第十二讲环境决策支持系统的应用之二.ppt

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1、第十二讲：环境决策支持系统 的应用之二,北京大学环境工程系 2006年5月,决策与相关技术的关系,(1) 决策与预测的关系 预测：预言未来，基于分析、研究、仿真、实验 决策：创造未来，基于预测，实现将来一个目标 例如：灾害预测与防灾决策、日常预测与决策、经营预测与决策、宏观预测与决策、贯序预测与决策、为重大决策作预备性研究等。,(2) DSS与MS/OR的关系 MS：处理结构化问题，运用分析的观点。 OR：处理结构化问题，研究对象主要集中在数学规划、决策论、对策论等理论和方法上。 DSS：处理战略、规划等半结构化和非结构化一类的决策问题。,(3) DSS与MIS的关系 MIS：收集、传递、存储

2、、加工处理各种信息，监测运营数据，利用历史数据预测未来，用指定的数学方法分析数据，提供全面数据和分析报告。面向管理人员，提供低层次的决策支持。 DSS：面向决策者，提供适当的决策支持，是MIS的高级阶段。 但为了有利于作深入的专门研究，为了满足组织管理决策现代化与科学化的迫切需要，针对性DSS的专门开发与应用也是可行的。,(4) DSS与ES的关系 ES：利用知识和推理机，处理半结构化和非结构化问题。 DSS：使用数据和模型，处理半结构化问题，与ES结合后，可处理半结构化和非结构化问题。 IDSS = DSS + ES,基本框架,面向决策者 针对管理者,半结 构决策问题 强调支持 模型和用户共

3、同驱动 交互式处理方式,DSS的结构特征 模型库及其管理系统； 数据库及其管理系统； 方法库及其管理系统； 交互式计算机硬件及软件； 对用户友好的建模语言。,代表性的DSS,1.Portfolio Management System (T.P.Gerity, 1971)：其作用是支持投资者对顾客证券管理的日常决策，具有股票分析、证券处理和分类功能。 2.Brand aid(J.D.C.Little,1975)：它用于产品推销、定价和广告决策的混合市场模型。它规定了一种设计模型的准则，用户根据这个准则来优选模型或者把模型与其它信息连接起来。这个系统提供了一种结构，把商品销售和利润与经理的行动联系

4、起来，从而使经理和管理人员进行战略分析和决策制定。,代表性的DSS(续1),3.Projector：是一种交互式的DSS，用于支持企业的短期规划。它主要是帮助经理构造问题和探求解决问题的方法。Projector认为，DSS注重探索，系统决不提供任何“答案”，只是帮助决策者开发他们自己的分析方法。 4.Geodata Analysis and Display System (GADS)：是由IBM研究部开发的一个实验性系统，其作用是用计算机构造和演示地图，它被用于警察巡逻路线的辅助设计、城市发展规划、学校辖区范围的安排等 。,代表性的DSS(续2),5.Capacity Information

5、System (CIS)：适用于大型卡车生产厂家的规划部。它可以迅速建立或修改产品计划，包括安排计划进度，协调部件和最终产品。它并不提出解决问题的每一个细节，只作辅助规划决策。 6. Generalized Management Information System (GMIS)：该系统的目标在于集成现有的工具，决策者可以利用他们熟悉的语言和数据管理系统，即使其中某些工具相互之间不相容也没有什么关系，系统可以完成其中必要的转换。该系统主要用于处理能源规划。,7 一般性决策支持系统案例： 有一制造厂为决定它的生产规模和合适的库存量，建立一个决策支持系统。 数据库中存有历年销售量、资金流动情况、成

6、本等原始数据。 模型库：由生产计划、库存模拟模型 (如预测、库存控制模型)等组成。 人机交互系统：决策者通过计算机终端屏幕，根据DSS提供最佳订货量和重新订货时间，以及相应的生产成本、库存成本等信息，进行 “如果将会怎样?“ 的询问，对所提方案进行灵敏度分析，或者以新的参数进行模拟而得到一个新的方案。,新一代DSS的研究与发展(1),群决策支持系统(GDSS)：多个决策参与者共同进行思想和信息的交流，群策群力，寻找一个令人满意和可行的方案 分布式决策支持系统(DDSS)：研究多个物理位置上分离的决策体如何并发计算、协调一致地解决问题 智能决策支持系统(IDSS)：DSS与AI（人工 智能）相结

7、合的产物,新一代DSS的研究与发展(2),决策支持中心(DSC)： 1985年Owen等人提出了由专业人员组成的，支持决策者使用DSS解决决策问题的决策支持中心 (DSC)的概念 综合决策支持系统(SDSS)：在DSS原有的三库基础上结合数据仓库、OLAP及数据开采技术形成 基于Web的决策支持系统(WDSS)：20世纪末21世纪初，基于Web的决策支持系统（WDSS）成为决策支持系统研究领域新的发展阶段 智能交互综合 I3DSS:智能的、交互式的、集成化的（Intelligent, Interactive and Integrated）DSS,（1）群决策支持系统（GDSS） 支持多人或集体

8、共同决策： 利用通信技术（网络、电话会议、电子信息交换） 计算机技术（多用户系统、数据库、数据分析OLAP、数据存储、数据仓库、数据挖掘） 决策支持技术（议程设置) AI与推理技术 决策模型方法如决策树、风险分析、预测方法等，结构化群决策方法如德尔菲法等）,群体决策支持系统及组成,群体决策支持系统的特点,提供良好的决策环境 有效的综合能力 良好的决策支持能力 匿名输入 减少消极的群体行为 能实施并行通信 自动保存记录 成本高且控制复杂,群体决策支持系统的选择,（2）分布式决策支持系统（DDSS） 研究DSS在分布式环境中、与分布式技术相结合相关的技术问题。,（3）智能决策支持系统（IDSS）

9、AI与DSS技术相结合，形成了高级别的、具有知识处理能力的DSS。 组成：四库系统+接口。知识库、数据库、模型库、方法库及人机接口，还有问题求解模块。,（4）决策支持中心（DSC） 功能：提供办公决策支持，具有定性定量相结合的综合集成功能。 组成：以决策支持小组为核心，为决策的全过程提供技术支持。,（5） I3DSS 含义：智能的、交互式的、集成化的（Intelligent, Interactive and Integrated）DSS。 特点：面向问题，有机集成。 综合采用系统分析、运筹学方法、计算机技术、知识工程、专家系统等技术，使之有机结合，而不是单一的以信息为基础的系统，或单一的以数学

10、模型为基础的系统，或单一的以知识为基础的系统。在面向问题的前提下，充分发挥各自的优势，特别是发挥它们在联合运用时的优势，即集成化（Integrated）。,在处理难以定量分析的问题时，需要使用知识工程、专家系统方法与工具，已经涉及到人工智能领域。而重要的问题在于如何使用知识工程的思想方法，组织各个有关模块，实现决策支持过程的集成化。这种应用方式就是决策支持系统的智能化（Intelligent）。 当DSS进入到高层次的决策活动领域时，由于处理的问题多半是半结构化或非结构化的，为了帮助决策者进一步明确问题、认定目标和环境约束，产生决策方案和对决策方案进行综合评价，系统应具有更强的人机交互能力，这

11、种应用方式就是决策支持系统的交互性（Interactive）。,I3DSS的提出和实际应用，是DSS进入一个新的历史阶段。,金水工程与决策支持系统,水利部信息化工作领导小组于2001年4月将水利信息化建设命名为“金水工程”。以“金水工程”来命名水利信息化建设，两年前已经在内部使用，经部信息化领导小组研究决定，水利信息化建设沿用“金水工程”的名称。 中办发200217号文转发的国家信息化领导小组关于我国电子政务建设指导意见已明确把“金水工程”作为十五期间要加快建设的12个重要业务系统之一启动建设。,金水工程的由来,水利作为国民经济的重要基础设施，面临新的形势和任务，肩负着为社会提供有效的防汛减灾

12、服务、高保证率的清洁水源以及保护和谐水生态环境的历史重任。,金水工程规划概述,金水工程就是指充分利用现代信息技术，深入开发和广泛利用水利信息资源，包括水利信息的采集、传输、存储、处理和服务，全面提升水利事业活动的效率和效能的历史过程。,金水工程规划概述,现状及存在问题,信息技术应用现状 存在的主要问题,信息技术应用现状,1、信息采集：雨量、水位监测；工、旱、灾情水资源、水质和水利行政资源。 2、计算机网络与信息传输 3、数据库：水文数据库、各专业数据库。 4、信息处理,存在的主要问题,信息资源不足 信息共享困难 应用基础薄弱,1、信息资源不足,时效较差、种类不全、内容不丰富、基准不一、时空搭配

13、不合理。 众多急需的相关基础信息资源建设还极不完善，服务于多层次业务需求的各专业数据库的建设尚未全面启动。 信息的规范化和数字化程度过低。动态信息采集环节薄弱，信息积累未能全面规范化。与相关行业的信息交流不畅。,2、信息共享困难,服务目标单一，导致条块分割 标准规范不全，形成数字鸿沟 共享机制缺乏，产生信息壁垒 基础设施不足，阻碍信息交流,3、应用基础薄弱,软件功能单一、系统性、标准化程度低 资源开发层次低、成本高、维护困难,规划的原则与范围,规划的原则 规划的范围,规划原则,近期以重点建设信息基础设施、解决信息资源不足与共享困难问题为突破口，中期以增强信息深加工能力、提供高水平专业应用服务为

14、主攻方向，远期以全方位实现水利信息化为发展目标。金水工程规划遵循的五大原则： 1、应用先导 2、整体性与阶段性 3、开放性与标准化 4、安全优先 5、适度前瞻性,规划范围,金水工程的规划范围为全国水利行业，包括水利部机关、直属单位、各流域机构、各省（自治区、直辖市）水行政主管部门。 各部门根据本规划，分别制定或完善本地区、本部门的具体建设规划。,建设目标与任务,指导思想 建设目标 实施原则 建设任务,指导思想,统一规划，各负其责 平台公用，资源共享 急用先建，务求实效,建设目标,近期：基本完成重点工程建设，部署其他业务应用，基本形成金水工程的综合体系，有效解决信息资源不足和资源共享困难，力争在

15、水利部、七大流域机构和经济发达地区率先实现水利信息化； 中期：基本完成金水工程建设，为实现水利现代化奠定基础； 远期：全面实现水利信息化。,实施原则,确保重点建设 强化保障措施 充分利用资源 重视科学研究 建设管理并重,建设任务,水利信息基础设施 业务应用 保障环境,金水工程基础设施建设,信息采集系统 水利信息网 水利数据中心,业务应用建设,近期依托重点工程，初步满足业务应用需求； 中期完善已建系统，基本建成十大水利业务应用； 远期以全面实现水利业务应用信息化为目标，提高水利综合服务能力。,保障环境建设,保障环境是水利信息化综合体系的有机组成部分，是金水工程得以顺利进行的基本支撑。 保障环境的

16、建设需适度超前。 规划近期：制定和执行相应的政策法规、技术标准，做好保障环境自身的建设。 规划中期：主要采取相应的行政和技术手段，预防和解决水利信息化过程中存在的矛盾和问题。 规划远期：通过政策、标准、规范、措施等要素的不断完善，形成完整的金水工程保障环境。,保障环境建设的重点任务,制定标准 确保安全 理顺关系 培养人才,金水工程综合体系,体系结构 金水工程基础设施 业务应用体系 保障环境,金水工程综合体系,金水工程保障环境,金水工程基础设施,水利信息化综合体系结构,业务应用,水利信息网,金水工程采集设施,数据中心,支撑应用,信息服务,信息汇集与存储,用户应用,金水工程基础设施,金水工程基础设

17、施是水利业务应用的支撑平台，是实现水利信息资源共享与开发的基础，是金水工程综合体系的骨干。 金水工程基础设施由水利信息采集、水利信息网、水利数据中心三大部分构成。,信息采集,信息来源 信息分类与分布 信息采集模式,网络建设策略,在国家政务外网公共网络平台建成之前，水利信息网的骨干网、流域省区网、城域网要利用公网进行建设。 水利信息网从国家防汛指挥系统工程的实施中开始建设。 政务内网的建设，严格执行国家的相关政策和有关规定。,水利数据中心,水利数据中心是水利信息汇集、存储与管理、交换和服务的中心。 由信息汇集与存贮、信息服务和支撑应用组成。,支撑应用,支撑应用是将水利业务中的共同业务逻辑作为公共

18、业务处理逻辑提取出来，形成业务应用开发所需的基本组件集，减少重复开发，提高业务应用的规范程度与技术水平。,业务应用体系,水利业务分类 业务应用体系结构框架 业务应用实现,保障环境,标准体系 安全体系 建设和运行管理机制 相关政策 投资 人才队伍,水利主要业务应用,防汛抗旱 水利行政资源管理 水资源管理决策 水质监测与评价 水土保持监测与管理 水利工程建设与管理 农村水电及电气化管理 水利信息公众服务 水利规划设计管理 水利专业数字图书馆,防汛抗旱,防汛抗旱业务应用建设的总目标是在金水工程基础设施的支撑下通过系统建设为各级防汛抗旱部门及时地提供各类防汛抗旱信息，较准确地做出雨情、水情和旱情的预测

19、预报，为防汛抗旱调度决策和指挥抢险救灾提供有力的技术支持和科学依据。具体来说，就是建设国家防汛抗旱指挥系统。,江泽民同志1998年在全国抗洪抢险总结表彰大会上的讲话中高度赞扬“水利、气象、水文等方面的科技工作者夜以继日地工作，发挥了重要的技术指导作用。”,1999年6月，江泽民同志在视察花园口水文站时要求：“水情资料的汇集越快越好，更充分利用现代化的通信手段，保证在任何情况下都能把数据拿到，为决策提供及时、准确的依据。”,温家宝总理曾经指出：“各级气象、水文部门加强天气和水情的检测，比较及时准确地提供了天气、汛情预报，为各级领导决策和指挥提供了依据，为抢险救灾和人民安全转移争取了时间。”,在2

20、001年国家防总第一次工作会议上再次强调：“抓好防汛指挥系统建设，提高防汛抗旱现代化技术水平。防汛工作要坚持工程措施和非工程措施并重，要运用现代科学技术，加快防汛指挥调度现代化进程，使之与当代社会经济的发展相适应。要抓紧国家防汛指挥系统的建设，为防汛抗旱指挥调度提供先进的决策支持手段。”,用五年左右 的时间，建成覆盖七大江河重点防洪地区，先进、实用、高效、可靠的防汛指挥系统，能为各级防汛部门准确、及时地提供各类防汛信息，进行洪水预报、防洪调度决策和指挥防洪抢险救灾提供科学依据和有力手段。并要基本建成覆盖重点易旱地区的抗旱信息收集和处理系统。,项目建设目标,总目标：,项目建设范围,统一领导、统一

21、规划、统一标准、统一组织实施； 统筹兼顾，公专结合，充分利用电信、电力、农业、气象以及水利部门现有的通信，网络及信息资源，避免重复建设； 先进、实用、高效、可靠； 统一规划设计，分期实施，边建边受益； 投资分摊，多方筹资，调动各方积极性；,项目建设原则,信息采集系统 通信系统 计算机网络系统 决策支持系统 天气雷达应用系统,系统组成,天气雷达系统(6),信息采集系统,228个工情分中心 267个旱情分中心 224个水情分中心,松辽委、海委、黄委、淮委、长委、太湖局、珠委防办,31个省（区、市）防办,流域系统,省（区、市）系统,地（市）系统,通信系统,计,算,机,网,络,系,统,通信线路,县级及

22、其以下,决,工情 采集点 （927 ）,中央报 汛站 （3002）,移动工情采集点 （15）),旱情采集点 (1265) 旱情监测站 (1800),策,支,持,系,统,系统总体结构,信息采集系统,信息采集系统是国家防汛抗旱指挥系 统工程的基础 防汛抗旱工作需要四大类基本信息 水雨情信息 工情信息 旱情信息 灾情信息,信息采集系统,信息采集系统,水情采集系统,工情采集系统,旱情采集系统,水情分中心 224,中央报汛站3002,工情分中心 65,工旱情分中心 163,旱情分中心 104,工情采集点 545,旱情采集点 883,移动工情采集点 15,旱情监 测站 1800,工旱情采 集点 382,信

23、息采集系统建设任务,通信系统,通信系统建设目标,（1）为防汛抗旱信息的采集传输及 计算机网络系统提供可靠的信 道保障 （2）为抗洪抢险和各级防汛抗旱的 调度提供通信保障,通信系统,通信系统建设原则,（1）遵守水利部、邮电部“关于 邮电公用通信网与水利防汛专用 通信网的关系及分工的协议” （2）充分利用现有通信资源，公专结 合，互为补充。,计算机网络系统,建设目标,（1）实现防汛抗旱信息的自动交换 和共享，全面提高防汛抗旱自 动化的水平和工作效率，为防 汛抗旱信息畅通，及时抗洪救 灾，提供有效的计算机网络通 信保障 （2）为水利信息化提供网络支持,建成NFCnet互连互通的四级网络系统,计算机网

24、络系统,层次结构,部机关网络中心,流域网络中心,备用网络中心,省(区、市)网络中心,水情分中心,工情分中心,其它,骨干网,地区网,园区网,用户,用户,部门网,用户,用户,部门网,旱情分中心,部门网,用户,用户,工程管理单位,防洪工作内容和决策流程(4阶段),开发内容,情报 预测预报 方案设计 决策,气象信息 水雨情信息 水库、蓄滞洪区运用信息 工程安全信息 灾害信息 .,暴雨预报 洪水量级估算 洪水预报 预测工程出险部位 预测灾害发展 灾区范围及损失 防洪形势分析 旱情预测分析,拟定调度方案(水量调度方案、工程抢护方案) 拟定防灾减灾方案,发布洪水警报 下达工程运用方案 组织人力物料抢护 洪泛

25、区人、物撤离 估算灾害损失 各种应急措施,决策支持系统(中央系统),系统开发目标,提高各级防汛抗旱部门的工作效率、决策质量、 效益和水平，具体达到：,能快速及时地收集、处理和存储各类防汛抗旱信息； 能快速地进行数据挖掘，并以图、文、声、像等方式为防汛抗旱 工作提供全面的信息服务； 提高暴雨和洪水预测预报的精度和预见期； 改善防洪调度手段，加强模拟仿真功能，增加决策的科学性和严密性; 能迅速地、较准确地预测、统计和评估实际灾情，指导救灾减灾工作； 为防汛抗旱管理和决策实施提供现代化管理手段和技术支持； 能进行旱情信息收集、管理、分析和旱情趋势预测。,决策支持系统(中央系统),决策支持系统(中央系

26、统),开发原则,与现行的防洪决策流程、管理运行机制相适应； 关键是支持，非代替决策或进行决策 (提供信息、计算分析、模拟评估的手段、决策支持的环境) 人机交互 着眼于提高决策能力和水平，追求决策效益，与 一般的管理信息系统(MIS)不同； 防洪决策是群体决策，会商为主要方式和关键环节。,长江防洪决策支持系统,长江中下游是长江流域洪灾最频繁、最严重的地区, 三峡工程是长江中下游防洪综合治理中的关键工程。 三峡工程建成后, 长江中下游就形成了以堤防为基础, 以三峡工程为骨干,辅以分蓄洪工程及其它支流水库、河道整治工程组成的较完整的防洪系统, 可使长江上游洪水得到有效控制, 从根本上减轻洪水对长江中

27、下游广大平原地区的的洪水压力, 缓解长江中下游洪水来量大与河湖蓄泄能力不足的尖锐矛盾。,根据长江流域综合利用规划制定的目标, 要求长江中游荆江河段防洪标准不低于100 年一遇, 遇类似历史上1870 年特大洪水时, 防止南北两岸堤防溃决而发生毁灭性灾害, 城陵矶以下河段防御1954 年洪水, 重点城市能防御100 年一遇洪水。,为了实现上述防洪战略目标, 除继续完成防洪工程体系的建设、进一步提高防洪能力外,非工程措施亦是减免洪水灾害行之有效的配套措施。 针对长江中下游防洪决策的实际问题, 充分利用现代科学技术, 如计算机、信息处理、网络和通讯、系统仿真、人工智能以及遥感遥测等技术, 建立人机交

28、互式的防洪决策支持系统则是一项不可缺少的重要手段。 这对雨、水、工情的掌握, 防洪调度预案的制定、选择和实施, 洪灾调查与损失估计, 都有重大的使用价值, 可以大大提高防洪工程措施的效能和防汛调度的灵活性, 对减少洪水灾害具有重要的现实意义和社会经济效益。,防洪决策支持系统研究现状和发展趋势,国内外研究现状 近年来, 决策支持系统在国内外发展迅速, 已在水资源系统规划、设计和管理中得到了成功的应用。在防洪方面, 人们普遍认为从实时洪水预报系统过渡到防洪决策支持系统是当前的发展趋势, 欧美发达国家竞相开展这类研究和开发工作, 但目前仍处于针对系统开发中的关键技术进行探索, 并在中小河流域试验开发

29、的阶段, 尚未见到大型复杂河流的防洪决策支持系统投入实用。 防洪决策支持系统必须建立在对防洪系统、防洪工作内容以及防洪预报- 调度- 决策流程的实际理解上, 尤其是雨、水情预报模型、洪水演进和调度仿真模型、防洪优化调度以及决策过程描述因流域而异, 具有明显的地域特殊性, 不可能套用其它流域的模型决策流程。 因此, 我国在“八五”期间平行安排了长江、黄河、淮河防洪决策支持系统的开发。这些系统的原型均已初步建成, 目前陆续开展系统的后续开发实体建设和具体实施, 在应用过程中不断提高系统的成熟度, 最终形成完整的可以在防洪决策中实际使用的决策支持系统。,发展趋势,防洪决策支持系统是一个正在发展、十分

30、活跃的研究领域, 日益重视信息查询与模型仿真的有机结合, 广泛应用地理信息系统技术, 其结构设计正朝着更加可视、交互、智能、集化方向发展 , 主要趋势概括如下: (1) 更加重视防洪决策过程的信息需求分析, 强调信息查询与模型仿真相结合, 尤其注重复杂庞大水系洪水演进和调度仿真模型的开发。 (2) 日益重视图形、图像技术及多媒体技术的应用开发, 主要包括图形用户界面、多窗口技术、信息的图形、图象表示及快速查询, 与G IS 结合的地理空间数据处理技术, 配合模型的信息处理及其反馈信息的图形、图像表达等。 (3) 采用先进的信息集成处理技术, 将信息的收集、传送、处理、结果表达等集成在统一的计算

31、机网络环境中, 以加快信息运用的速度, 满足实时防洪决策快速响应的要求。 (4) 在库管理技术方面, 通过方案管理技术来改善模型库管理系统的功能; 采用面向对象的数据库管理技术及SQL 查询方式, 增加数据更新的灵活性, 提高信息的查询速度, 减少数据冗余, 提高数据的安全性。 (5) 由于防洪决策问题的半结构化特点, 如何将专家知识和经验引入决策支持系统, 以及采用何种方式激发专家的创造性思维, 产生有利于正确决策的直觉和灵感, 是防洪决策支持系统智能化亟待解决的难题。,系统开发分析,系统地理范围： 系统开发的区域是长江宜昌至螺山之间的中游地区。长江干流宜昌至螺山河段,全长426km , 总

32、面积289410km2。河段内主要纳入清江及洞庭湖水系的来水, 包括的荆江河段, 分别有松滋、太平、藕池、调弦(已于1959 年建闸控制) 四口分流入洞庭湖, 水流极为复杂。洞庭湖区中, 湖泊部分分别由七里湖、目平湖、南洞庭湖、东洞庭湖组成。为了分蓄长江中游洪水的超额洪量, 该河段内有荆江分洪区(包括: 氵宛市扩建区、虎西备蓄区、人民大垸)、洪湖分蓄洪区、洞庭湖分蓄洪区的24 个重点蓄洪垸, 其有效容积共为392 亿m 3。水库工程除正在建设中的三峡水库外, 主要有汉江丹江口、资水柘溪、沅水五强溪、清江隔河岩水库等。防洪决策支持系统的开发主要是针对上述区域展开的。为了反映天气形势和水雨情的变化

33、, 系统范围在需要时有所扩大, 将包括长江上游干支流及中游的广大区域。,系统开发目标,在长江中游防洪决策的经验和现行防洪调度决策流程的基础上, 先研究三峡建设期间和建成初期长江三峡至螺山河段防洪系统的防洪调度运行决策, 重点研究决策支持系统的总体设计, 并以此为指导建立一“原型”系统提供应用和进一步完善。 所建系统在给定的软、硬件环境下, 在雨、水、工情信息和防洪调度及水流仿真模型的支持下, 能快速、灵活、直观地为防洪决策者提供多层次、多方位和准确的信息, 以增强和扩充其在防洪决策过程中的分析、综合、洞察和判断能力。,防洪决策流程,长江防洪决策支持系统开发流程根据长江水利委员会专家的分析和总结

34、, 在有三峡工程情况下, 长江中下游的实时防洪决策的大致过程为: 根据实时雨、水情信息及对未来一定时段内雨、水情变化的预测, 进行防洪形势分析; 在整体防洪规划的约束下, 按照优化的防洪调度方式确定三峡工程的蓄泄对策, 分析计算如采用这样的蓄泄对策而长江中下游各地将发生的水情, 将上述信息全部进入防洪决策支持系统; 决策部门主要根据以上信息及工情、灾情等其它信息, 经过判断, 提出防洪调度预案集; 然后通过防洪调度模型和洪水演进模型对预案进行水情仿真, 评价其效果和影响, 再由专家分析、对比、判断、综合, 最后经决策部门确定采取的三峡工程蓄泄对策及其它堤防、分蓄洪工程如何运用的决策, 并付诸实

35、施。 决策确定后, 还要分析计算采取这样的决策后各地的水情, 以及时指导各地的防汛工作。,防洪决策支持系统的特点和功能要求,防洪决策流程实质上是将行之有效的防汛会商与计算机的辅助支持结合起来。因此, 防洪决策支持系统的工作特点可概括为: 要求多方面协同工作, 信息查询和系统仿真相结合, 人机交互快速同步进行, 主要目的是激发群体智慧, 选择合理可行、易于实施的防洪决策方案。 一般而言, 要求防洪决策支持系统应具有如下主要功能:,防洪决策支持系统的特点和功能要求,(1) 运用现代化网络通讯和信息处理技术, 通过数据和知识库查询检索大量有关的历史和实时水情、雨情、工情信息, 经专家群体分析综合,

36、汲取其中最有价值的内容, 以丰富、扩展专家群体智慧, 深化定性分析。 (2) 将专家群体在会商过程中提出的调度方案、抉择、数据等各种信息, 与电子计算机、仿真、模拟技术结合起来, 对水情变化和调度预案反复进行定性、特别是定量的分析, 使之能从感性到理性、从微观到宏观、从局部到整体、迅速得出较精确的汛情发展势态和防汛决策的效果, 进一步调动专家群体的知识和经验, 激发创造性思维。 (3) 利用可视化或多媒体技术, 特别是遥感、遥测和信息网络技术, 不仅可以直观、形象地观测到大范围天气形势的动态变化, 而且可以将远在千里之外的洪水场景同步传输到防汛指挥中心, 犹如身临其境, 极大地扩展了人的认识范

37、围, 更加全面、准确、如实、动态地把握雨、水情变化和洪水环境, 审定所提方案的适用性, 并不断予以调整, 找出最佳方案。,防洪决策支持系统的特点和功能要求,(4) 在防汛过程中, 随着汛情的不断发展, 必须及时利用现代化信息网络, 快速将提出的防洪决策方案在实施中遇到的问题与新情况反馈回来, 显示在会商中心的电子屏幕上, 迅速调整各种模型、方案与数据, 预测新的效果, 再提供新的最佳决策。如此不断循环往复下去, 一次比一次更准确、更高明。 (5) 把科学理论与经验知识结合起来。一些不成文的实际经验, 甚至灵感, 潜意识等等, 虽然目前人类对其知之甚少, 但对解决复杂防洪决策问题, 往往有着十分

38、重要的作用, 取得“画龙点睛”之效。防洪决策支持系统所提供的信息环境有助于充分发挥专家经验和知识的作用, 激发专家的创造性联想, 产生对防汛决策和关键问题进行判断和抉择的直觉和灵感。,系统开发原则,根据上述防洪决策支持系统的特点和功能要求, 可以看出, 系统开发涉及学科众多, 系统结构复杂, 关键技术密集, 建库建模量大。为保持所建系统结构完整, 系统开发顺利进行, 拟定系统开发的原则如下:,系统开发原则,(1) 以长江中游防洪决策流程为基础, 目标为可运行的实用系统。 (2) 重点做好总体设计, 提供一个可操作的原型, 以反映系统的技术特点、功能、设计风格以及应用前景。 (3) 防洪决策过程

39、极为复杂、涉及因素众多, 其辅助支持是科学理论及方法、经验和专家判断力的结合。在开发过程中, 注重“信息- 经验- 反馈”之间的联系, 发挥综合集成系统的整体优势。 (4) 注重系统的统一完整性和系统的逐步完善要求。为此, 重点考虑子系统模块的接口预留和延拓。对于子系统中目前尚未形成实用技术的若干研究内容, 只考虑预留接口, 以待今后的工作来充实。,系统开发原则,(5) 对于部分高新技术的应用, 既要考虑到其技术发展的先进性、又要兼顾现实的可能性。对于G IS, 在本阶段暂不考虑其作为主要支撑软件, 但采用其地图信息输入与编辑及空间拓扑分析等功能。对人工智能只对知识处理中的若干关键技术进行探索

40、, 为下一阶段开发智能型防洪决策支持系统奠定基础。 (6) 针对主用户建立和开发系统, 在一定程度上兼顾次级用户要求。不追求通用系统, 但 要求总体设计和系统能提供一个处理类似问题的框架和结构, 以满足其他部门在修改、扩充、调整、转换的基础上建立自己的系统(推广应用意义所在)。 (7) 该系统主要用于实时防洪调度, 但兼顾规划、设计方面的要求。 (8) 充分利用现有数据、模型及研究成果, 尤其注重经过实践检验行之有效的方法和模型的二次开发, 将其纳入系统。 (9) 遵循行业主管部门在软硬件环境、综合数据库等方面制订的有关指南和规定, 协调或尽量统一库结构和接口方面的要求, 以利于分散开发的系统

41、各部件在统一环境下有机集成和顺利运行。,系统开发方法,系统开发采用原型法和工程法相结合的软件开发方法, 自顶向下设计各功能模块; 由主到次设计数据流程; 本着经济、可靠、先进、适应性强的原则, 选择软、硬件环境。在系统集成和调试阶段采取先主后次、保证重点、兼顾其它的原则逐个调试, 以保证整个系统自然可靠的运行,系统总体设计,长江防洪决策支持系统从功能上, 可分为系统总控、信息查询、防洪调度、数据库和知识库五大功能块。 系统的总体逻辑结构是: 以数据库和知识库作为基本信息支撑, 通过总控程序构筑防洪决策支持系统的运行环境, 辅以友好的人机界面和人机对话过程, 有效地实现信息查询和防洪调度两大操作

42、功能。系统的总体逻辑结构见图。,系统总体逻辑结构,信息查询实现防洪决策过程中所需的各种信息查询、数据检索等功能, 主要包括实时雨、水、工情、气象信息、水文历史信息、防汛文档、预报预测结果等信息的查询, 并要求信息查询响应速度快, 表达形象直观、清晰简洁, 操作方便。,防洪调度是防洪决策支持系统的核心功能块, 其基础是各种防洪调度模型和洪水演进模型。 针对防洪决策采用会商会议形式, 即专家群体决策这一特点, 设计开发决策方案管理子系统。 在此子系统下, 辅助决策人员可以根据防洪专家围绕预定防洪目标拟定的各种防洪调度预案, 进行模型选择、参数设置、模型运行及结果的显示查询。 决策方案管理子系统可对

43、多种方案进行统一管理和综合比较, 将各种方案提交会商讨论, 供决策者选定方案, 付诸实施。,数据库及知识库是长江防洪决策支持系统的两大信息支撑块。数据库系统实现各种防洪决策所需的实时、历史、预测的数据, 地图空间数据, 社会经济数据等信息的管理和数据更新。知识库系统包括防洪决策过程中所需查询的各种文档资料, 如防洪调度规则、历史洪水资料、防洪政策法规、防洪专家对防洪关键问题的论述等。,各库之间的逻辑关系可简要表述为: 模型库对数据库提出数据需求及存贮格式要求, 数据库作为数据源, 通过接口程序为模型库提供模型运行所需的数据; 模型的运行结果以约定的存贮格式存入数据文件, 数据库对模型运行结果数

44、据进行统一的管理。 知识库是一个相对独立的系统, 通过总控程序直接对其内容进行查询。,系统总控框架,长江防洪决策支持系统的总体框架根据防洪决策过程中各阶段的不同信息需求及防洪调度的要求而构筑。 从用户角度来看, 系统的总体框架表现为系统的总控菜单。 从软件系统的设计开发角度来说, 构筑系统总体框架的关键技术包括: (1) 各种任务的合理调度与协调运行; (2) 系统内存的合理分配运用; (3) 各子系统及各独立功能模块的集成技术研究开发; (4) 快速灵活的图形功能开发等等。通过各种数据接口技术的开发, 建立各库之间的有机联系, 通过各种控制接口技术的开发, 总控程序将各子系统和各独立功能模块

45、集成起来, 形成可实际运行的软件系统。,总控菜单下的各个子菜单描述如下: (1) 系统操作 包括实时数据更新, 系统版权信息及退出等项。 (2) 实时信息 主要完成实时信息的查询, 包括卫星气象云图, 实时雨情信息(含: 设置雨情信息分布图内容, 显示24h 雨量, 不显示日雨量分布图等) , 实时水情信息(含: 设置水情信息分布图内容, 显示实时水位、流量、水位标尺, 不显示水位流量分布图等) , 实时雨、水情过程线、工情(含工情数据库管理) 等项。 (3) 历史信息 主要完成历史数据库的查询, 包括水库特性曲线, 历史雨、水情过程线,历史数据库管理等项。 (4) 预测信息 主要完成预测、预

46、报信息的查询, 包括雨情预测, 水情预测, 灾情预测等项。 (5) 防洪决策 主要包括防洪决策方案管理, 模型选择, 模型运行, 模型运行的结果表达, 方案生成, 方案删除, 方案描述, 多种方案比较, 决策方案风险分析等项。该项是一个完整的防洪决策方案管理系统, 以子窗口方式实现。 (6) 防汛文档 包括知识库查询和长江防洪图片两项。完成对知识库的查询及长江防洪工程图片和其它有关图片的查询。 (7) 图形操作 包括放大12 倍, 缩小21 倍, 放大14 倍, 缩小41 倍, 设置显示内容, (不) 显示中心点, (不) 显示图例, (不) 允许左键拖动区域等项。主要完成图形缩放, 显示内容

47、设置, 是否允许开窗放大等功能 (8) 浮动菜单 用户在操作时, 按下鼠标右键, 即可弹出浮动式菜单。主要完成图形操作, 基于空间位置的信息查询等功能。包括本点移至中心, 图形缩放, 恢复原图, 设置显示内容, 蓄洪垸信息, 重点垸信息, 实时雨、水情过程线, 一维模型结果过程线, 雨量图等项。 (9) 雨量图 在雨量图菜单下, 可显示包括更大研究范围的降雨区域图, 在该图上, 以等值线的形式表示降雨量。也可以输入未来假设降雨量, 作为模型的输入, 得出新的运行结果。 (10) 帮助 包括帮助目录和帮助使用方法两项。为用户提供如何使用本系统的帮助信息。在系统的任一菜单下, 用户按下F1 键即可

48、获取与本菜单主题有关的帮助信息。,系统接口设计,长江防洪决策支持系统从软件系统开发角度分, 包括系统总控与人机界面、模型库、数据库、知识库、决策风险分析等多种子系统及功能模块。这些模块必须集成在统一的运行系统下, 子系统间虽相应独立, 也存在数据和控制联系, 这种联系必须通过设计各种控制和数据接口来实现。各种接口设计的原则是数据提取速度快, 功能相对独立, 数据传递平滑过渡。,总控与模型库子系统的接口模型程序均采用M S Fo rt ran 编写, 为了界面的统一性, 模型运行由决策方案管理系统控制, 运行参数的设置在W indow s 环境通过对话框方式实现, 模型运行结果也在W indow

49、 s 环境下用图形方式表达。 总控系统与模型库的接口主要解决: 模型参数的传递, 模型运行结果的传递。由于在决策方案管理系统中, 模型参数设置与模型运行是分步进行的, 故将参数设置写入一约定的文件, 模型运行时, 由模型程序从约定文件中读取此运行参数。类似地, 模型运行与运行结果的表达也是分步进行的, 模型运行完后, 将结果写入约定的文件, 然后由决策方案管理系统统一管理运行的结果, 将每次运行的结果文件转换为与方案对应的文件名。这样每次运行结果就不会覆盖上次的运行结果。,总控与数据库子系统的接口数据库子系统包括一系列可直接在W indow s 环境下运行的W indow s 程序, 总控管理系统主要完成: 如果调用任务与数据库子系统中的运行程序之间无数据传递联系, 则直接调用其运行程序。反之, 将需传递的数据送入裁剪板。调用其运行程序, 由数据库系统程序从裁剪板中读取传递的数据。,总控与知识库子系统的接口知识库子系统是利用W indow s 的帮助功能开发的, 总控管理系