环境决策支持系统概述.ppt

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1、*,第一讲 环境决策支持系统概述,*,本门课程内容简介,第一讲：环境决策支持系统概述第二讲：环境决策支持系统系统框架第三讲：环境决策支持系统软件环境第四讲：环境决策支持系统的技术基础之一3S第五讲：环境决策支持系统的技术基础之二模型与知识第六讲：环境决策支持系统的技术基础之三数据仓库第七讲：环境决策支持系统的设计与实施第八讲：对策模型与辅助决策第九讲：网络与群决策第十讲：环境决策支持系统在生态环境控制中的应用第十一讲：环境决策支持系统在水污染控制中的应用第十二讲：环境决策支持系统在大气污染控制中的应用,*,环境决策支持系统教学计划,时间：第1周至16周（2005年2月20日至6月9日，星期一，

2、34节，一教/316，投影）为上课时间，第17、18周（6月12日至23日）为期末考试时间；5月1日劳动节放假停课。课时表（星期一，34节，一教/316，投影）：,*,环境决策支持系统参考书,Frem G.Mallach著，李昭智、李昭勇等译，决策支持与数据仓库系统，电子工业出版社，2001,*,环境决策支持系统教学方式,教师主讲（背景，原理，方法，演示），每次课预留10分钟讨论、提问平时作业，考查作业考查方式：平时作业（60）考查作业（40）,*,环境决策支持系统联系方式,课程主页 课程email:电话：62754292转809 薛安,*,本节课程内容,一.环境决策支持系统的相关概念二.环境

3、决策支持系统的特点三.环境决策支持系统的进展,*,一.环境决策支持系统的相关概念,什么是决策？什么是决策支持系统？什么是环境决策支持系统？,*,什么是决策？决策是为了达到某一目的而在若干可行方案中经过科学的分析、比较、判断，从中选取最优方案并赋予实施的过程。决策过程一般分为五个步骤：（1）识别问题或对决策的要求；（2）分析和阐明方案（对策）；（3）做出选择（决策）；（4）传达和执行决策；（5）追踪和反馈决策的结果。,*,根据决策过程的可描述程度，西蒙（）把决策 划分为结构化、非结构化和半结构化决策三种。（1）结构化决策：一般指决策方法和决策过程有固定的规 律可循，目标比较明确，过程结构比较清楚

4、，可用形式化的 方法描述和求解的一类决策问题。通常用数学方法来解决的 决策问题；（2）非结构化决策：一般指决策方法和决策过程没有什么 规律可循，并难以用常规定量数学方法进行问题描述和求解，而必须借助于人工智能等技术的决策；（3）半结构化决策：是指介于前两者间的一种情况，即决 策方法和决策过程有一定的规律可循，但又不完全确定的情 况。通常社会经济和管理活动中所遇到的决策大部分属于这 种情况。,*,决策公式:,Strategy,Game,Policymaker,谋略科学的定义 Define of Stratagem Science,谋略的定义,对策的定义,决策者定义,*对策实际上是博弈论(Game

5、 Theory)*博弈是一对一或一对多的竞争与合作的策略*对策不是唯一的*所有可能的对策,组成策略集*决策者任选一种,只能选一种*智囊团或顾问组是提供对策集的专家群*对策不等于决策,智囊团或顾问组不能代替决策者,*宏观管理：决策*微观管理：政策,*心理素质*目标意识*风险意识*竞争意识*凝聚意识*协作意识*系统意识,*,对策是科学的,决策者有艺术的头脑,*只靠决策者决定 主观*依靠对策决定 客观*靠对策与决策者决定 主客观结合 由于竞争多方的复杂性,具有博弈的性质,因此,主客观结合 的模式最佳.,科学与艺术结合 Combine in Science with Art,*,博弈理论的意义,1 齐

6、王田忌赛马 Horse Race Story of King Qi with Tian Ji 2 有限零和的对策矩阵 Finite Zero-sum Countermeasure Matrix 3 最优对策概念与模型 The Furthest Countermeasure Concept and Modeling 4 风险对策概念与模型 Risk Countermeasure Concept and Modeling,Meaning of Game Theory,*,田,齐,上中下 上下中 中上下 中下上 下上中 下中上,上中下 3 1 1 1-1 1,上下中 1 3 1 1 1-1,中上下

7、1-1 3 1 1 1,中下上-1 1 1 3 1 1,下上中 1 1 1-1 3 1,下中上 1 1-1 1 1 3,齐王取胜的概率为 5/6,其中 1/6 大胜,2/3 小胜,1/6 小输 田忌取胜的概率为 1/6,齐王田忌赛马排列组合矩阵表:,1 齐王田忌赛马 Horse Race Story of King Qi with Tian Ji,*,双方的对策集:甲方为 m 种对策,乙方为 n 种对策 构成对策矩阵例如:齐王有 5 匹马,田忌有 4 匹马,各出 3 匹马竞赛则,2 有限零和的对策矩阵 Finite Zero-sum Countermeasure Matrix,*,对策集合-双

8、方对策集合矩阵-极大极小定理,甲,乙,策略 1 策略 2 策略 3 策略 4 行极小,策略 A-3 2-4-6-6,策略 B 3 4 2 3 2,策略 C 10-2-7 4-7,策略 D-3 0 1 8-3,策略 E 3-1-1 3-1,列极大 10 4 2 8,3 最优对策概念与模型 The Furthest Countermeasure Concept and Modeling,*,对策集合-双方对策集合矩阵-风险定理,甲,乙,策略 1 策略 2 策略 3 策略 4 行极小,策略 A-3 2-4-6-6,策略 B 3 4 2 3 2,策略 C 10-2-7 4-7,策略 D-3 0 1 8

9、-3,策略 E 3-1-1 3-1,列极大 10 4 2 8,甲出策略 C,乙出策略 3,乙(风险)胜,4 风险对策概念与模型 Risk Countermeasure Concept and Modeling,*,人与自然只有对策,人与人才有决策,博弈具有赌博的含意.,*军事战略 军事上的决策，决策者的作用极大*经济策略（环境工程策略=对策）经济上的宏观决策,微观决策*政治策略 政治策略,与形势关系极大*安全策略 安全的策略是与犯罪作斗争,计算机上的黑客,病毒,需要用计算机方法去寻找和消毒*科技策略 美国 1998年戈尔发表的“数字地球”,即为美国的信息科技谋略,博弈理论的应用 Applica

10、tion of Game Theory,*,什么是决策支持系统？,决策支持系统管理信息系统信息报告系统办公信息系统事务处理系统,决策支持内容,*,什么是信息系统？（Information System）是具有采集、处理、管理和分析数据能力的系统，它能为单一的或有组织的决策过程提供各种有用信息。从计算机角度看，信息系统是由计算机硬件、软 件、数据和用户四大要素组成的系统。用户包括一般 用户和从事系统建立、维护、管理和更新的高级用户。,*,什么是空间信息系统？(SIS-Spatial Information System)是对空间数据进行采集、处理、管理和分析的信息系统。由于空间数据的特殊性，使空

11、间信息系统的 组织结构及处理方法有别于一般信息系统。地理信息系统是一种特定而又十分重要的空间信息系统。,*,什么是管理信息系统？(MIS-Management Information System)是一种基于数据库的事务处理系统，它往往停留在数据级上支持管理者，如人事管理信息系统，财务管理 信息系统，产品销售信息系统等。,*,决策支持系统(Decision Support System-DSS)决策支持系统（简称DSS）诞生于70年代，对于DSS至今还没有公认的严格定义。Morton 把 Dss 定义为“能够帮助决策者利用数据和模型解决半结构问题的、以计算机为基础的交互作用系统”。Ginzbe

12、rg 认为“DSS 系统是一个用来支持决策行为的、以计算机为基础的信息系统”。Sprague 认为决策目标是“通过信息技术的应用致力于改善组织结构中的知识工作者行为”等等。,*,西安交通大学席酉民等在总结为：DSS是以计算机为基础的、完成信息收集、信息整理、信息处理、信息提供的人机交互系统 它利用计算机运算速度快、存储量大等特点，应用决策理论方法、心理学、行为科学、人工智能、计算机网络、数据库等技术，根据决策者的决策思维方式，从系统分析角度为决策者或决策分析人员创建一种决策分析环境，以支持决策者解决半结构化、非结构化问题 在分析环境下，DSS 首先提供多种有效的分析工具和模型等帮助决策者进行知

13、识的积累，以获得自求信息和非自求信息；其次通过采取多种有效技术，并应用专家知识，DSS在与决策者交互对话过程中能对其进行一定的启发和诱导，帮助其产生出联想，获得自求信息，从而有利于创造性思维；再其次则是依靠这一分析环境，决策群体能完成协商决策 总之，通过系统和决策者的双向互动，DSS能激发决策者的思维创造力，支持决策者个体或群体作出有效的决策,*,一般可把DSS可以概括为：以管理科学、运筹学、控制论和行为科学为基础，以计算机技术、仿真技术和信息技术为手段，利用各种数据、信息、知识、人工智能和模型技术，面对半结构化的决策问题，支持决策活动的人机交互信息系统。它能为决策者提供决策所需要的数据、信息

14、和背景材料，帮助明确决策目标和进行问题的识别，建立和修改决策模型，提供各种备选方案，并对各种方案进行评价和优选，通过人机对话进行分析、比较和判断，为决策提供有益帮助。,*,决策支持系统(Decision Support System-DSS)是在管理信息系统基础上发展起来的一种信息系 统，它不仅为管理者提供数据支持，还提供方法和模 型的可能支持，并对问题进行仿真和模拟，从而辅助 决策者进行决策。,*,环境决策支持系统（辅助决策）(Environment Decision Support System-EDSS)环境决策支持系统（简称EDSS），是将DSS引入环境规划、管理、决策工作中的产物。它

15、的主要目的是帮助决策者解决环境问题中常遇到的病态或半结构化的问题。,*,什么是人工智能？(AI-Artificial Intelligence)一般用计算机模拟人的智能行为就属人工智能范畴。目前，人工智能主要研究内容有：专家系统、知识 库系统、模式识别、自动程序设计、智能机器人等。,*,什么是专家系统？(ES-Expert System)它具备知识库且具备学习能力，能对知识库动态更新以增进专家系统的能力，采取一定策略的推测机制，能够解决适度规模专家级问题的计算机软件系统。,*,什么是智能决策支持系统？(IDSS-Intelligent Decision Support System)是在决策支

16、持系统中进一步引入人工智能技术。如：专家系统解决非结构化问题，提高系统决策自动 化程度。,*,天地人机信息一体化网络(Outer Space-Geographical Information Integrative Network),遥感卫星系统（RSS）,遥测卫星系统（RMS）,DCS,GPS,通信卫星系统（CSS）,输入（Input）,输入（Input）,决策层（Policymaker),管理层（Manager）,专家层（Expert）,技术层（Technician）,遥感信息系统（RSIS）,影像库（IB）,遥感信息模型(RSIM),地理信息系统（GIS）,辅助决策系统（DSS）,管理信

17、息系统（MIS）,环境专家系统（EES）,图形库（GB/CAD）,属性库（AB）,数据库（DB）,知识库（KB）,逻辑库（LB）,地理信息编码模型（GICM）,方法库（MeB）,模型库（MoB）,输出（Output）,规划模型（PM）,博弈模型（GM）,对地观测系统,人地信息系统,环境 工程,波谱库（SB）,虚拟现实（VR）,地面数据（GD）,*,对策与辅助决策,1 对策的多角性 Countermeasure Nodes 2 对策的完整性 Countermeasure Integrality 3 对策的可行性 Countermeasure Feasibility 4 对策的风险性 Counte

18、rmeasure Risking 5 对策的复杂性 Countermeasure Complexity,Countermeasure and Support Decision,*,环境辅助决策系统,（1）辅助决策系统概念 Concept of Decision Making Support System（2）辅助决策系统组成 Compose of Decision Making Support System（3）辅助决策中的模型 Modeling for Decision Making Support System（4）辅助决策系统软件 Software of Decision Making

19、Support System,Decision-Making Support System of Environment,*,(1)辅助决策系统(Decision Support System:DSS),计算机系统:人-机对话,决策者,(2)给出对策群(3)评价每种对策的利弊(4)决策者做出决策(5)模拟决策后的结果(6)评价结果的满意度,再决策,不满意,（1）辅助决策系统概念 Concept of Decision Making Support System,*,DSS,GMB,PMB,对策模型库,政策模型库,决策者,管理信息系统群 网络,（2）辅助决策系统组成 Compose of Dec

20、ision Making Support System,辅助决策系统,*,(1)一对一博弈模型(2)一对多博弈模型(3)多对多博弈模型(4)优化型对策模型(5)风险型对策模型(6)模糊性对策模型(7)灰色性对策模型(8)随机性对策模型,传统型,（3）辅助决策中的模型 Modeling for Decision Making Support System,*,DSS 软件内容,输入目标数据,对策模型,对策集合,评价模型,人机对话界面,选择对策,决策,模拟结果,高水平的辅助决策系统,尚未建立!,（4）辅助决策系统软件 Software of Decision Making Support Syst

21、em,*,二.环境决策支持系统的研究 环境决策支持系统的特点 环境决策支持系统的技术基础 环境决策支持系统的技术路线 环境决策支持系统的系统分析,*,决策支持系统的特点：（1）主要解决半结构化的决策问题。虽然解决问题的方法、模型已有规律可循，但又因人、因时、因条件而异，不是唯一和确定的，这就是典型的半结构化问题，是DSS研究和支持的主要对象；（2）面向决策者。DSS的输入和输出、起源和归宿都是决策者；（3）强调支持的概念。力求扩展决策者做出科学决策的能力，而不是取而代之；,*,决策支持系统的特点：（4）模型和用户共同驱动。决策过程和决策模型是动态，根据决策的不同层次、周围环境，按用户需求提供新

22、的性能；（5）强调交互式的处理方式。问题的解决是一个交互的和递归的过程，通过大量、反复、经常性的人机对话方式将计算机无法处理的因素（如人的偏好、主观判断能力、经验、价值观念等）输入计算机，并以此规定和影响着决策的进程。,*,决策支持系统的构成：DSS 的构成由以下子系统组成。1、交互语言系统（可视化系统）2、问题处理系统 3、知识库系统 4、数据库系统 5、模型库系统 6、方法库系统,*,决策支持系统的构成,模型库 管理软件,*,DSS 的构成由以下子系统组成 1、交互语言系统 它是用户与DSS的接口部分。由于DSS所面临的问 题是不确定性的，而是直接面对决策者。所以系统必须研制出一个窗口，通

23、过这个窗口，用户能很方便地表达和描述决策问题以及解题要求并输入给DSS，而DSS也是通过他它把各种处理结果显示给用户；,*,DSS 的构成由以下子系统组成 2、问题处理系统 它是整个的核心部分，其他各部分都是为问题处理系统服务的。问题处理系统的主要功能有：（1）根据交互式人机对话的结果，识别问题：（2）根据所识别的问题构造出求解问题的模型和方案；（3）根据所构造的模型或方案，联系或匹配所需要的算法、变量、实践等；,*,DSS 的构成由以下子系统组成 2、问题处理系统（4）运行求解系统；（5）根据实际问题、用户要求、评价结果和反馈信息等，修正方案或模型；（6）形成最终问题的解，以支持用户进行决策

24、；（7）提供一种问题描述语言，以帮助用户更方便地描述问题和构造整个问题处理系统的框架。,*,DSS 的构成由以下子系统组成 3、知识库系统 它是一个能提供各种知识的表示方式，能够把知识存储于系统之内并能够实现对知识方便灵活的调用和管理的程序系统。知识库系统具有知识获取和自动推理的机能。知识库系统一般由知识库和知识库管理系统两部分构成。知识是客观世界的规律性总结，是其用符号的表示方法。知识反映了客观事物多方面的信息，是一种以多种方式把一个或多个信息关联在一起的信息结构。知识库是指存储知识和知识集的实体，而知识库管理系统是指对知识进行采集、更新、恢复、修改、调用、编辑、维护和管理，并能向用户提供使

25、用、查询工具的一套程序系统。当求解问题时，利用逻辑语言进行问题描述，而后在知识库中寻求相关知识，并利用DSS规则模型进行推理判断，从而模拟人的决策思维过程，达到辅助决策的目的；,*,DSS 的构成由以下子系统组成 4、数据库系统 它是由数据库及数据库管理系统组成。数据库是DSS求解问题的主要数据源。它与传统的数据库相比，有更多的数据源，汇集了来自信息系统内部、外部及解题所需的全部信息。数据库管理系统是处理数据库存取和各种管理控制的软件，它是数据库系统的中心枢纽，对数据库的操作全部通过数据库管理系统来完成。,*,DSS的构成由以下子系统组成 5、模型库系统 它有模型库及其管理系统组成。模型库是指

26、系统内的实际存储装置，如模型、模型字典、模型的匹配、链、联结信息和知识等。而管理系统则是包括模型的存储、调用、联结、运行、修改、检验、查询、评价、分析等功能在内的一组管理程序的有机结合；DSS 是由模型驱动的，模型库和模型管理系统是 DSS 软件系统的核心。DSS 的模型库具有智能作用。在DSS 中，模型的重要性大大提高了，数据需求由模型确定，DSS 的分析与设计是以决策所依据的模型为重要对象的。在DSS 中不是简单地使用模型，而是帮助人构建模型、检验模型、修改模型和发展模型，并提供强有力的分析功能。,*,DSS 的构成由以下子系统组成 6、方法库系统 它是由方法库及其管理系统组成。其基本功能

27、是对各种模型的求解分析提供必要的算法。在方法库中，以标准模块方式存储各种算法。通过格式与接口和其他系统进行联系，完成对已构造的模型进行分析求解和处理，并具有与数据库管理系统相似的方法库管理系统，能及时生成、更新与维护标准算法模块，并为用户选用算法提供交互提示功能。,*,决策支持系统的求解问题的一般过程：DSS 求解问题的过程一般可分五个步骤：（1）识别问题：用户通过交互语言系统，把关于问题的描述和要求输入DSS交互语言系统对识别和解释；（2）建立模型：问题处理系统，通过知识系统中的知识库或数据库系统，收集与该问题有关的各种数据、信息和知识，判定问题的性质和求解过程。通过模型库系统，集成构造解题

28、需要的规模或数学模型，对该模型进行分析鉴定；,*,决策支持系统的求解问题的一般过程：DSS 求解问题的过程一般可分五个步骤：（3）执行模型：在方法库中识别进行模型求解需要的具体算法，并进行模型的分析求解，对得到的结果进行分析评价；（4）评判决策：综合评判分析，若不满意则进入下一步；（5）修改模型：修改或重建模型，整个过程可以迭代式进行，直到结果满意为止。,*,环境决策支持系统的特点 近年来，可持续发展概念的兴起，从根本上丰富了环境保护的理论，环境系统、社会系统、经济系统已经紧密地结合在一起，环境决策也不单纯是环境污染治理、环境保护，而是强调环境、社会、经济的统一决策，实现在公平基础上的总体量优

29、或满意的决策。,*,环境决策支持系统的特点 总体上讲，环境决策可总结如下特点：涉及范围广，是社会、经济、环境等因素的综合；开放性、复杂性；动态性；滞后性，由于环境本身的特点，决策实施后的影响需要一定的时间才能显现。,*,环境、经济、社会的相互关系,*,环境决策支持系统的技术基础 1、遥感（RS）技术 2、全球定位系统（GPS）技术 3、地理信息系统（GIS）技术 4、专家系统（ES）5、决策方法,*,环境决策支持系统子系统特点,*,1、遥感（RS）遥感是以航空摄影技术为基础，在本世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感，自1972年美国发射了第一颗陆地卫星后，标志着航天遥感时代的开

30、始。经过几十年的发展，目前遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象、地质地理等领域，成为一门实用的、先进的空间探测技术。,*,遥感（RS）概念 遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远感知事物的意思。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、传达、分析和判读来识别地物。遥感就是根据不同物体具有不同的电磁波的原理来 探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而 提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。,*,遥感技术主要特点：1）可获取大范围数据资料。遥感用航摄飞机飞行

31、高度为10km左右，陆地卫星的卫星轨道 高度达910km左右，从而，可及时获取大范围 的信息。例如一张陆地卫星图象，其覆盖面积可达3万多km2；,*,遥感技术主要特点：2）获取信息的速度快，周期短。由于卫星围绕地 球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的 最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化 进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无 法比拟的。例如，陆地卫星4、5，每16天可覆盖地球 一遍，NOAA气象卫星每天能收到两次图象。,*,遥感技术主要特点：3）获取信息受条件限制少。在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制

32、的遥感技术，特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料；,*,遥感技术主要特点：4）获取信息的手段多，信息量大。根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线、红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。例如，地面深层、水下深层，冰下层的水体，沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。,*,2、全球定位系统（GPS）主要特点：（1）全天候，不受天气影响；（2）全球连续覆盖；（3）三维定点、定速定时高精度；（4）快速省时高效率；（5）应用广泛多功能。,*,2、全球定位系统（GPS）主要用途：（1）陆地应

33、用；（2）海洋应用；（3）航空航天应用。应用领域也非常广，在军事、测量、工程建设（动态监测）、海陆空交通运输导航和农林等领域中用处很广。,*,2、全球定位系统（GPS）需要指出，全球定位系统的导航和定位在概念上有所不同的，所谓定位是指运动载体，如汽车上安装GPS信号接收机，然后实地测出接收天线所在的位置，这称为GPS定位，也称为GPS动态定位。动态的意思是指定位是极短的时间内完成的。如果接收机在测得运动载体实时位置的同时，还测得运动载体得到速度、时间和方位等状态参数，进而可“引导”运动载体驰向预定的目标位置，这称为导航。由此可知，导航是一种广义的动态定位。GPS是从军事方面发展起来的，出于军事

34、目的，它提供两种服务即标准定位服务和精确定位服务。前者用于民用事业，后者为军方服务。,*,GPS的组成 GPS是建立在无线电定位系统、导航系统和定时系统基础上的空间导航系统。它以距离为基本观测量，通过同时对多颗卫星进行伪距离测量来计算接收机的位置。由于测距是在极短的时间内完成的，故可实现动态测量。,*,GPS卫星 GPS卫星由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。工作卫星分布在6个轨道面内，每个轨道平面配置3颗卫星，每隔一条轨道平面配备1颗备用卫星，每颗卫星对地球的可见面积为地球总表面积的38%，每颗卫星每天约有5小时在地平线上。同时位于地平线上的卫星数目最少为4颗，最多为11颗。这样的空间配置，

35、可保证在地球上任何时间、任何地点至少同时观测4颗卫星，加上卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此，GPS是一种全球器、全天候的连续实时导航定位系统。,*,地面监控系统 GPS的地面监控部分由5个监控站，3个注入站和1个主控站组成。监控站是数据自动采集中心，它主要为主控站提供各种观测数据。主控站是系统管理和数据处理的中心。其主要任务是用监控站和本站提供的观测数据计算卫星的星历、卫星钟差和大气延迟修正参数，提供全球定位系统时间基准，并将这些数据传到注入站，调整卫星运行轨道，启动备用卫星等。注入站将主控站推算出的卫星星历、钟差、导航电文等控制指令注入到相应的存储系统，并监测注入信息的正确性。,*,

36、GPS的结构组成,*,3、地理信息系统（GIS）在GIS的研究和应用中，经常涉及数据（Data）和信息(Information)两个术语。数据：是通过数子化或直接记录下来的可以被鉴别的符号。信息：信息是人们或机器提供关于现实世界各种事实的知识，是数据、消息中所包含的意义。它不随载体的物理形式的改变而改变。信息是通过数据形式来表示的，是加载在数据之上的，对数据具有含义的解释。,*,信息的主要特点：（1）信息的客观性；（2）信息的适用性；（3）信息的传输性；（4）信息的共享性。,*,数据与信息的区别和联系：信息与数据是不可分离的，数据是信息的表达，信息是数据的内涵。数据本身并没有意义，数据只有对实

37、体行为产生影响时才成为信息。例如同样的数据“1”和“0”，当用来表示某一种实体在某个地域内存在与否时，它就提供了有（1表示）无（0表示）的信息。要从数据中得到信息，处理和解释是非常重要的环节。数据处理是对实践进行运算、排序、转换、分类、筛选、检索等，其目的就是为了得到数据中包含的信息。信息与数据虽然有词义上的差别，但GIS的建立和进行，就是信息（或数据）按一定的方式流动的过程，在通常情况下，并不严格区分使用数据和信息两个术语。,*,地理信息 地理信息是表示地理环境诸要素的数量、质量、分布特征及其相关联系和变化规律的数子、文字、图像和图形等的总称。地理信息的主要特征：（1）地理信息属于空间信息；

38、（2）地理信息具有多维结构的特征；（3）地理信息的时序特征十分明显。,*,地理系统：地理系统是一个多层次的巨系统。它具有多层次的结构和泛目标的功能，需要有多学科的知识结构和多种形式的技术体系的支持。地理系统是从系统论的观点来重新认识地理圈的事物、现象和发生发展过程，理解物质迁移与能量内外循环的规律，认识地理规律、掌握地理信息，以调控资源与环境为目的的逻辑思维过程。,*,数据库：数据库是以一定的组织形式存储在一起的互相有关联的数据集合。但是这种数据集合不是数据的简单相加，而是对数据信息进行重新组织，最大限度地减少数据冗余，增强数据间关系的描述，使数据信息资源能以多种方式为尽可能多的用户提供服务，

39、实现数据信息资源共享。,*,地理信息系统 地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，应用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供管理、决策等所需信息的技术系统。简单地说，地理信息系统就是综合处理和分析地理空间数据的一种技术系统。,*,地理信息系统的特点：（1）公共的地理定位基础；（2）具有采集、管理、分析和输出多种地理空间信息 的能力；（3）系统以分析模型驱动，具有极强的空间综合分析 和动态预测能力，并能产生高层次的地理信息；（4）以地理研究和地理决策为目的，是一个人机交互 式的空间决策支持系统。,*,地理信息系统的组成：由四部分组成，即计

40、算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据和用户。,*,4、专家系统（ES）是人工智能中的一个重要领域。经利用某一领域专家的知识，利用模型与专家知识，进行推理，从而做到方案的选取，多方案选优等决策的机制，它面对的问题大多为非结构化问题，难以用结构化的过程性语言来描述，而要用到专家的经验和知识。专家系统的最大特点是能利用自然的语言或简单的脚本语言同系统交互，系统内部根据用户提供的信息，进行分析、模拟、预测等信息处理过程，由此，环境决策支持系统可以借助于专家系统来控制信息的推理，以达到同决策者交互的目的。,*,专家系统基本结构,*,环境决策支持系统的技术路线 环境决策支持系统开发仅是整个系统建设的一部

41、分，它着眼于如何用软件技术实现决策支持系统，其设计路线可以简单归结为以下三种：1、应用模式 2、自主开发集成系统 3、应用现代信息技术的系统集成方案,*,可视化虚拟环境实验,*,虚拟环境实验组成要素,“虚拟环境实验”组成要素抽象：虚拟环境对象（环境），地理参照系（时空标准），实验工具，环境计算，实验数值，实验者（观察者）。虚拟环境对象（环境）：环境的抽象、表达与表现；地理参照系：现实环境时空坐标系，环境数据的时空坐标系，虚拟环境的时空坐标系；实验工具：人机交互工具 环境计算：对象计算，模型计算；实验数值：人机（地）交互、环境计算后的结果；实验者（观察者）：多感知互动与环境创造性思维。,*,虚拟

42、环境实验原则,环境实验可检验性原则;虚拟环境实验与现实环境实验（野外实验、模型实验）的结合原则。协同环境实验原则等等。,*,虚拟环境实验与知识发现,虚拟环境实验：以环境科学数据为基础，通过计算、模拟、可视化、人的实时参与、互动与操控（智性知识的引入），寻找、验证并建立地理模式或地理模型，以获取表达地理现象与过程的关系、结构与规律。知识发现（Knowledge Discovery），是当前数据库、人工智能、机器学习、统计学、可视化等领域的一个共同研究热点，它试求综合应用上述领域技术，在庞大的数据库中探索事先并不知道但潜在有用的新的结构形态或者关系特征，即关于数据的高层次信息结构和知识。,*,虚拟

43、环境实验室定义,它是一个以大型的多源、多尺度集成数据库为基础的、以地图可视化表达为界面的、具有分布式群体协同工作机制的、并符合地理空间感知与图解思维规律的主动式、集成化计算与分析环境。它能够有效地用于非线形复杂环境问题的模拟、计算与求解。,*,虚拟环境实验室组成,虚拟环境实验室，由虚拟环境和协同系统组成。,协同系统,虚拟环境,*,虚拟实验室特征框架（地理环境）,*,虚拟环境实验室是GIS的发展,地理信息系统发展的三个阶段：第一阶段是GIS作为地理学者的研究助手（GIS as research assistant）；第二阶段是GIS作为交流工具（GIS as new communication

44、medium）；第三阶段是GIS作为扩展人类感觉地理现实的手段（GIS as a means for augmenting the senses），这个阶段才刚刚浮现,*,虚拟环境实验室,MacEachren教授等：地理（学）可视化，研发协同式地学虚拟环境；“DAVE_G-对话支持下面向地学信息的可视环境（DAVE_G:Dialogue Assisted Visual Environment forGeoinformation）”（美国科学基金）MaxEgenhofer教授等：“iMap:intelligent,interactive,and Internet-connected maps”（

45、智能、交互和网络连接下的iMap）(美国国家图象与制图局研究基金),*,虚拟地理实验室,英国Leicester 大学地理系的Dykes：等用于地理教学和野外实习的虚拟环境 英国Leeds大学的计算地理研究中心 计算地理（GeoComputation）、分布协同式群体决策支持系统；London大学学院的Batty 虚拟环境的建模和在城市规划中的应用。,*,案例,*,交通导航辅助决策系统,数据库基础信息、路网信息、公交系统信息、历史路况信息、路况实时信息方法库最短路径算法、空间Buffer方法等模型库针对不等交通方式的交通方案生成与评估模型等,*,城市污水处理厂选址辅助决策系统,数据库城市基础信息

46、、城市市政基础信息（管网等）等方法库最短路径算法、空间Buffer方法等模型库污水处理厂选址方案与评估模型等,*,城市污水处理厂运行辅助决策系统,国际水质协会(IAWQ)20世纪70年代末提出的仪器化、控制化和自动化(ICA)目标，在此基础上发展了城市污水处理系统运行辅助决策支持系统城市污水处理厂运行决策支持系统包含专家系统、模拟系统等,具有运行预测、分析问题和提出建议等功能。专家系统是在运行出现问题的时候,操作人员输入所观察到的问题,系统一步步提示如何对问题进行分解。在进行了必要的实验分析和周边条件清晰之后,得到分析结果,最后给出处理问题的建议报告。活性污泥污水处理模拟系统如EFOR、GPS

47、-X、West、THASS等,大多采用IAWQ提出的活性污泥模型ASM1、ASM2/ASM2D、ASM3。这些模型综合了活性污泥系统中碳氧化、硝化、反硝化和生物除磷等多个过程,能够用于模拟污水生物处理的全过程。模拟系统基于国际上最新的IAWQ 模型，结合其它模型如二沉池模型,通过与实时系统的数据连接,对污水处理厂的运行状态进行模型分析,能够预测污水处理厂未来的运行状态,为该厂可靠运行提供理论依据。其主要功能是通过从数据库取得有效数据,对污水生物处理过程进行数学模拟,计算出生物处理系统主要运行参数发生的变化,提供变化趋势,并对可能发生的事故进行报警。,*,三.环境决策支持系统的研究进展 国外环境

48、决策支持系统的研究进展 中国环境决策支持系统研究进展,*,国外环境决策支持系统的研究进展 从70年代起，国际上开始研究EDSS，到现在的 几 十年里，计算机、人工智能、数据采集与管理、远程通讯等技术得到飞速发展。而信息高速公路的 建设，目前更是风靡全球，这一切为EDSS的研究、开发与应用创造了良好的外部条件和广阔前景。国 内外在 EDSS 的理论研究和实际应用上都已取得了 一定的成就。,*,在国外，DSS已应用于各类企业组织的业务管理中。如美国普渡大学研制的原为支持河流净化规划的决策支持系统（DSS-Gplan）已广泛应用于能源与森林管理决策中。美国社会系统公司研制的DSS-Simplan 已

49、用于公司的长期规划、财务预测、资本预算、策略模拟、损益计划和资本投资审核等决策问题中。美国Execucom 系统公司研制的DSS-IFPS，应用于合作计划、财务计划、销售策略等决策中。R.L.Kloss 等人研制的AAIMS，用于美国航空公司的计划、业务、销 售、运行业务中。RAND 和IIASA公司也研制了许多诸如石油、水资源、环境污染等方面的决策支持系统。,*,*,中国环境决策支持系统研究进展 我国对EDSS的研究起步较晚，但近年来得到了迅速的发展。许多大学和科研单位，为国家和有关省（区）研制了整体发展EDSS 和社会经济综合发展EDSS。国内一些著名的系统工程研究机构，还对国内重大的工程

50、项目用决策分析方法进行研究。如上海交大的“用系统工程方法对上海新港址进行评价和优选”、西安交大的“山西煤炭基地的发展战略决策”，以及以三峡工程为目标的“大型水利工程决策研究”等。,*,中国环境决策支持系统研究进展 近年来，该系统在防洪领域中的应用也得到了长足的进展。国家环境质量决策支持系统（NEQDSS）是中国环境科学研究院研制的用于全国52个重点城市的水环境和大气环境规划与管理的大型EDSS。它具有数据库管理、决策模拟以及决策比较评价3大功能，主要特点为：,*,（1）采用了80年代兴起的半结构化决策的快速原型设计方法开发了能适应不同情况和信息要求的60多套模拟决策模型及其灵活的模型管理技术；