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当前位置：基于GIS的生态环境保护决策支持系统研究
基于GIS的生态环境保护决策支持系统研究
秦 洁
(西南交通大学，四川成都610050)
摘要在分析传统生态环境管理与监测的不足基础上，探讨了GIS在生态环境资源管理与监控的应用，并指出建立以
G1S为核心的“3s”一体化的资源管理与监测体系的必然趋势。研究基于GIS的生态环境保护决策支持系统构建方法，从技术
角度构建生态环境保护网络和基于GIS的生态环境保护决策支持系统。构建的系统可以支持生态资源的动态管理及生态环
境面临防灾救灾决策等方面的应用。
关键词 G1S；DSS；生态环境保护；应用
中图分类号$771．8 文献标识码 A 文章编号 1003—3106{2007)09—0048—03
Study on Decision Support System of Environment
Conservation Based on GIS
QIN Jie
(Southwest JiaoTong University，Chengdu Sichuan 610050，China)
Abstract Based on the deficiency of traditional environment conservation．the application of GIS in re号叭lIce management and monitoring
is discussed，and it is pointed that an integrative system of RS，GIS an d GPS will become the inevitable trend．The method to establish Decision
Suppo rt System based on GIS is presented．Environment conservation network an d its DDS based on GIS are established from a technical aspect．
The system can suppo rt the dynamic management of resources an d the tactics application of disaster control an d reduction．
Key words GIS；DSS；environment conservation；application
0 引言
资源和环境是人类赖以生存和发展的物质基础，随着国民经济的迅速发展和人口的增长，人类对资源和环境的需求越来越高，生态环境保护在国民经济的持续发展和保持地球生态平衡中起着重要的作用。随着可持续发展战略在我国现代化建设中的全面实施，如何合理规划、开发和利用资源，科学、有效地保护生态环境，是当前需要不断思考的问题。随着计算机信息技术在生态环境保护的逐步深入应用，生态环境管理已经走上了信息化道路。国内外许多的专家学者对生态环境保护提出了许多有效措施，建立了一些管理模型，并设计和开发了一些应用系统。然而很多系统都是局部的、低层次的管理应用系统。以支持生态环境资源动态管理、生态环境保护、面向决策应用为主系统比较少见，因而研究基于GIS的生态环境保护决策支持系统具有重要意义。
1 基于GIS的DDS构建方法
1．1 基于GIS的应用系统简介
地理信息系统(Geographical Information SystemGIS)是20世纪60年代后期发展起来并引起世界各国广泛重视的新技术。它是介于信息科学、空间科学和地球科学之间的交叉学科_1 J，具有数据采集、监测、编辑、数据处理、数据存储与组织、空间查询与分析、图形显示与输出等功能。此外，将RS(卫星遥感)、GPS(全球定位系统)和GIS集成，还可以实时采集、处理、更新和分析数据。RS是实时对地观测、分析的先进技术系统，是GIS准确可靠的信息源和实时更新数据的重要保证。GPS主要是为遥感实时数据定位提供空间坐标，以建立实时数据库。RS、GPS、GIS的集成，可在它们之间实现互补，增强以GIS为核心的综合体系的功能_2 J。
1．2 基于GIS的决策支持系统的需求
这些以GIS为核心的系统缺乏模型分析和交互式问答能力，难以解决一些半结构化决策问题。专家和决策者之间的交互过程只能在系统外部进行，系统在实际应用中只能提供辅助决策过程中的数据支持，而不能提供实质性的决策方案_3]。决策支持系统(Decision Support System，DSS)能够弥补这种先天的不足，即通过构建基于GIS的DSS来支持地理空间信息上的半结构化决策问题。
1．3 基于GIS的DSS构建方法
目前，实现通用GIS功能与DSS领域专用模型的结合主要有3种形式 J：松散耦合式结构、镶嵌型结构和动态链接型结构。
① 松散耦合型结构：是GIS和DSS均自成一个软件系统，决策时，通过调用DSS的应用模型进行决策分析，决策方案以决策支持系统的数据格式保存。然后，再调用GIS系统，输入决策支持系统的方案数据与空间数据结合进行显示，这种系统通过文件交换途径来实现数据共享与转换，是一种最简单的构建方法，系统结合松散；
② 镶嵌型结构：是以GIS或DSS为母体，另外一个为附件镶嵌在母体中。这种结构比较少用；③ 动态链接型结构：是采用具有二次开发功能的GIS软件如ArcInfo、SuperMap、MapInfo等提供的函数库、类库和OCX 控件，利用软件开发工具如VC++、VB等开发新的应用程序。
2 生态环境保护DSS的构建
2．1 系统网络结构
根据林业生态环境保护需求与实际情况，可构建林业生态环境保护系统网络如图1所示。该网络将高清晰度卫星遥感图片，实时图像监视，各种监控点的监测数据和各管理分区上报的数据及时传输到生态保护及防火指挥中心。通过构建的林业生态环境保护DSS对各种数据进行分析，借助建立的模型，经过反复的人机交互，生成相应问题的决策方案。方案结果既可以通过GIS的空间显示和输出，也可通过网络直接传输到各林业管理分区或下级森林防灾减灾分中心，以指导林业生态环境保护、林业资源动态管理和森林防灾减灾决策等工作。
2．2 软件的总体结构设计
生态环境保护DSS的总体结构设计如图2所示。系统以动态链接型结构来实现GIS和DSS结合。地理信息管理系统(GIS系统)主要进行空间数据(包括林区基础地理信息以及空间地理信息)的管理以及空间信息的显示和输出；决策支持系统主要负责决策模型和知识库的建立、修改和查询等功能；利用建立的模型、结合专家知识库以及GIS系统的数据处理，通过人机交互控制系统生成对生态资源动态管理和生态环境保护等问题的决策方案。
3 系统主要功能
3．1 模型管理
系统对问题决策涉及到对生态环境保护系统工程模型进行统一的管理，其管理包括模型修改、查询和调用及多模型组合运行时的模型选择。模型库中的模型能为决策者提供推理、比较选择和分析。根据管理决策的特点，模型库中拟建立和使用以下模型[5]：
① 系统分析模型：有系统环境辨识模型、系统诊断模型、聚类分析模型、道格拉斯生产函数模型、综合经济评价模型和土地生产潜力评价模型等；
② 系统预测模型：有单因素线性及非线性预测模型、多元回归模型、一元高次回归预测模型，Logistic时序曲线模型、逐步回归预测模型和滑动平均预测模型等；
③ 系统优化决策模型：包括动态规划(最优路径、投资最优等)和决策树(不确定型决策、风险型决策等)等模型。可以用于辅助生态环境的规划设计方面。
3．2 生态环境的动态管理
① 以摄像监控为手段，通过视频图像的处理，可以建立生态环境资源的数据库，利用系统的空间分析功能，及时对生态环境资源的空间分布规律和动态变化过程做出反映；
② 用缓冲分析方法进行河岸防护林、自然保护区和林区防火隔离带等公益林的规划，确定防护林的比例和相应的分布范围；
③ 根据水文站监测数据、流域对径流泥沙和治理效果的测验数据、有关水土流失统计数据、有关大气污染与人为污染的监测数据以及水资源质量的监控数据，确定水资源的合理利用和开发。
4 结束语
生态环境保护主要涉及林业资源动态管理、水资源动态管理以及其他生态环境保护工作。随着社会的不断进步与人类对自身环境的改变，原有的生态环境保护模式已经无法满足现代社会对可持续发展的需要，而基于GIS的决策支持系统充分利用了GIS的空间与时间属性、模型方法和知识库，从技术上解决了海量数据的来源与可信度问题，同时可以在GIS平台上实现图形数据与属性数据的无缝结合，具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]陆守一，唐小明，王国胜．地理信息系统实用教程[M]．北京：高等林业出版社，2002．
[2]肖化顺．森林资源监测中林业3s技术的应用现状与展望[J]．林业资源管理，2004，18(4)：24—26．
[3]张怀清，鞠洪波，陈永富．林业资源环境网络在线决策支持系统研究[J]，林业科学研究，2002，15(6)：637—643
[4]张卫建，卞新民．基于网络GIS的区域农业决策支持系统的集成思路与方法[J]，南京农业大学学报，2000，
23(2)：23—26．
[5]王金增，马履一．基于GIS的生态环境建设决策支持系统的技术方案[J]．林业资源管理，2002，16(4)：18—20．
[6]陈贵权．3s技术在森林防火指挥地理信息系统中的应用[J]．林业勘察设计，2004(2)：26—30．
秦 洁
(西南交通大学，四川成都610050)
摘要在分析传统生态环境管理与监测的不足基础上，探讨了GIS在生态环境资源管理与监控的应用，并指出建立以
G1S为核心的“3s”一体化的资源管理与监测体系的必然趋势。研究基于GIS的生态环境保护决策支持系统构建方法，从技术
角度构建生态环境保护网络和基于GIS的生态环境保护决策支持系统。构建的系统可以支持生态资源的动态管理及生态环
境面临防灾救灾决策等方面的应用。
关键词 G1S；DSS；生态环境保护；应用
中图分类号$771．8 文献标识码 A 文章编号 1003—3106{2007)09—0048—03
Study on Decision Support System of Environment
Conservation Based on GIS
QIN Jie
(Southwest JiaoTong University，Chengdu Sichuan 610050，China)
Abstract Based on the deficiency of traditional environment conservation．the application of GIS in re号叭lIce management and monitoring
is discussed，and it is pointed that an integrative system of RS，GIS an d GPS will become the inevitable trend．The method to establish Decision
Suppo rt System based on GIS is presented．Environment conservation network an d its DDS based on GIS are established from a technical aspect．
The system can suppo rt the dynamic management of resources an d the tactics application of disaster control an d reduction．
Key words GIS；DSS；environment conservation；application
0 引言
资源和环境是人类赖以生存和发展的物质基础，随着国民经济的迅速发展和人口的增长，人类对资源和环境的需求越来越高，生态环境保护在国民经济的持续发展和保持地球生态平衡中起着重要的作用。随着可持续发展战略在我国现代化建设中的全面实施，如何合理规划、开发和利用资源，科学、有效地保护生态环境，是当前需要不断思考的问题。随着计算机信息技术在生态环境保护的逐步深入应用，生态环境管理已经走上了信息化道路。国内外许多的专家学者对生态环境保护提出了许多有效措施，建立了一些管理模型，并设计和开发了一些应用系统。然而很多系统都是局部的、低层次的管理应用系统。以支持生态环境资源动态管理、生态环境保护、面向决策应用为主系统比较少见，因而研究基于GIS的生态环境保护决策支持系统具有重要意义。
1 基于GIS的DDS构建方法
1．1 基于GIS的应用系统简介
地理信息系统(Geographical Information SystemGIS)是20世纪60年代后期发展起来并引起世界各国广泛重视的新技术。它是介于信息科学、空间科学和地球科学之间的交叉学科_1 J，具有数据采集、监测、编辑、数据处理、数据存储与组织、空间查询与分析、图形显示与输出等功能。此外，将RS(卫星遥感)、GPS(全球定位系统)和GIS集成，还可以实时采集、处理、更新和分析数据。RS是实时对地观测、分析的先进技术系统，是GIS准确可靠的信息源和实时更新数据的重要保证。GPS主要是为遥感实时数据定位提供空间坐标，以建立实时数据库。RS、GPS、GIS的集成，可在它们之间实现互补，增强以GIS为核心的综合体系的功能_2 J。
1．2 基于GIS的决策支持系统的需求
这些以GIS为核心的系统缺乏模型分析和交互式问答能力，难以解决一些半结构化决策问题。专家和决策者之间的交互过程只能在系统外部进行，系统在实际应用中只能提供辅助决策过程中的数据支持，而不能提供实质性的决策方案_3]。决策支持系统(Decision Support System，DSS)能够弥补这种先天的不足，即通过构建基于GIS的DSS来支持地理空间信息上的半结构化决策问题。
1．3 基于GIS的DSS构建方法
目前，实现通用GIS功能与DSS领域专用模型的结合主要有3种形式 J：松散耦合式结构、镶嵌型结构和动态链接型结构。
① 松散耦合型结构：是GIS和DSS均自成一个软件系统，决策时，通过调用DSS的应用模型进行决策分析，决策方案以决策支持系统的数据格式保存。然后，再调用GIS系统，输入决策支持系统的方案数据与空间数据结合进行显示，这种系统通过文件交换途径来实现数据共享与转换，是一种最简单的构建方法，系统结合松散；
② 镶嵌型结构：是以GIS或DSS为母体，另外一个为附件镶嵌在母体中。这种结构比较少用；③ 动态链接型结构：是采用具有二次开发功能的GIS软件如ArcInfo、SuperMap、MapInfo等提供的函数库、类库和OCX 控件，利用软件开发工具如VC++、VB等开发新的应用程序。
2 生态环境保护DSS的构建
2．1 系统网络结构
根据林业生态环境保护需求与实际情况，可构建林业生态环境保护系统网络如图1所示。该网络将高清晰度卫星遥感图片，实时图像监视，各种监控点的监测数据和各管理分区上报的数据及时传输到生态保护及防火指挥中心。通过构建的林业生态环境保护DSS对各种数据进行分析，借助建立的模型，经过反复的人机交互，生成相应问题的决策方案。方案结果既可以通过GIS的空间显示和输出，也可通过网络直接传输到各林业管理分区或下级森林防灾减灾分中心，以指导林业生态环境保护、林业资源动态管理和森林防灾减灾决策等工作。
2．2 软件的总体结构设计
生态环境保护DSS的总体结构设计如图2所示。系统以动态链接型结构来实现GIS和DSS结合。地理信息管理系统(GIS系统)主要进行空间数据(包括林区基础地理信息以及空间地理信息)的管理以及空间信息的显示和输出；决策支持系统主要负责决策模型和知识库的建立、修改和查询等功能；利用建立的模型、结合专家知识库以及GIS系统的数据处理，通过人机交互控制系统生成对生态资源动态管理和生态环境保护等问题的决策方案。
3 系统主要功能
3．1 模型管理
系统对问题决策涉及到对生态环境保护系统工程模型进行统一的管理，其管理包括模型修改、查询和调用及多模型组合运行时的模型选择。模型库中的模型能为决策者提供推理、比较选择和分析。根据管理决策的特点，模型库中拟建立和使用以下模型[5]：
① 系统分析模型：有系统环境辨识模型、系统诊断模型、聚类分析模型、道格拉斯生产函数模型、综合经济评价模型和土地生产潜力评价模型等；
② 系统预测模型：有单因素线性及非线性预测模型、多元回归模型、一元高次回归预测模型，Logistic时序曲线模型、逐步回归预测模型和滑动平均预测模型等；
③ 系统优化决策模型：包括动态规划(最优路径、投资最优等)和决策树(不确定型决策、风险型决策等)等模型。可以用于辅助生态环境的规划设计方面。
3．2 生态环境的动态管理
① 以摄像监控为手段，通过视频图像的处理，可以建立生态环境资源的数据库，利用系统的空间分析功能，及时对生态环境资源的空间分布规律和动态变化过程做出反映；
② 用缓冲分析方法进行河岸防护林、自然保护区和林区防火隔离带等公益林的规划，确定防护林的比例和相应的分布范围；
③ 根据水文站监测数据、流域对径流泥沙和治理效果的测验数据、有关水土流失统计数据、有关大气污染与人为污染的监测数据以及水资源质量的监控数据，确定水资源的合理利用和开发。
4 结束语
生态环境保护主要涉及林业资源动态管理、水资源动态管理以及其他生态环境保护工作。随着社会的不断进步与人类对自身环境的改变，原有的生态环境保护模式已经无法满足现代社会对可持续发展的需要，而基于GIS的决策支持系统充分利用了GIS的空间与时间属性、模型方法和知识库，从技术上解决了海量数据的来源与可信度问题，同时可以在GIS平台上实现图形数据与属性数据的无缝结合，具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]陆守一，唐小明，王国胜．地理信息系统实用教程[M]．北京：高等林业出版社，2002．
[2]肖化顺．森林资源监测中林业3s技术的应用现状与展望[J]．林业资源管理，2004，18(4)：24—26．
[3]张怀清，鞠洪波，陈永富．林业资源环境网络在线决策支持系统研究[J]，林业科学研究，2002，15(6)：637—643
[4]张卫建，卞新民．基于网络GIS的区域农业决策支持系统的集成思路与方法[J]，南京农业大学学报，2000，
23(2)：23—26．
[5]王金增，马履一．基于GIS的生态环境建设决策支持系统的技术方案[J]．林业资源管理，2002，16(4)：18—20．
[6]陈贵权．3s技术在森林防火指挥地理信息系统中的应用[J]．林业勘察设计，2004(2)：26—30．
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