CN102122376A - 海岸带综合承载力评估与决策系统及其运作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供海岸带综合承载力评估与决策系统，包括模型库、生态资产评估单元、承载力计算单元、主体功能区规划单元、知识库、数据库。本发明还提供一种海岸带综合承载力评估与决策系统的运作方法，将生态资产和承载力的结合到主体功能区划模型中，用以指导海岸带的合理规划开发，实现海岸带开发的智能化和科学化。

Description

海岸带综合承载力评估与决策系统及其运作方法

技术领域

本发明涉及生态环境与信息技术领域，尤其涉及海岸带综合承载力评估与决策系统及其运作方法。

背景技术

海岸带作为海洋系统与陆地系统相连接、复合、交叉融通的地理地带，是地球表面最为活跃、现象与过程最为丰富的自然区域，也是提供资源类别、品种、开发区最为优越的区域，全球60%的人口和60%的大城市坐落在近海岸带的沿海地区。

高速的经济发展却给海岸带带来了许多资源环境和社会问题：水污染严重、耕地流失迅速、流动人口剧增以及交通堵塞、住房拥挤、失业率高、生活质量下降等，这些问题造成的环境不可持续性使海岸带区域面临经济持续增长的压力和更多更大的风险。因此，在海岸带管理工作中一个重要的方面就是对现状进行有效评估，根据现状提出适合的发展规划。

目前，对于海岸带的区划研究主要是依据专家经验做的定性研究，定量化的数据支持使用的较少。优秀专家在长期实践中积累的经验以及海洋管理中积累的大量数据都是宝贵的财富，因此，在海岸带规划中将两者结合起来以提高决策方案的准确性和实效性是亟需解决的一个问题，这也是本发明将要重点解决的。

生态资产是自然资产和生态系统服务功能的相互结合与统一，自从20世纪90年代绿色GDP的提出以来，生态系统的服务功能越来越受到人们的重视。而海岸带的特殊地理位置和人类对海岸带的大力开发，决定了它是一个生态系统较为脆弱的地区，所以及时监控海岸带生态系统现状，考察生态环境退化状况，才能为海岸带今后的可持续发展提供科学的依据。

承载力是生态学中的一个重要概念，用以衡量特定区域在某一环境条件下可维持某一物种个体的最大数量。海岸带是一个具有双动力的生态系统，既受社会经济发展状况、海洋产业开发政策、管理模式与水平及社会协调发展机制等诸多社会经济因素的影响，又受诸如潮汐、风暴潮、海平面升降等自然因素的制约。通过海岸带承载力这一概念，能从本质上反映环境与人类活动之间的联系纽带，是海岸带开发和海岸带综合治理不可或缺的基础数据。

主体功能区是指基于不同区域的资源环境承载能力、现有开发密度和发展潜力等指标，将特定区域确定为特定主体功能定位类型的一种空间单元，通常区分为重点开发区、优化开发区、限制开发区、禁止开发区四个类型。国家“十一五”规划纲要明确提出要按照主体功能定位调整和完善区域政策及绩效评价，规范空间开发秩序，形成合理的空间开发结构。海洋是重要的蓝色国土，是区域可持续发展的重要支撑空间。海岸带是我国经济发展的前沿阵地，在我国经济发展中占有重要的地位。因此，对于海岸带的主体功能区划是海岸带发展规划的重要方向。

通过调研发现，当前对于海岸带的发展规划多是以定性的研究为主，涉及到定量研究特别是采用主体功能区方法的研究较少，且通常只考虑了承载力方面的因素，没有涉及海岸带生态资产这一重要指标。针对这一点，本发明将建立一个基于承载力和生态资产两方面数据的海岸带主体功能区划模型。

此外，对于海岸带生态资产评估和承载力的计算是一项复杂、专业性较强的工作，现在只能靠少数专家学者和各研究单位在一起交流、商讨、对接，通过反复多次才能将一个方案完成。因此，急需一套海岸带发展规划决策支持系统来辅助决策，建立各专业的统一协作平台，从而快速、科学、准确的进行海岸带开发。然而在国内只有对于承载力评估预测方面的系统建立，未曾出现过完整的海岸带开发决策支持平台。

本发明克服现有技术的以上缺陷，提供了一种海岸带综合承载力评估与决策系统及其运作方法，具有快速、准确、科学的有益效果。

发明内容

本发明的目的是将生态资产和承载力的概念充分结合到主体功能区划模型中，建立一套更加快速、准确的海岸带现状评估和规划决策模型，用以指导海岸带的合理规划开发。同时，提供一个生态资产评估、承载力计算和主体功能区规划多个功能集成的计算机软件平台，实现海岸带开发的智能化和科学化。

本发明提供一种海岸带综合承载力评估与决策系统，包括：

模型库，其储存计算模型；

生态资产评估单元，其计算研究区的生态资产价值；

承载力计算单元，其根据模型库中的计算模型和生态资产评估单元的评估结果计算研究区的承载力大小；

主体功能区规划单元，其根据承载力计算单元的计算结果对研究区进行主体功能区划分，实现对海岸带功能区的划分；

知识库，其存储事实、规则和概念，为生态资产评估单元、承载力计算单元提供计算的依据，为主体功能区规划单元提供功能区划分的依据；

数据库，其存储数据，为生态资产评估单元、承载力计算单元、主体功能区规划单元提供数据支持。

本发明海岸带综合承载力评估与决策系统中的模型库是以函数形式来储存计算模型。计算模型包括：植被指数、太阳月总辐射、植被覆盖度、植被第一性生产力计算模型；理想值计算模型；权重计算模型；数据标准化模型；承载力汇总模型；三维魔方模型。

本发明海岸带综合承载力评估与决策系统中的知识库进一步包括：

已有知识规律单元，其存储现有的知识、规律，具体是指国家标准、行业标准、现有规划、已有政策、专家的知识和经验、以及自定义的标准和规律；

计算得到知识单元，其存储对用模型库中的计算模型计算得到的值进行归纳、汇总后的到的事实、规律，以及主体功能区划分的初步结果。

本发明海岸带综合承载力评估与决策系统中的数据库进一步包括：

基础参数单元，其存储原始数据，原始数据为生态资产评估单元的shp文件、研究区的遥感图像、研究区的高程DEM数据，生态资产评估单元的指标值、研究区的遥感图像成像时刻所对应的气象数据；

中间参数单元，其存储中间参数；

最终结果单元，其存储最终结果。

本发明还提供海岸带综合承载力评估与决策系统的运作方法，包括以下步骤：

步骤1：根据研究区的遥感图像将研究区按照生态系统功能分类成斑块，并统计各个斑块的面积；

步骤2：调用模型库中的计算模型，根据研究区的遥感图像结合研究区的气象数据计算植被净第一性生产力、植被指数和植被覆盖度；

步骤3：在生态资产评估单元中，根据斑块的数目和各个斑块的面积计算研究区的生态资产价值；

步骤4：在承载力计算单元中，建立承载力评估的指标体系，将步骤3得到的生态资产价值作为绿色GDP指标加入到所述指标体系中；从数据库中调用相应指标值；

步骤5：在承载力计算单元中，调用模型库中的标准化方法模型将指标体系中的指标值数据进行标准化，调用模型库中的权重计算模型进行指标赋权，计算研究区的承载力；

步骤6：确定主体功能区划的三维魔方划分规则；

步骤7：在主体功能区规划单元中，调用模型库中的汇总模型，将步骤5中计算出的承载力按照资源环境、现有开发密度、发展潜力进行汇总，得到三个汇总值，根据用户输入的分界值将汇总值分为高、中、低三个级别，利用步骤6中制定的三维魔方规则划分出重点开发区、优化开发区、限制开发区、禁止开发区四个类型。

本发明海岸带综合承载力评估与决策系统的运作方法中，生态资产价值的计算方法为：

其中，C为生态资产价值；i=1，2，……m，m为研究区内生态系统类型的数目；j=1，2……n，n为斑块的数目；C_ij表示生态系统服务功能类型的单位面积价值；S_j为斑块的面积，P_j表示C_ij在不同斑块的调整系数。

本发明系统的建立基于生态资产和承载力的海岸带主体功能区规划模型，实现了海岸带快速、科学规划，能够辅助海岸带现状评估和未来发展规划，为决策者提供辅助支持，主要应用于海岸带管理、开发等领域。

附图说明

图1是本发明海岸带综合承载力评估与决策系统的结构示意图；

图2是本发明海岸带综合承载力评估与决策系统的工作流程图；

图3是本发明海岸带综合承载力评估与决策系统中数据库的结构图；

图4是本发明海岸带综合承载力评估与决策系统中模型库的结构图；

图5是本发明海岸带综合承载力评估与决策系统中知识库的结构图；

图6是本发明海岸带综合承载力评估与决策系统的系统主界面；

图7是实施例2通过生态资产评估单元得到的长三角海岸带的生态资产评估结果；

图8是实施例2通过承载力计算单元得到的长三角海岸带的承载力计算结果；

图9是实施例2通过主体功能区划单元得到的长三角海岸带主体功能区规划结果。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步详细阐述本发明。以下实施例并不是对本发明的限制，在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中。

实施例1：

图1是本发明海岸带综合承载力评估与决策系统的结构示意图。

如图1所示，本发明海岸带综合承载力评估与决策系统包括模型库、生态资产评估单元、承载力计算单元、主体功能区规划单元、知识库、数据库。

其中，模型库存储各种计算模型。模型库中是一些计算模型的程序代码实现，以函数的形式存在，在调用计算模型时只需要输入调用语句即可，这样不仅提高了代码的简洁性和重用性，又使计算模型得以有效的管理；模型库是本发明系统各个功能的实现，以程序代码的形式组织系统的功能。模型库中包括：植被指数（NDVI）、太阳月总辐射、植被覆盖度（Fi）、植被第一性生产力（NPP）计算模型；理想值计算模型；权重计算模型；数据标准化模型；承载力汇总模型；三维魔方模型。

生态资产评估单元计算研究区的生态资产价值。

承载力计算单元根据模型库中的计算模型和生态资产评估单元的计评估结果计算研究区的承载力大小。

主体功能区规划单元，根据承载力计算单元的计算结果对研究区进行主体功能区划分，实现对海岸带功能区的划分。

知识库存储事实、规则和概念，为生态资产评估单元、承载力计算单元提供计算的依据，为主体功能区规划单元提供功能区划分的依据。知识库提供模型计算时必须的参数，另外知识库中也存储了通过计算模型计算和分析得到的知识，为用户进行现状分析和规划决策提供依据。知识库包括：已有知识规律单元和计算得到知识单元。其中，已有知识规律单元存储现有的知识、规律，包括国家标准、行业准标、现有规划、专家的非量化经验直接转化成的计算机可识别的规律、以及自定义的标准和规律；计算得到知识单元存储对用模型库中的计算模型计算得到的值进行归纳、汇总后的到的事实、规律，以及主体功能区划分的初步结果。

数据库存储系统中的数据，用于存储研究区的基础数据以及通过计算模型计算得到的中间参数和最终结果数据，为生态资产评估单元、承载力计算单元、主体功能区规划单元提供数据支持。数据库包括：基础参数单元、中间参数单元、最终结果单元。其中，基础参数单元存储原始数据，包括生态资产评估单元的shp文件、研究区的遥感图像、研究区的高程DEM数据，生态资产评估单元的指标值、研究区遥感图像成像时刻所对应的气象数据；中间参数单元存储计算过程产生的一些中间参数；最终结果单元存储计算的最终结果。

本发明海岸带综合承载力评估与决策系统通过模型库、知识库、数据库的统一协作，实现了对研究区的生态资产评估、承载力计算以及最终的主体功能区划功能。

图2是本发明海岸带综合承载力评估与决策系统的工作流程图。

如图2所示，本发明海岸带综合承载力评估与决策系统的运作方法，其具体步骤为：

步骤1，根据研究区的遥感图像将研究区按照生态系统功能分类成斑块，并统计各个斑块的面积。遥感图像主要采用Landsat的TM数据，精度为30m*30m。

步骤2，调用模型库中的计算模型，根据研究区的遥感图像，并结合研究区的气象数据计算植被净第一性生产力、植被指数和植被覆盖度；

参照朱文泉等人改进后的NPP计算模型和辅助数据，根据广泛应用的CASA模型，结合相应气象数据对植被净第一性生产力；根据遥感图像计算出NDVI值，再推算出植被覆盖度Fi参数。

步骤3，在生态资产评估单元中，根据斑块的数目以及各个斑块的面积计算研究区的生态资产价值；

参照Constanza、潘耀忠等设定的各生态系统类型的单位面积价值作为各个生态系统单位面积的价值的初始值，并对陈仲新等人最先对全国的生态资产总价值进行评估的方法进行简化，采用如下简化公式，结合步骤1和步骤2计算的结果计算研究区的生态资产价值。

其中，C为生态资产价值；i=1，2，……m，m为研究区内生态系统类型的数目；j=1，2……n，n为斑块的数目；C_ij表示生态系统服务功能类型的单位面积价值；S_j为斑块的面积，P_j表示C_ij在不同斑块的调整系数。

本实施例中，m=6，分别为耕地、林地、灌木、水体、湿地和建设用地。j=1，2……n，是表征生态系统功能的各个斑块，n为斑块的数目；C_ij表示某个生态系统服务功能类型的单位面积价值。S_j表示斑块的面积，P_j表示C_ij在不同斑块的调整系数。

步骤4，建立承载力评估的指标体系，并将步骤3中计算得到的生态资产价值作为“绿色GDP”指标加入到指标体系中；从数据库中调入相应的指标值。

步骤5，在承载力计算单元中，调用模型库中的标准化方法模型将指标体系中的指标值进行标准化；调用模型库中的权重计算模型进行指标赋权，利用熵权法或层次分析法进行指标赋权，最后利用状态空间法进行承载力大小计算。

步骤6，确定主体功能区划的三维魔方划分规则。

步骤7，在主体功能区规划单元中，调用模型库中的汇总模型，将步骤5中计算出的承载力按照资源环境、现有开发密度、发展潜力进行汇总，得到三个汇总值，根据用户输入的分界值将汇总值分为高、中、低三个级别，利用步骤6中制定的三维魔方规则划分出重点开发区、优化开发区、限制开发区、禁止开发区四个类型。

本发明系统中功能区的界定主要是依据四种功能区的概念：1、优化开发区，是指国土开发密度已经较高、资源环境承载力开始减弱的区域；2、重点开发区，是指资源环境承载力较强、经济和人口集聚条件较好的区域；3、限制开发区，是指资源环境承载力较弱、大规模集聚经济和人口条件不够好并关系到全国或较大区域范围生态安全的区域；4、禁止开发区，是指依法设立的各类自然保护区域。根据此概念，本发明系统给出默认的划分规则如下表，用户也可基于此默认规则进行适当调整。

主体功能区	魔方单元	备注
			优化开发区	（低、高、高），（高、高、中），（中、高、中），（中、高、低），（低、高、低）	资源环境承载力低，现有开发密度高，是城市先有的核心区。
重点开发区	（高、高、高），（中、高、高），（高、中、高），（高、低、高），（高、中、低），（中、中、低），（中、低、高），（低、中、高），（低、中、中），（低、低、高），（中、低、中）	资源环境承载力较强，现有开发密度比较低，未来发展潜力高。
			限制开发区	（高、高、低），（中、中、低），（中、低、低），（中、中、中），（高、中、中），（高、低、中），（低、高、中），（低、中、低），（低、低、低），（低、低、中）	未来发展潜力较高，现有开发密度和资源环境承载力中等，可进行管制的适度开发。
禁止开发区	（高、低、低）	资源环境承载力较高，现有开发密度和未来发展潜力较低，应尽力维护生态环境，避免大规模开发

本发明系统中承载力评估的指标体系如下表所示：

一级指标	二级指标	单位	指标性质
				资源环境	人均耕地面积	万吨	承压指标
	渔业总产量	万吨	承压指标
					绿色GDP	亿元	承压指标
	环境保护支出占GDP比重	亿立方米	承压指标
					工业废水排放量	亿立方米	压力指标
	二氧化硫排放量	吨	压力指标
					工业固体废物生产量	吨	压力指标
开发密度	人口自然增长率	千分之一	压力指标
					人均GDP	元	承压指标
	恩格尔系数	%	压力指标
					第三产业占生产总值的比重	%	承压指标
	城镇居民平均每人年消费总支出	元	承压指标
					城镇化水平	%	承压指标
	科技技术支出占比	%	承压指标
					从事科技人员占从业人员总数	%	承压指标
	专利申请数量	件	承压指标
				发展潜力	人均总收入	元	承压指标
	公路通车里程	公里	承压指标
					教育财政支出占比	%	承压指标
	城镇人均居住面积	平方米/人	承压指标
					卫生机构床位数	张	承压指标
	工业废水排放达标量	万吨	承压指标
					二氧化硫去除量	亿立方米	承压指标
	工业固体废物综合利用率	%	承压指标
					年客运量	万人	承压指标
	年货运量	万吨	承压指标

	外商协议总投资额	亿元	承压指标
					进出口贸易总额	亿元	承压指标

本发明海岸带综合承载力评估与决策系统的建立分为以下三阶段：

前期准备阶段：进行需求调研，采集示范区历史相关数据，对数据进行筛选预处理，并分析区域规划已有研究成果，完成评估系统开发方案建设和前期调研，完成项目方案报告。

示范区历史数据是指示范区的地理位置、行政区划、气象数据、地形数据、遥感数据以及研究区自然资源和社会经济数据。其中，气象数据主要是研究区各评价单元的年降水量、月平均气温；遥感数据是指Landsat的TM数据，精度为30m*30m；自然资源数据和社会经济数据主要是上表中所列的各项指标数据。其中数据的筛选预处理是指将收集到的数据按照核心数据库中国家标准进行单位统一化处理，并根据实际情况进行误差核对。按照建立承载力评估指标体系的需要将数据进行初步处理计算，提高定量计算模型的数据处理效率。

系统建设阶段：完成数据库和知识库的设计，进行数据处理和同化，并进行知识库的整理和录入；完成系统设计、并进行系统的开发和部署。

系统完善阶段：优化分析计算模型，获取用户反馈，改进系统功能。进行系统的部署、试运行和调试，设计使用说明书、用户操作说明书并安装系统，召开软件使用研讨会，最终完成系统的验收。

本发明海岸带综合承载力评估与决策系统是以数据库作为支持，并建立相应的计算模型，通过研究区的气象、地形、遥感、自然资源和社会经济数据对研究区的生态资产、承载力进行评估计算，并进行研究区主体功能区划分，为研究区今后发展规划提供决策支持。

本发明海岸带综合承载力评估与决策系统通过搜集到的研究区数据，根据计算模型的计算实现了研究区的主体功能区划分。

图3为本发明系统中数据库的结构示意图。数据库用于存储海岸带综合承载力评估与决策系统获取的有关研究区的各种数据，以及系统在运行过程中形成的参数和计算结果。数据库由基础参数单元、中间参数单元和最终结果单元三部分组成。数据库中要存储的数据又可分为空间数据和非空间数据。本发明系统中，非空间数据由ACCESS数据库进行管理；空间数据库由ArcGIS Engine提供的PersonalGeodatabase来管理，同一数据库中的空间数据具有相同的空间参考。本发明系统中所用的数据库及其数据库管理系统是空间数据库和非空间数据库的有机结合体，空间数据库中的属性信息可被非空间数据库调用，经过计算处理反馈给空间数据库，两者通过各自的管理系统来达到相互调用的目的。

本发明系统建立的数据库，首先是将决策基础参数自动采集或人工录入到基础参数单元中。其中存储的空间数据有生态资产评估单元的shp文件、研究区的遥感图像、研究区的高程DEM数据；非空间数据有生态资产评估单元的各个指标值，研究区的遥感图像成像时刻所对应的气象数据。

在本发明系统的运行过程中，调用计算模型进行计算时，使用基础参数单元中的数据进行决策计算，将计算过程产生的一些中间参数储存到中间参数单元。中间参数单元主要存储的数据有生态资产价值计算过程中的分类结果数据、太阳月总辐射数据、植被指数（NDVI）数据、植被覆盖度（Fi）数据、植被净第一性生产力（NPP）数据；承载力评估过程中产生的理想值数据、权重数据；以及主体功能区划中的指标汇总数据。最后将各个部分的计算结果存储到最终结果数据单元中，主要由三个方面的计算结果：生态资产价值、承载力以及主体功能区的划分类型。

图4为本发明系统中模型库的结构示意图。本发明生态资产评估单元中主要使用植被指数（NDVI）计算模型、太阳月总辐射计算模型、植被覆盖度计算模型、植被第一性生产力（NPP）计算模型和生态资产计算模型。承载力计算单元中主要使用模型有以下几个：理想值计算有按位序计算模型、按平均值计算模型以及按国家标准指标计算模型；权重计算模型包括熵权法计算模型、层次分析法计算模型；数据标准化计算模型有最大最小值计算模型、理想值法计算模型。主体功能区划单元包括按一级指标汇总计算模型和三维魔方判断计算模型。

本发明系统中，植被指数计算模型是利用利用下式，根据研究区遥感图像计算出各个栅格单元的植被指数。

NDVI=(band4-band3)/(band4+band3)

本发明系统中，植被覆盖度的计算模型是利用下式，在NDVI计算结果的基础上计算植被覆盖度。

Fi=（NDVI-NDVImin）/（NDVImax-NDVImin）

本发明系统中，植被净第一性生产力计算模型是参照朱文泉等人改进后的NPP计算模型和辅助数据，根据广泛应用的CASA模型计算NPP值。

式中，APAR为光合有效辐射，可以由遥感反演得到；

为光能转化率。

本发明系统中，月总太阳辐射分模型将太阳辐射分为两部来计算，即直射和散射，太阳直射模型的计算方法如下：

Ib=Io e^- kM

M=[1229+(614 sina)2]^1/2-614 sina

k=0.2711+0.01858 (2.5- A)²

Io=So (1+0.0344 cos(360°N/365))

Ib为太阳直射值；Io为太阳能通量；k为吸收常数；M为空气质量比；a为太阳高度角；A为所在区域的高度（以km来计算）；So为太阳常数；N为天数。

太阳散射模型的计算方法如下：

Id=Io *td cos² b/2 sina

td=0.271-0.294 tb

tb=0.56 (e^- 0.65M+e^- 0.095M)

Id为太阳散射值；td为辐射扩散系数；b为坡度倾角；tb为大气透射率。

本发明系统中，理想值确定模型包含三种方法，一种是参照知识库将国家标准或行业标准值作为理想值，一种是区整个研究区的平均值作为理想值，第三种是选取评价单元中排名为前百分之三十的指标值作为理想值，既能够体现出研究区内各单元承载力的高低，又能为承载力较差的单元提供一个目标值。

本发明系统中，指标权重的计算模型采用两种方法确定指标的权重。一种是主观赋权法：AHP（层次分析法），主要通过专家打分的方式确定权重；一种是基于客观赋权的熵权法，通过各个指标所带来的信息量的多少来评定权重的大小。

本发明系统中，标准化模型是指为了消除评价体系中的各个指标在数量级上、单位量纲上存在着明显的差异，本发明中模型实现了两种标准化方法：最大最小值方法和理想值法。最大最小值法是利用指标的极值来计算指标的无量纲值，如下式：

式中xi为指标原始值，xi’是指标的无量纲化值。

本发明系统中，理想值标准化模型是利用各个指标的理想值为基准，并根据指标的不同性质，采用如下公式进行标准化。对于承压指标采用公式1来进行标准化，对于压力指标采用公式2来进行标准化。

式中Ci是各指标标准化后的值，Bi为指标原始值，Bi’是指标的理想值。

本发明系统中，承载力汇总模型是指对于计算的承载力结果根据一级指标的资源环境、开发密度、发展潜力三个维度进行汇总的过程，汇总结果便于主体功能区的判断。

本发明系统中，三维魔方模型是指系统用于判断评价单元主体功能区类型的模型。其原理是建立一个三维坐标系，分别是x轴、y轴和z轴，然后在x轴、y轴和z轴上从原点开始向外等间距选择三个点，分为低、中、高三种级别，然后从这三个点引出对应于x轴、y轴和z轴的三条垂线，形成一个3*3*3的三维魔方图，共计27个魔方单元，每一单元（x，y，z）代表一个特征组合类型。通过将这27个组合类型划分为四种主体功能区类型就可以将研究区的各评价单元对应划分到不同主体功能区类型中。

本发明系统中，知识库是指事实、规则和概念的集合，从存储知识的角度来看，以描述型方法来存储和管理知识的机构叫做知识库。存储在知识库系统中的知识不仅可以通过纵向类属分类，而且通过联想进行组织、关联和推理，实现规划目的，为决策者决定今后的发展模式提供有力依据。

图5为本发明系统中知识库的结构示意图。本发明系统的知识库分为两个部分，已有知识规律单元和计算得到知识单元。其中，已有知识规律单元预先储存了现有的一些规律，如各类国家标准、行业标准，现有规划、已有政策，专家知识、经验，以及自定义的标准和规律。本发明系统中，将专家的知识、经验这些非量化经验直接转化为计算机可识别的规律储存。已有知识规律单元中储存的规律主要对模型参数设置提供依据。计算得到知识单元储存的是通过模型计算所得到的模型结果值，包括生态资产价值、承载力的计算值进行归纳汇总所得到的一些事实规律，以及主体功能区规划的初步结果。计算得到知识单元储存的内容用来作为进一步规划决策的数据支持。

本发明将生态资产和承载力的概念充分结合到主体功能区划模型中，建立一套更加快速、准确的海岸带现状评估和规划决策模型系统，实现海岸带开发规划的智能化和科学化。在实现海岸带规划的同时，也同步完成了对海岸带生态资产的评估和对海岸带承载力的计算。为决策者提供了生态资产、承载力、主体功能区三方面的数据结果，帮助决策者能够更加全面准确的把握区域特征，确定未来发展方向。

本实施例中，海岸带综合承载力评估与决策系统是基于Client/Server结构，采用C#.NET平台进行开发，并结合了ARCGIS二次开发组件ArcObjects，快速封装ESRI公司桌面软件ArcMap中图像运算方面的功能以实现生态资产评估单元。本发明海岸带综合承载力评估与决策系统非空间数据由ACCESS数据库进行管理；空间数据库由ArcGIS Engine提供的PersonalGeodatabase来管理，同一数据库中的空间数据具有相同的空间参考。

本发明为了使操作更加清晰简便，系统采用图形化界面，如图6所示。与用户的交互主要采用菜单、按钮和对话框的形式，并配有全面的帮助文档指导用户操作。

实施例2：

本实施例以长三角海岸带地区为研究对象，搜集整理了长三角08年的遥感、气象、自然资源和社会经济等方面的数据，并将数据利用实施例1中研发的海岸带综合承载力评估与决策系统进行评估，以快速实现对长三角海岸带主体功能区的分区规划。本实施例中系统的构成和运行方法，与实施例1相同之处不再赘述。

本实施例中系统的运行步骤如下：

步骤1，将长三角海岸带的基础数据经过筛选和整理输入到系统数据库中。包括长三角海岸带的行政区划的shp文件、TM遥感图像、DEM地形高程数据、月平均气温、指标值。

步骤2，调用数据库中气象数据、地形数据、遥感数据，利用系统生态资产评估单元进行计算，得到了图7所示的长三角海岸带生态资产分布图。

如图7所示，本发明系统将长三角海岸带按照单位面积生态资产价值的不同数量区间进行划分，共划分成四个区域，分别为：单位面积生态资产价值较低区域，其单位面积生态资产价值为0-8000元/平方米；生态资产价值为8000-15000元/平方米的区域；生态资产价值为15000-20000元/平方米的区域；以及生态资产价值较高，单位面积价值大于20000元的区域。

步骤3，将生态资产价值作为“绿色GDP”这一指标加入到承载力评价体系中，调用数据库中各指标值，利用承载力计算单元进行研究区承载力计算，得到如图8所示的长三角海岸带承载力分布图。

图8中柱状的长短表示承载力大小，由图8中可以看到，长三角海岸带8个城市中舟山的承载力状况最好，嘉兴和绍兴最差。

步骤4，将承载力计算结果按照资源环境、开发密度、发展潜力三个维度进行汇总；用户通过绘图分析，输入合适的分界值，将各个维度的值分为高、中、低三个级别；选择并导入知识库中的已有的判断标准，利用三维魔方功能模块进行功能区的划分。初步区划结果以表格形式输出，用户根据知识库中已有国家规定和战略方针对结果进行适当调整，最后确定区划类型，最终得到如图9所示的长三角海岸带主体功能区划图。

图9中，将长三角海岸带划分为重点开发区、优化开发区、限制开发区、以及禁止开发区。如图9所示的划分结果如下：南通市及其各区县、苏州的常熟市、上海嘉定区、嘉兴海盐县、绍兴上虞市、宁波余姚市这几个区域为重点开发区；上海市浦东新区、杭州市辖区、宁波市辖区和舟山地区为优化开发区；苏州太仓市、上海市辖区、宝山区、奉贤区、金山县、平湖市、海宁市、绍兴县、奉化市、慈溪市、象山县和宁海县为限制开发区；上海崇明县为禁止开发区。

基于以上划分结果，进一步通过对各个单元进行现状调查，有针对性指出其发展方向和相应的发展策略。

重点开发区的资源环境承载力较强、经济和人口集聚条件较好、工业化发展水平较高，资源丰富，有适宜经济发展的广阔空间和巨大潜力，可以承接优化开发区的产业转移，逐步形成支撑其他区域经济发展和人口集聚的重要载体。其存在的问题主要有：（1）自身优势尚待开发。（2）基础设施不够完善。（3）产业集群尚未形成。因此，重点开发区的发展策略是提高自然资源开发效益的同时促进经济又好又快的发展，同时又要兼顾到人口城镇化和土地城镇化的协调发展。具体措施包括加强基础设施建设，提高投资环境、提高资源开发效益、推进城镇化进程、促进产业集群发展。

优化开发区的人口高度集中，经济开发密度较大，城市群发育程度高，资源环境问题更加突出，人地关系紧张的矛盾日益凸现，主要表现为以下几个方面：（1）人口过度集中。（2）资源瓶颈制约。因此，在优化开发区的规划中，要不断提高综合实力和竞争力，鼓励这类区域率先发展。具体的措施有（1）优化升级产业结构。（2）提高自主创新能力。（3）注意资源环境的可持续发展。

限制开发区的工业化、城镇化水平不高，人口集聚度不高，生态环境比较脆弱。所以，限制开发区应以保护为主，适度开发，因地制宜发展生态经济和资源环境可承载的特殊产业，加强生态修复和环境保护，引导超载人口逐步有序转移，逐步成为全国或区域性的重要生态功能区。

禁止开发区是指生态功能特别重要、环境相对敏感或脆弱、区域功能单一或是定位明确的区域，是国家重点扶持的保护性区域。因此，在保护自然、保护生态的前提下，在环境和生态承载力的容量范围内可以进行适当的人类活动，发展生态旅游等产业，但是前提是要服从自然保护的主体功能，并且严格禁止以旅游开发为借口的各种破坏性开发。

本发明系统对长三角海岸带进行主体功能区的分区规划，通过综合考虑生态环境、社会经济方面的因素，将长三角海岸带划分为重点开发区、优化开发区、限制开发区、禁止开发区四种类型，便于决策者根据不同主体功能区类型制定有针对性的发展策略，有助于快速实现了科学、合理的海岸带开发规划。

综上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应属于本发明的技术范畴。

Claims (7)

1.一种海岸带综合承载力评估与决策系统，其特征在于，包括：

模型库，其储存计算模型；

生态资产评估单元，其计算研究区的生态资产价值；

承载力计算单元，其根据所述模型库中的计算模型和所述生态资产评估单元的评估结果计算研究区的承载力大小；

主体功能区规划单元，其根据所述承载力计算单元的计算结果对研究区进行主体功能区划分，实现对海岸带功能区的划分；

知识库，其存储事实、规则和概念，为所述生态资产评估单元、所述承载力计算单元提供计算的依据，为所述主体功能区规划单元提供功能区划分的依据； 

数据库，其存储数据，为所述生态资产评估单元、所述承载力计算单元、所述主体功能区规划单元提供数据支持。

2.如权利要求1所述海岸带综合承载力评估与决策系统，其特征在于，所述模型库是以函数形式来储存所述计算模型。

3.如权利要求1所述海岸带综合承载力评估与决策系统，其特征在于，所述计算模型包括：植被指数、太阳月总辐射、植被覆盖度、植被第一性生产力计算模型；理想值计算模型；权重计算模型；数据标准化模型；承载力汇总模型；三维魔方模型。

4.如权利要求1所述海岸带综合承载力评估与决策系统，其特征在于，所述知识库进一步包括：

已有知识规律单元，其存储现有的知识、规律；所述知识、规律为国家标准、行业标准、现有规划、已有政策、专家的知识和经验、以及自定义的标准和规律；

计算得到知识单元，其存储对用所述模型库中的计算模型计算得到的值进行归纳、汇总后的到的事实、规律，以及主体功能区划分的初步结果。

5.如权利要求1所述海岸带综合承载力评估与决策系统，其特征在于，所述数据库进一步包括：

基础参数单元，其存储原始数据，所述原始数据为生态资产评估单元的shp文件、研究区的遥感图像、研究区的高程DEM数据，生态资产评估单元的指标值、研究区的遥感图像成像时刻所对应的气象数据；

中间参数单元，其存储中间参数；

最终结果单元，其存储最终结果。

6.如权利要求1所述海岸带综合承载力评估与决策系统的运作方法，其特征在于，包括以下步骤： 

步骤1：根据研究区的遥感图像将研究区按照生态系统功能分类成斑块，并统计各个斑块的面积；

步骤2：调用模型库中的计算模型，根据研究区的遥感图像结合研究区的气象数据计算植被净第一性生产力、植被指数和植被覆盖度；

步骤3：在生态资产评估单元中，根据所述斑块的数目和各个斑块的面积计算研究区的生态资产价值；

步骤4：在承载力计算单元中，建立承载力评估的指标体系，将步骤3得到的生态资产价值作为绿色GDP指标加入到所述指标体系中；从数据库中调用相应指标值；

步骤5：在承载力计算单元中，调用模型库中的标准化方法模型将指标体系中的指标值数据进行标准化，调用模型库中的权重计算模型进行指标赋权，计算研究区的承载力；

步骤6：确定主体功能区划的三维魔方划分规则；

步骤7：在主体功能区规划单元中，调用模型库中的汇总模型，将步骤5中计算出的承载力按照资源环境、现有开发密度、发展潜力进行汇总，得到三个汇总值，根据用户输入的分界值将所述汇总值分为高、中、低三个级别，利用步骤6中制定的三维魔方规则划分出重点开发区、优化开发区、限制开发区、禁止开发区四个类型。

7.如权利要求6所述海岸带综合承载力评估与决策系统的运作方法，其特征在于，所述生态资产价值的计算方法为：

其中，C为生态资产价值；i=1，2，……m，m为研究区内生态系统类型的数目；j=1，2……n，n为斑块的数目；C_ij表示生态系统服务功能类型的单位面积价值；S_j为斑块的面积，P_j表示C_ij在不同斑块的调整系数。

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