（地球探测与信息技术专业论文）空间智能决策系统在环境污染事故应急指挥中的应用.pdf

摘要 空间智能决策支持系统在环境污染事故 应急指挥中的应用 作者简介：周宇鹏，男，生于1 9 8 2 年1 月，于2 0 0 4 年9 月就读于成都理工大学， 师从于苗放教授，专业为地球探测与信息技术。 摘要 近年来，国内环境污染事故频频发生，特别是危险化学品运输、爆炸等引发 的突发性环境污染事故给人民的生命财产带来极大的损失，对生态环境构成严重 威胁。另外，由于我国环境保护工作起步较晚，处理环境突发性事件的应急指挥 中还存在机构设置单一化，法律保障上无法可依，参与主体仅是政府，组织指挥 模式不清晰，应急计划不完善，技术系统支持不完备等原因都加剧了污染事故所 带来的严重后果。为了发挥政府和社会联动作用，降低污染事故发生所影响的范 围，以科学的手段提供智能决策支持和组织统一的应急指挥机制，建立基于空问 智能决策支持技术的环境污染事故应急指挥系统变得日益必要和紧迫。 空间智能决策支持系统s i d s s ( s p a t i a li n t e l l i g e n td e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) 是在人工智能技术和空间信息技术，结合软件工程和方法学、数据仓库技术、面 向对象技术、超文本与超媒体、网络和远程通讯技术、数据挖掘和知识发现等综 合技术的产物。 作者以环境污染事故应急指挥为基础，从我国应急指挥规范和流程为依据， 按照软件工程的思想，通过系统分析、系统设计、系统实现等三个步骤，对空间 智能决策支持系统在环境污染事故应急指挥的应用进行了研究与应用。作者利用 a r c g i s 和n e t 平台，以空间智能决策支持系统作为整个系统的控制中心，达到 智能分析、决策的目的，从而建立一套功能完备的环境污染事故应急指挥系统。 实现了空间数据的管理、处理、分析、建模和显示，应急指挥辅助信息的快速收 集、分析和应急指挥方案的智能生成功能，实现了对污染事故的动态模拟、实时 监测，实现了对污染源周围的整体分析、科学管理和提高了政府部门和社会群体 高效的联动应急保障能力，对解决我国目益下降的环境生态质量和环境污染事故 应急指挥决策的科学化、高效化、智能化有着重要的意义。 关键词：空间智能决策支持，空间技术，3 s ，应急指挥，环境模型 成都理工人学硕十学位论文 s p a t i a li n t e l l i g e n td e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mi nt h e a p p l i c a t i o no f e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na c c i d e n t e m e r g e n c yc o m m a n d i n t r o d u c t i o no ft h ea u t h o r ：z h o uy u p e n g ( 1 9 8 2 0 1 ) ，m a l e ，e n r o l l e di nc h e n g d u u n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g yi ns e p ，2 0 0 4 ，a n dt u t o r e db yp r o f e s s o rm i a of a n g t h e m a j o ri se a r t he x p l o r a t i o na n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y a b s t r a c t i nr e c e n t y e a r s , t h ed o m e s t i c e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na c c i d e n tr e p e a t e d l y o c c u r r e d ，s p e c i a l l y , d a n g e r o u sc h e m i c a lt r a n s p o r t a t i o n ，d e t o n a t i o nb u r s ta n ds oo nt h e e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na c c i d e n tb r o u g h tt h ee n o r m o u sl o s sf o rp e o p l e sl i f ea n d p r o p e r t y , p o s e dt h es e r i o u st h r e a tt ot h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t m o r e o v e r , b e c a u s e o u rc o u n t r ye n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nw o r k ss t a r tl a t e r , i nt h ep r o c e s s i n ge n v i r o n m e n t b u r s tc h a r a c t e r i s t i c se v e n t e m e r g e n c y d i r e c t i o na l s oh a st h eo r g a n i z a t i o n e s t a b l i s h m e n ts i m p l i f i c a t i o n ，i nt h el e g a ls a f e g u a r di su n a b l et ob ep o s s i b l et od e p e n d o n ，t h ep a r t i c i p a t i o nm a i nb o d yo n l yi st h eg o v e r n m e n t ，t h eo r g a n i z a t i o nd i r e c t i o n p a t t e mi sn o tc l e a r , t h ec o n t i n g e n c yp l a ni si m p e r f e c t ，t h et e c h n i c a ls y s t e ms u p p o r ti s i n c o m p l e t ea n d o nt h er e a s o na l li n t e n s i f i e dt h es e r i o u sc o n s e q u e n c ew h i c ht h e p o l l u t i o nm a t t e rb r o u g h t i no r d e rt od i s p l a yt h eg o v e r n m e n ta n dt h es o c i a ll i n k a g e f u n c t i o n , r e d u c es c o p ew h i c ht h ep o l l u t i o na c c i d e n to c c u r sa f f e c t s ，p r o v i d et h e i n t e l l i g e n t d e c i s i o ns u p p o r ta n dt h e o r g a n i z a t i o n u n i f i e d e m e r g e n c y d i r e c t i o n m e c h a n i s mb yt h es c i e n c em e t h o d , e s t a b l i s h e sc h a n g e sd a yb yd a yb a s e do nt h e s p a t i a li n t e l l i g e n td e c i s i o ns u p p o r tt e c h n o l o g yi ne n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na c c i d e n t e m e r g e n c yc o m m a n ds y s t e me s s e n t i a la n di su r g e n t s d s s ( s p a t i a li n t e l l i g e n td e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) i st h ec o m p r e h e n s i v e p r o d u c to ft h ea r t i f i c i a li n t e l l i g e n c et e c h n o l o g y ，t h es p a c ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , u n i f i e ss y n t h e s i st e c h n o l o g y ，t h es o f t w a r ee n g i n e e r i n g , m e t h o d o l o g y , d a t aw a r e h o u s e t e c h n o l o g y , o b j e c t - o r i e n t e dt e c h n o l o g y , h y p e r t e x ta n du l t r am e d i a , n e t w o r ka n d l o n g - d i s t a n c ac o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , d a t am i n i n g ，k n o w l e d g ed i s c o v e r ya n ds o o n t h ea u t h o rt a k e st h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na c c i d e n te m e r g e n c yd k e c t i o na sa f o u n d a t i o n ，f r o m0 1 1 1 c o u n t r ye m e r g e n c yd i r e c t i o ns t a n d a r da n dt h ef l o wi st h eb a s i s ， a c c o r d i n gt ot h es o f t w a r ee n g i n e e r i n gt h o u g h t t h r o u g ht h es y s t e ma n a l y s i s , t h e 摘要 s y s t e md e s i g n , t h es y s t e mr e a l i z a t i o na n ds oo nt h r e es t e ：p s ，h a sc o n d u c t e dt h e r e s e a r c ha n dt h ea p p l i c a t i o nt ot h es p a t i a li n t e l l i g e n td e c i s i o ns u p p o r tp r o g r a mi nt h e e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na c c i d e n te m e r g e n c yd i r e c t i o na p p l i c a t i o n t h ea u t h o ru s e s s p a t i a li n t e l l i g e n c ed e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mt o o kt h u st h eo v e r a l ls y s t e mt h ec o n t r o l c e n t e r , b yt h ea r c g i sa n dt h e n e tp l a t f o r m ，t oa c h i e v et h ei n t e l l i g e n ta n a l y s i s ，t h e p o l i c y m a l t i n gg o a la n dt oe s t a b l i s has e to ff u n c t i o no fc o m p l e t ee n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o na c c i d e n te m e r g e n c yc o m m a n ds y s t e m i th a sr e a l i z e dt h es p a t i a ld a t a m a n a g e m e n t ，p r o c e s s i n g , t h ea n a l y s i s ，t h em o d e l i n ga n dt h ed e m o n s t r a t i o n , t h e a u x i l i a r yi n f o r m a t i o nt h ef a s tc o l l e c t i o na n dt h ea n a l y s i so fe m e r g e n c yd i r e c t s , e m e r g e n c yd i r e c t sp l a nf u n c t i o na n ds oo ni n t e l l i g e n tp r o d u c t i o n i th a sr e a l i z e dt h e d y n a m i cs i m u l a t i o no fp o l l u t e dt h ea c c i d e n t ，t h er e a l t i m em o n i t o r i th a sr e a l i z e d o v e r a l la n a l y s i st ot h es o u r c eo f p o l l u t i o na r o u n d ，t h es c i e n t i f i cm a n a g e m e n ta n dh i g h e f f e c t i v el i n k a g ee m e r g e n c ys u p p o r t i n gc a p a b i l i t i e so fg o v e r n m e n td e p a r t m e n ta n d s o c i a lg r o u p s i th a st h ev i t a ls i g n i f i c a n c et os o l v et h ep r o b l e mo fe n v i r o n m e n t e c o l o g yq u a l i t yd r o p sd a yb yd a ya n dt h em a k ep o l l u t i o na c c i d e n te m e r g e n c y d i r e c t i o nd e c i s i o nt ob es c i e n t i f i cs t y l e , h i g he f f i c i e n c ya n di n t e l l e c t u a l i z a t i o n k e yw o r d s ：s i d s s ，s p a t i a lt e c h n o l o g y , 3 s ，e m e r g e n c yc o m m a n d ，e n v i r o n m e n t m o d e l m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导f 进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得成都堡至太堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者导师签名：祆 学位论文作者签名：闭穿一日勤 。巾7 年一占月口 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盛都垄王太堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和 借阅。本人授权成都堡王太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名闵窖潮乌 a t 巾7 年 口6 月。d日 第1 章引言 1 1 项目来源 第1 章引言 国家“8 6 3 ”计划：基于3 s 技术的采煤塌陷区时空监测及识别技术研究 四川省绵阳市环境监控与应急指挥系统 1 2 选题的目的和意义 环境问题已经使得中国经济正在失去持续性增长的潜能，中国经济在高速增 长的同时正在对环境产生严重的破坏与不利影响。1 3 的中国土地上都遭遇过酸 雨的袭击，7 大河中一半的水资源是完全没用的，而另有i 4 的中国人没有纯净 的饮用水。1 3 的城市人口不得不呼吸被污染的空气。城市中只有不到2 0 的垃 圾是按照环保的方式处理。最后一点要强调的是，世界上l o 个污染最严重的城 市中国占了5 个。中国的生态环境问题，已经成为制约经济持续发展重要因素， 工业化和城市化以人类历史上空前的速度加剧了环境问题的严重性，见图卜i ( 尚 沽澄，2 0 0 6 ) 。 图i - i2 0 0 1 - 2 0 0 5 年环境污染事件 f i g1 一ie n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ne v e n t2 0 0 1 2 0 0 5 成都理工大学硕士学位论文 2 0 0 5 年末松花江流域爆发化学品泄漏事件，化工厂的爆炸导致约1 0 0 吨苯及 其它化学品流入松花江并产生一条8 0 公里长的污染带，导致拥有3 0 0 多万人口 的黑龙江省省会哈尔滨市停水五天。松花江事件之后，2 0 0 5 年1 2 月广东北江、 湖南资水相继发生了化工污染，重庆垫江也发生爆炸事故，引发苯系物泄漏， 造成新民桂溪河、曹家河等河流污染。2 0 0 6 年伊始，湖南湘江又发生了镉污染 事件：8 月，吉林省吉林市松花江支流忙牛河再次发生化工污染事故：9 月初， 甘肃陇南市徽县发生的水污染导致徽县水阳乡新寺、牟坝两个村共有3 6 0 多人 查出血液中铅含量超标，其中1 4 岁以下儿童1 4 0 多人。国家环保总局说，自去 年松花江水污染事故以来，中国共发生1 3 0 多起与水有关的污染事故，达到平 均每两至三天一起( 尚洁澄，2 0 0 6 ) 。频频发生的环境事件成为众人议论的焦点， 人们对环保监管体系的质问和对事故所暴露出来的生态安全软肋反思愈加深刻。 有关专家明确提出，必须迅速将环境安全提升至与粮食安全、国防安全以及能源 安全同等重要的地位，并通过制定、启动相关应急机制，弥补事故所暴露出来的 生态安全软肋。 随着国家可持续发展战略和以人为本思想的不断深入，信息化建设的不断发 展，电子化和网络化程度越来越高。对城市环境中已存在的污染源早发现、早预 报、早处理，对发生了的突发事件及时发现、及时控制和及时处置是环保部门在 新时区不断完善其功能的必不可少的手段。当前，利用先进的信息技术，综合利 用空间信息技术、智能技术、决策支持系统、网络系统、流程软件和基础数据库 等技术，不断整合相关环境信息资源，保证了环保部门在对城市污水、废气、噪 声等各类污染源的第一时间信息掌握，预防污染事故和潜在危险因素的产生在 环境污染突发事件时，快速收集和处理信息，准确提供科学辅助决策意见，及时发 布指挥调度命令，最大程度地减轻由于突发事件造成的生命、财产损失。因此， 建立环境事故应急指挥平台对于中国改善人居环境和社会的可持续发展都具有 重要意义。 1 3 国内外发展现状 近年来，国内外环境污染事故频频发生，特别是危险化学品运输、爆炸等引发 的突发性危险废物污染事故给人民的生命财产带来极大的损失，对生态环境构成 严重威胁。大多数危险废物在环境中难以降解，可长距离迁移，在生物体内和环境 中长期蓄积，对生态环境造成不可逆破坏并引起生物致畸、致癌、致突变。为了 防止上述类似事件的发生，1 9 9 8 年联合国环境规划署制定了“地区级紧急事故意 识和准备 ( a w a r e n e s sa n dp r e p a r e d n e s sf o re m e r g e n c i e sa tl o c a ll e v e l ，a p e u 0 计 2 第1 章引言 划，旨在增强公众对风险事故的意识，制订必要的应急行动方案，强化事故预防措 施，最大限度地减少由此带来的人员和财产损失。在a p e l l 计划的指导下，美国 和欧洲的一些国家先后建立了城市级的重大污染事故预警系统( 李宇斌等， 2 0 0 6 ) 。 相比欧美发达国家，我国环境保护工作起步较晚，环境监控力度还不够，处 理环境突发性事件的应急指挥中还存在许多问题如表1 1 ( 张新梅等，2 0 0 6 ) 所 示，我国在对环境事故的处理上，机构设置单一化，法律保障上无法可依，参与 主体仅是政府，组织指挥模式不清晰，应急计划不完善，技术系统支持不完备 表1 - 1 中国环境污染应急指挥中的问题 t a b l e l 一1c h i n a se n v i r o n m e n t a le m e r g e n c yc o m m a n di s s u e 各项机制特点三国小同的表现 美嗣日本中国 机构设置划分合理专业部门分工明注荤协调的危机以管理单项灾种 职责明确确：综合的核心指管理机构综合为主的各个部门 挥部门紧急管防灾部：水平相当 理办公室的各个部门 紧急权制有法可依颁布紧急状态 紧急事态法没有建市紧急状 法，通过立法程序详细规范丁危机来 态法，在紧急状态 来保证应急管理的临时期政府与公民下。容易产生政府 专门机构在紧急状之间的关系以保与社会成员，中央 态下采取应对措施障政府能够有效地 与地方的责任不 和资源调度的权行使危机时期的权清，行使权力与履 力。力：列时为政府在行职责的程序不 紧急状态中如何行明，应急措施不到 使权力划定了明确位等问题。 的宪法界限。 参与主体全员参与建屯从一p 到下的政府在不断加强主要是政府参 应急层次结构为：准备的剧时促进与， 美国紧急事务管理行政、企业、地区 署一州、地方政府和社区( 居民) 以 一非政府组织( 包及志愿者团体等的 括宗教组织、市民携手合作和相互支 自治组织、志愿者援，建立一个在灾 组织甚至志愿者害发生时携手相 个体) 互帮助的社会体 系。 组织指挥模式高效机构自治保证 保证系统的机高度集中的政府 指挥系统不损害和构、单位和个人保指挥模式，但自上 干扰单个机构的管持一致，以便更有而下，从下到上没 辖责任：通过目标效地保证工作时间有建立科学合理的 管理保证一套清晰和有效地传递信信息传递途径和手 的、现实的操作性息。段。 目标。 应急计划科学、全面具有头等重要的日本的应急计划我国目前的应 位置，制定紧急灾主要包括两个方面急预案体系初步建 难救济计划是美国的内容：一是应急立。但是存在行业 政府所提供的公共管理规划：二是应条块分割，共存的 安全服务中的一个急预案及指南。多个应急预案之问 重要组成部分，且没有实现有机整 美国形成了一套科 合，从而使得其作 学完备的应急计划用不能得到有效发 体系。挥。 3 成都理工大学硕士学位论文 技术支持系统信息化建口了廊急响应建立了菲尼克斯缺乏完备、联动 过程中的信息联络灾害管理系统，其性好的技术支持系 系统、灾害信息搜包含，信息网络系统在进行戍急决 集系统、地理信息统、环境信息手机策时得不到有效的 系统，事故后果分 发布系统、灾害评技术支持。 析与模拟预测系估系统、应急管理 统、信息披赢和媒系统、地图信息系 介应对系统。统、灾情信息系统、 口r 视信息系统、灾 害管理通讯支持系 统、灾害响应对策 支持系统等。 1 4 研究内容 环境污染事故应急指挥涉及到大量的空间、时间及大量相关信息数据，本文 以空间智能决策支持系统为核心，针对环境环境污染事故应急指挥的行业特点， 通过对空间信息、决策支持、应急指挥和信息平台搭建等领域的研究，设计一种 环境污染事故应急指挥系统，本文主要的工作内容包括以下几个方面： ( 1 ) 分析智能决策系统的基本原理。 ( 2 ) 结合环境安全监管及应急处置的实际工作需要，着重对智能决策系统在突发 性环境事件应急处置信息平台的总体架构进行分析和应用。 ( 3 ) 研究智能决策系统中污染源的扩散模型和智能分析等关键技术。 1 5 技术路线 环境应急指挥系统的设计与实现：首先设计出该决策支持系统的整体构架， 然后根据国家规定的环境应急方案组织救援体系、故障处置方案和应急措施，生 成应急预案，及相应的处理机制。 空间智能决策支持系统的设计与实现：利用a r c g i s 和n e t 平台，通过建立 一个智能空间决策支持系统作为整个系统的控制中心，通过多种污染扩散模型的 建立和g i s 应用模型程序之间的数据传递和数据表现，达到智能分析、决策的目 的从而建立一套功能完备的环境污染事故应急指挥系统。 1 6 研究成果 本文的研究成果为以下几点： ( 1 ) 系统实现了空间数据的管理、处理、分析、建模和显示，应急指挥辅助信 息的快速收集和分析，应急指挥方案的智能生成等功能，对解决我国日益下降的 4 第1 章引言 环境生态质量和环境污染事故应急指挥决策的科学化、高效化、智能化有着重要 的意义。 ( 2 ) 作者利用a r c g i s 和n e t 平台，设计了一个智能空间决策支持系统，通过 建立多种污染扩散模型和实现g i s 应用模型程序之间的数据传递和数据表现，达 到对环境污染事故进行智能分析和辅助决策的目的。 ( 3 ) 所开发的系统成功地应用到环境污染事故应急指挥中，实现了对污染事故 的动态模拟和实时监测，从而可以对污染源周围进行整体分析和实现科学化管 理，提高了政府部门和社会群体高效的联动应急保障能力。 1 7 组织结构 第一章为引言，主要包括项目来源、选题目的和意义、国内外发展现状、研 究内容、技术路线、研究成果和组织结构几个部分。 第二章是空间智能决策支持系统，详细介绍了空间信息技术、智能决策支持 系统和空间智能决策支持系统的基本概念和它们之问的构成关系。 第三章是环境污染事故应急指挥系统，主要介绍了环境污染事故应急指挥中 的相关概念，如环境事件、事件级别、应急预案、应急指挥系统；介绍了应急指 挥的流程；介绍了环境污染事故应急指挥系统的一般功能特性，为以后章节的内 容起到基础性的铺垫作用。 第四章是系统总体的设计，主要是介绍了基于空问智能决策支持系统的总体 设计思路，系统总体需求分析，需要达到的目标。介绍了危险品信息决策支持模 块、风险源信息决策支持模块、应急人员信息决策支持模块、环境模型决策支持 模块、周边单位信息决策支持模块和应急预案信息决策支持模块等系统主要的功 能模块。在最后，针对s i d s s 中的模型设计作了具体的分析阐述。 第五章是基于s i d s s 环境污染事故应急指挥系统的实现，主要介绍了系统的 软硬件开发环境，在应急指挥中问题的产生和解决，着重通过预案库支持达到对 历史案例及突发案情的对比分析，通过空间信息智能决策支持的模型分析、缓冲 分析和网络分析为系统快速实现了对事发点空间信息的显示和查询，对污染情况 模拟分析划分影响地理范围、周边社会情况，对污染事故发生后制定应急行驶路 线，得出分析报告等功能，从而验证了本系统研究设计对环境污染事故应急指挥 决策的重要意义。 第六章为总结与展望，主要是对本文的成果的总结和不足之处的建议。 5 成都理工大学硕士学位论文 第2 章空间智能决策支持系统 2 1 空间信息技术 2 1 1 遥感 “遥感”( r e m o t es e n s i n g ) 一词首次见于美国地理学会在1 9 6 2 年主办的一次 有关环境遥感的学术讨论会，是指从遥遥远的地方探测、感知物体。遥感技术的 一般概念是：从不同高度的遥感平台上，使用遥感传感器，收集地物的电磁波信 息，再将其传输到地面并加以处理，从而达到对地物地识别与监测的全过程。用 物体反射或辐射电磁波的固有特性，远距离不直接接触物体而识别、测量并分析 目标物性质的技术( 李永颐，1 9 9 0 ) 。 遥感技术的基础，是通过观测电磁波，从而判读和分析地表的目标以及现象， 其中利用了地物的电磁波特性，即“一切物体，由于其种类及环境条件不同，因 而具有反射或辐射不同波长电磁波的特性”( 如图2 1 ) ，所以遥感也可以说是一 种利用物体反射或辐射电磁波的固有特性，通过观测电磁波，识别物体以及物体 存在环境条件的技术。 反甜率 图2 1 电磁波谱特性 f i g2 - 1c h a r a c t e r i s t i c so ft h ee l e c t r o m a g n e t i cs p e c t r u m 9 0 年代以后，高分辨率c c d 传感器的出现，使遥感图像的空间分辨牢由 l a n d s a t m s s 的8 0 m 提高到目前的2 3 m 甚至l m 以上；高光谱分辨率成像光谱仪的 出现，使多光谱遥感图像的光潜分辨率可达到5 1 0 a m ；加拿大雷达卫星 ( r a d a r s 卸的成功发射以及英国的地球观测雷达系统e o s - s a r 的研制标志着 雷达图像的空间分辨率大大提高。所有这些说明，遥感图像应用于g i s 基础信息 6 第2 章空间智能决策支持系统 的获取已成为可能。当前，遥感的应用已深入到农业、林业、渔业、地理、地质、 海洋、水文、气象、环境监测、地球资源勘探、城乡规划、土地管理和军事侦察 等诸多领域，在国民经济的诸多领域发挥巨大的作用。 根据环境监测调查的目的，应选择相应的遥感方法。如监测大气污染、温室 效应、水质污染、固体废弃物污染，可采用可见光、近红外遥感技术：监测大范围 地表的温度状况，可采用热红外遥感技术( m s 8 波段或t m 6 波段) ：如需获得夜间或 常有云或雨地区资料、探测隐藏在林下、埋藏于地下的目标，可使用微波遥感， 因为微波的波长比红外波要长得多，所以散射要小得多，在大气中衰减较少，基本 上不受烟、云、雨、雾的限制。 2 1 2 地理信息系统 地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 国内外有许多定义， 不同的应用领域，不同的专业，关于对它的理解是不一样的，目前还没有一个完 全统一的被普遍接受的定义。有人认为g i s 是管理和分析空间数据的计算机系统， 在计算机软硬件支持下，对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理，完成 数据输入、存储、处理、管理、分析、输出等功能，对数据实行有效管理，研究 各种空间实体及其相互关系，通过对多因素信息的综合分析，可以快速地获取满 足应用需要的信息，并能以图形、数据、文字等形式表示处理结果。有人认为g i s 是一种特定而又十分重要的空间信息系统，它以采集、存储、管理、分析和描述 整个或部分地球( 包括大气层在内) 空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。 有人认为g i s 就是数字制图技术和数据库技术的结合。 2 0 世纪8 0 年代，g i s 逐步走向成熟，并在全世界范围内全面推广，应用领 域不断扩大，并与卫星遥感技术结合，开始应用于全球性的问题，如全球变化和 全球沙漠化监测，全球可居住区评价，厄尔尼诺现象、酸雨、核扩散及核废料监 测等。美国地质调查局应用地理信息系统对美国三里岛核泄漏事件在2 4 小时内 就做出了反应，并迅速地对核扩散进行了影响评2 0 世纪8 0 年代是g i s 发展具 有突破性的年代，仅1 9 8 9 年市场上有报价的软件就达7 0 多个，并涌现出一批有 代表性的g i s 软件，如a r c i n f o , g e n a m a p ，s p a n s ，m a p i n f o ，e r d a s 。 m i c r o s t a t i o n ，s i c a d ，i g d s m r s 等。其中a r c i n f o 广泛地为世界各国地质调查 部门所采用，并在区域地质调查、区域矿产资源与环境评价、矿产资源与矿权管 理中发挥着越来越重要的作用( 吴信才等，2 0 0 2 ) 。 2 1 2 16 i s 平台基本构成 存储和管理所有的地理对象的空间数据库 7 成都理工大学硕+ 学位论文 为分布地理信息提供管理和共享能力的基于w e b 的网络 支持下述功能的桌面端和服务器端的应用 数据编辑 信息查询 空间分析和空间处理 制图作业 图像可视化和管理 g i s 数据管理 m o d u l a rs o f t w a r ec o m p o n e n t s ( e n g i n e s ) t oe m b e dg i s l o g i c i no t h e ra p p l i c a t i o n sa n db u i l dc u s t o m a p p l i c a t i o n s 2 1 2 2g i s 发展趋势 目前g i s 总体上己呈现网络化、开放性、虚拟现实、空间多维性等发展趋势( 袁 春红，2 0 0 6 ) 。 网络g i s 计算机网络技术的最新发展推动着当代g i s 技术的快速更新和发展，使得在 因特网上实现g i s 应用日益引起人们的关注，建立万维网g i s ( w 哪g i s 或w e b g i s ) 是近年来g i s 研究领域的一个热门话题。 开放式g i s 开放式地理信息系统( o p e n g i s ) 是指在计算机和通信环境下，根据行业标 准和接口( i n t e r f a c e ) 所建立起来的地理信息系统。它不仅使数据能在应用系 统内流动，还能在系统间流动。o p e ng i s 是为了使不同的地理信息系统软件之间 具有良好的互操作性，以及在异构分布数据库中实现信息共享的途径。 虚拟现实g i s 虚拟g i s 就是g i s 与虚拟现实技术( v i r t u a lr e a l i t y ) 的结合。v r 技术是当 代信息技术高速发展，并与其他技术集成的产物，是一种最有效地模拟人在 自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术。这种模拟具有三个最基 本的特征，即i m m e r s i o n ( 沉浸) i n t e r a c t i o n ( 交互) i m a g i n a t i o n ( 构想) 。 多媒体g i s 多媒体技术( m u l t ig e d i a ) 是一种集声、像、图、文、通讯等为一体，并 以最直接的方式表达和感知信息，以形象化的、可触摸( 触屏) 的甚至声控对话 的人机界面操纵信息处理的技术。应用多媒体技术对g i s 的系统结构、系统功能 及应用模式的设计产生极大的影响，使得g i s 的表现形式更丰富，更灵活，更友 8 第2 章空间智能决策支持系统 好。 三维g i s 与时态g i s 在许多地学研究中，人们所要研究的对象是充满整个3 d 空间的，如大气污染、 洋流、地质模型等，必须用一个( x ，y ，z ) 的3 d 坐标来描述。在3 d g i s 中，研究 对象是通过空间x ，y ，z 轴进行定义，描述的是真3 d 的对象。随着计算机技术和 g i s 在许多行业诸如地质、矿山、海洋、城市地下管网，城市空间规划、城市景 观分析、无线通信覆盖范围分析等对三维g i s 的需求日益迫切，3 d g i s 的理论和应 用近年来受到许多学者的关注。 2 1 3 全球导航卫星系统 g n s s ( g l o b a ln a v i g a t i o ns a t e l l i t es y s t e m ) 是利用全球的所有导航卫星所 建立的覆盖全球的全天侯无线电导航系统。目前可供利用的全球卫星导航系统有 美国的g p s 和俄罗斯的g l o n a s s 以及未来欧洲的g a l i l e o 等。g n s s 是由 g p s g 删a s s i n t 姒r s a t 组合而成的，目前正在发展的导航系统，其中i n t m a r s a t 是国际海事卫星组织的简称。该组织计划通过所属的通信卫星转发g p s g l o n a s s 导航信息，为全球用户提供服务。由于g n s s 综合了g p s 和g l o n a s s 的卫星信号， 增加了整个系统可视卫星的数目，改善了卫星几何位置配置，可在任何地方有较 大高度角的卫星提供选择，这样g n s s 比g p s ( 或g l o n a s s ) 有更高的定位精度和 更好的完整性状态。因此，g n s s 具有很强的互补作用，在同等组合方式下，运 用先进的组合导航技术，以g n s s 与其它导航技术的组合导航将比g p s ( 或 g l o n a s s ) 与其它导航技术组合有更高的精度和可靠性。 g p s 即全球定位系统，是现在广泛使用的一种导航系统。它是建立在无线电 定位系统基础上的空间导航系统。它由空间卫星、地面监控站和用户设备组成， 利用卫星信号来准确测定待定点的位置，具有全球性、全天候的连续定时定位能 力。主要用于实时、快速地提供目标的空问位置，为所获取的空间及属性信息， 提供实时或准实时的空间定位及地面高程模型。 g p s 定位基本原理是利用测距交会确定点位。如图2 - 2 所示，一颗卫星信号 传播到接收机的时间只能决定该卫星到接收机的距离，但并不能确定接收机相对 于卫星的方向，在三维空间中，g p s 接收机的可能位置构成一个球面；当测到两 颗卫星的距离时，接收机的可能位置被确定于两个球面相交构成的圆上；当得到 第三颗卫星的距离后，球面与圆相交得到两个可能的点；第四颗卫星用于确定接 收机的准确位置。因此，如果接收机能够得到四颗g p s 卫星的信号，就可以进行 定位；当接收到信号的卫星数目多于四个时，可以优选四颗卫星计算位置。 9 成都理工大学硕士学位论文 图2 - 2 测距交会定位示意图 f i g2 - 2r a n g i n gr e n d e z v o u sl o c a t i o nm a p s 2 0 0 0 年1 0 月3 1 日和1 2 月2 1 日我国自行研制的第一、二颗导航定位卫 星“北斗导航试验卫星”在西昌卫星发射中心发射升空，标志着我国拥有自主研 制的第一代卫星导航定位系统“北斗导航系统”，它是全天候、全天时提供 卫星导航信息的区域导航系统，将主要为公路交通、铁路运输、海上作业等领域 提供全方位的导航定位服务( 关惠平，2 0 0 3 ) 。另外，有中国参与的“伽利略”计 划是欧盟于1 9 9 9 年提出了旨在建立全球卫星定位导航系统，该系统由2 7 颗运行 卫星和3 颗预备卫星组成，可以覆盖全球，预计将在2 0 0 8 年投入使用。随着卫 星导航定位系统的不断不展，必将在对于我国国民经济建设将起到积极推动作 用。 2 1 43 s 集成 “3 s ”技术即遥感系统( r s ) 、全球导航卫星系统( g n s s ) 和地理信息系统( g i s ) 为基础的决策支撑技术系统所组成的新信息技术，其技术思想不仅仅单独追求技 术措施的精确，更为重要的是它可以在动态中准确地进行管理的决策，做到整个 生产过程和环节的情确，使完善的管理，资源的高效利用和社会、经济、环境、 效益达到有机统一。随着研究的深入，人们发现单独地运用其中一、二项技术 往往不能满足工程应用的需要，而综合地利用新信息技术中的几种甚至全部技术 集成，方可提供强有力的观测、信息处理、分析模拟和决策咨询等功能。3 s 集成 技术的发展，形成了综合的、完整的对地观测系统，提高了人类认识地球的能力， 拓展了传统测绘科学的研究领域，如图2 3 。 1 0 第2 章空闻智能决策支持系统 图2 33 s 的相互作用与集成 f i g2 - 33 si n t e r a c t i o na n di n t e g r a t i o n 2 2 智能决策支持系统 2 2 1 人工智能与专家系统 2 2 1 1 人工智能 人工智能( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，a i ) 也称机器智能，它的一般定义是 计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、心理学、语言学等多种学科互相渗 透而发展起来的- f 综合性学科。从计算机应用系统角度来看，人工智能是研究 如何制造出智能机器或智能系统，实现模拟人类智能活动的能力，以延伸人们 智能的科学( 胡国华，2 0 0 6 ) 。人工智能诞生于1 9 5 6 年，在美国达特茅斯 ( d a r t m o u t h ) 大学举办的夏季谈论会，“人工智能大师”麦卡锡( j m c c a r t h y ) 及 一批科学家提出了“人工智能”这一术语，开始具有真正意义的人工智能研究。 人工智能发展至今，研究成果不断，并且在很多领域得到了广泛的应用。虽然人 工智能科学家从不同角度对人工智能进行了各种描述，但至今尚无准确的定义。 斯坦福大学人工智能研究中心的n i l s s o n 教授认为：“人工智能是关于知识的科 学怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学。”美国麻省理工学院 的w i n s t o n 在人工智能教科书下定义说：“人工智能就是研究如何使计算机去做 过去只有人才能做的智能的工作。”这些定