CN110348691A - 一种基于河流生态环境的空间决策支持系统 - Google Patents

一种基于河流生态环境的空间决策支持系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，该系统中河流环境数据共享模块提供河流数据存取、浏览、查询及汇交功能；河流环境影响预报模块提供模拟服务；河流环境影响综合评价模块将计算结果作为决策分析的参数；辅助决策模块智能分析与自动制图，提供参考依据；数据后台管理模块进行增、删、改功能操作；河流地理信息服务模块提供空间信息技术的支持，提高河流生态环境的空间资源利用，也大幅地提高环境影响评价的科学性、可信度和可操作性。

Description

一种基于河流生态环境的空间决策支持系统
技术领域
本发明属于地理信息技术领域，具体涉及一种基于河流生态环境的空间决策支持系统。
背景技术
为了保护河流生态环境而放弃河流空间资源的利用显然不是正确的，河流生态环境保护与资源开发如何合理规划，是当前决策管理者所面对的关键问题，然而，河流生态环境保护与资源开发是一个多层次、多措施、多约束条件的复杂问题，且各项措施带来的最终效果都具有不确定性，仅凭人工方式来评估、预测与制定工程方案，工作量十分大，为了降低工作量，人们利用河流生态环境的管理决策系统进行辅助，但是现有的河流管理决策系统中不管是单因子的方法，还是现代的综合评价的方法都是静态的评价，无法反映出河流流动特性对水生态环境影响的变化，更不能实现河流污染全过程的连续及动态评价，此外现有的河流管理决策系统缺乏动态响应河流生态进行建模与模拟分析的能力，没有新增工程和传统工程对河流环境影响的研究，这些均极大的限制了河流生态环境的空间决策支持系统在应用过程中的科学性、可信度和可操作性。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，能够反映出河流流动特性对水生态环境影响的变化，能实现河流污染全过程的连续及动态评价，不仅拥有动态响应河流生态进行建模与模拟分析的能力，进行新增工程和传统工程对河流环境影响的研究，使河流生态环境的空间决策支持系统在应用过程中拥有较好的科学性、可信度和可操作性，还能提高河流生态环境的空间资源利用，节约空间资源。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，包括：河流工程管理模块、河流环境影响预报模块、河流环境影响综合评价模块、辅助决策模块、数据后台管理模块、河流地理信息服务模块、法律法规显示与查询功能模块及系统帮助功能模块；
河流环境数据共享模块：提供河流环境数据的存取、浏览、查询及汇交功能，对河流临近区域的行政区划、功能区划、道路水系、居民地及人口分布、土地利用、植被类型、土壤类型、土地利用的环境背景数据、数字高程模型资料进行数字化管理，在用户界面的网页上设置图层缩放、拖拽、漫游功能，空间位置的距离与面积量算，地理对象交互查询，缩略图导航，专题地图的空间分析功能，还提供研究河流临近区域土地利用统计查询、自然保护区信息查询的空间信息管理功能；
河流环境影响预报模块：面向岸线改造工程和城市污水排放工程提供水动力泥沙数值模拟和污染物输移扩散数值模拟服务，同时提供数值模拟过程展示，以及数值预报结果可视化表达；
河流环境影响综合评价模块：将评价单元的尺度按照流域和生态系统进行划分，在选择的评价单元尺度后，分别提供了基于AHP方法和BP神经网络的两种评价模型，作为专业工作者的用户可以提交评价指标体系方案，选择评价指标参数，系统通过模型的算法计算，将决策评价结果以图表的形式展示给用户，还可以进一步将计算结果作为更复杂的决策分析的参数；
辅助决策模块：提供基于数值预报结果的智能分析与自动制图，同时基于相关法律法规和综合评价结果，为河流管理人员科学决策提供直接的参考依据，该模块还具有辅助决策报告动态生成、在线打印、客户端保存的基本功能；
数据后台管理模块：通过可视化界面对数据进行增、删、改的功能操作；
河流地理信息服务模块：河流地理信息服务主要涉及河流基础空间数据及专题地图数据的管理、地图浏览及图层管理的基本操作功能，进行水环境专题信息的分类浏览，实现专题信息可视化和人机的交互操作，此外实现水环境专题信息的空间查询、定位和显示，并对流域空间地理信息数据进行处理和分析，为河流环境管理提供空间信息技术的支持；
法律法规显示与查询功能模块：法律法规显示与查询功能模块包括对法律法规数据的统计分析、不同形式展示、查询与下载功能；
专家决策方案支持模块：包括根据综合决策模型计算结果，结合专家的后期评价分析，汇总成决策方案，由决策者根据实际情况选择合适的方案，用户可以直接向河流生态学专家、自然地理学专家咨询问题，与各行业专家进行商讨，并给出推荐的解决方案，专家也可以利用信息平台及时公布自己的科研成果，为研究成果的推广提供帮助；
优选的，所述的河流环境数据共享模块包括：数据检索、数据下载、数据订阅、数据与元数据汇交。
优选的，所述的河流环境影响预报模块包括：主要包括水动力泥沙数值模拟自动化模块、污染物输移扩散数值模拟自动化模块和数值预报结果可视化功能模块。
优选的，所述的河流环境影响综合评价模块包括：AHP模型、BP神经网络模型。
优选的，所述的辅助决策模块包括：数值预报结果智能分析、数值预报结果自动制图、动态生成辅助决策报告。
作为本发明的进一步限定，所述数值预报结果智能分析的具体方法为：
（1）决策支持系统通过Java应用程序调用开发框架提供的API，然后通过决策支持系统对决策知识本体文档进行查询；
（2）对通过河流环境影响预报模块获得的预警信息流和速报信息流进行解析，以解析河流环境信息流获得的态势信息为数据来源，利用决策知识本体编辑决策知识本体，形成突发事件及态势知识片段；
（3）通过在Jena中叠加CLISP推理机实现，并利用APl进行web本体语言编辑形成完整的web本体语言突发事件及态势知识；
（4）以（3）中形成的完整的web本体语言事件及态势知识为新的事件态势，采用SWRL推理机做进一步推理，形成基于实时突发态势的突发决策知识；
（5）利用web本体语言查询方式将步骤（4）中推理得到的结果提供给决策支持系统，为决策者提供决策知识服务。
作为本发明的进一步限定，所述预警信息流通过以下方式获取：
1）河流预警信息辅助核实：通过获取河流区域内与水位变化、污染物含量、水流流速的数据，利用GIS的数据集成展示功能进行查看，并利用地形分析方法对河流区域的地形地貌进行分析，为专家开展警情核实工作提供参考信息；
2）河流预警区域信息监视：通过获取河流区域内的实时雨量及预报雨量信息，在地图上进行直观的展示，对预警区域进行实时监视；
3）河流区域危险判定：利用GIS信息集成展示功能对河流区域所在区域的情况进行查看；并通过GIS的空间数据在地图上划定预警危险区域，利用叠加分析将预警危险区域所在图层和居民地图层进行叠加，判断预警危险区域的居民范围，便于及时通过预警危险区域的居民。
优选的，所述的数据后台管理模块包括：用户管理、河流地理信息管理、法律法规信息管理。
优选的，所述的河流地理信息服务模块包括：地图管理、信息查询、地图分析。
优选的，所述的专家决策方案支持模块包括：在线商讨、成果推广、提供备选决策方案。
有益效果
（1）本发明基于河流生态环境的空间决策支持系统，不仅极大地提高河流生态环境的空间资源利用，也大幅度地提高环境影响评价的科学性、可信度和可操作性，节约空间资源并利用活动前期成本，将传统河流综合管理模式和决策方式进行转变，有利于提高河流综合管理水平、促进河流生态环境空间资源的协调可持续发展。
（2）本发明河流生态环境的空间决策支持系统能够反映出河流流动特性对水生态环境影响的变化，能实现河流污染全过程的连续及动态评价，拥有动态响应河流生态进行建模与模拟分析的能力，进行了新增工程和传统工程对河流环境影响的研究，使河流生态环境的空间决策支持系统在应用过程中拥有较好的科学性、可信度和可操作性。
附图说明
图1为河流生态环境的空间决策支持系统的总体架构图；
图2为河流生态环境的空间决策支持系统的功能结构图；
图3为河流生态环境的空间决策支持系统的工作流程图。
具体实施方式
实施例1
一种基于河流生态环境的空间决策支持系统的总体架构图，如图1所示，本河流生态环境的空间决策支持系统是以WebGIS为基础，根据河流的特定生态环境、自然资源以及社会经济特点建立的，用于河流资源开发利用以及可持续发展的空间决策支持系统，提供河流生态环境保护的合理模式，资源开发利用的参考方案，河流生态环境的空间决策支持系统的总体架构主要由人机交互系统、数据库管理系统、方法库管理系统、模型库管理系统及知识库管理系统组成；
人机交互系统为用户提供了一个友好而简洁的交互式操作界面，为人们提供应用接口，方便人们处理数据并实现数据共享，有利于数据库的统一管理；数据库可以存储各种数据，由数据表和数据字段等构成，是GIS将一系列特定结构的空间数据以文件形式进行组织，并存储在计算机物理存储介质上的集合，是系统开发和应用的的基础；方法库用于存储方法程序和方法字典，为模型求解提供算法；模型库是仿照显示各种事件而在计算机中的模拟，它是各种事物的计算机模拟，起到仿真的效果，对照模型库，可以进行各种系统操作和应用；知识库用于存放各种规则集、专家知识经验及因果关系，河流生态环境的空间决策支持系统具有对流域生态科学数据加工处理、分析、评价和决策支持等功能，除了提供基础的流域地理信息管理功能和空间分析功能外，还提供了多种生态环境专业模型供决策评价使用。
实施例2
一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，包括：河流工程管理模块、河流环境影响预报模块、河流环境影响综合评价模块、辅助决策模块、数据后台管理模块、河流地理信息服务模块、法律法规显示与查询功能模块及系统帮助功能模块；
河流环境数据共享模块包括：数据检索、数据下载、数据订阅、数据与元数据汇交，河流环境数据共享模块主要功能为提供河流环境数据的存取、浏览、查询及汇交功能，对河流临近区域的行政区划、功能区划、道路水系、居民地及人口分布、土地利用、植被类型、土壤类型、土地利用的环境背景数据、数字高程模型资料进行数字化管理，在用户界面的网页上设置图层缩放、拖拽、漫游功能，空间位置的距离与面积量算，地理对象交互查询，缩略图导航，专题地图的空间分析功能，还提供研究河流临近区域土地利用统计查询、自然保护区信息查询的空间信息管理功能；
河流环境影响预报模块包括：主要包括水动力泥沙数值模拟自动化模块、污染物输移扩散数值模拟自动化模块和数值预报结果可视化功能模块，河流环境影响预报模块主要功能为面向岸线改造工程和城市污水排放工程提供水动力泥沙数值模拟和污染物输移扩散数值模拟服务，同时提供数值模拟过程展示，以及多种形式的数值预报结果可视化表达。
河流环境影响综合评价模块包括：AHP模型、BP神经网络模型，河流环境影响综合评价模块主要功能为将评价单元的尺度按照流域和生态系统进行划分，在选择的评价单元尺度后，分别提供了基于AHP方法和BP神经网络的两种评价模型，作为专业工作者的用户可以提交评价指标体系方案，选择评价指标参数，系统通过模型的算法计算，将决策评价结果以图表的形式展示给用户，还可以进一步将计算结果作为更复杂的决策分析的参数。
辅助决策模块包括：数值预报结果智能分析、数值预报结果自动制图、动态生成辅助决策报告，辅助决策模块主要功能为提供基于数值预报结果的智能分析与自动制图，同时基于相关法律法规和综合评价结果，为河流管理人员科学决策提供最直接的参考依据，该模块还具有辅助决策报告动态生成、在线打印、客户端保存等基本功能。
数据后台管理模块包括：用户管理、河流地理信息管理、法律法规信息管理，数据后台管理模块主要功能为通过WebGIS的可视化界面对数据进行增、删、改等功能操作。
河流地理信息服务模块包括：地图管理、信息查询、地图分析，河流地理信息服务主要功能为河流基础空间数据及专题地图数据的管理、地图浏览及图层管理等基本操作功能，进行各类水环境专题信息的分类浏览，实现专题信息可视化和人机的交互操作，此外能够实现水环境专题信息的空间查询、定位和显示，并能够对流域空间地理信息数据进行处理和分析，为河流环境管理提供空间信息技术的支持。
法律法规显示与查询功能模块：法律法规显示与查询功能模块包括对法律法规数据的统计分析、不同形式展示、查询与下载功能。
专家决策方案支持模块包括：在线商讨、成果推广、提供备选决策方案，专家决策方案支持模块主要功能为根据综合决策模型计算结果，结合专家的后期评价分析，汇总成多个决策方案，由决策者根据实际情况选择合适的方案，用户可以直接向河流生态学专家、自然地理学专家咨询问题，与各行业专家进行商讨，并给出推荐的解决方案，专家也可以利用信息平台及时公布自己的科研成果，为研究成果的推广提供帮助。
图2为本实施例河流生态环境的空间决策支持系统的功能结构图。
其中，所述数值预报结果智能分析的具体方法为：
（1）决策支持系统通过Java应用程序调用开发框架提供的API，然后通过决策支持系统对决策知识本体文档进行查询；
（2）对通过河流环境影响预报模块获得的预警信息流和速报信息流进行解析，以解析河流环境信息流获得的态势信息为数据来源，利用决策知识本体编辑决策知识本体，形成突发事件及态势知识片段；
（3）通过在Jena中叠加CLISP推理机实现，并利用APl进行web本体语言编辑形成完整的web本体语言突发事件及态势知识；
（4）以（3）中形成的完整的web本体语言事件及态势知识为新的事件态势，采用SWRL推理机做进一步推理，形成基于实时突发态势的突发决策知识；
（5）利用web本体语言查询方式将步骤（4）中推理得到的结果提供给决策支持系统，为决策者提供决策知识服务。
其中，预警信息流通过以下方式获取：
1）河流预警信息辅助核实：通过获取河流区域内与水位变化、污染物含量、水流流速的数据，利用GIS的数据集成展示功能进行查看，并利用地形分析方法对河流区域的地形地貌进行分析，为专家开展警情核实工作提供参考信息；
2）河流预警区域信息监视：通过获取河流区域内的实时雨量及预报雨量信息，在地图上进行直观的展示，对预警区域进行实时监视；
3）河流区域危险判定：利用GIS信息集成展示功能对河流区域所在区域的情况进行查看；并通过GIS的空间数据在地图上划定预警危险区域，利用叠加分析将预警危险区域所在图层和居民地图层进行叠加，判断预警危险区域的居民范围，便于及时通过预警危险区域的居民。
实施例3
一种基于河流生态环境的空间决策支持系统的应用包括以下内容：
一、河流管理人员注册、登录及使用。
二、河流资源开发的新增工程：2.1、工程背景选择；2.2、工程参数定义；2.3、定义工程区；2.4、绘制计算开边界；2.5、绘制计算河流的冲刷深度。
三、河流环境数值预报：3.1、选择数值方法；3.2、选择背景模型；3.3、读取工程文件；3.4、准备初始计算条件；3.5、数值模拟及其过程打印；3.6、输出数值模拟结果。
四、河流环境影响评价：4.1、选择评价模型；4.2河流环境影响综合评价；4.3、输出评价结论。
五、决策：5.1、数值计算结果制图；5.2、数值计算结果分析和输出评价结论；5.3、发布决策报告PDF；5.4、河流管理人员向流域生态学专家、自然地理学专家咨询流域方面的问题并进行商讨，从而优化决策。
图3为本实施例河流生态环境的空间决策支持系统的工作流程图。
以上所述，仅为本发明的说明实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，做出的若干改进和补充也应视为本发明的保护范围；凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，利用以上所揭示的技术内容做出的些许更改、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所做的任何等同变化的更改、修饰与演变，均仍属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，其特征在于，所述的一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，包括：河流工程管理模块、河流环境影响预报模块、河流环境影响综合评价模块、辅助决策模块、数据后台管理模块、河流地理信息服务模块、法律法规显示与查询功能模块及系统帮助功能模块；
河流环境数据共享模块：提供河流环境数据的存取、浏览、查询及汇交功能，对河流临近区域的行政区划、功能区划、道路水系、居民地及人口分布、土地利用、植被类型、土壤类型、土地利用的环境背景数据、数字高程模型资料进行数字化管理，在用户界面的网页上设置图层缩放、拖拽、漫游功能，空间位置的距离与面积量算，地理对象交互查询，缩略图导航，专题地图的空间分析功能，还提供研究河流临近区域土地利用统计查询、自然保护区信息查询的空间信息管理功能；
河流环境影响预报模块：面向岸线改造工程和城市污水排放工程提供水动力泥沙数值模拟和污染物输移扩散数值模拟服务，同时提供数值模拟过程展示，以及数值预报结果可视化表达；
河流环境影响综合评价模块：将评价单元的尺度按照流域和生态系统进行划分，在选择的评价单元尺度后，分别提供了基于AHP方法和BP神经网络的两种评价模型，通过选择评价指标参数，系统通过模型的算法计算，将决策评价结果以图表的形式展示给用户，并将计算结果作为更复杂的决策分析的参数；
辅助决策模块：提供基于数值预报结果的智能分析，为河流管理人员科学决策提供直接的参考依据；
数据后台管理模块：通过可视化界面对数据进行增、删、改的功能操作；
河流地理信息服务模块：河流地理信息服务包括河流基础空间数据及专题地图数据的管理、地图浏览及图层管理，进行水环境专题信息的分类浏览，实现专题信息可视化和人机的交互操作，并对流域空间地理信息数据进行处理和分析，为河流环境管理提供空间信息技术的支持；
专家决策方案支持模块：包括根据综合决策模型计算结果，结合专家的后期评价分析，汇总成决策方案，决策者根据实际情况选择合适的方案，用户可以直接向河流生态学专家、自然地理学专家咨询问题，与各行业专家进行商讨，并给出推荐的解决方案，专家也可以利用信息平台及时公布自己的科研成果，为研究成果的推广提供帮助。
2.根据权利要求1所述的一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，其特征在于，河流环境数据共享模块包括：数据检索、数据下载、数据订阅、数据与元数据汇交。
3.根据权利要求1所述的一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，其特征在于，河流环境影响预报模块包括：主要包括水动力泥沙数值模拟自动化模块、污染物输移扩散数值模拟自动化模块和数值预报结果可视化功能模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，其特征在于，河流环境影响综合评价模块包括：AHP模型、BP神经网络模型。
5.根据权利要求1所述的一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，其特征在于，辅助决策模块包括：数值预报结果智能分析、数值预报结果自动制图、动态生成辅助决策报告。
6.根据权利要求5所述的一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，其特征在于，所述数值预报结果智能分析的具体方法为：
（1）决策支持系统通过Java应用程序调用开发框架提供的API，然后通过决策支持系统对决策知识本体文档进行查询；
（2）对通过河流环境影响预报模块获得的预警信息流和速报信息流进行解析，以解析河流环境信息流获得的态势信息为数据来源，利用决策知识本体编辑决策知识本体，形成突发事件及态势知识片段；
（3）通过在Jena中叠加CLISP推理机实现，并利用APl进行web本体语言编辑形成完整的web本体语言突发事件及态势知识；
（4）以步骤（3）中形成的完整的web本体语言事件及态势知识为新的事件态势，采用SWRL推理机做进一步推理，形成基于实时突发态势的突发决策知识；
（5）利用web本体语言查询方式将步骤（4）中推理得到的结果提供给决策支持系统，为决策者提供决策知识服务。
7.根据权利要求6所述的一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，其特征在于，所述预警信息流通过以下方式获取：
1）河流预警信息辅助核实：通过获取河流区域内与水位变化、污染物含量、水流流速的数据，利用GIS的数据集成展示功能进行查看，并利用地形分析方法对河流区域的地形地貌进行分析，为专家开展警情核实工作提供参考信息；
2）河流预警区域信息监视：通过获取河流区域内的实时雨量及预报雨量信息，在地图上进行直观的展示，对预警区域进行实时监视；
3）河流区域危险判定：利用GIS信息集成展示功能对河流区域所在区域的情况进行查看；并通过GIS的空间数据在地图上划定预警危险区域，利用叠加分析将预警危险区域所在图层和居民地图层进行叠加，判断预警危险区域的居民范围，便于及时通过预警危险区域的居民。
8.根据权利要求1所述的一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，其特征在于，数据后台管理模块包括：用户管理、河流地理信息管理、法律法规信息管理。
9.根据权利要求1所述的一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，其特征在于，河流地理信息服务模块包括：地图管理、信息查询、地图分析。
10.根据权利要求1所述的一种基于河流生态环境的空间决策支持系统，其特征在于，专家决策方案支持模块包括：在线商讨、成果推广、提供备选决策方案。
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