息、模型、原则和条理化5252决策的过程信息工作辨析问题设计备选方案选择挑选方案5353EDSSEDSS总体设计总体设计 EDSSEDSS的设计思想直接地反映了最终用户的需求。面向应用目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所示。标的环境管理决策支持系统实体关系如图所示。面向应用目标的环境管理决策支持系统的实体关系图54541 1）EDSSSEDSSS采用自顶向下和自底向上相结合的方法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将结构化分析和原型方法相结合,进行系统的分析、进行系统的分析、设计和开发；设计和开发；2 2）EDSSEDSS的设计和开发基于的设计和开发基于GIS,GIS,为此需要考虑为此需要考虑GISGIS作为空间信息管理系统在数据管理、操作和接口上作为空间信息管理系统在数据管理、操作和接口上对对DSSDSS系统组成部件上的技术要求；系统组成部件上的技术要求；3 3）EDSSEDSS作为决策支持系统作为决策支持系统,模型驱动是其最主要模型驱动是其最主要的特点之一的特点之一,其中涉及大量的模型其中涉及大量的模型,因此系统设计中因此系统设计中应提供模型的操作和管理手段；应提供模型的操作和管理手段；4 4）EDSSEDSS实质上又是一个空间决策支持系统实质上又是一个空间决策支持系统,它的它的设计和开发是在设计和开发是在GISGIS系统系统(ARC/INFO)(ARC/INFO)提供的数据管提供的数据管理、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管理和连接操作,模型的管理和计算模型的管理和计算,用户选择用户选择,情景情景分析分析,以及事件处理和决策输出等功能。以及事件处理和决策输出等功能。5555EDSSEDSS总体结构总体结构 EDSSEDSS系统的总逻辑结构如图所示系统的总逻辑结构如图所示,它包括以下它包括以下5 5个组成部分。个组成部分。图 EDSS EDSS系统总体结构框图56561 1）用户通过用户界面）用户通过用户界面,选择决策支持的功能选择决策支持的功能,设置决策支持的设置决策支持的环境环境,控制系统的运行。应该指出控制系统的运行。应该指出,由于由于DSSDSS系统的分析和设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,因此从因此从一定角度来看一定角度来看,DSS,DSS系统的用户是完全处于主动的状态。该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为用户决策提供较高层次的直观支持。观支持。2 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）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友好的交互式对话手段,加强了系统透明度。用户界面是用加强了系统透明度。用户界面是用户调用项目管理驱动程序户调用项目管理驱动程序,进行各种决策支持应用的接口。进行各种决策支持应用的接口。在在ARC/INFOARC/INFO环境下开发环境下开发3 3）项目管理驱动程序根据用户通过用户界面的响应）项目管理驱动程序根据用户通过用户界面的响应,联接联接RDBMS(Sybase)RDBMS(Sybase)和公共数据库和公共数据库,GIS(ARC/INFO),GIS(ARC/INFO)和空间数和空间数据库据库,模型库管理系统和模型模型库管理系统和模型,以及各环境决策支持功能模块。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执行,直至输出所需的各种形式的信息报告。使用直至输出所需的各种形式的信息报告。使用ARC/INFOARC/INFO提供的开发工具进行开发。提供的开发工具进行开发。4 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）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。策支持、环境与经济持续发展决策支持。5757EDSSEDSS开发工具开发工具 （1 1）Sybase RDBMS:Sybase RDBMS:建立和管理公共数据库建立和管理公共数据库(包包括背景数据、环境质量数据、污染源数据、环境标括背景数据、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准数据、环境统计汇总数据等),),为为EDSSEDSS提供所需提供所需属性数据。属性数据。（2 2）ARC/INFOGIS:ARC/INFOGIS:生成和管理空间数据库生成和管理空间数据库(包括包括1 1 100100万电子地形图、环境专题图和大比例尺地图万电子地形图、环境专题图和大比例尺地图等等)、环境专题数据库、环境专题数据库,提供提供ARC/INFOARC/INFO和和SybaseSybase的的接口和对公共数据库的调用接口和对公共数据库的调用,生成和管理模型库生成和管理模型库,开开发用户界面和项目驱动程序发用户界面和项目驱动程序,提供空间查询和空间提供空间查询和空间分析模型等。分析模型等。（3 3）UnixUnix操作系统和其他高级编程语言操作系统和其他高级编程语言:用于各种用于各种模型编程和系统调用等。模型编程和系统调用等。5858EDSSEDSS系统概要设计原理和方法系统概要设计原理和方法 1 1）数据库设计）数据库设计EDSSEDSS的数据层包括空间数据库和属性数据库。作为空间决策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支持系统,其数据库的设计应摆脱传统数据库的设计思想其数据库的设计应摆脱传统数据库的设计思想,突突出以空间数据库为核心出以空间数据库为核心,数据库与模型库相结合数据库与模型库相结合,以及数据直以及数据直接支持各种模型的原则。接支持各种模型的原则。EDSSEDSS的核心空间数据包括的核心空间数据包括1 1 100100万全国电子地形图产品和环境专题图。为了实现万全国电子地形图产品和环境专题图。为了实现1 1 100100万电万电子地形图和省级公共数据库的正确联接子地形图和省级公共数据库的正确联接,在各自的数据结构在各自的数据结构基础上基础上,规定了二者相对应的编码的一致性。为满足各省对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空间数据的不同需求,以及不同空间数据源能纳入以及不同空间数据源能纳入EDSSEDSS的的数据层数据层,关于核心数据的中介数据关于核心数据的中介数据(Metadata)(Metadata)是空间数据库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。和规定。5959EDSSEDSS系统概要设计原理和方法系统概要设计原理和方法 1 1）数据库设计）数据库设计EDSSEDSS的属性数据库的设计包括由的属性数据库的设计包括由SybaseSybase关系型数据库管理关系型数据库管理系统系统(RDBMS)(RDBMS)生成和管理的外部公共数据库与由生成和管理的外部公共数据库与由ARC/INFOARC/INFO地理信息系统的地理信息系统的INFOINFO生成和管理的内部生成和管理的内部EDSSEDSS专专题数据库。公共数据库的特点是数据信息量大题数据库。公共数据库的特点是数据信息量大,直接与各省直接与各省的数据来源有关的数据来源有关,它的设计受制于现行的各项环境管理制度、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。现有的各种标准和不同的编码体系等。RDSSRDSS的数据库设计的数据库设计非常重视对这些宝贵数据的充分使用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,并做好空间数据库并做好空间数据库和外部公共数据库的接口设计。和外部公共数据库的接口设计。EDSSEDSS专题数据库是整个数专题数据库是整个数据层的重要组成部分据层的重要组成部分,充分体现了基于模型的特点充分体现了基于模型的特点,它包括了它包括了EDSSEDSS常用标准、代码相关数据和常用标准、代码相关数据和EDSSEDSS模型方法相关数据。模型方法相关数据。EDSSEDSS专题数据库还有效地与专题数据库还有效地与DSSDSS模型库结合起来模型库结合起来,为为EDSSEDSS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提供友好的服务。其设计将增加模型方法的透明性,用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入数据文件,而只需从环境角度出发而只需从环境角度出发,根据系统提供的用户界根据系统提供的用户界面动态输入含义明确的数据参数面动态输入含义明确的数据参数,选取感兴趣的情景方案选取感兴趣的情景方案,专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,将将计算结果返回到有关功能模块计算结果返回到有关功能模块,按用户控制做进一步分析按用户控制做进一步分析,并并最终提供直观的图文报告。最终提供直观的图文报告。6060EDSSEDSS系统概要设计原理和方法系统概要设计原理和方法 2 2）模型库设计）模型库设计（1 1）EDSSEDSS所用模型方法所用模型方法DSSDSS是一个通用空间决策支持系统是一个通用空间决策支持系统,所提供的所提供的5 5个功能都是基于个功能都是基于各种模型各种模型:从简单的趋势分析模型、环境质量评价模型从简单的趋势分析模型、环境质量评价模型,到相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。由于模优化模型等。由于EDSSEDSS要在全国省、市、环境信息中心要在全国省、市、环境信息中心安装和应用安装和应用,因此所提供的各种模型力求具有较强的实用性、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。通用性和宏观性。EDSSEDSS所应用的模型分为所应用的模型分为6 6类类,即趋势分析即趋势分析模型、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持全过程中的各个阶段,包括诊断预警、情景制定、方法选包括诊断预警、情景制定、方法选取、问题分析、问题求解和评价比较等。取、问题分析、问题求解和评价比较等。EDSSEDSS还充分利用还充分利用了了ARC/INFOARC/INFO提供的各种空间操作和空间分析模型。例如将提供的各种空间操作和空间分析模型。例如将ARC/INFOARC/INFO的动态分段技术应用于河流水质扩散模拟中的动态分段技术应用于河流水质扩散模拟中,以以及使用及使用GISGIS的栅格分析技术动态直观地显示大气污染物扩散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。浓度三维分布图等。6161EDSSEDSS系统概要设计原理和方法系统概要设计原理和方法 2 2）模型库设计）模型库设计（2 2）EDSSEDSS模型库模型库EDSSEDSS的模型库由基础模型库和用户模型库组成。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基础模型库中的模型由ESSESS系统本身所提供系统本身所提供,供全供全国各省、市的用户直接使用国各省、市的用户直接使用(或作为或作为ESSESS系统的缺系统的缺省模型省模型),),用户不能对它们进行删改。由于各省、市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对所用模型需求和可利用的数据支持程度不同,EDSS,EDSS希望能为用户提供一个开放的环境希望能为用户提供一个开放的环境,使他们使他们可向用户模型库增添感兴趣的模型。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模型库中的模型包括两部分,即即:模型体模型体,即模型即模型的程序部分的程序部分(源代码文件或可执行文件源代码文件或可执行文件)；模型描模型描述述(或模型字典或模型字典)。模型库表在。模型库表在ARC/INFOARC/INFO的的INFOINFO环环境下建立。境下建立。6262EDSSEDSS系统概要设计原理和方法系统概要设计原理和方法 3 3）接口和运行设计）接口和运行设计DSSDSS系统的接口设计包括用户接口、内部接口和外部接口。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。通过用户接口户接口,用户可进行各种选择用户可进行各种选择(如功能、空间信息、模型、情如功能、空间信息、模型、情景方案等景方案等)、输入、输入(数据、参数等数据、参数等)和项目执行等决策支持操和项目执行等决策支持操作。内部接口包括作。内部接口包括DSSDSS各功能模块之间的接口各功能模块之间的接口,以及各功能以及各功能模块与模块与DSSDSS数据层数据层(空间数据库和专题数据库空间数据库和专题数据库)之间的接口。之间的接口。内部接口的程序调用和数据传递等均在内部接口的程序调用和数据传递等均在ARC/INFOARC/INFO下设计和下设计和开发。外部接口包括开发。外部接口包括DSSDSS系统与公共数据库之间的接口、系统与公共数据库之间的接口、DSSDSS系统与计算机外设的接口。作为一个空间决策支持系系统与计算机外设的接口。作为一个空间决策支持系统统,以空间数据库为核心是一个非常重要的设计思想；而实以空间数据库为核心是一个非常重要的设计思想；而实现空间数据库现空间数据库(作为作为DSSDSS系统的内部数据层系统的内部数据层)和外部省级环境和外部省级环境数据库的连接和调用数据库的连接和调用,为环境决策提供有用的信息和支持为环境决策提供有用的信息和支持,是是这一重要设计思想的最终目的和现实意义之所在。因此这一重要设计思想的最终目的和现实意义之所在。因此,DSS,DSS系统与公共数据库外部接口的设计和开发是一个技术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。它包括关键和重要贡献。它包括GIS(ARC/INFO)GIS(ARC/INFO)和和RDBMS(Sybase)RDBMS(Sybase)的物理和逻辑连接的物理和逻辑连接,以及空间数据层和外以及空间数据层和外部属性数据库的直接互相调用等。部属性数据库的直接互相调用等。6363EDSSEDSS的软件需求与数据需求分析的软件需求与数据需求分析 1 1）EDSSEDSS的用户特点和需求分析的用户特点和需求分析 EDSSEDSS的最终用户是省级、市级环境保护部门的环境的最终用户是省级、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保护与经济发展的综合决策人员,他们是省级环保他们是省级环保局的领导者局的领导者,如局长、副局长和有关职能处的负责如局长、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而是具有综合性特点,例如例如,环境问题与经济发展的环境问题与经济发展的关系关系,污染源和环境质量的关系污染源和环境质量的关系,污染物排放、环境污染物排放、环境质量与国家和地方有关法规和标准的比较质量与国家和地方有关法规和标准的比较,区域性区域性宏观污染控制策略宏观污染控制策略,等等。他们具有丰富的环境管等等。他们具有丰富的环境管理经验理经验,是是EDSSEDSS的最直接用户。的最直接用户。EDSSEDSS的另一类直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统的日常维护管理,包括基础数据的录入、修改、包括基础数据的录入、修改、更新、系统和数据备份等工作。通过他们对计算机更新、系统和数据备份等工作。通过他们对计算机和和DSSDSS软件的操作软件的操作,为决策人员提供所需的数据、为决策人员提供所需的数据、信息和决策支持。信息和决策支持。6464EDSSEDSS的软件需求与数据需求分析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环境管理工作系统由环境决策、监督执行及支持保证3 3个子系统组成个子系统组成 图 环境管理工作系统6565EDSSEDSS的软件需求与数据需求分析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省级、市级环境保护部门的决策内容主要包括4 4个个方面方面,即环境政策、环境立法、环境标准和环境规即环境政策、环境立法、环境标准和环境规划。划。（1 1）政策法规与标准职能部门拟定环境保护的具）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、办法和地方性标准体政策、法规、细则、办法和地方性标准,针对所针对所辖地区的主要环境问题辖地区的主要环境问题,开展调查研究开展调查研究,提出对策和提出对策和意见。意见。（2 2）规划或计划职能部门组织制定环境保护发展）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的中长期规划和年度计划,参预审批城市总体规划参预审批城市总体规划,组织开展环境预测组织开展环境预测,参预研究和制定环境保护的长参预研究和制定环境保护的长远战略。远战略。（3 3）开发监督职能部门实施建设项目环境管理）开发监督职能部门实施建设项目环境管理,要要求进行环境影响评价求进行环境影响评价,编写环境影响报告书或填写编写环境影响报告书或填写环境影响报告表。环境影响报告表。6666EDSSEDSS的系统功能需求分析的系统功能需求分析1 1）DSSDSS系统功能设计原则系统功能设计原则决策是为达到某一目的而在若干个可行方案中经过决策是为达到某一目的而在若干个可行方案中经过分析、比较、判断分析、比较、判断,从中选择并赋予实施的过程。从中选择并赋予实施的过程。省级、市级环境省级、市级环境EDSSEDSS应该能够支持省级环境保护应该能够支持省级环境保护部门有关决策的全过程部门有关决策的全过程,包括诊断预警、决策问题包括诊断预警、决策问题分析、决策问题求解和决策方案的实施管理等。分析、决策问题求解和决策方案的实施管理等。根据省级、市级环境保护部门的主要职能和环境决根据省级、市级环境保护部门的主要职能和环境决策的特点策的特点,EDSS,EDSS功能约束需要遵循下述原则功能约束需要遵循下述原则:实用实用性、宏观性、通用性和先进性。性、宏观性、通用性和先进性。6767EDSSEDSS的系统功能需求分析的系统功能需求分析（1 1）实用性）实用性系统真正解决决策者所关心的问题系统真正解决决策者所关心的问题,并通过友好的用户并通过友好的用户界面和人界面和人-机交互过程机交互过程,实现系统的辅助决策功能。实现系统的辅助决策功能。（2 2）宏观性）宏观性由于省级系统的地域特点由于省级系统的地域特点,所提供的决策支持应是宏观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。层次的、具有战略意义性质的内容。（3 3）通用性）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支持,这种简单的系统构架将为未来各省开发自己的较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。复杂的特殊应用提供开放环境。（4 4）先进性）先进性GISGIS是该系统开发的基本工具之一是该系统开发的基本工具之一,它能对基础信息及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分析、评价和规划结果进行图形显示和查询,同时同时GISGIS较强的空间分析能力可以增强较强的空间分析能力可以增强DSSDSS系统的功能。系统的功能。6868EDSSEDSS的系统功能分析的系统功能分析 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境决策问题的调研分析的基础上,在在EDSSEDSS系统分析中系统分析中规定了如下规定了如下5 5个功能个功能:历年统计和监测资料分析、环境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现状评价、环境影响评价以及污染物削减分配决策支持。持。（1 1）历年统计和监测资料分析）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从不同的空间范围角度度(省、城市省、城市,或任一区域等或任一区域等)进行行业资源消耗和排污情况分进行行业资源消耗和排污情况分析析,重点污染源、重点污染城市或重点污染行业识别重点污染源、重点污染城市或重点污染行业识别,环境质环境质量变化趋势分析量变化趋势分析,以及污染治理资金与效果分析等。以及污染治理资金与效果分析等。（2 2）环境现状评价）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从不同的空间范围角度度(省、城市、流域省、城市、流域,或任一区域等或任一区域等),),应用模型方法对环境现应用模型方法对环境现状作总的观察分析状作总的观察分析,由此判断全省或某所选区域的主要环境由此判断全省或某所选区域的主要环境问题。问题。6969EDSSEDSS的系统功能分析的系统功能分析 （3 3）环境影响评价）环境影响评价 提供提供2 2种类型的环境影响评价的初步的种类型的环境影响评价的初步的“快速评估快速评估”模式。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:建设项目环境影响初步评价建设项目环境影响初步评价,包括建设项目基本情况和背包括建设项目基本情况和背景条件的分析景条件的分析,不同情景方案下不同情景方案下(厂址、工艺和用水、污染控厂址、工艺和用水、污染控制、排污口等制、排污口等)建设项目水环境影响评价建设项目水环境影响评价,以及不同情景方案以及不同情景方案下下(厂址、工艺和能耗、污染控制、烟囱高度等厂址、工艺和能耗、污染控制、烟囱高度等)建设项目大建设项目大气环境影响评价等；气环境影响评价等；区域环境影响初步评价区域环境影响初步评价,其目的是从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,比较不比较不同的区域污染削减方案的环境影响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为区域环境污染物削减规划和策略提供依据规划和策略提供依据,包括区域特征分析、不同方案下区域包括区域特征分析、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。水环境影响评价和不同方案下区域大气环境影响评价等。7070EDSSEDSS的系统功能分析的系统功能分析 （4 4）污染物削减分配决策支持）污染物削减分配决策支持 应用情景分析方法和线性规划模型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化计算,并对优化结果进行环境评价和经济分析并对优化结果进行环境评价和经济分析,以提供决策以提供决策支持支持,包括水污染物削减分配决策支持和大气污染物削减分包括水污染物削减分配决策支持和大气污