摘要：指出長江、珠江三角洲地區(qū)城市化程度高、工業(yè)發(fā)達(dá)，小流域環(huán)境問題突出，環(huán)境規(guī)劃與治理卻相對(duì)滯后。在小流域環(huán)境規(guī)劃工作中常伴有大量的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化并存的決策問題，需要引入決策支持系統(tǒng)方法來全面支持有關(guān)部門的規(guī)劃活動(dòng)。同時(shí)，小流域環(huán)境管理本身也是個(gè)面向空間實(shí)體的操作過程，這決定了GIS將發(fā)揮基礎(chǔ)性主導(dǎo)作用。基于以上兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)，小流域環(huán)境管理信息系統(tǒng)應(yīng)是基于GIS和各種模型的空間決策支持系統(tǒng)（SDSS）。闡述了系統(tǒng)分析（用戶特點(diǎn)和需求分析、功能需求分析，進(jìn)而討論了數(shù)據(jù)需求（模塊數(shù)據(jù)邏輯描述、數(shù)據(jù)的來源和采集）。

　　關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)空間決策支持系統(tǒng)小流域環(huán)境管理數(shù)據(jù)需求

　　1引言

　　長江三角洲和珠江三角洲地區(qū)，城市化程度高，鄉(xiāng)鎮(zhèn)、民營企業(yè)發(fā)達(dá)。而這些地區(qū)，小流域的環(huán)境問題已相當(dāng)突出，但由于缺乏必要的技術(shù)手段，無法及時(shí)掌握環(huán)境狀況的第一手資料，環(huán)境的規(guī)劃與治理也就相對(duì)滯后。地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)為這一難題的解決提供了契機(jī)。

　　GIS就是把表示各種地理要素特征及分布的數(shù)據(jù)、圖形等信息輸入計(jì)算機(jī)中，在其軟硬件的支持下，實(shí)現(xiàn)信息管理現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)，是一項(xiàng)新的資源信息系統(tǒng)。它由信息的采集、分析與處理，數(shù)據(jù)的規(guī)格化和標(biāo)準(zhǔn)化，信息的組織與管理、數(shù)據(jù)庫與模型庫的建立，信息系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，成果的輸出及自動(dòng)化成圖等部分組成[1]。其實(shí)質(zhì)是以人機(jī)為主體的空間動(dòng)態(tài)信息系統(tǒng)。在GIS中引入模型庫和模型管理系統(tǒng)等概念，導(dǎo)致空間決策支持系統(tǒng)（SDSS）的發(fā)展[2]。因?yàn)镚IS技術(shù)是用于組織和分析空間數(shù)據(jù)，而對(duì)決策人員來說，最終需要的是SDSS，即GIS和決策支持系統(tǒng)(DSS)的結(jié)合。GIS基于純粹空間數(shù)據(jù)，它包含空間實(shí)體的關(guān)系信息，這些信息被存儲(chǔ)在各式各樣的地圖中。SDSS的數(shù)據(jù)是空間相關(guān)數(shù)據(jù)，它是專題數(shù)據(jù)或應(yīng)用數(shù)據(jù)，例如郵政編碼識(shí)別的地址或街道規(guī)劃識(shí)別的分配路徑。與GIS相比，SDSS是特定問題的解決方案，用于求解半結(jié)構(gòu)化或非結(jié)構(gòu)化的空間問題，更強(qiáng)調(diào)知識(shí)和模型在問題求解過程中的重要性，決策人員可根據(jù)所提供的模型庫系統(tǒng)，選擇模型和構(gòu)造新模型，以幫助分析和決策。

　　2系統(tǒng)分析

　　2.1用戶特點(diǎn)和需求分析

　　本系統(tǒng)(也稱小流域環(huán)境SDSS)與一般環(huán)境信息系統(tǒng)最主要的不同在于所關(guān)注的是一些尚未引起足夠重視的小流域[3~5]。研究區(qū)域可能僅僅是一個(gè)或數(shù)個(gè)市、縣，因此，投資一般不大，系統(tǒng)也不可能建得很大、功能很全，關(guān)鍵是要抓住主要問題。流域內(nèi)各市、縣資料具有相對(duì)獨(dú)立性，因此在進(jìn)行環(huán)境評(píng)價(jià)或功能分區(qū)時(shí)，必須考慮行政界線的因素。另外，系統(tǒng)的最終用戶是基層（市、縣級(jí)）環(huán)境保護(hù)部門的環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的綜合決策管理者[6]。這些人所關(guān)心的問題不局限于某個(gè)側(cè)面，而是具有綜合性的特點(diǎn)，例如，環(huán)境問題與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，污染源和環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系，污染物排放、環(huán)境質(zhì)量與國家和地方有關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的比較，區(qū)域性宏觀污染控制策略，等等[7~8]。他們具有豐富的環(huán)境管理經(jīng)驗(yàn)，是系統(tǒng)的最直接用戶。系統(tǒng)的另一類直接用戶是專職或兼職系統(tǒng)管理員。他們負(fù)責(zé)系統(tǒng)的日常維護(hù)管理，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入、修改、更新、系統(tǒng)和數(shù)據(jù)備份等工作。通過他們對(duì)計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)軟件的操作，為決策人員提供所需的數(shù)據(jù)、信息和決策支持。

　　用戶需求包括收集和整理區(qū)域內(nèi)環(huán)境要素的數(shù)據(jù)了解污染源的分布及其動(dòng)態(tài)變化、進(jìn)行環(huán)境預(yù)測(cè)、進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)、編寫環(huán)境影響報(bào)告書、監(jiān)督建設(shè)部門環(huán)境管理、參與研究和制定環(huán)境保護(hù)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略等。

　　2.2功能需求分析

　　2.2.1系統(tǒng)的功能分析

　　（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析利用歷年環(huán)境統(tǒng)計(jì)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及遙感更新數(shù)據(jù)，進(jìn)行行業(yè)資源消耗和排污情況分析，重點(diǎn)污染源、重點(diǎn)污染行業(yè)識(shí)別，環(huán)境質(zhì)量變化趨勢(shì)分析，以及污染治理資金與效果分析等。

　　（2）環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)包括環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)和工業(yè)污染源現(xiàn)狀評(píng)價(jià)。基于公共數(shù)據(jù)庫中的環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)和污染源數(shù)據(jù)，應(yīng)用模型方法對(duì)環(huán)境現(xiàn)狀作總的觀察分析，由此判斷全流域或所選區(qū)域的主要環(huán)境問題。

　　（3）環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供2種類型的環(huán)境影響評(píng)價(jià)的初步“快速評(píng)估”模式。即使用較簡(jiǎn)單通用的水質(zhì)模擬模型和大氣質(zhì)量擴(kuò)散模型進(jìn)行[9~10]。

　　（4）污染物削減分配決策支持應(yīng)用情景分析方法和線性規(guī)劃模型，從宏觀層次對(duì)全流域及所選區(qū)域范圍內(nèi)不同行業(yè)和不同區(qū)域的環(huán)境污染物削減進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，并對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行環(huán)境評(píng)價(jià)和經(jīng)濟(jì)分析，以提供決策支持，包括水污染物削減分配決策支持和大氣污染物削減分配決策支持等。

　　（5）環(huán)境與經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展決策支持應(yīng)用多目標(biāo)決策和情景分析相結(jié)合的方法，來分析全流域和所選區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度和規(guī)模、工業(yè)布局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改變與調(diào)整對(duì)環(huán)境造成的影響，以及為防止環(huán)境污染和破壞所采取的措施，由此提供環(huán)境與經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的決策支持。

　　2.2.2系統(tǒng)的功能分解

　　小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)功能包括七大類：（1）基礎(chǔ)空間信息查詢；（2）歷年統(tǒng)計(jì)和監(jiān)測(cè)資料分析；（3）環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)；（4）環(huán)境影響評(píng)價(jià)；（5）污染物削減分配決策支持；(6）環(huán)境與經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展決策支持；（7）分析結(jié)果的圖形與報(bào)表輸出。

　　3數(shù)據(jù)需求分析

　　明確了小流域環(huán)境SDSS模塊的功能后,需要對(duì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分功能所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯描述,并對(duì)數(shù)據(jù)來源、約定、數(shù)據(jù)類型、范圍等進(jìn)行分析。

　　3.1模塊數(shù)據(jù)的邏輯描述

　　小流域環(huán)境SDSS是基于GIS開發(fā)的決策支持軟件系統(tǒng)，其所需的數(shù)據(jù)主要分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩大類。空間數(shù)據(jù)是描述環(huán)境背景及各種空間位置的一類數(shù)據(jù)，SDSS系統(tǒng)所需的空間數(shù)據(jù)主要包括地形圖和污染源、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)、環(huán)境功能區(qū)等專題圖；而屬性數(shù)據(jù)是描述“環(huán)境－社會(huì)－經(jīng)濟(jì)”系統(tǒng)中有關(guān)實(shí)體的屬性和特征的。小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)所用的屬性數(shù)據(jù)另建屬性數(shù)據(jù)庫，按其功能需求主要分為環(huán)境背景、污染源(環(huán)境統(tǒng)計(jì)基層報(bào)表數(shù)據(jù))、環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境統(tǒng)計(jì)匯總、建設(shè)項(xiàng)目、環(huán)境功能區(qū)、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、污染物削減分配備選方案等幾類數(shù)據(jù)。小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)各功能模塊所需的數(shù)據(jù)見表1。

　　3.1.1空間數(shù)據(jù)邏輯描述

　　小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)所需的空間數(shù)據(jù)可分為地形圖和專題圖2類。地形圖作為小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)的基礎(chǔ)底圖，包括下列要素:居民地、道路、水系、行政境界、植被等。專題圖包括：污染源、大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)、水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)、環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)站、自然保護(hù)區(qū)、水環(huán)境功能區(qū)、大氣環(huán)境功能區(qū)、聲環(huán)境功能區(qū)等。

　　3.1.2屬性數(shù)據(jù)邏輯描述

　　小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)所需的屬性數(shù)據(jù)由屬性數(shù)據(jù)庫提供，按照數(shù)據(jù)的更新頻率可分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。所謂靜態(tài)數(shù)據(jù)，指相對(duì)靜態(tài)數(shù)據(jù)，即在若干年或年度內(nèi)不發(fā)生變化或變化較少的數(shù)據(jù)；而動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)則是指時(shí)段變化較大的數(shù)據(jù)。此外，對(duì)某些數(shù)據(jù)，在使用時(shí)也有限制要求。根據(jù)小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)的功能需求和現(xiàn)有數(shù)據(jù)源情況，將小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分組，生成小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)的一級(jí)數(shù)據(jù)。對(duì)一級(jí)數(shù)據(jù)再分組逐層細(xì)分，生成二級(jí)數(shù)據(jù)、三級(jí)數(shù)據(jù)……，最終分解到數(shù)據(jù)項(xiàng)。小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)的一級(jí)數(shù)據(jù)分類包括環(huán)境背景數(shù)據(jù)、污染源數(shù)據(jù)、環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)、環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)匯總、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、環(huán)境功能區(qū)數(shù)據(jù)等。

表1　小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)各功能模塊所需數(shù)據(jù)

名稱	空間數(shù)據(jù)	屬性數(shù)據(jù)
行業(yè)資源消耗和 污染物排放分析	地形圖	環(huán)境統(tǒng)計(jì)匯總數(shù)據(jù)
重點(diǎn)污染識(shí)別	地形圖－污染源	污染源數(shù)據(jù)－環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)
環(huán)境質(zhì)量變 化趨勢(shì)分析	地形圖 水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn) 大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn) 環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)站	環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù) 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)
環(huán)境保護(hù)投資效果分析	地形圖	污染源數(shù)據(jù)
環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)	地形圖 水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn) 大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn) 環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)站 水環(huán)境功能區(qū) 大氣環(huán)境功能區(qū) 聲環(huán)境功能區(qū)	環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù) 功能區(qū)數(shù)據(jù) 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)
工業(yè)污染源現(xiàn)狀評(píng)價(jià)	地形圖－污染源	污染源數(shù)據(jù)
建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境 影響初步評(píng)價(jià)	地形圖 污染源 水環(huán)境功能區(qū) 大氣環(huán)境功能區(qū)	環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù) 建設(shè)項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù) 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù) 大氣環(huán)境功能區(qū) 水環(huán)境功能區(qū)
區(qū)域環(huán)境影 響初步評(píng)價(jià)	地形圖	污染源數(shù)據(jù) 環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù) 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù) 環(huán)境背景數(shù)據(jù)
污染物削減分配決策支持	地形圖	污染源數(shù)據(jù)－環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)
環(huán)境與經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展決策支持	地形圖	污染源數(shù)據(jù)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù) 社會(huì)、自然、經(jīng)濟(jì)背景庫

　　3.2數(shù)據(jù)的來源和采集

　　小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)所需的空間數(shù)據(jù)包括流域地形圖以及專題圖等。這些圖包括的要素和圖層都已在前節(jié)作了描述。這些圖的收集、選擇確定、錄入(數(shù)化、編輯)及拓?fù)潢P(guān)系檢驗(yàn)由系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)完成。專題圖一般是由遙感數(shù)據(jù)獲取相關(guān)信息，再利用GIS軟件轉(zhuǎn)繪而成。空間數(shù)據(jù)錄入所用的硬件設(shè)備為數(shù)字化儀。空間數(shù)據(jù)的輸出設(shè)備為小型繪圖機(jī)，亦可在用戶終端屏幕顯示圖形。遙感數(shù)據(jù)，包括土地利用、禽畜場(chǎng)和固體廢棄物分布，通過衛(wèi)星像片解譯結(jié)合動(dòng)態(tài)調(diào)查獲得。其中，禽畜場(chǎng)分布以鄉(xiāng)、鎮(zhèn)一級(jí)的禽畜場(chǎng)個(gè)數(shù)作為實(shí)測(cè)值參與評(píng)價(jià)，類型包括奶牛場(chǎng)、養(yǎng)雞場(chǎng)、養(yǎng)鴨場(chǎng)和綜合飼養(yǎng)場(chǎng)；固體廢棄物分布以各城鎮(zhèn)固體廢棄物堆放所占面積作為實(shí)測(cè)值，包括生活垃圾、工業(yè)垃圾和混合垃圾[11]。小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)所需的屬性數(shù)據(jù)暫分為7類，均存放于公共數(shù)據(jù)庫中,其要求和范圍如下:

　　(1)污染源數(shù)據(jù)采用環(huán)境統(tǒng)計(jì)基層報(bào)表數(shù)據(jù);

　　(2)環(huán)境統(tǒng)計(jì)匯總數(shù)據(jù)指按市、縣統(tǒng)計(jì)匯總的分行業(yè)資源消耗和“三廢”排放數(shù)據(jù);

　　(3)環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)來源于環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(包括水、大氣、噪聲);

　　(4)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)來源于“地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”(GB3838-88)、“大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”(GB3095-82)及“城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)”(GB3096-93)[12];

　　(5)環(huán)境背景數(shù)據(jù)（各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）可根據(jù)最新統(tǒng)計(jì)年鑒得到。功能區(qū)及備選方案數(shù)據(jù)由有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)合多領(lǐng)域的專家知識(shí)得到。

　　4結(jié)語

　　通過以上分析,可知小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層包括空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫。作為空間決策支持系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)應(yīng)擺脫傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)思想，突出以空間數(shù)據(jù)庫為核心，數(shù)據(jù)庫與模型庫相結(jié)合，以及數(shù)據(jù)直接支持各種模型的原則。

　　小流域環(huán)境SDSS系統(tǒng)是一個(gè)通用空間決策支持系統(tǒng)，所提供的5個(gè)功能都是基于各種模型——從簡(jiǎn)單的趨勢(shì)分析模型、環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，到相對(duì)復(fù)雜的水氣質(zhì)量擴(kuò)散模擬模型、污染物削減分配的大規(guī)模優(yōu)化模型等。SDSS系統(tǒng)所應(yīng)用的模型分為6類，即趨勢(shì)分析模型、相關(guān)分析模型、排序模型、評(píng)價(jià)識(shí)別模型、環(huán)境質(zhì)量模擬模型和優(yōu)化決策模型。以上模型分別應(yīng)用于決策支持全過程中的各個(gè)階段，包括診斷預(yù)警、情景制定、方法選取、問題分析、問題求解和評(píng)價(jià)比較等。在同類模型的選取中，以盡量簡(jiǎn)化的為優(yōu)。

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