基于SDSS的小流域环境管理信息系统的需求分析.doc

基于SDSS的小流域环境管理信息系统的需求分析作者：陈键文章来源：安全文化网点击数： 575更新时间：2008-5-28摘要：指出长江、珠江三角洲地区城市化程度高、工业发达，小流域环境问题突出，环境规划与治理却相对滞后。在小流域环境规划工作中常伴有大量的结构化、半结构化和非结构化并存的决策问题，需要引入决策支持系统方法来全面支持有关部门的规划活动。同时，小流域环境管理本身也是个面向空间实体的操作过程，这决定了GIS将发挥基础性主导作用。基于以上两点认识，小流域环境管理信息系统应是基于GIS和各种模型的空间决策支持系统（SDSS）。阐述了系统分析（用户特点和需求分析、功能需求分析，进而讨论了数据需求（模块数据逻辑描述、数据的来源和采集）。关键词：地理信息系统空间决策支持系统小流域环境管理数据需求1引言长江三角洲和珠江三角洲地区，城市化程度高，乡镇、民营企业发达。而这些地区，小流域的环境问题已相当突出，但由于缺乏必要的技术手段，无法及时掌握环境状况的第一手资料，环境的规划与治理也就相对滞后。地理信息系统（GIS）技术为这一难题的解决提供了契机。GIS就是把表示各种地理要素特征及分布的数据、图形等信息输入计算机中，在其软硬件的支持下，实现信息管理现代化的先进技术，是一项新的资源信息系统。它由信息的采集、分析与处理，数据的规格化和标准化，信息的组织与管理、数据库与模型库的建立，信息系统的开发应用，成果的输出及自动化成图等部分组成1。其实质是以人机为主体的空间动态信息系统。在GIS中引入模型库和模型管理系统等概念，导致空间决策支持系统（SDSS）的发展2。因为GIS技术是用于组织和分析空间数据，而对决策人员来说，最终需要的是SDSS，即GIS和决策支持系统(DSS)的结合。GIS基于纯粹空间数据，它包含空间实体的关系信息，这些信息被存储在各式各样的地图中。SDSS的数据是空间相关数据，它是专题数据或应用数据，例如邮政编码识别的地址或街道规划识别的分配路径。与GIS相比，SDSS是特定问题的解决方案，用于求解半结构化或非结构化的空间问题，更强调知识和模型在问题求解过程中的重要性，决策人员可根据所提供的模型库系统，选择模型和构造新模型，以帮助分析和决策。2系统分析2.1用户特点和需求分析本系统(也称小流域环境SDSS)与一般环境信息系统最主要的不同在于所关注的是一些尚未引起足够重视的小流域35。研究区域可能仅仅是一个或数个市、县，因此，投资一般不大，系统也不可能建得很大、功能很全，关键是要抓住主要问题。流域内各市、县资料具有相对独立性，因此在进行环境评价或功能分区时，必须考虑行政界线的因素。另外，系统的最终用户是基层（市、县级）环境保护部门的环境保护与经济发展的综合决策管理者6。这些人所关心的问题不局限于某个侧面，而是具有综合性的特点，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78。他们具有丰富的环境管理经验，是系统的最直接用户。系统的另一类直接用户是专职或兼职系统管理员。他们负责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系统软件的操作，为决策人员提供所需的数据、信息和决策支持。用户需求包括收集和整理区域内环境要素的数据了解污染源的分布及其动态变化、进行环境预测、进行环境影响评价、编写环境影响报告书、监督建设部门环境管理、参与研究和制定环境保护长远战略等。2.2功能需求分析2.2.1系统的功能分析（1）基础数据分析利用历年环境统计和监测数据以及遥感更新数据，进行行业资源消耗和排污情况分析，重点污染源、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，应用模型方法对环境现状作总的观察分析，由此判断全流域或所选区域的主要环境问题。（3）环境影响评价提供2种类型的环境影响评价的初步“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910。（4）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，从宏观层次对全流域及所选区域范围内不同行业和不同区域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多目标决策和情景分析相结合的方法，来分析全流域和所选区域的经济发展速度和规模、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。2.2.2系统的功能分解小流域环境SDSS系统功能包括七大类：（1）基础空间信息查询；（2）历年统计和监测资料分析；（3）环境现状评价；（4）环境影响评价；（5）污染物削减分配决策支持；(6）环境与经济持续发展决策支持；（7）分析结果的图形与报表输出。3数据需求分析明确了小流域环境SDSS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、范围等进行分析。3.1模块数据的逻辑描述小流域环境SDSS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，SDSS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；而属性数据是描述“环境社会经济”系统中有关实体的属性和特征的。小流域环境SDSS系统所用的属性数据另建属性数据库，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几类数据。小流域环境SDSS系统各功能模块所需的数据见表1。3.1.1空间数据逻辑描述小流域环境SDSS系统所需的空间数据可分为地形图和专题图2类。地形图作为小流域环境SDSS系统的基础底图，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：污染源、大气环境质量监测点、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、声环境功能区等。3.1.2属性数据逻辑描述小流域环境SDSS系统所需的属性数据由属性数据库提供，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。根据小流域环境SDSS系统的功能需求和现有数据源情况，将小流域环境SDSS系统的属性数据进行逻辑分组，生成小流域环境SDSS系统的一级数据。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。小流域环境SDSS系统的一级数据分类包括环境背景数据、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。表1小流域环境SDSS系统各功能模块所需数据名称空间数据属性数据行业资源消耗和污染物排放分析地形图环境统计汇总数据重点污染识别地形图污染源污染源数据环境标准数据环境质量变化趋势分析地形图水环境质量监测点大气环境质量监测点环境噪声监测站环境质量数据环境标准环境保护投资效果分析地形图污染源数据环境质量现状评价地形图水环境质量监测点大气环境质量监测点环境噪声监测站水环境功能区大气环境功能区声环境功能区环境质量数据功能区数据环境标准数据工业污染源现状评价地形图污染源污染源数据建设项目环境影响初步评价地形图污染源水环境功能区大气环境功能区环境质量数据建设项目相关数据环境标准数据大气环境功能区水环境功能区区域环境影响初步评价地形图污染源数据环境质量数据环境标准数据环境背景数据污染物削减分配决策支持地形图污染源数据环境标准数据环境与经济持续发展决策支持地形图污染源数据环境标准数据社会、自然、经济背景库3.2数据的来源和采集小流域环境SDSS系统所需的空间数据包括流域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。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。专题图一般是由遥感数据获取相关信息，再利用GIS软件转绘而成。空间数据录入所用的硬件设备为数字化仪。空间数据的输出设备为小型绘图机，亦可在用户终端屏幕显示图形。遥感数据，包括土地利用、禽畜场和固体废弃物分布，通过卫星像片解译结合动态调查获得。其中，禽畜场分布以乡、镇一级的禽畜场个数作为实测值参与评价，类型包括奶牛场、养鸡场、养鸭场和综合饲养场；固体废弃物分布以各城镇固体废弃物堆放所占面积作为实测值，包括生活垃圾、工业垃圾和混合垃圾11。小流域环境SDSS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”(GB3838-88)、“大气环境质量标准”(GB3095-82)及“城市区域环境噪声标准”(GB3096-93)12;(5)环境背景数据（各种统计数据）可根据最新统计年鉴得到。功能区及备选方案数据由有关数据结合多领域的专家知识得到。4结语通过以上分析,可知小流域环境SDSS系统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。小流域环境SDSS系统是一个通用空