（地图学与地理信息系统专业论文）崇明岛生态建设决策支持系统模型库设计与实施方案.pdf

摘要摘要崇明作为国家级生态示范区，它的发展必须“按照科学发展观的要求 去规划和建设，如何实现崇明岛全面、协调、可持续的发展，需要对崇明岛人口和经济发展与其资源和环境支撑能力关系进行科学的研究和合理的配置。随着计算机技术和信息技术的发展，信息化和系统化成为生态建设管理的有效途径。如果能采用一定的技术手段实现对生态系统中各类生态要素的自动采集、动态分析与监测、耦合模拟与预测，那么就可以实现对生态系统管理过程的监督、分析和辅助决策。本文在结合崇明岛生态系统建设实证的基础上，通过对大量的生态基础数据的收集与整理，利用决策支持系统、地理信息系统和数据库技术在一定的实践基础上，针对崇明岛生态建设中的主要问题，设计构建崇明岛生态决策支持系统模型库系统，为崇明岛生态建设和生态恢复决策以及生态系统管理过程的监督、分析和辅助决策提供核心模型库。论文主要包括以下内容：第一章，引言，首先阐述了研究背景以及研究意义，以及本文研究目标、研究内容以及研究方法和技术路线。第二章，理论与技术支撑，主要阐述了崇明岛生态建设理论成果，系统实施方案中的主要技术支撑，综述了辅助决策与决策支持系统之间的关系和研究现状，地理信息系统的发展与决策支持系统的集成，面向对象的设计思想及在模型库中的应用情况，以及组件设计方法的简述和应用。第三章，模型库系统设计，基于崇明生态建设的需求，讨论了模型库系统设计方案，从模型库的总体目标、表示方法、生成技术、以及模型的分类与组织存储、模型库管理系统等方面做了较为详细的设计研究。第四章，模型库系统开发实施方案，详细讨论了模型库系统的开发实施方案。在模型库系统设计的基础上，利用面向对象技术、地理信息系统技术和数据库管理技术，制定实施模型库系统的开发方案，详细讨论了模型、模型字典库、模型管理系统的开发与实施。第五章，崇明生态决策应用分析，主要讨论模型库系统在崇明生态决策中的应用，首先讨论了崇明生态建设决策支持系统架构，然后结合对决策问题的分析，论证了崇明生态建设模型库系统在崇明生态决策支持系统中的重要地位和作用，然后以人口模型为例讨论了模型库系统在崇明生态决策支持系统中的应用。第六章，总结与展望。关键词：生态建设；决策支持系统；地理信息系统；模型：模型库a b s t r a c ta b s t r a c tc h o n g m i n g ，嬲as t a t e - l e v e le c o l o g ym o d e ld i s t r i c t ，s h o u l db ep l a n e da n dc o n s t r u c t e da c c o r d i n gt os c i e n t i f i cd e v e l o p m e n tc o n c e p tr e q u e s t i no r d e rt oa s s u r ec h o n g r n i n gc o m p r e h e n s i v e ，c o o r d i n a t e d ，s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，w en e e dc a r r yo nt h er e s e a r c ht ot h ec h o n g m i n gp o p u l a t i o na n dt h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n tw i mi t sr e s o u r c e sa n dt h ee n v i r o n m e n ts u p p o r t i n ga b i l i t yr e l a t i o n sf o rt h er e a s o n a b l ed i s p o s i t i o n a l o n gw i t hc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n di n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t , i n f o r m a t i o n i z a t i o na n ds y s t e m a t i z a t i o nb e c o m et h ee f f i c i e n tp a t ho fe c o l o g i c a lb u i l d i n gm a n a g e m e n t i fc a na d o p tc e r t a i nt e c h n o l o g i c a lm e & t l st oa c h i e v et h ee c o s y s t e mi ne a c hk i n do fe c o l o g ye s s e n t i a lf a c t o ra u t o m a t i cg a t h e r i n g ，t h ed y n a m i ca n a l y s i sa n dt h em o n i t o r , t h ec o u p l i n gs i m u l a t i o na n dt h ep r e d i c tt h a tt h e nm a ya c t u a l i z et h ee c o s y s t e mm a n a g e m e n tp r o c e s ss u r v e i l l a n c e ，t h ea n a l y s i sa n dt h ea u x i l i a r yd e c i s i o n - m a k i n g t h i sp a p e ri nu n i f i e st h ec h o n g m i n ge c o s y s t e mc o n s t r u c t i o nr e a ld i a g n o s i si nt h ef o u n d a t i o n , t h r o u g ht ot h em a s s i v ee c o l o g ye s s e n t i a ld a t a sc o l l e c t i o na n dt h er e o r g a n i z a t i o n ，t h eu s ed e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ( d s s ) ，t h eg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) a n dt h ed a t ab a n kt e c h n o l o g yi nc e r t a i np r a c t i c ef o u n d a t i o n , i nv i e wo ft h ec h o n g r n i n ge c o l o g i c a lb u i l d i n g si ns u b j e c tm a t t e r , t h ed e s i g nc o n s t r u c t st h ec h o n g m i n gi s l a n de c o l o g yd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mm o d e lb a s es y s t e m ，r e s t o r e sp o l i c y - m a k i n g 笛w e l l 笛t h ee c o s y s t e mm a n a g e m e n tp r o c e s ss u r v e i l l a n c e ，t h ea n a l y s i sa n dt h ea u x i l i a r yd e c i s i o n - m a k i n gf o r t h ec h o n g m i n gi s l a n de c o l o g i c a lb u i l d i n ga n dt h ee c o l o g yp r o v i d e st h ec a ) r em o d e lb a s e t h es p e c i f i cr e s e a r c h e sa r ep r e s e n t e di nt h ef o l l o w i n gc h a p t e r s i i lc h a p 缸o n e ，i n t r o d u c t i o n f i r s te l a b o r a t e d t h er e s e a r c hb a c k g r o u n da n dt h er e s e a r c hs i g n i f i c a n c e ，a sw e l la st h i sa r t i c l ep l a n st h ek e yq u e s t i o nw h i c ha n dt h i sa r t i c l er e s e a r c hm e n t a l i t ya n dt h et e c h n i c a lr o u t es o l v e s i nc h a p t e rt w o ，t h e o r ya n dt e c h n i c a ls u p p o r t m a i n l ye l a b o r a t e dt h ec h o n g m i n ge c o l o g i c a lb u i l d i n gt h e o r ya c h i e v e m e n ta n dt h em a j o rt e c h n i q u es u p p o r t so fd s s ，s y s t e mi m p l e m e n t a t i o np l a na n ds oo ng i s ，m o d e lb a s es y s t e m k e yt e c h n o l o g i e sa n dm e t h o d o l o g i e sa r ed e e p l yr e s e a r c hi nc h a p t e rt h r e e s y s t e md e s i g n ，b a s e do nt h ec h o n g m i n ge c o l o g i c a lb u i l d i n g sd e m a n d ，u n i f i e st h ec h o n g m i n gr e g i o ne c o l o g ys u p p o r t i n gc a p a c i t yr e s e a r c hr e s u l t s ，d i s c u s s e dt h em o d e li ia b s t r a c tb a s es y s t e md e s i g np l a n c h a p t e rf o u r , i m p l e m e n t a t i o np l a n i ns y s t e md e s i g n sf o u n d a t i o n , u s i n go b j e c t o r i e n t e dt e c h n i c a l ，t h eg i st e c h n o l o g ya n dt h ed a t ab a n ka d m i n i s t r a t i o nt e c h n o l o g y , w o r k so u ta n di m p l e m e n t st h em o d e lb a s es y s t e m sd e v e l o p m e n tp r o g r a m c h a p t e rf o u r , a m p i r i c a la n a l y s i s t h ed i s c u s s i o na n a l y z e st h em o d e lb a s es y s t e mt oa p p l yi nt h ec h o n g m i n ge c o l o g yd e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m i nl a s tc h a p t e r , c h a p t e rs i x ，s u m m a r ya n df o r e c a s t k e y w o r d s ：e c o l o g i c a lb u i l d i n g ；d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ；g e o g r a p h i ci n f o n n a t i o ns y s t e m ；m o d e l ；m o d e lb a s em学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名；差矗：堑日期。鲨星：5 ：!作者签名：生出丝日期一鲨星：!学位论文使用授权声明本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定学位论文作者签名：王志泻导师签名：日期：丛翌l !第章绪论第一章绪论1 1 选题背景与研究意义生态系统提供人类赖以生存的物质产品和自然环境，同时又受着人类活动的干扰。由于人1 2 1 增长和科学技术的发展，这种干扰的规模和速度不断扩大，使自然生态系统的压力与生态系统承载能力之间的矛盾日显突出，特别是陆地生态系统过度开发造成生态系统的破坏和自然环境的恶化已危及到人类自身的生存。人类社会的可持续发展归根结底是生态系统管理的问题，生态系统管理是合理利用和保护资源、实现持续发展的有效途径。然而生态系统的复杂性和管理难度远远超出我们以前的想象。由于对生态系统功能及其动态变化规律认识不足，当前在生态系统管理实践上往往注重的是短期产出和经济效益而不是长期的可持续性。而生态系统破坏所引起的环境问题的滞后效应，迫使人类必须进行科学的管理决策，避免失误带来难以挽回的环境后果。随着计算机技术和信息技术的发展，生态系统的信息化和系统化成为生态系统管理的有效途径。如果能采用一定的技术手段实现对生态系统中各类生态要素的自动采集、动态分析与监测、耦合模拟与预测，那么就可以实现对生态系统管理过程的监督、分析和辅助决策。决策支持系统( d s s ) 针对某一类型的决策问题，通过提供背景材料、明确问题、完善模型、列举方案、寻优比较等，为管理者作出正确决策提供辅助支持的人机交互系统。而空间决策支持系统( s p a t i a ld e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m , 简称s d s s ) 融合了决策支持系统( d s s ) 与地理信息系统( g i s ) ，特别针对具有空间特征或需要空间信息支持的决策问题，不仅为科学的决策提供精确、系统、全面的空间及非空间基础信息，而且通过空间分析技术的应用，可以有效的解决空间决策支持问题。生态管理涉及大量空间信息，因此应用s d s s 对生态环境进行分析评价、预测和辅助规划决策，必将为生态问题的解决、改善和提高生态管理人员的决策能力、提高决策的科学性和信息化程度提供强有力的支持。决策支持系统是以模型库为核心，通过模型的定量分析进行辅助决策。在生态学领域，模型已被生态学家普遍使用，像生态这样复杂的问题，其系统的行为需要很多模型来描述，而大量的模型的管理则需要模型库的概念。模型库是随着决策支持系统的发展而发展的，它把众多的模型有效的组织和存储起来。建立具有分析、预测、优化、评估和决策功能的生态模型库对生态系统建设和管理具有重要的理论意义和实践意义。第一章绪论崇明地处长江河口、位于东部沿海地区“t 形交汇点。崇明、横沙和长兴三岛陆域总面积1 4 7 4k m 2 ，具有地理位置、土地资源、生态环境、岸线条件等诸多优势，是2 1 世纪上海可持续发展的重要战略空间。作为上海唯一的国家级生态示范区，崇明的发展必须“按照科学发展观的要求”去规划和建设，如何实现崇明岛全面、协调、可持续的发展，需要对崇明岛人口和经济发展与其资源和环境支撑能力关系进行科学的研究和合理的配置。近几年来，国家科委和上海市科委等相关部门，围绕着崇明生态岛建设，开展了多个领域的科学研究。包括“上海市崇明岛林业发展规划、“崇明岛域生态环境规划研究”、“上海市长兴、横沙岛发展战略研究”、“上海市崇明岛发展战略研究”、“崇明岛陈家镇社会经济发展规划”、“崇明东滩湿地生态修复关键技术和规划理念研究”、“崇明东滩e d d 环境容量研究”、“崇明东滩湿地恢复和重建研究”、“崇明现代园区环境质量现状评价和湿地生态公园可行性研究”等，这些研究积累了大量的生态基础数据，3 s 、d s s 、s d s s 技术在崇明岛生态建设中也有一定实践基础，构建了一系列适用的生态模型、破解了崇明生态建设的部分瓶颈问题，取得了较为丰富的成果。但是目前这些研究都仅为相关的单个课题研究作为技术基础服务，规划管理和决策部门并没有合理地利用和管理，作为生态城市的主体一公众也没有很好的参与成果。因此，为了更好的推进崇明生态岛建设，需要整合崇明岛生态建设研究成果和数字资源，实现生态岛建设信息要素的挖掘、共享、管理和可视化：需要针对崇明岛生态建设中的主要问题，在研究成果的基础上，开发完善各类评估、模拟、情景分析等决策模型，建立以模型库为核心的具有模拟、预测、评估和辅助决策功能的崇明岛生态建设决策支持系统；实现对崇明岛的生态建设，进行预警应急和综合调控以及管理辅助决策支持。本文在正是在崇明岛生态系统建设的背景下，收集整合崇明岛生态建设研究成果和数字资源，来设计构建生态模型库，开发模型管理系统，为崇明岛生态建设辅助决策提供核心模型库。1 2 论文研究目标本文在结合崇明岛生态系统建设实证，收集整合崇明岛生态建设研究成果和数字资源，通过对大量的生态基础数据的研究，利用数据库、地理信息系统、s d s s 、模型库技术，在一定的实践基础上，针对崇明岛生态建设中的主要问题，设计构建具有分析、预测、优化、评估和决策功能的生态模型，开发模型管理系统，为崇明岛生态建设和生态恢复决策以及生态系统管理过程的监督、分析和辅助决策提供核心模型库。2第一章绪论1 3 论文研究内容模型库系统( 包括模型库( m b ) 及其管理系统( m b m s ) ) 是本系统的核心内容，也是本文要解决的关键问题。主要包括以下几个方面：l 、模型库的设计与开发从功能上来看，其构成以三类模型为基础，即基础数学模型、空间支持模型、生态专题模型。( 1 ) 基础数学模型：基础数学模型主要包括基础统计模型、插值模型、矩阵运算模型、线性代数方程组的求解模型、非线性方程与方程组的求解模型、数值积分计算模型、相关分析模型、回归分析模型等数学模型。( 2 ) 空间支持模型：空间支持模型主要有地图渲染、地图编辑、空间插值等与空间位置有关的模型，这类模型的开发主要是基于e s r i 的a 0 组件，用来支持应用模型中的空间显示和处理功能。( 3 ) 生态专题模型：生态专题模型是针对崇明岛需要解决的主要生态问题来构建面向决策的应用模型，主要包括人口模型、水模型、土地资源、植被资源、环境容量、能量模型、专项重大工程生态和环境决策辅助预评估模型等。2 、模型库字典的设计开发模型字典用来存放模型的描述信息和有关模型数据和算法的存取方法的说明。模型的描述信息主要包括模型的功能、用途、模型的框图和文字说明、建立和修改模型的作者及时间等内容，可为用户和系统人员查询模型时使用。有关模型数据和算法存取的说明主要是说明模型的变量数、存放位置等，以及模型使用的算法程序及其在模型库中的位置，以满足模型运行时自动存取数据和调用算法的需要。此外，模型字典还可以用来存放辅助用户学习使用模型的信息，如模型的结构、性能、求解技术、输入输出的含义以及模型的可靠性等。3 、模型库管理系统的设计开发模型管理系统的主要功能就是要实现对模型库的管理，包括以下几方面的内容：( 1 ) 模型的存储管理，包括的模型的表示、模型存储组织结构、模型的查询和维护等，如模型的添加、删除、修改、查询等功能；( 2 ) 模型的运行管理，包括模型程序的输入和编译、模型的运行控制；( 3 ) 支持模型的组合，模型的组合包含两个问题：一个模型间的组合，另一个是模型间数据的共享和传递。3第一章绪论1 4 研究方法与技术路线本文针对生态建设过程中的重大生态和环境问题，利用s d s s 、数据库、面向对象等现代技术，整合生态建设的已有研究成果，集成设计生态建设模型库，开发模型库管理系统，为实现对生态建设中重大生态和环境问题的动态管理和应用示范提供基础，支撑生态建设的科学决策和有效管理。1 、以问题为导向，在资料分析的基础上，针对若干重大决策问题，如人口承载、水资源利用、土地资源、植被资源等，按照决策问题设计模型。2 、采用面向对象和组件式程序设计，针对具体问题，设计模型。在模型表达方面，将基于面向对象的设计思想，将模型定义为一个类，当需要使用模型时，动态生成若干个模型对象来完成操作3 、在空间建模方面利用e s r i 的a o 组件对生态要素和现象进行分析建模。将常用的地图显示和地图处理的模型组织分类，编入模型库，用来支持应用模型中的空间显示和处理功能。4 、结合v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 和s q ls e r v e r2 0 0 5 以及a o 组件开发设计模型库以及模型库管理系统。技术路线图如下所示：图1 - 1 技术路线图4第一章绪论1 5 本章小结本章首先阐述了研究背景以及研究意义，以及本文研究目标、研究内容以及研究方法和技术路线。5第二章理论与技术支撑第二章理论与技术支撑2 1 辅助决策与决策支持系统决策过程是人们为实现一定目标而制定行动方案，并准备组织实施的活动过程，这个过程也是一个提出问题、分析问题、解决问题的过程( h g s 0 1 ，1 9 8 7 ) 。关于决策问题最早可以分为程序化决策和非程序化决策( h a s i m o n ，1 9 7 7 ) ，后来多用“结构”这个概念来描述，目前在学术界对问题结构化程度有三种不同描述( b e l e wr k ，1 9 8 5 ) ：即把问题分成结构化、半结构化和非结构化。所谓结构化决策，是指决策过程是能够用明确的语言( 如数字的、逻辑的、定量的和定型的) 说明、编制程序并能加以说明或描述；非结构化决策，就是预先没有确定的决策规则，决策目标与实现目标的影响因素间的关系也不清楚，一般也没有与决策目标有明显关系的行动方案。所谓半结构化决策，表现为对决策问题有所分析但不确切，对决策规则有所了解但不完整，对决策的后果有所估计但不肯定。决策问题根据处理对象内容的不同还可以分为三个层次( b e l e wr k ，1 9 8 5 ) ，战略计划层，确定组织的目标、政策和总的发展方向，以组织为整体进行分析；管理控制层，资源获取( 如预算的确定和成本的确定等) ，其目的是实现战略计划；作业控制：在预算内有效地利用现有资源来完成各项活动，具体实施管理控制，间接完成战略计划。实际上每个层次都有决策问题。决策也是一个通过对数据的分析提取信息并获得知识的过程( h a r r i sa n db a t t y , 19 9 2 ) ，通过对数据进行分析找出其中关系，赋予数据以某种意义和关联，这就形成所谓的信息。因此辅助决策支持可以看是使用各种逻辑规则和数据处理方法，在明确的目标下，通过对低层次的数据事实关联关系等的分析与合并，将其转换成高层次的、数量少的、体现系统根本特征和发展方向的信息，以辅助决策者进行决策。但是分析问题的思路根据不同的人，有不同的方式，没有统一考核的方法来说明哪种思路是正确的：即使采用各种模型来规范化分析流程和提高分析问题的水平，分析的结果也要依赖于模型的准确度和适应性，模型的变化必然会导致分析过程的变化；同时人的思维更新很快，固化的程序很快就会落后于人不断变化的思维：而辅助决策的解决方案应当是为了是帮助人们发现、分析、解决问题的，因此针对决策需求，应该通过明确业务中各种现象的规律、关联、意义，提供更多、更有效的人机交互能力。从实际应用来说，正确的决策就是以准确和及时的信息为基础的，通过数据分析、报告及查询工具可帮助用户成功探索数据，并从中得到有价值的综合信息的过程( c o d y ，2 0 0 2 ) 。6第二章理论与技术支撑p gw k e e n 和m s s c o t tm o r t o n 将决策支持系统( d s s ，d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) 定义为“辅助管理者对半结构化问题的决策过程，支持而不是代替管理者的判断，提高决策的有效性( e f f e c t i v e n e s s ) 而不是效率( e f f i c i e n c y ) 的计算机应用系统”，并提出了决策支持系统所具有的特点，标志着利用计算机与信息支持决策的研究进入了一个新的阶段，并形成了决策支持系统新学科。r h s p r a g u e 和e d c a r l s o n 将决策支持系统定义为一种基于计算机的系统，帮助决策者通过与系统直接交互使用数据及分析模型解决非结构化的决策问题，并提出了d s s 的三个技术层次( s p r a g u e ，1 9 8 0 ) ：专用d s s ( s d s s ) 、d s s 工具( d s s t ) 以及d s s 生成器( d s s g ) 。而随着计算机技术及相关技术体系的发展，对于决策支持问题研究的不断深化，决策支持技术所涉及的范围也在不断扩大。s p r a g u e 和k e e n 在8 0 年代以后都指出，决策支持系统的最终目标是：改变决策者的思维方式和工作方式，提高他们的工作能力和行为水平，支持决策时的信息需求。直到目前为止，关于决策支持系统的定义尚未有定论，但主要趋于两方向：一种( 陈文伟1 9 9 8 ，曾珍香2 0 0 2 ) 认为d s s 是支持半结构化和非结构化决策，允许决策者直接干预并能接受决策者的直观判断和经验的动态交互式计算机系统；另一种认为决策支持系统的发展方向应该就是建立有助于提高决策水平的软件系统( 俞瑞钊等，1 9 9 9 ) 。d s s 的结构最初主要包括( s p r a g u e ，1 9 8 0 ) ：数据库及其管理系统d b m s ( d a t ab a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) 、模型库及其管理系统m b m s ( m o d e lb a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) 、及人机接i z l 部件d g m s ( d i a l o g u eg e n e r a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ) ；19 81年b o n c z e k 等提出了d s s 三系统结构，即语言系统( l s ) 、问题处理系统( p p s ) 、知识系统( k s ) ；当传统d s s 发展到i d s s ( i n t e l l i g e n td s s ) 时，决策支持系统集成了人工智能的专家系统( e s ) ，d s s 的结构形式主要是由问题处理与人机交互系统( 由语言系统和问题处理系统组成) 、模型库系统( 由模型库管理系统和模型库组成) 、数据库系统( 由数据库管理系统和数据库组成) 等组成，其中专家系统主要由知识库、推理机和知识库管理系统三者组成( 陈文伟，1 9 9 8 ) ，因此智能化决策支持系统是一种将定性的知识推理功能和定量的分析计算功能结合起来的广义的专家系统，l p r i h a ( 1 9 8 9 ) 提出了一种集成化知识系统( i n t e g r a t e dk n o w l e d g es y s t e m )用以将e s 和问题求解结合起来；a j mb e u l e n s ( 1 9 8 8 ) 也给出了应用e s 增强系统智能化程度的实例。而各种相关技术集成的作用在于如何把不同层次、不同类型和不同用途的模块，按照决策过程的需要组织起来，发挥支持作用( 王众托，1 9 9 0 ) 。随着目前数据仓库、o l a p 技术及数据挖掘技术的研究和开发使d s s 发展到了一个新的阶段，现在的综合决策支持系统就是以数据仓库技术为基础，以联机分析处理和数据挖掘工具为手段实施的一整套解决方案( 王铁宁，2 0 0 3 ) 。与传7第二章理论与技术支撑统d s s 依靠“模型驱动”进行决策的不同( 高洪深，1 9 9 6 ) ，数据仓库与o l a p都是“数据驱动”的，二者相互结合所形成的综合决策体系结构，有利于为决策问题提供定量分析，提取综合数据和信息以探索海量数据的内在本质，挖掘知识，并进行知识推理以实现更有效的辅助决策。国外目前出现了多种高功能的通用和专用d s s ，科学界也把越来越多的注意力投向d s s 领域。“a c m 通讯”、i e e e 的计算机学会、i f i p 、均逐渐参与并组织了许多与d s s 有关的学术活动；美国从1 9 8 1 年就开始每年组织一次专门的d s s学术年会，每届都要出版相应的论文集。我国d s s 研究始于上世纪8 0 年代中期，最早的是大连理工大学、山西省自动化所和国际应用系统分析研究所合作完成的“山西省整体发展规划决策支持系统”。1 9 9 1 年4 月全国首届d s s 学术交流会的召开及全国首届d s s 专业委员会的成立，是我国d s s 研究和应用走向正规化的重要标志。天津大学信息与控制研究所创办的决策与决策支持系统刊物，也对我国决策支持系统的发展起到了很大的推动作用。目前我国d s s 应用领域主要集中在：政府宏观经济管理和公共管理问题；水资源调配与防洪预警系统；产业( 或行业) 规划与管理；各类资源开发与利用决策；生态和环境控制系统的决策以及自然灾害的预防管理；金融系统的投资决策与风险分析与管理；企业生产运作管理的决策( 田军等，2 0 0 5 ) 。目前国内的d s s 研究热点主要是由人工智能( 越) 和专家系统( e s ) 组成的智能决策支持系统( i d s s ) ，如以中国科学院计算技术研究所研究员为首的课题组研制并完成的“智能决策系统开发平台i d s d p ”就是一个典型代表；以及从系统功能学角度( 钱学森等，1 9 9 0 ；戴汝为等，2 0 0 1 ) ，集成多种技术并以数据仓库( d w )为核心的综合决策支持系统。总体方向上d s s 正在向综合集成、多元化方向发展。2 2 模型与模型库理论模型在当前生产应用中起到重要的作用，模型库的研究是当前g i s 、d s s 等领域十分活跃的研究领域。1 9 7 5 年开始，人们想到用现成的数据库管理系统来管理模型，最有成果的是将网络数据库的c o d a s y l 标准进行扩充使之包含模型库；1 9 8 0 年b l a n n i n g 提出了关于模型库的概念，并用模型库查询语言( m q l ) 来管理模型；1 9 8 4 年，d o l k 等提出了基于框架和知识表达的模型抽象技术：1 9 8 7 年，g e o f f r i o n 设计了一套结构化模型构造语言，首次将结构化程序设计思路植入模型生成问题，人们开始试图用关系数据库和基于结构化建模框架的逻辑结构来表示模型( a m g e f f r i o m ，1 9 8 7 ) 11 9 8 8 年，m u h a n a 等又将系统论的概念用于模型管理系统；1 9 9 3 年，t i n g - p e n gl i a n g 将同类推理知识学习方法融进了模型管理8第二章理论与技术支撑系统：k m v a n h e e 建立了基于模型概念的模型运行环境系统。1 9 9 6 年，w e s s e l i n g设计了动态模型语言来支持空间数据结构( 黄跃进等，2 0 0 0 ) 。在国内，1 9 9 6 年，王桥等对模型标准化问题进行了较深入的研究，分别探讨了空间决策支持系统中模型的分类、编码、基于面向对象方法的模型字典和模型结构形式( 王桥等，1 9 9 6 ) ；2 0 0 2 ，陈昊鹏、李伟华在面向对象的d s s 模型库管理系统设计中，提出将模型作为对象来处理，产生了几个概念：模型类，是通过搜索模型的共性产生的一组具有相同特征的模型的集合；模型，是某个模型类的实例类，即对象：模型类的继承，通过继承上层模型类生成了子类来处理特殊性称为模型类的继承机制( 陈吴鹏、李伟华，2 0 0 2 ) ；2 0 0 3 年，张文江等进行了基于c o m组件技术的g i s 空间模型库研究，通过引入软件工程的c o m 组件技术，提出基于对象的建模方法，首先将模型组件功能抽取出来，然后按照规范来设计基本组件接口，最后使用编程语言开发工具来实现组件，其中，基本组件接口的设计最为关键，这是组件技术规范的核心( 张文江等，2 0 0 3 ) ；模型组件的开发可以根据开发者的需求来选择，而模型组件最后以动态链接文件d l l 或以可执行文件形式入库，由于这种基于二进制代码级的标准与开发语言无关，因此拓展了模型组件的应用范围( 张文江等，2 0 0 3 ) 。2 0 0 5 年，王冰，琚春华在面向对象d s s 模型库设计中提出模型的表示方法，基于面向对象的设计思想，将模型定义为一个类，当需要使用模型时，动态生成若干个模型对象来完成操作( 王冰、琚春华，2 0 0 5 ) 。2 3 地理信息系统与决策支持系统地理信息系统( 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 ) 是- n 综合性的学科，主要解决五类问题( 陈述彭等，2 0 0 0 ) ：位置、条件、趋势、模式、模拟。在广义上g i s 本身具有为用户提供决策支持的能力，然而复杂的g i s 系统与各种精炼的模型、模式识别机制、以及历史数据之间缺乏高效的联系，因此其决策支持功能依然有着本身无法克服的局限性( s o n i ar i v e s t ，2 0 0 5 ) 。决策支持系统建立在数据一信息一知识一智能模式的基础上，数据通过探索转化为信息，信息通过对事件和应用的归纳及科学分析与调查转化为知识，最后当把知识应用于新的想法和对未来进行有目标的计划，则转化为智慧。而h a r r i s与b a t t y ( 1 9 9 2 ) 通过对目标探索及设计方法与制定计划过程的研究，认识到决策支持系统受到对于潜在的经济和行为理论的限制，提出了开发集成具有很多空间模型的g i s 技术的计划支持系统，并构建了基于g i s 的计划支持系统的解决方案。而从计划支持系统到空间决策支持系统的转变，则主要是由于从对于有限数据和信息的探索到解释，发现它更加适合具有判断条件的数据，同时经过许多人的头脑风暴和决策活动，使基于g i s 技术的决策支持系统开始拥有更加广阔的能9第一章理论与技术支撑力和更加灵活的弹性。使用基于g i s 的决策支持系统的需求也是由于许多复杂空间问题是非结构化和半结构化的，因此决策制定者无法对问题进行准确定义或者无法准确对决策目标进行表达。很多决策者觉得解决半结构化的空间问题所采用的决策制定的过程无法令人满意。他们真正需要的是一个弹性的解决问题的环境，在这个环境里，问题可以被探索、理解以及精练、平衡理论与实践之间的冲突。有关基于g i s 技术的决策支持系统在许多文献中均有充分的阐述( c r a i ga n dm o y e r , 1 9 9 1 ；d e n s h a r n ，1 9 9 1 ；g o o d c h i l da n dd e n s h a m ，1 9 9 0 ；m o o n ，1 9 9 2 ，n c g i a 1 9 9 2 ) 。d e n s h a m 最早提出了空间决策支持系统( s p a t i a ld e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m s ) 的概念，并引用g e o f f r i o n ( 1 9 8 3 ) 关于d s s 的定义认为空间决策支持系统应具有的功能包括提供空间数据输入的功能；允许展示空间关系和结构；包含与空间有关的分析技术和地理学分析内容；提供包括地图在内的各种形式的空间分析结果展示输出。空间决策支持系统的开发与对地理信息系统功能的发展紧密相关( s u p r a s i t h , 2 0 0 7 ) ，尤其在处理复杂的空间决策问题过程中就显得更为明显。目前，空间决策支持系统己向协同空间决策支持系统、工作组空间决策支持系统、环境决策支持系统、空间知识库及专家系统等多个分支发展。我国对基于g i s 技术的决策支持系统的研究也在各个方面取得了长足的进展：行业或部门解决方案，如对于高速公路选线( 王义，2 0 0 1 ) 、房地产投资( 袁小容等，2 0 0 3 ) 、配电系统生产运行的科学管理( 来骏等，2 0 0 6 ) 、灌区管理决策( 陈兴等，2 0 0 6 ) 、城市防汛( 郑晓阳等，2 0 0 4 ) 、农业经济与环境评价( 马智民等，2 0 0 3 ) 、军事( 马剑等，2 0 0 4 ) 、物流( 黄玲等，2 0 0 4 ) 等方面的研究。还有在系统集成方案( 陈崇成等，2 0 0 5 ) 研究，数据集成及传输等方法研究( 马爱军，2 0 0 2 ；张勇等，2 0 0 4 ；马京涛等，2 0 0 1 ) ，知识与模型库方面的研究( 王桥等，1 9 9 9 ；黄跃进等，2 0 0 0 ：苏理宏等，2 0 0 0 ；史文琦等，2 0 0 2 ：雷兵等，2 0 0 5 ) ，以及在空间数据仓库( 陈雪龙等，2 0 0 6 ) 、协同空间决策支持系统( 张雪松等，2 0 0 4 )等方面的研究。2 4 面向对象思想与组件设计方法在i ) s s 中，模型是一个可以独立解决决策问题的程序模块，而具体解决的算法称为方法，模型不但可以独立解决问题，还可以和其它模型组合成复合模型来解决更复杂的决策问题。可见，模型应该由两部分组成，即描述功能的概念部分和具体实现的物理部分，模型间的通信可以通过接口部分来实现，这完全符合面向对象方法。面向对象技术在d s s 模型的设计和实现中可充分发挥其自身的特点，使模型的表示和管理更加方便灵活，提高了系统的效率。面向对象就是基于对象概念，以对象为中心，以类和继承为构造机制，来认1 0第二章理论与技术支撑识、理解、刻画客观世界和设计、构建相应的软件系统。结合面向对象理论的自身特性，其在模型中主要有以下几个方面的应用( 刘艺，2 0 0 3 ) ：( 1 ) 类( c l a s s ) 和对象( o b j e c t ) ，现实世界中都是把很多物体当作整体来看待的，在生态模型设计开发中也应该采用这种思想。将对应于现实世界的各种实体抽象成对象，当作整体来处理；对象与对象之间可以交互；具有共同属性的模型对象抽象为类，对象可以保存自己的状态( 属性) 。由于对象与现实世界的实体对应，从而加强了模型的易理解性、可读性和可维护性。( 2 ) 封装( e n c a p s u l a t i c o ) ，把对象的所有数据和方法封装起来。对象对外提供的一些服务，由外界通过向它发送消息来实现。建立模型在使用模型对象时隐藏了对象内部实现的细节，只提供了一个标准的程序接口。通过对对象状态的隐藏，增强了模型的稳固性和可维护性。( 3 ) 继承( i n h e r i t a n c e ) ，继承是指在定义一个对象类时能包含别的对象类的行为，并具有自己的扩增行为对象可以继承父类的方法。在模型应用中，你能够在创建自己定义的特征类型时继承到标准特征的行为。例如，建立一个模型对象可以从一个标准的模型类中扩展得到。( 4 ) 多态( p o l y m o r p h is m ) ，多态是指将模型中的同一行为( 方法或函数) 可应用于许多不同的类，而每一类则以其独有的方式来执行此方法。例如，模型的数据处理和结果输出等操作，它们的实现方式大多都有相同的方式。但在具体实现时，各自的类须作相应的必要改变以进行具体数据处理和结果输出等操作。通过继承和多态，大大增强了模型的可重用性，进而增加了地理数据的可交互性和可共享性。组件对象模型( c o b ) ，是微软公司为了计算机工业的软件生产更加符合人类的行为方式开发的一种新的软件开发技术。c o m 是关于如何建立组件以及如何通过组件建立应用程序的一个规范，说明了怎样动态交替更新组件。组件实际上是一些小的二进制可执行程序，它们可以给应用程序、操作系统以及其他组件提供服务。开发自定义的c o i l 组件就如同开发动态的、面向对象的a p i 。多个c o i l 对象可以连接起来形成应用程序或组件系统。组件可以在运行时，在不被重新链接或编译应用程序的情况下被卸载或替换( 龚健雅等，2 0 0 4 ) 。2 5 本章小结本章主要阐述了崇明岛生态建设理论成果，以及系统实施方案中的主要技术支撑。研究综述了辅助决策与决策支持系统之间的关系和研究现状，地理信息系统的发展与决策支持系统的集成，面向对象的设计思想及在模型库中的应用情况，以及组件设计方法的简述和应用。第三章生态建设模型库系统设计第三章生态建设模型库系统设计3 1 模型库总体目标模型库是将众多的模型按一定的结构形式组织起来，通过模型库管理系统对各个模型进行有效的管理和使用。模型库像数据库一样，是一个共享资源。模型库中的模型可以重复使用，即可以被不同系统所调用，避免了冗余。通过模型库可以将多个模型组合起来构成更大的模型。本文针对生态建设过程中的重大生态和环境问题，利用d s s 、数据库、面向对象等技术，整合生态建设的已有研究成果，设计生态建设模型库系统，为崇明生态建设决策支持系统提供核心模型库，为实现对