（农业工程专业论文）基于网络技术的非充分灌溉决策支持系统研究.pdf

中国农业大学博士学位论文摘要 摘要 基于网络技术的非充分灌溉决策支持系统的研究是为农业节水技术的推广提供应用平台。利 用互联网技术推广非充分灌溉的研究成果，对于提高研究成果的转化率和灌区的现代化管理水平 具有重要的理论与实践意义。 本系统是由数据库系统和模型库管理系统组成，根据网络技术的原理，选择t c p i p 协议组 建网络，采用b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 体系结构，运用a s p 技术，应用动态链接库的技巧，选用 m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 作为数据库管理系统，使用v b s c r i p t 、v i s u a lb a s i c6 0 等语言编程，实 现了基于网络技术的非充分灌溉决策支持系统的各个功能。 数据库系统主要包括3 个数据库( 气象数据库、水资源数据库、灌溉数据库) 。其数据包括： 伞国4 0 0 个基本气象站1 9 5 0 2 0 0 0 年逐日气象资料，山西、陕西、河北、河南四省共3 2 个灌溉试 验站的冬小麦、夏玉米、棉花及部分经济作物从1 9 5 3 1 9 8 9 年的灌溉制度试验资料，1 9 9 4 2 0 ( 1 1 年的水资源公报资料。 模型库管理系统主要包括四个模型库( 作物需水量子模型、作物水分生产函数子模型、土壤 墒情预报子模裂、非充分灌溉制度优化子模型) 。 作物需水量子模型应用f a o 推荐的p e n m a n ，m o n t e i t h 公式法和单作物系数法，分别编制了日 参考作物需水量计算工具及作物全生育期内逐日作物系数计算的程序。同时，为方便使用者，本 文根据数据库已有气象资料，计算了从1 9 9 1 2 0 0 0 年逐日和逐月参考作物需水量，将结果同样存 储在m i c r o s o f ts q l s e r v e r 2 0 0 0 数据库中。作物水分生产函数子模型，选取数据库中山西、陕西、 河北、河南四省各试验站中冬小麦、夏玉米的试验资料，选取具有代表性的j e n s e n 模型，m i n h a s 模型，b l a n k 模型，s t e w a r t 模型对各站点资料采用最小二乘法进行回归分析，并采用f 检验法及 复相关系数检验法对各模型参数进行检验，将所得成果直接存储在软件系统中，供决策者参考。 土壤墒情预报子模裂应用土壤水动力学方法进行土壤墒情预报。该模型通过建立田间土壤水分运 动基本方程，利用作物根系的吸水模型和作物蒸腾蒸发模型分析作物吸水和土壤蒸发与作物牛长 和土壤水分的关系，利用数值方法来求解田间不同深度土壤水分的动态变化。非充分灌溉制度优 化子模型分别运用了线性规划和动态规划法，实现了基于s t e w a r t 模型、b l a n k 模型、j e n s e n 模型、 m i n h a s 模型的灌区单一作物的非充分灌溉制度优化。其模型经过田间试验验证，初步证明了该模 型的可行性。 关键诃：作物需水量，作物水分生产函数，土壤墒情预测，非充分灌溉制度，决策支持系统，网 络技术，数据库 中国农业大学博士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ep u r p o s eo fs t u d y i n gd e f i c i ti r r i g a t i o nd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ( d s s ) b a s e do nt h ew e bi st o s u p p l yt h ea p p l i c a t i o nf i a tf o rp o p u l a r i z i n ga g r i c u l t u r a lw a t e rs a v i n gt e c h n o l o g y i ti so fi m p o r t a n t a c a d e m i ca n dp r a c t i c a lm e a n i n gt op o p u l a r i z et h eh a r v e s tu s i n gn e t w o r kt e c h n o l o g y , a d v a n c et h e t r a n s f o r m a t i o ne f f i c i e n c yo f r e l e v a n tr e s e a r c ha c h i e v e m e n t sa n dt h em o d e mm a n a g e m e n tl e v e lo f i r r i g a t i o na r e a s t h i sd s si sc o m p o s e do fd a t a b a s ea n dm o d e lb a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，i no r d e rt or e a l i z et h e f u n c t i o n so ft h ed e f i c i ti r r i g a t i o nd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mb a s e do nt h ew e b ，t h et e c h n o l o g i e so ft c p i e b r o w s e r s e r v e rm o d e l ，a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e ) ，d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e mo fm i c r o s o f ts q l s e r v e r2 0 0 0 ，a n dt h ep r o g r a m m i n gl a n g u a g e so fv b s c r i p t ，v i s u a lb a s i c6 0w e r es e l e c t e di nt h i sp a p e r d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e mc o n s i s t so ft h r e ed a t a b a s e ( m e t e o r o l o g i c a ld a t a b a s e ，w a t e rr e c o u r s e s d a t a b a s e ，i r r i g a t i o nd a t a b a s e ) t h ed a t ai n c l u d ed a i l ym e t e o r o l o g i c a ld a t ao f4 0 0w e a t h e rs t a t i o n sf r o m 1 9 5 0t o2 0 0 0 w a t e rr e c o u r s e sd a t af r o m1 9 9 4t o2 0 0 1a n di r r i g a t i o nd a t ao fw i n t e rw h e a t ，s u m m e rc o r n ， c o t t o ni ns h a n x i ，s h a n n x i ，h e b e i ，h e n a np r o v i n c e sf r o m1 9 5 3t o1 9 8 9 ， m o d e lb a s em a n a g e m e n ts y s t e mc o n s i s t so ff o u rm o d e lb a s e ( c r o pw a t e rr e q u i r e m e n t ，c r o pw a t e r p r o d u c t i o nf o r m u l a ，s o i lw a t e rf o r e c a s t ，d e f i c i ti r r i g a t i o ns c h e d u l eo p t i m i z a t i o n ) i nt h ec r o pw a t e rr e q u i r e m e n tm o d e lb a s e ，t h ep e n m a n - m o n t e i t hf o r m u l aa n ds i n g l ec r o pf a c t o r , w h i c hw e r ep u tf o r w a r db yt h ef o o da n da g r i c u l t u r eo r g a n i z a t i o n ( f a o ) o ft h eu n i t e dn a t i o n si nt h e i r r i g a t i o n a n dd r a i n a g e p a p e r5 6i n1 9 9 8 ，w e r eu s e dt op r o g r a mt h ed a i l yr e f e r e n c ec r o p e v a p o r t r a n s p i r a t i o nt o o l sa n dt h ed a i l yc r o pf a c t o ri nt h ew h o l es e a s o n a tt h es a r n et i m e ，i no r d e rt o h e a pf a v o r su p o nt h eu s e r s ，t h ed a l l ya n dm o n t h l yr e f e r e n c ec r o pe v a p o r t r a n s p i r a t i o nf r o m1 9 9 1t o2 0 0 0 w e r es t o r e di nm i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0d a t a b a s e i nt h ec r o pw a t e rp r o d u c t i o nf o r m u l am o d e lb a s e ， t h ei r r i g a t i o nd a t ao fw i n t e rw h e a ta n ds u m m e rc o r ni ns h a n x i ，s h a n n x i ，h e b e i ，h e n a np r o v i n c e sw e r e c h o s e nf r o md a t a b a s e r e g r e s s i o nm e t h o dw a su s e dt os t u d yt h ep a r a m e t e r so ft h em o d e lb a s e do n j e n s e n ，m i n h a s ，b l a n ka n ds t e w a r t i tt o o kt h ei n d e xo ffa n da n a l y z e dt h ep r e c i s i o no fa l lt h e s em o d e l s t h er e s u l t sw e r es t o r e di nt h i ss y s t e mi no r d e rt os u p p l yt h er e f e r e n c ef o rt h eu s e r s i nt h es o i lw a t e r f o r e c a s tm o d e lb a s e ，t h es o i lw a t e rd y n a m i c sm e t h o dw a su s e da n dn u m e r i c a lm e t h o dw a su s e dt o e s t i m a t et h ed y n a m i cc h a n g e so fs o i lw a t e ri nt h e d i f f e r e n td e p t ht h r o u g ht h ee s t a b l i s h e db a s e m e n t f o r m u l a s d e f i c i ti r r i g a t i o ns c h e d u l eo p t i m i z a t i o nm o d e lb a s eu s e dl i n e a rp r o g r a m m i n ga n dd y n a m i c p r o g r a m m i n gm e t h o d st or e a l i z et h eo p t i m i z a t i o no fs i n g l ec r o pd e f i c i ti r r i g a t i o ns c h e d u l eb a s e do nt h e m o d e l so fb l a n k ，j e n s e n ，s t e w a r ta n dm i n h a s f i e l de x p e r i m e n t sv a l i d a t e dt h er e l i a b i l i t yo ft h em o d e l s k e yw o r d s ：c r o pw a t e rr e q u i r e m e n t ，c r o pw a t e rp r o d u c t i o nt b r m u l a , s o i l w a t e rf o r e c a s t ，d e f i c i t i r r i g a t i o ns c h e d u l e ，d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，n e t w o r kt e c h n o l o g y ，d a t a b a s e 主要缩略语表 w u ew a t e ru t i l i z e de f f i c i e n c y水分利用效率 e d i e v a p o r t r a n s p i r a t i o nd e f i c i ti r r i g a t i o n 土壤水分蒸腾蒸发总量亏缺灌溉 r d i r e g u l a t e dd e f i c i tl i r r i g a t i o n 规则亏缺灌溉 d s sd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m决策支持系统 m i s m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m 管理信息系统 m b m sm o d e lb a s em a n a g e m e n ts y s t e m模型库管理系统 d b m sd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m数据库管理系统 m b m o d e lb a s e 模型库 d bd a t a b a s e数据库 d wd a t aw a r e h o u s e 数据仓库 o l a po n l i n ea n a l y t i c a lp r e c e s s i n g 联机分析处理 d md a t am i n i n g数据开采 k d dk r t o w l e d g ed i s c o v e r yi nd a t a b a s e 知识发掘 g f k d d s s g u o f a n g k e d a d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m 国防科大决策支持系统开发工具 o d b c o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y 数据库接口软件 d m i d s s pd i s t r i b u t e dm u l t i m e d i ai 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 mp l a t f o r m 分布式多媒体智能决 镱支持系统 c s d s s pc l i e n t ，s e l v e rd e c i s i o ns u p p o r tp 1 a f f o r m 基于客户，服务器的决策支持系统开发平台 a s pa c t i v es e r v e rp a g e s 动态服务网页 o d s s o p e nd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m 开放式决策支持系统 g d s s g r o u pd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m 群决策支持系统 f a o f o o da n da g f i c u l 山mo r g a n i z a t i o no ft h eu n i t e dn a t i o n s 联合国粮食与农业组织 c w p f c r o p w a t e rp r o d u c t i o nf u n c t i o n 作物水分生产函数 e t p f e v a p o r t r a n s p i r a t i o np r o d u c t i o nf u n c t i o n 腾发耗水生产函数 a n na r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k 人工神经网络 d p d y n a m i cp r o g r a m m i n g 动态规划法 d p s a d y n a n l i cp r o g r a m m i n g s u c c e s s i v ea p p r o x i m a t i o n sm e t h o d动态规划逐次渐进法 s d ps t o c h a s t i cd y n a m i cp r o g r a m m i n g 随机动态规划 d b ad a t a b a s ea d m i n i s t r a t o r数据库管理员 m c r wm o d e lo f c r o pr e s p o n s et ow a t e r作物一水模型 e t o r n l e r e n c ec r o pe v a p o t r a n s p i r a t i o n参考作物需水量 s p a cs o i lp l a n ta t m 0 5 ；口h e r ec o n t i n u u m 土壤一植物一大气连续体 l pl i n e a rp r o g r a m m i n g 线性规划 b sb r o w s e r s e r v e r浏览器，服务器 中国农业大学博士学位论文 主要缩略语表 c s c l i e n t s e r v e r 客户端，服务器 h 1 口h y p e r t e x t t r a n s f e r p r o t o c o l超文本链接协议 t c p i pt r a n s f e rc o n t r o lp r o t o c o l i n t e m e ip r o t o c o l 传输控制协议，网际协议 d l l d y n a m i c “n kl i b r a r i e s 动态链接库 h t m l h y p e t t e x tm a r k u pl a n g u a g e超文本链接标示语言 l l si n t a r n e ti n f o r m a t i o ns e r v e r 网络信息服务 u w au s e rw o r ka r e a 用户工作区 d d ld a t ad e f i n i t i o nl a n g u a g e 数据定义语言 i s o i n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o nf o rs t a n d a r d i z a t i o n 国际标准化组织 o s r m o v e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t r e f e r e n c em o d e l 开放系统互联参考模型 u r l u n i f o r mr e s o u r c el e c a t o r资源定位器 s q l s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e 结构化查词语言 s q le n t e r p r i s em a n a g e rs q l 企业管理器 c h a r 周定长度的非u n i e o d e 字符型数据 n v a r c h a r 可变长度u n i c o d e 数据类型 n u m e r i c 浮点数据类型 u n i c o d e统一的字符编码标准，采用双字节对字符进行编码 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，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，也不包含为获得中国农业大学或其它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 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：6 蓠时间：2 伽年6 月f ，日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 蓦磊萎薹予：三渺 导丽签名t 、f 蕞矗扣i b ， v ，v 时间：2 0 。厂年6 月，夕日 鼬间：扣6 年6 玛1 7 日 中国农业大学博士学位论文 第一章绪论 1 1 研究的目的和意义 第一章绪论 地球上水的储量很大，但9 7 5 是咸水，淡水只有2 5 。这些淡水中有将近7 0 冻结在南极 和格陵兰的冰盖中，其余大部分是土壤中的水分，或者是储存在地下深处蓄水层中的地下水，不 易供人类开采使用。因此，易于供人类开采使用的淡水不足全球淡水的1 ，即约占全球水储量 的0 0 0 7 ，这就是湖泊、江河、水库以及埋深较浅易于开采的地下水，这些水经常得到降雨和降 雪的补充和更新，可以持续使用。 据专家1 9 9 7 年最新估计口j ，全球陆地可更新的淡水资源量约4 2 7 5 万亿m 3 。其中易于开采、 可供人类使用的淡水资源量约( 1 2 5 1 4 5 ) 万亿m 3 。按1 9 9 5 年全球人口5 7 3 5 亿计，全球人均水 资源量为7 4 5 0m 3 ，其中易于开采而可更新再利用的淡水，人均水资源量约2 1 8 0 2 4 4 0m 3 ，显 然可见，地球上的淡水资源是有限的口j 。 自1 - 世纪八十年代以来，我国灌溉农业大力发展，灌溉面积剧增。1 9 9 7 年今国灌溉面积比 1 9 8 0 年累计新增3 5 6 万h m 2 。并且新发展的灌溉面积主要集中在北方地区，1 9 8 0 1 9 9 7 年的1 7 年中，北方累计新增4 3 1 万h 一。其中黄淮海地区增加2 3 3 万h m 2 ，松辽河流域增加1 6 8 万h m 2 ， 内陆河流域增加3 0 万h m 2 ；南方净减少近7 5 万h m 2 ，长江、珠江、东南诸河分别减少了3 8 万 h 秆、4 6 万h m 2 和7 万h m 2 。但是在我国粮食意足自给的基本国策下，我国还应该大力发展农业 灌溉面积。据有关专家分析，为保证我国粮食基本自给，预计到2 0 5 0 年全国灌溉面积将达到 5 7 6 l 6 1 0 0 万h m 2 ，累计新增灌溉面积约6 6 8 万h m 2 ，灌溉面积的增长，对农业用水提出了更高 的要求”j 。但目前我国农业用水的利用率却相当低，灌溉水的利用率仅4 0 5 0 左右，而一些 发达国家可达到8 0 以上，灌溉水的生产效率不足1o k g m 3 ，远远低于发达国家2 , 0 k g m 3 的水平 。i 司时，未来我国新发展的灌溉面积8 0 以上位于北方地区，而我国北方地区水资源条件本来 就相对不好，此时，势必会增大业已存在的水资源供需矛盾。但从粮食生产的实际需要和耕地资 源的开发利用看，我国又不得不在广大的北方地区发展灌溉面积“1 。因此，中国的缺水问题在很 大程度上要通过大幅度提高水的利用率和水的生产效率来解决，从整体上提高农业用水效率是缓 解我国2 1 世纪水危机的根本性措旖。因此，开展农业节水灌溉对缓解我国日益突出的水资源供 需矛盾具有十分重要的战略意义。 在我国，人们习惯用“节水”这一提法，更确切的提法应该是“高效节水”，国外多用后者”】。 节水灌溉应该是从整个灌溉过程着手，凡能减少灌溉水损失、提高灌溉水使用效率的措施、技术 和方法均属于节水灌溉范畴m 】。因此节水灌溉理论可分为两类：节水硬科学和节水软科学。节水 硬科学指从水源引水到田间灌水的全部工程技术装备，如引水枢纽、输水、配水系统的防渗渠道 和管道，地面灌溉方法和灌水技术，喷灌、微灌和管灌技术，灌溉效率测算和水费计量设施，土 壤墒情监测、采集和传感系统，土地平整、农田整治和建设技术等。节水软科学指土壤作物 大气的水分关系研究和水管理理论、方法与措施，如作物节水灌溉的理论，有限水量的地区 间、作物间及作物生育期内的时空最优分配制度，计算机支持管理系统的预测和决策理论，节水 中国农业大学博士学位论文第一章绪论 政策和灌溉效益、成本研究，水管理质量评估方法和指标体系，灌溉管理组织改进和提高等”“1 。 在推行农业节水灌溉方面，几十年来我国已经做了许多工作，取得了一些成绩。尤其是近年 来渠道防渗、喷微灌等节水新技术和以管道代替沟渠的低压管道输水灌溉得到迅速发展。同时为 了减少田问灌溉水的损失，很多地区采用了平整土地、膜上灌、稻田湿润灌溉、改进畦沟灌等节 水措施，效果也较显著。但是，节水灌溉在我国毕竟还处于发展阶段，发展不平衡，规模也不大 ”“1 。特别是节水灌溉的软科学发展较慢。据有关专家学者研究统计，我国在节水灌溉理论研究 方面总体水平与国外相比仅落后3 年左右，甚至在某些方面已接近或达到国际先进水平，而在推 广应用管理方面则与国外相差甚远【9 1 ”。因此，我们应该充分利用当今的计算机科学技术，把它 作为一一个极好的载体，将它与节水灌溉理论充分结合，扩大新理论和新成果的影响力，提高它们 的使用效率，这就是本课题研究的基本出发点，即通过研究开发一个基于网络技术的作物非充分 灌溉技术软件来达到广泛推广农业节水技术的目的。 1 2 国内外研究现状 1 2 ，1 非充分灌溉的国内外研究现状 ( 1 ) 非充分灌溉的内涵 非充分灌溉是针对水资源的紧缺性与用水效率低下的普遍性而提出的一种新的灌溉技术。非 充分灌溉广义上可以理解为：灌水量不能完全满足作物的生长发育全过程需水量的灌溉。就是将有 限的水科学合理( 非足额) 安排在对产量影响比较大，并能产生较高经济价值的水分i 临界期供水。 在非水分l 临界期少供水或不供水。非充分灌溉作为一种新的灌溉制度，不追求单位面积上最高产 量，允许定限度的减产。在水资源有限地区，建立合理的水量与产量关系模式，通过增加灌溉 面积而获得大面积总量的均衡增产，力求在水分利用效率( w u e 卜产量经济效益三方面达到有 效统”。1 “。 ( 2 ) 非充分灌溉的主要研究内容阳“”】 1 ) 作物在不同受旱条件下需水规律的研究。 研究作物在不同受旱条件下需水规律是进行非充分灌溉研究的最基本的理论依据。据此为确 定节水灌溉控制指标，选择灌水技术提供依据”“”j 。 2 ) 作物水分生产函数的研究。 作物一水模型是制定灌溉定额、灌溉制度的理论依据。作物各生育阶段的需水量不同，各生 育阶段对水分的敏感程度也不同。需水高峰期并不是需水关键期，寻求作物需水关键期，也就是 对作物对水分的敏感性、敏感程度进行研究，找出敏感期及敏感期的顺序，把有限水量灌到最关 键期，尽可能使产量最大。非充分灌溉作物一水模型是建立相对产量与相对腾发量之间的关系。 不同地区根据具体情况采用不同作物一水模型，如干旱地区用j e n s e n 模型计算，半干旱地区采用 s t e w a r t 模型，而j e n s e n 模型由于考虑作物对水分的敏感性而采用较多。目前对作物一水模型的 研究，主要是对模型中敏感指标 的研究。由于这一参数影响因素较多，时空稳定性差，不少研 究人员从不同的角度对敏感指标 进行了研究l “2 。 中国农业大学博士学位论文第一章绪论 3 ) 优化灌溉定额、制定灌溉制度。 根据作物需水的关键期，优化灌溉定额、制定灌溉制度，为灌区非充分灌溉水管理提供科学 依据。如何将有限的灌溉水量分配在各关键期，才能使总产量达到相对最大，采用优化理论可对 有限水量进行最优分配。由于作物备生育阶段对水分的需要量与敏感性都不一样，这种灌溉制度 的确定是一个多阶段决策的过程，是动态的，不同于传统的静态灌溉制度。目前大部分用动态规 划进行优化设计，用逐次逼近法求解。为提高灌溉水的利用率、产出率，将非充分灌溉与系统分 析结合起来，把决策建立在实现全生产期产出最大化的基础上，才能制定出农作物的最优灌溉制 度。 ( 3 ) 非充分灌溉的国外研究现状 非充分灌溉。在国外也称“限水灌溉”或“腾发量亏缺灌溉”，出现于美国中部和南部大平 原，如德克萨斯州”1 。上世纪七十年代，由于注意到水资源的紧缺，传统丰产灌溉的常态试验开 始转向节水型的“劣态性”试验，限水灌溉也推广到美国西部干旱半干旱地区。加利福尼亚州中 央河谷灌区，从1 9 6 9 - 1 9 7 7 年对六种作物进行了为期九年的充分灌溉与非充分灌溉的对比实验， 证昵在节水的非充分灌溉条件下比充分灌溉的最高产量减产并不严重。1 9 8 0 。1 9 8 2 年，俄勒冈州 东部的一些农场经过俄州大学在h e m i s t o n 附近对冬小麦的定量研究，进一步提高缺水程度，使 灌溉水量( 包括降雨) 保持在作物需水量的8 0 ，也获得了良好的生产效果。1 9 8 1 年，美国灌溉 协会在盐湖城召开会议，由j e m a r s h a l l 和c n b r i a n 提出了非充分灌溉条件下可靠的产量模式与 灌溉水的最优化管理问题。根据农场的收入和有限水资源的利用情况指出：在某些情况下，非充 分灌溉可获得很大的经济效益】。 上世纪八十年代，日本在学习限水灌溉经验基础上，推进了日本早地经济用水研究的应用。 由于开发新水源的工程困难和成本巨增，促进了日本农户重新制定作物用水计划与降低工程费 用。爱嫒县南豫地区的桔园( 1 9 8 6 ) ，通过减少单位面积用水量，使原8 5 万亩的灌溉面积扩大到 1 0 8 万亩，最优的旱地用水计划收到良好效果。澳大利亚将土壤水分蒸腾蒸发总量亏缺灌溉 e d i ( e v a p o r t r a n s p i r a t i o nd e f i c i ti r r i g a t i o n ) 技术应用于桃树灌溉，发展为一套规则型的亏缺灌溉 r d l ( r e g u l a t e dd e f i c i ti r r i g a t i o n ) 方法。在桃树生长季之初，仅维持较低水平的土水势，而在果实 膨大期内，实行频繁的灌水。结果节约了用水量，抑制了枝叶生长，减少了剪枝工作景，不仅提 高了果实产量，也改善了水果品质。美国加州弗雷斯水管理研究室，也在桃树中研究了非敏感期 的节水潜力，研究减少灌水次数和灌水量是否会引起早熟与晚熟品种的严重减产、果实生长速率 及桃子是否会变小。将非充分灌溉推广到果树领域并探索对水果产量和品质的影响( 1 9 8 5 ) 【8 】。 ( 4 ) 非充分灌溉的国内研究现状 上世纪八十年代中期，我国北方开始进行专门试验探索非充分灌溉问题。1 9 8 6 年，由内蒙古 自治区水利科学研究所与乌盟水利科学研究所分别在呼和浩特市与凉城县进行了“春小麦非充分 灌溉试验研究”，获得可喜成果并通过国内专家鉴定。内蒙古水科所从试验研究、中间试验与示 范推广，到大面积推广，历时八年，乌盟历时六年。1 9 9 0 年，由内蒙古农牧学院与内蒙水科所在 哲盟丰田乡进行了“玉米非充分灌溉试验研究”。1 9 9 1 1 9 9 3 年，武汉水利电力大学茆智教授分别 在桂林、河北进行了水稻非充分灌溉试验研究。总之，经过二r 多年有关专家学者的潜心研究与 努力，非充分灌溉具备了相对成熟的理论基础和实用技术【2 4 】。但是尽管如此，由于非充分灌溉在 灌溉领域中是个新课题，比探索其它节水措施要复杂得多，目前在我国还处于试验研究阶段和初 中国农业大学博士学位论文 第一毒鳍论 步示范推广阶段。非充分灌溉在我国愈来愈引起人们的重视，在“九五”和“十五”期间的全国 节水灌溉规划中都把非充分灌溉列为科学节水的重要措旌。 1 2 ，2 决策支持系统的国内外研究现状 ( 1 ) 决策支持系统的内涵 决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，d s s ) 实质上是在管理信息系统( m a n a g e m e n l i n f o r m a t i o ns y s t e m ， m i s ) 和运筹学的基础上发展起来的。管理信息系统重点在对大量数据的处 理。运筹学在于运用模型辅助决策，体现在单模型辅助决策上。随着新技术的发展，所需要解决 的问题愈来愈复杂，所涉及的模型愈来愈多，不仅使用几个，而是十多个，几十个，以至上百个 模型来解决一个大问题。在决策支持系统出现之前，多模型辅助决策问题是靠人来实现模型问的 联合和协调的。决策支持系统的出现是要解决由计算机自动组织和协调多模型的运行和数据库中 大量数据的存取和处理，达到更高层次的辅助决策能力。决策支持系统的新特点就是增加了模型 库和模型库管理系统，它把众多的模型有效地组织和存储起来，通过人机交互功能，建立模型库 和数据库的有机结合。这种新型系统就是决策支持系统( d s s ) 。它不同于m i s 数据处理，也不同 于模型的数值计算，而是它们的有机集成。它既具有数据处理功能，又具有数值计算功能 2 5 - 3 2 j 。 ( 2 ) 决策支持系统的结构 对决策支持系统发展影响最大的结构是“三部件”结构彤式。是由s p r a q u e 于1 9 8 0 年提出的， 它是由三个子系统组成的，即人机交互系统( 对话部件) 、模型库系统( 模型部件) 、数据库系统 ( 数据部件) 。决策支持系统的结构如图1 1 所示。其中人机交互系统是决策支持系统与用户之间 的交互界面。用户通过“人机交互系统”控制实际决策支持系统的运行，决策支持系统既需要用 户输入必要的信息( 用于控制) 和数据( 用于计算) ，同时要向用户显示运行的情况以及最后的 结果。数据部件包括数据库和数据库管理系统。数据库存储大量数据，一般由数据库管理系统来 管理和维护。数据库管理系统必须具有数据库建立、删除、修改、维护，数据存储、检索、排序、 索引、统计等功能。模型部件由模型库和模型库管理系统组成。模型库用来存放模型，它总是以 某种汁算机程序形式表示的，如数据、语句、子程序，甚至于对象等。模型库管理系统，负责模 型与数据库部件之间的联系。在模型运行时，规定输入输出数据的来源及去向，并同数据库管理 系统进行数据交换 2 5 - 3 2 1 图卜1 决策支持系统“三部件”结构 4 中国农业大学博士学位论文第一章绪论 ( 3 ) 决策支持系统的国外研究现状 决策支持系统是上世纪八十年代迅速发展起来的新型计算机学科，是信息系统研究的最新 发展阶段。自美国麻省理工学院的m i c h a e ls s c o t t m o r t o n 和p c t e r gw k e e n 于上世纪七十年代 首次提出“d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ”以来，在短短的3 0 多年里，各国学者对d s s 的理论研究与 开发应用进行了卓有成效的探索。目前，d s s 已成为系统工程与计算机应用领域中的重要研究课 题。 到了上世纪九十年代中期，国外又兴起了三项决策支持新技术，即数据仓库( d a t aw a r e h o u s e ， d w ) 、联机分析处理( o n l i n ea n a l y t i c a lp r e c e s s i n g ，o l a p ) 、数据开采( d a t am i n i n g ，d m ) 。数 据仓库是在数据库的基础上发展起来的。数据库用于事务处理，而数据仓库可用于决策分析。联 机分析处理把数据的组织由二维平面结构扩充到多维空间结构，并提供了多维数据分析方法。数 据开采( 数据挖掘) 则是在人工智能机器学习中发展起来的，它是从数据库中发现知识( k n o w l e d g e d i s c o v e r yi nd a t a b a s e ，k d d ) 过程的核心。数据仓库、联机分析处理、数据开采的结合创立了决 镱支持系统的新方向口3 3 4 1 ( 4 ) 决策支持系统的国内研究现状 我国在上世纪八十年代中期引入决策支持系统概念，这是一项新技术，它是以多模型组合和 多方案比较的方式辅助决策的。虽然模型库系统以及它和数据库的结合没有规范的理论和成熟的 软件产品，影响了决策支持系统的发展，但是，决策支持系统这个新生事物却引起了计算机学者 和管理科学与工程技术人员的广泛关注。国家有关的科研基金以及研究项目均给予资助，促进了 我国决策支持系统的发展。 上世纪八十年代末，计算机操作系统正在由d o s 向w i n d o w s 转换，又出现了功能强大的c + + 语言和数据库接口软件产品c o d e b a s e 。这些软件产品为决策支持系统的研制提供了很好的工 具。因此，在上世纪八十年代末，我国陆续开发出一些有价值的决策支持系统和工具。例如：1 9 8 9 年研制出了“决策支持系统开发工具g f k d d s s ( g u o f a n g k e d a - d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) ”，它 专门设计和实现了具有数值计算能力和数据处理能力相结合的d s s 集成语言。在当时还没有数据 库接口软件产品的情况下，自行研制了数据库接口语言，自行设计和实现了模型库管理系统。这 样，g f k d d s s 工具能针对实际决策问题开发出对模型部件、数据部件和人机交互部件进行综合 集成的决策支持系统。 上世纪九十年代中期，出现了功能更强的v i s u a lc + + 语言和数据库接口软件o d b c ( o p e n d a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) ，它们为d s s 的开发提供了更好的语言环境。例如，1 9 9 5 年研制出的“分 布式多媒体智能决策支持系统开发平台d m i d s s p ( d i s t r i b u t e dm u l t i m e d i ai n t e l l i g e n td e c i s i o n s u p p o r ts y s m mp l a t f o r m ) ”，该平台集成了模型库系统、专家系统工具、神经网络、机器学习、分 布式处理、多媒体技术、地形处理等多项新技术，用c + + 宿主型集成语言、面向对象方法、客户 服务器模式，形成了d s s 集成开发环境。1 9 9 9 年研制出的“基于客户服务器的决策支持系统快 速开发平台c s d s s p ( c l i e n t s e r v e rd e c i s i o ns u p p o r tp l a t f o r m ) ”，该平台是三层客户朋务器结构 形式，客户端提供了可视化系统生成工具，广义模型服务器中包括模型库、算法库、知识库、方 案库、实例库等五库，并实现了统一的管理和运行，数据库服务器采用s q ls e r v e r 软件。c s d s s p 平台的可视化系统生成工具能够快速地制作应用系统的框架流程，既能够可视化运行应用系统， 又可快速改变系统方案。c s d s s p 平台为开发实际问题的决策支持系统提供了快速开发环境。 中国农业大学博士学位论文第一璋绪论 1 2 t 3 基于网络技术的决策支持系统的研究现状 ( 1 ) 网络技术的发展 随着现代科学技术的迅猛发展，在上世纪九十年代，全球己进入到一个伟大的信息时代，通 信、计算机与信息融为一体，推动着人类社会以历史上未曾有过的高速度向前发展。网络技术水 平在经济发展的促进下也不断得到提升。电信网络在引入数字技术之后，数据通信宽带通信业务 进一步得到发展，目前整个网络正在朝着宽带化、智能化、综合化方向发展。互联网给人们的工 作和生活带来了广泛而深入的影响。随着无线网络技术和宽带网络技术的成熟，网络将会触及人 们生活的各个方面。而未来的网络信息系统比现有信息系统具有更大数量级的海量信息、更多的 信息类型和表现形式以及更复杂的时空关联关系；信息的组织是异构的和广泛分布的；处理要求 高度并行，操作之间要求有充分的协同和合作；提供随时、随地的服务，服务要保证质量、安全、 可靠。用于决策的各种资源不仅要通过网络进行获取，而且决策信息、决策方案和决策支持工具 也必须通过网络进行发布。 ( 2 ) a s p 的产生与发展o 信息技术发展推动了i n t e m e t 的诞生及其广泛应用，并引发了一场i n t e r n e