多目標決策系統(tǒng)-31204

第二講

環(huán)境決策支持系統(tǒng)系統(tǒng)框架

北京大學環(huán)境工程研究所

2007年3月2/5/2023上節(jié)課程內(nèi)容回顧一.環(huán)境決策支持系統(tǒng)的相關概念二.環(huán)境決策支持系統(tǒng)的特點三.環(huán)境決策支持系統(tǒng)的進展

2/5/2023·什么是決策？

決策是為了達到某一目的而在若干可行方案中經(jīng)過科學的分析、比較、判斷，從中選取最優(yōu)方案并賦予實施的過程。決策過程一般分為五個步驟：（1）識別問題或對決策的要求；（2）分析和闡明方案（對策）；（3）做出選擇（決策）；（4）傳達和執(zhí)行決策；

（5）追蹤和反饋決策的結果。2/5/2023

根據(jù)決策過程的可描述程度，西蒙（H.A.Simon）把決策劃分為結構化、非結構化和半結構化決策三種。

（1）結構化決策：一般指決策方法和決策過程有固定的規(guī)律可循，目標比較明確，過程結構比較清楚，可用形式化的方法描述和求解的一類決策問題。通常用數(shù)學方法來解決的決策問題；

（2）非結構化決策：一般指決策方法和決策過程沒有什么規(guī)律可循，并難以用常規(guī)定量數(shù)學方法進行問題描述和求解，而必須借助于人工智能等技術的決策；

（3）半結構化決策：是指介于前兩者間的一種情況，即決策方法和決策過程有一定的規(guī)律可循，但又不完全確定的情況。通常社會經(jīng)濟和管理活動中所遇到的決策大部分屬于這種情況。

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環(huán)境決策支持系統(tǒng)（輔助決策）

(EnvironmentDecisionSupportSystem-EDSS)

環(huán)境決策支持系統(tǒng)（簡稱EDSS），是將DSS引入環(huán)境規(guī)劃、管理、決策工作中的產(chǎn)物。它的主要目的是幫助決策者解決環(huán)境問題中常遇到的病態(tài)或半結構化的問題。

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什么是智能決策支持系統(tǒng)？

(IDSS-IntelligentDecisionSupportSystem)

是在決策支持系統(tǒng)中進一步引入人工智能技術。如：專家系統(tǒng)解決非結構化問題，提高系統(tǒng)決策自動化程度。

2/5/2023天地人機信息一體化網(wǎng)絡(OuterSpace-GeographicalInformationIntegrativeNetwork)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)（RSS）遙測衛(wèi)星系統(tǒng)（RMS）DCSGPS通信衛(wèi)星系統(tǒng)（CSS）輸入（Input）輸入（Input）決策層（Policymaker)管理層（Manager）專家層（Expert）技術層（Technician）遙感信息系統(tǒng)（RSIS）影像庫（IB）遙感信息模型

(RSIM)地理信息系統(tǒng)（GIS）輔助決策系統(tǒng)（DSS）管理信息系統(tǒng)（MIS）環(huán)境專家系統(tǒng)（EES）圖形庫（GB/CAD）屬性庫（AB）數(shù)據(jù)庫（DB）知識庫（KB）邏輯庫（LB）地理信息編碼模型（GICM）方法庫（MeB）模型庫（MoB）輸出（Output）規(guī)劃模型（PM）博弈模型（GM）對地觀測系統(tǒng)人地信息系統(tǒng)環(huán)境工程波譜庫（SB）虛擬現(xiàn)實（VR）地面數(shù)據(jù)（GD）2/5/2023

決策支持系統(tǒng)的特點：

（1）主要解決半結構化的決策問題。雖然解決問題的方法、模型已有規(guī)律可循，但又因人、因時、因條件而異，不是唯一和確定的，這就是典型的半結構化問題，是DSS研究和支持的主要對象；（2）面向決策者。DSS的輸入和輸出、起源和歸宿都是決策者；（3）強調(diào)支持的概念。力求擴展決策者做出科學決策的能力，而不是取而代之；

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決策支持系統(tǒng)的特點：（4）模型和用戶共同驅動。決策過程和決策模型是動態(tài)，根據(jù)決策的不同層次、周圍環(huán)境，按用戶需求提供新的性能；（5）強調(diào)交互式的處理方式。問題的解決是一個交互的和遞歸的過程，通過大量、反復、經(jīng)常性的人機對話方式將計算機無法處理的因素（如人的偏好、主觀判斷能力、經(jīng)驗、價值觀念等）輸入計算機，并以此規(guī)定和影響著決策的進程。

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決策支持系統(tǒng)的求解問題的一般過程：

DSS求解問題的過程一般可分五個步驟：

（1）識別問題：用戶通過交互語言系統(tǒng)，把關于問題的描述和要求輸入DSS交互語言系統(tǒng)對識別和解釋；

（2）建立模型：問題處理系統(tǒng)，通過知識系統(tǒng)中的知識庫或數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，收集與該問題有關的各種數(shù)據(jù)、信息和知識，判定問題的性質(zhì)和求解過程。通過模型庫系統(tǒng)，集成構造解題需要的規(guī)?；驍?shù)學模型，對該模型進行分析鑒定；

2/5/2023

決策支持系統(tǒng)的求解問題的一般過程：

DSS求解問題的過程一般可分五個步驟：（3）執(zhí)行模型：在方法庫中識別進行模型求解需要的具體算法，并進行模型的分析求解，對得到的結果進行分析評價；

（4）評判決策：綜合評判分析，若不滿意則進入下一步；

（5）修改模型：修改或重建模型，整個過程可以迭代式進行，直到結果滿意為止。2/5/2023

環(huán)境決策支持系統(tǒng)的特點

近年來，可持續(xù)發(fā)展概念的興起，從根本上豐富了環(huán)境保護的理論，環(huán)境系統(tǒng)、社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)已經(jīng)緊密地結合在一起，環(huán)境決策也不單純是環(huán)境污染治理、環(huán)境保護，而是強調(diào)環(huán)境、社會、經(jīng)濟的統(tǒng)一決策，實現(xiàn)在公平基礎上的總體量優(yōu)或滿意的決策。

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環(huán)境決策支持系統(tǒng)的特點總體上講，環(huán)境決策可總結如下特點：

·涉及范圍廣，是社會、經(jīng)濟、環(huán)境等因素的綜合；

·開放性、復雜性；

·動態(tài)性；

·滯后性，由于環(huán)境本身的特點，決策實施后的影響需要一定的時間才能顯現(xiàn)。

2/5/2023環(huán)境決策支持系統(tǒng)的技術基礎

1、遙感（RS）技術

2、全球定位系統(tǒng)（GPS）技術

3、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術

4、專家系統(tǒng)（ES）

5、決策方法2/5/2023環(huán)境決策支持系統(tǒng)子系統(tǒng)特點

遙感系統(tǒng)(RS):大規(guī)模數(shù)據(jù)獲取(遙感數(shù)據(jù)---GIS數(shù)據(jù))

空間要素分類與提取全球定位系統(tǒng)(GPS):提供數(shù)據(jù)的地理定位信息地理信息系統(tǒng)(GPS)：地理數(shù)據(jù)管理與表現(xiàn)，屬性數(shù)據(jù)空間化空間信息查詢、分析與表達專家系統(tǒng)(ES):專家知識的存儲，模型庫，專家推理過程環(huán)境決策支持系統(tǒng)2/5/2023交通導航輔助決策系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫基礎信息、路網(wǎng)信息、公交系統(tǒng)信息、歷史路況信息、路況實時信息方法庫最短路徑算法、空間Buffer方法等模型庫針對不等交通方式的交通方案生成與評估模型等2/5/2023城市污水處理廠選址輔助決策系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫城市基礎信息、城市市政基礎信息（管網(wǎng)等）等方法庫最短路徑算法、空間Buffer方法等模型庫污水處理廠選址方案與評估模型等2/5/2023城市污水處理廠運行輔助決策系統(tǒng)國際水質(zhì)協(xié)會(IAWQ)20世紀70年代末提出的儀器化、控制化和自動化(ICA)目標，在此基礎上發(fā)展了城市污水處理系統(tǒng)運行輔助決策支持系統(tǒng)城市污水處理廠運行決策支持系統(tǒng)包含專家系統(tǒng)、模擬系統(tǒng)等,具有運行預測、分析問題和提出建議等功能。專家系統(tǒng)是在運行出現(xiàn)問題的時候,操作人員輸入所觀察到的問題,系統(tǒng)一步步提示如何對問題進行分解。在進行了必要的實驗分析和周邊條件清晰之后,得到分析結果,最后給出處理問題的建議報告。活性污泥污水處理模擬系統(tǒng)如EFOR、GPS-X、West、THASS等,大多采用IAWQ提出的活性污泥模型ASM1、ASM2/ASM2D、ASM3。這些模型綜合了活性污泥系統(tǒng)中碳氧化、硝化、反硝化和生物除磷等多個過程,能夠用于模擬污水生物處理的全過程。模擬系統(tǒng)基于國際上最新的IAWQ模型，結合其它模型如二沉池模型,通過與實時系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接,對污水處理廠的運行狀態(tài)進行模型分析,能夠預測污水處理廠未來的運行狀態(tài),為該廠可靠運行提供理論依據(jù)。其主要功能是通過從數(shù)據(jù)庫取得有效數(shù)據(jù),對污水生物處理過程進行數(shù)學模擬,計算出生物處理系統(tǒng)主要運行參數(shù)發(fā)生的變化,提供變化趨勢,并對可能發(fā)生的事故進行報警。2/5/2023國外環(huán)境決策支持系統(tǒng)的研究進展

從70年代起，國際上開始研究EDSS，到現(xiàn)在的幾十年里，計算機、人工智能、數(shù)據(jù)采集與管理、遠程通訊等技術得到飛速發(fā)展。而信息高速公路的建設，目前更是風靡全球，這一切為EDSS的研究、開發(fā)與應用創(chuàng)造了良好的外部條件和廣闊前景。國內(nèi)外在EDSS的理論研究和實際應用上都已取得了一定的成就。2/5/2023

在國外，DSS已應用于各類企業(yè)組織的業(yè)務管理中。如美國普渡大學研制的原為支持河流凈化規(guī)劃的決策支持系統(tǒng)（DSS-Gplan）已廣泛應用于能源與森林管理決策中。美國社會系統(tǒng)公司研制的DSS-Simplan

已用于公司的長期規(guī)劃、財務預測、資本預算、策略模擬、損益計劃和資本投資審核等決策問題中。美國Execucom

系統(tǒng)公司研制的DSS-IFPS，應用于合作計劃、財務計劃、銷售策略等決策中。

R.L.Kloss

等人研制的AAIMS，用于美國航空公司的計劃、業(yè)務、銷售、運行業(yè)務中。RAND和IIASA公司也研制了許多諸如石油、水資源、環(huán)境污染等方面的決策支持系統(tǒng)。

2/5/2023中國環(huán)境決策支持系統(tǒng)研究進展

我國對EDSS的研究起步較晚，但近年來得到了迅速的發(fā)展。許多大學和科研單位，為國家和有關?。▍^(qū)）研制了整體發(fā)展EDSS

和社會經(jīng)濟綜合發(fā)展EDSS。國內(nèi)一些著名的系統(tǒng)工程研究機構，還對國內(nèi)重大的工程項目用決策分析方法進行研究。如上海交大的“用系統(tǒng)工程方法對上海新港址進行評價和優(yōu)選”、西安交大的“山西煤炭基地的發(fā)展戰(zhàn)略決策”，以及以三峽工程為目標的“大型水利工程決策研究”等。

2/5/2023中國環(huán)境決策支持系統(tǒng)研究進展近年來，該系統(tǒng)在防洪領域中的應用也得到了長足的進展。國家環(huán)境質(zhì)量決策支持系統(tǒng)（NEQDSS）是中國環(huán)境科學研究院研制的用于全國52個重點城市的水環(huán)境和大氣環(huán)境規(guī)劃與管理的大型EDSS。它具有數(shù)據(jù)庫管理、決策模擬以及決策比較評價3大功能，主要特點為：2/5/2023

（1）采用了80年代興起的半結構化決策的快速原型設計方法開發(fā)了能適應不同情況和信息要求的60多套模擬決策模型及其靈活的模型管理技術；（2）實現(xiàn)了模型庫、數(shù)據(jù)庫和方法庫的一體化，在一般數(shù)據(jù)庫的基礎上增設了參數(shù)生成功能；（3）采用了國際上先進的離散型多準則交互式?jīng)Q策軟件DISCRET；

另外，中國環(huán)境科學院管理所孫啟宏等人進行了城市環(huán)境實用決策支持系統(tǒng)（UEDSS）的研究。2/5/2023

EDSS為環(huán)境決策創(chuàng)造了優(yōu)越的決策條件，提供了良好的決策手段，在實際環(huán)境規(guī)劃與管理工作中表現(xiàn)了快速、準確、高效的特點。為充分發(fā)揮EDSS的優(yōu)勢，加強其分析、解決問題的能力，需要：（1）重視用戶界面設計（2）強增空間數(shù)據(jù)處理能力（3）發(fā)揮人工智能在交互多目標決策中的作用

2/5/2023（1）重視用戶界面設計用戶界面是EDSS與用戶的人機接口界面，它負責接收和檢查用戶的各種要求，協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、模型庫管理系統(tǒng)和方法庫管理系統(tǒng)之間的通訊，向用戶提供圖形、菜單、報表等各種獲取信息的手段。用戶界面是否容易掌握和便于使用，是否具有高度的靈活性，對于EDSS的成功具有舉足輕重的影響，對于用戶來說，接口就是DSS。研究表明，用戶界面的研制在建立DSS軟件中所耗的費用最大，對用戶界面的設計應引起足夠重視，須對最終用戶進行廣泛深入調(diào)查，在充分征詢意見的基礎上，設計出良好的用戶界面。

2/5/2023（2）強增空間數(shù)據(jù)處理能力

宏觀環(huán)境規(guī)劃與管理需要對大量的空間數(shù)據(jù)進行分析和處理，普通的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)已難以勝任這一要求，而地理信息系統(tǒng)（GIS）在這方面卻表現(xiàn)出了其特有的優(yōu)勢。GIS是空間數(shù)據(jù)的獲取、存儲、檢索與顯示的計算機化數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它的使用可以大大減輕工作人員在數(shù)據(jù)采集與整理過程中的繁重手工操作，并可隨時反映出環(huán)境的動態(tài)變化，強大的圖形功能更是為問題分析和決策效果評價提供了一條非常直觀的研究手段。美國Arnold等人研制的海灣水質(zhì)管理DSS和中國孫啟宏等人研制的UEDSS都成功地應用了GIS技術，取得了良好的效果。

2/5/2023

（3）發(fā)揮人工智能在交互多目標決策中的作用

傳統(tǒng)的交互式多目標決策成功與否，在很大程度上取決于決策者的判斷和偏好，而事實上決策者并非萬能的，不可能做到永遠正確。決策者說一系統(tǒng)不敢說二的EDSS，是不負責任的系統(tǒng)，將人工智能引入決策過程中，可在最大程度上減少決策者的主觀隨意判斷，消除決策者的任意性，其對EDSS提出的備選方案會作出詳盡解釋，同時對決策者的判斷和選擇也可作出客觀評價，提出專家建議。

2/5/2023

決策支持系統(tǒng)軟件DICODESS2/5/2023本節(jié)課程內(nèi)容一.環(huán)境決策支持系統(tǒng)案例二.環(huán)境決策支持系統(tǒng)總體框架

2/5/20232/5/2023DSS的構造與系統(tǒng)結構2/5/2023深圳灣填海岸線選擇決策支持系統(tǒng)一.環(huán)境決策支持系統(tǒng)案例2/5/2023主要內(nèi)容1概述2填海岸線選擇優(yōu)選的綜合方法3深圳灣填海岸線的優(yōu)選2/5/20231概述填海造地能夠帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益。因此，填海工程實踐的歷史可以追溯到很久以前?！吧系墼旌?、荷蘭人造陸”，早在羅馬時代荷蘭人就已在北海沿岸圍墾造地，由此使荷蘭增加了1/3的國土資源。著名的填海工程有須德海工程和三角洲工程。須德海原是一個海灣，1932年在海灣口建成32km的攔海大壩將海灣封堵，圍成1660km2的土地，并在灣內(nèi)進行開發(fā)和墾植，為發(fā)展農(nóng)業(yè)、建設新鎮(zhèn)和開辟旅游休養(yǎng)等提供用地。2/5/20231概述日本是多山島國，隨著城市化的發(fā)展，填海造地的活動在東京灣、三河灣、大阪灣等多個沿海區(qū)域持久進行。20世紀60年代中，神戶港島的填筑、六甲人工島的建設和關西機場的興建都是在4～20m水深的淺海之上通過填海工程得以實現(xiàn)。填海工程在其它國家同樣具有重要的意義。英國的填海面積達310km2；美國在大西洋沿岸海灘上已開墾2.3萬km2的土地；亞洲的韓國、新加坡、馬來西亞、印度尼西亞等國也都一直高度重視填海造地。2/5/20231概述我國的填海工程也歷史悠久。千百年來，我國的圍海、退海之地約達10多萬km2。近50年來，全國圍海面積達1.1～1.2萬km2。浙江圍海造地1650km2，上海市730km2，珠海市270km2，江蘇2270km2。這些新圍土地可以為約2000萬人提供生存空間。2/5/20231概述香港和澳門是地狹人稠地區(qū)，多年來一直通過圍海造地開拓城市建筑用地。從1849年圍海建設文咸街開始，香港圍海造地從未間斷。填海區(qū)的深度愈來愈大（達到15m），速度也愈來愈快，近幾年平均每年填海5km2。至1995年香港填?？偯娣e達到62km2，占香港陸地面積的5.7%。填海土地用于香港城市發(fā)展最重要的設施如港口、機場、陸路通道及主要街市，填海區(qū)面積占香港現(xiàn)有建成區(qū)面積160km2的40%，而且是香港最繁華的區(qū)域[4]。1912年，澳門地區(qū)的土地面積只有12.7km2，到1999年擴大為28km2。澳門在新填出的土地上，興建了住宅、商業(yè)樓宇和公共設施，其中跨海大橋、澳門國際機場、還有海堤公路改善了交通狀況，使澳門形成了發(fā)達的海陸空運輸體系[5]。2/5/20231.1填海工程實施的作用

1）農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)開發(fā)2）風暴潮災害防治3）港口碼頭建設、工業(yè)開發(fā)和城市發(fā)展4）房地產(chǎn)開發(fā)、商業(yè)開發(fā)和旅游業(yè)開發(fā)

目前，填海土地用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)開發(fā)的比例逐漸減小，用于房地產(chǎn)開發(fā)、商業(yè)開發(fā)和旅游業(yè)開發(fā)的比例正不斷上升。利用環(huán)境優(yōu)美的自然條件，興建住宅、商業(yè)樓宇和公共設施形成居民區(qū)、商業(yè)區(qū)，或者建造賓館、別墅、娛樂旅游場所成為旅游勝地、度假村和游樂園，已成為填海開發(fā)的重要內(nèi)容。2/5/20231.2填海工程的主要影響

填海造地對人類社會的發(fā)展意義重大，但因填海工程往往會對填海區(qū)域及其周邊范圍的生態(tài)環(huán)境造成影響，所以需要全面考慮和合理分析。

1）對自然環(huán)境的影響：具體地表現(xiàn)為區(qū)域水動力學條件、泥沙輸移條件和沖淤環(huán)境、污染物遷移轉化規(guī)律等方面的變化。2/5/20231.2填海工程的主要影響

2）對生態(tài)系統(tǒng)的影響 填海工程的生態(tài)影響與其對自然環(huán)境的影響有著密切關系。由于填海侵占了海灘及海床，生物將失去棲息地，許多珍貴的物種將消失。

例如：我國海南島尖峰嶺在50年代還被稱為“海邊森林”，后來93.3km2的紅樹林因圍海造田被砍，致使這一珍貴的“胎生”植物減少一半。填海造成的廈門港沉積環(huán)境的改變，還導致珍貴的文昌魚幾乎絕跡，海豚減少。曾是我國著名漁場的大亞灣，生長著珍貴的真鯛、金釣蝦、馬氏珍珠貝等多種名貴水產(chǎn)品。2/5/20231.2填海工程的主要影響3）對港口航道的影響 填海工程對港口航道的影響直接源于它對自然環(huán)境的影響。填海造成的水流減緩，有可能使港口航道的淤積增加。

例如：廈門西海域的海岸工程和圍墾造地使海灣的納潮量減少了67%左右，潮汐對泥沙的輸運能力因此大大減弱，使廈門港的淤積加重、通航條件受到影響，每年必須花800多萬元費用清理航道[8]。2/5/20231.2填海工程的主要影響4）對防洪防潮的影響 填海工程對防洪防潮的影響是水動力學條件改變的直接結果。河口地區(qū)的填海，有可能影響河流泄洪的能力。

例如：1994年夏，華南地區(qū)發(fā)生了200年一遇的特大洪災，但降雨量并非很大。有關專家分析，這是填海造地阻塞了部分入海河道，影響了排洪。2/5/20231.2填海工程的主要影響5）對風景旅游的影響 大規(guī)模填海工程還可能破壞鄰近地區(qū)的沙灘、礁林等風景。

例如：遼寧大連市黑石礁灣曾有大片黑石礁林，是北方著名的海濱假石林景觀。近年來，由于沿岸工程施工和填海，使這一自然景觀遭到毀滅性破壞。2/5/20231.3填海工程的主要約束填海工程的實施受制于多種約束。有些約束只與工程本身實現(xiàn)的難易程度有關，如工程實施的地質(zhì)地理環(huán)境、經(jīng)濟能力和技術水平等，而另一些約束則是對工程可能產(chǎn)生的最大影響的必要限制。2/5/20231.3填海工程的主要約束首先，填海工程會受到區(qū)域地質(zhì)地貌、水文潮汐等自然狀況的約束。河口海岸的自然演變規(guī)律如地質(zhì)活動狀況和侵蝕淤積趨勢等都影響著填海岸線的穩(wěn)定性。海岸線曲折、多淺灣、水流緩、潮差小是實施填海的優(yōu)良環(huán)境條件。對于潮汐動力強、波浪較高和受臺風影響較大的海岸，不利于填海工程的實施。工程技術水平也影響著填海工程的規(guī)模。過去圍海高程的確定，往往與平均高潮位相近，低于這樣的高程，圍堤很難站住腳，所以填海被限制在高灘以上。近年來，海岸工程技術的顯著進展，如人工和生物促淤、軟基處理、土工布墊層、護岸工程、防沖的沉井和插板等技術的出現(xiàn)和逐步完善，使得填海工程的范圍從高灘、到中低灘、發(fā)展到淺海區(qū)域，從近岸填海發(fā)展到離岸的人工島。2/5/20231.4填海岸線研究的內(nèi)容和模型填海岸線的設計主要包括以下內(nèi)容：（1）調(diào)查海岸帶的水文、地貌、地質(zhì)特征和資源狀況；（2）根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展的需要選擇填海工程開發(fā)目標；（3）預測分析填海工程可能造成的生態(tài)環(huán)境問題，從影響和約束兩個方面論證填海規(guī)模和新岸線的科學性和可行性。2/5/20231.4填海岸線研究的內(nèi)容和模型1）水動力學數(shù)學和物理模型填海對當?shù)鼗蛑苓叺貐^(qū)潮流特性、防洪、通航及港口的潛在影響，已經(jīng)在許多填海工程的岸線確定中得到充分重視。對于一些重要的河口、港灣地區(qū)，還通過物理模型試驗和數(shù)學模型計算對填海岸線方案進行論證。2）泥沙模型許多研究者對填海后泥沙運動規(guī)律的改變及其對港口航道的影響進行了深入研究。

2/5/20231.4填海岸線研究的內(nèi)容和模型3）水質(zhì)/富營養(yǎng)化模型隨著世界各國對環(huán)境問題的日益重視，填海工程的環(huán)境影響也已成為不可忽視的方面。

4）生態(tài)模型近年來，海岸工程造成的區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)退化逐漸受到重視，不少研究者開始在水動力學、泥沙和水質(zhì)模型預測的基礎上應用生態(tài)模型對填海的生態(tài)影響進行研究。

2/5/20232填海岸線優(yōu)選的綜合方法當多種約束需要考慮時，填海岸線的確定必須以填海工程各種影響的綜合分析為前提。這些影響的方面及其影響因子之間可能構成一個復雜的層次體系，由相應的數(shù)學模型量化影響因子，用權重反映各個影響方面和影響因子的相對重要性，然后再對多個影響方面和影響因子的作用進行綜合集成。1)填海適宜區(qū)的綜合評價方法:該方法完全依賴于專家的經(jīng)驗、知識和主觀判斷，對填海影響的評價有主觀不確定性。此外，評價規(guī)則比較簡單，得到的評價結果也比較粗略。2)快速影響評價矩陣（RIAM）方法:RIAM方法中定義了待評價的環(huán)境因素和評價的標準，以及如何利用評價標準、客觀分析和主觀判斷的結果對環(huán)境因子進行評分的方法。

RIAM作為一種半定量的環(huán)境影響評價的通用方法，還處于不斷發(fā)展和完善之中，將它用于具體問題，如填海工程岸線確定時，將有許多地方需要改進。2/5/2023RIAMRIAM的評價標準分為五類，如表1-1所示。對單個環(huán)境因子影響的綜合評分采用如下公式計算：

其中，ES為綜合評分；a1和

a2分別為環(huán)境因子的重要性和變化程度的量化值；b1、b2和b3代表為環(huán)境因子變化在永久性、可逆行和累積性等方面的特征量化值。

2/5/2023RIAMRIAM方法為在填海工程環(huán)境影響評價和方案選擇時同時考慮和比較來源于客觀分析和主觀判斷的結論提供了較有效的工具。

2/5/20232.1填海岸線優(yōu)選方法的框架2/5/2023填海岸線方案的優(yōu)選實質(zhì)上屬于有限方案的多約束決策問題。經(jīng)濟效益為填海的目標，填海造成的各種潛在影響都是有待評價的影響方面。岸線決策中通?？紤]的主要影響有：水動力環(huán)境的變化、泥沙沖淤規(guī)律的變化、污染物遷移規(guī)律的變化、對港口航道的影響、對防洪防潮的影響和對生態(tài)的影響等每種影響都可以通過若干個影響因子來體現(xiàn)，例如，海灣填海后水動力學條件的變化可以通過潮流大小、方向以及波高等指標來表示。2/5/2023因此，根據(jù)層次分析法的思想，可以建立一個3層的填海影響評價層次系統(tǒng)，并采用層次分析法確定各種影響方面及影響因子的權重。數(shù)學模型可以用來預測各種填海岸線方案對應的影響，模型的預測結果將為影響因子的評分提供依據(jù)。填海岸線確定方法的總體框架可以由圖2-1表示，具體的步驟描述如下。

2/5/2023綜合評價層次圖2/5/2023綜合評價的步驟（1）分析填海工程的主要影響方面及影響因子，建立它們之間的層次關系；（2）采用AHP法確定各類影響及影響因子的權重；（3）應用數(shù)學模型對各影響因子進行預測；（4）根據(jù)數(shù)學模型的計算結果對各方案下的影響因子進行評分；（5）通過加權疊加得到各方案的綜合評價，判別各種填海岸線的優(yōu)劣；（6）進行綜合評價結果對權重和模型計算誤差變化的敏感性分析，檢驗評價結果的可靠性。

2/5/20232.2權重分配方法層次分析法賦權的基本原理可以用以下的簡單事例分析來說明。假設有n個物體A1，A2，…，An，它們的重量分別記為W1，W2，…，Wn

。現(xiàn)將每個物體的重量兩兩比較如下：2/5/20232.3填海影響的預測模型

2.3.1土地開發(fā)的最優(yōu)規(guī)劃模型

2/5/20232.3.2水動力學模型用于描述河口海岸水動力條件的數(shù)學模型是依據(jù)質(zhì)量守恒和牛頓第二定律等基本原理建立起來的。模型控制方程的維數(shù)、動力條件的范圍、時間和空間的模擬精度以及潮間帶動邊界的處理方法需根據(jù)工程的目的和填海區(qū)域的水文地貌特點進行選擇。

以二維淺水動力學模型為例，在潮流、床面摩擦阻力、柯氏力和風力等力作用下河口海岸水流運動的控制方程為:

2/5/20232.3.2水動力學模型2/5/20232.3.2水動力學模型2/5/20232.3.2水動力學模型2/5/20232.3.3泥沙輸移模型海岸泥沙有淤積、起動、懸浮、絮凝成團、沉降等多種存在狀態(tài)，從泥沙輸移的形式可以歸納為懸沙輸移、底沙推移和浮泥流三種形式。泥沙運動的規(guī)律不僅與波浪、潮流等水動力要素有關，而且還和泥沙粒徑、容重等物理特性及泥沙的水力特性有關[49]。因此，用于模擬海岸泥沙運動的數(shù)學模型主要有懸沙運移、底沙推移和浮泥運動模型，以及相應的床底變形模型，其形式多種多樣，在應用時要根據(jù)實際情況進行選擇

.2/5/20232.3.3泥沙輸移模型（1）泥沙模型的選擇模型的維數(shù)懸沙運移、底沙推移和浮泥運動

耦合與非耦合

飽和與非飽和

波浪對泥沙的作用

2/5/20232.3.3泥沙輸移模型2/5/20232.3.4水質(zhì)模型污染物在水流中的擴散、遷移與轉化是物理運動、化學反應和微生物活動的綜合，其變化是十分復雜的。填海工程對河口海岸污染物遷移與轉化規(guī)律的影響，需要借助水質(zhì)模型進行預測和分析。針對海岸河口水流在潮汐作用下往復運動的特點，一般選擇平面二維動態(tài)水質(zhì)模型研究填海工程對水環(huán)境的影響。水質(zhì)模型的基本方程是一個對流擴散遷移方程，它能描述任一水質(zhì)變量的時間與空間變化情況。2/5/20232.3.4水質(zhì)模型2/5/20232/5/20232.4.2綜合評價列舉出所有可能的填海岸線方案，利用數(shù)學模型分別對各種方案下的填海的潛在影響進行預測；然后依據(jù)模型的計算結果對各種影響因子打分，而各種因子間的相對權重通過層次分析法給出；通過加權迭加得到每種填海方案下的總評分，比較總評分，可以得到各種填海方案的優(yōu)劣排序。因此，填海岸線的決策問題可以用如下簡單的數(shù)學形式表達：2/5/20233

深圳灣填海岸線的優(yōu)選

2/5/20235種方案2/5/2023框架圖2/5/2023AHP確定權重2/5/2023AHP確定權重2/5/2023水動力學模型

2/5/2023圖3-7a潮位驗證（珠江基面）圖3-7b流速大小驗證3-7c流速方向驗證圖3-7水動力模型驗證2/5/20233.3.2泥沙輸移模型

位置：VS1位置：VS22/5/20233.3.3水質(zhì)模型

深圳灣排污口和水質(zhì)監(jiān)測點

2/5/2023WQ1WQ22/5/20233.3.4生態(tài)模型

2/5/20233.4單約束條件下的填海岸線優(yōu)選

3.4.1水動力學條件（1）納潮量

2/5/20233.4單約束條件下的填海岸線優(yōu)選

因此，單就納潮量改變最小的要求來看，方案四相對較優(yōu)。2/5/20233.4單約束條件下的填海岸線優(yōu)選（2）流場

2/5/20232/5/2023（3）潮位

2/5/20233.4.2泥沙運動規(guī)律

豐水期枯水期2/5/20233.4.2泥沙運動規(guī)律因此，單就進出深圳灣泥沙變化最小的要求來看，各方案的優(yōu)劣順序為：方案三、一、五、二、四。

2/5/20233.4.2泥沙運動規(guī)律（2）含沙量方案一的平均含沙量變化最大，而方案四最小。2/5/2023（3）沖淤分布

香港現(xiàn)狀深圳香港深圳方案一香港深圳方案二香港深圳方案三香港深圳方案四香港深圳方案五-100～-55～2020～100沖刷區(qū)弱淤積區(qū)強淤積區(qū)單位：mm/year圖3-17填海前后年淤積速率分布填海區(qū)單就深圳灣泥沙沖淤分布變化最小的要求來看，各方案的優(yōu)劣順序為：方案四、三、一、五、二。

2/5/20233.4.3污染物輸移

（1）余流場

方案五和方案二相對較差，其它3個方案較優(yōu)。

香港現(xiàn)狀深圳香港深圳方案一香港深圳方案二香港深圳方案三香港深圳方案四香港深圳方案五填海區(qū)5cm/s2/5/20233.4.3污染物輸移

（2）水質(zhì)

方案一至方案五對應污染指數(shù)增大的幅度分別為2.7%、4.7%、3.6%、1.4%和2.3%。

2/5/2023（3）環(huán)境容量2/5/20233.5填海綜合優(yōu)化岸線確定

將因子評分加權疊加，便可計算出五種填海岸線方案的綜合評分（如表3-28），依次分別為：81.5、82.8、84.0、80.0、79.8。因此，各方案優(yōu)劣的排列順序為方案三、二、一、四、五。

2/5/2023DSS－模型

數(shù)據(jù)模型決策方法模型預測、分析、規(guī)劃模型2/5/2023二.環(huán)境決策支持系統(tǒng)總體框架2/5/2023近十多年來，通過世界銀行支援項目“中國省級環(huán)境信息系統(tǒng)建設”，在我國27個省建立省級環(huán)境信息中心,提供先進的計算機網(wǎng)絡的軟硬件設備,以及為各省開發(fā)通用的應用軟件等。省級通用應用軟件包括公共數(shù)據(jù)庫、環(huán)境管理模塊和環(huán)境決策支持系統(tǒng)DSS（DecisionSupportSystem）。目標是為省級環(huán)境保護管理決策部門提供實用的和基本的基于地理信息系統(tǒng)(GIS)和模型方法的環(huán)境分析、現(xiàn)狀評價、影響預測和環(huán)境規(guī)劃等方面的決策支持軟件包,并提供基本空間數(shù)據(jù)管理、模型管理和對公共數(shù)據(jù)庫調(diào)用的框架,為各省開發(fā)自己較復雜的特殊應用提供一個開放環(huán)境。2/5/2023DSS的基本功能DSS的基本概念，最初由美國的Qerrity等人在1970～1971年間提出的，當時稱為人機決策系統(tǒng)。信息系統(tǒng)研究的實踐證明，結構化的決策過程能夠自動化，通過計算機程序來實現(xiàn)。而半結構或非結構化的決策問題則不容易或不可能完全自動化。當今的環(huán)境管理和決策領域中，信息量龐大，所需解決的問題一般為半結構化的或非結構化的，決策人員一方面要根據(jù)經(jīng)驗進行分析，另一方面需要借助計算機為決策提供各種輔助信息，才能做出正確而有效的判斷。2/5/2023DSS的重點是在“決策支持”DSS是以現(xiàn)代信息技術為手段，針對某一類型的半結構化或非結構化決策過程的決策問題為特征的計算機信息系統(tǒng)。它能為決策者提供所需要的數(shù)據(jù)、信息和背景材料，幫助明確決策目標和進行問題的識別，建立、修改決策模型，提供各種備選方案，并對各種方案進行評價和優(yōu)選，并通過人機交互進行分析、比較和判斷，為管理者做出正確決策提供幫助。DSS的重點是放在“支持”而不是決策工作的自動化上。2/5/2023DSS三個技術層次DSS發(fā)展到今天，已形成三個技術層次專用DSSDSS生成器DSS工具目前國內(nèi)專用DSS和DSS生成器都有所發(fā)展，其中專用DSS居多。2/5/2023DSS的基本結構DSS的基本結構包括4個單元：數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng)DBMS模型庫及其管理系統(tǒng)方法庫及其管理系統(tǒng)MEBMS人機接口單元IMS隨著人工智能技術的普及應用，出現(xiàn)了一種新的DSS－智能DSS。它不僅具有DSS的基本功能結構，而且有存放各種規(guī)則、因果關系、決策人員經(jīng)驗的知識庫及知識庫管理系統(tǒng)，具有能夠綜合利用知識庫、數(shù)據(jù)庫和定量計算結果并進行推理和問題求解的推理機能，從而可以模擬人類思維過程，使查詢、計算、分析和推理過程完全自動化，提高決策支持的及時性和正確性。2/5/2023DSS的邏輯功能DSS是一個以支持決策過程為目標的，由多種功能協(xié)調(diào)配合而成的集成系統(tǒng)，它集決策支持、事務處理、專用DSS（或MIS）開發(fā)于一體圖2.1DSS邏輯功能框圖2/5/2023DSS組成DSS通常由以下6個部分組成：（l）模型庫子系統(tǒng)包括模型庫（MB）和模型庫管理系統(tǒng)（MBMS）。模型庫用于存放決策過程中常用模型，這些模型是按照一定的方式進行組織和管理的。為了便于用戶訪問和調(diào)用。一般規(guī)定：存入模型庫中的模型必須經(jīng)規(guī)范化處理，以主－子模塊形式分類存放。由模型庫管理系統(tǒng)進行集中控制和管理。模型庫管理系統(tǒng)提供模型構造、輸入、維護、更新、檢索、聯(lián)接、裝載等功能。2/5/2023DSS組成DSS通常由以下6個部分組成：（2）方法庫子系統(tǒng)包括方法庫（MEB）和方法庫管理系統(tǒng)（MEBMS）方法庫用于存放決策過程中常用方法，從計算機角度看，方法是能完成預定功能的程序單位。通常將一部分常用方法進行編程，經(jīng)標準化處理后，以子程序的形式，分類存入方法庫中。這些方法按照一定的組織原則有機地匯集起來，由方法庫管理系統(tǒng)進行集中控制和管理。方法庫管理系統(tǒng)對標準方法進行維護和調(diào)用，同時，可以調(diào)用內(nèi)部公用子程序和外部程序。這要求系統(tǒng)提供一個執(zhí)行方法的環(huán)境，實現(xiàn)方法庫系統(tǒng)與操作系統(tǒng)之間的通訊，以便申請資源，完成虛擬存貯、動態(tài)裝配、自動執(zhí)行，獲得系統(tǒng)環(huán)境的信息等。2/5/2023DSS組成DSS通常由以下6個部分組成：（3）數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫（DB）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）和為完成一些應用而設計的軟件。其主要任務是：數(shù)據(jù)的收集、加工、儲存和分析，并能從多種信息源中提取數(shù)據(jù)，將它們轉換成DSS要求的各種內(nèi)部數(shù)據(jù)。從某種意義上講，其主要工作就是一系列復雜的數(shù)據(jù)轉換過程。包括：輸入生成，數(shù)據(jù)提取，輸出生成，報表生成和圖形生成2/5/2023DSS組成DSS通常由以下6個部分組成：（4）系統(tǒng)維護子系統(tǒng)它提供對模型庫、方法庫和數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)級維護，包括：重新排序、瀏覽修改、篩選修改、條件修改和快速替換，以及系統(tǒng)轉儲、恢復、檢測等功能2/5/2023DSS組成DSS通常由以下6個部分組成：（5）DSS生成子系統(tǒng)它是開發(fā)專用DSS的有效工具。包括如下功能：①系統(tǒng)生成：實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)和系統(tǒng)庫的自動生成。②DSS定義：用戶可在系統(tǒng)的幫助和引導下進行數(shù)據(jù)庫模式定義，瀏覽修改，篩選模型和方法。③DSS生成：實現(xiàn)模型庫、方法庫、數(shù)據(jù)庫概念模式與物理結構的自動生成，以及模型、方法、數(shù)據(jù)、編碼實體庫的自動生成。④DSS檢測：實現(xiàn)SDSS的完備性自動檢測。⑤DSS裝封：實現(xiàn)SDSS自動封裝，生成系統(tǒng)盤。這樣，系統(tǒng)開發(fā)人員可利用以上功能，通過重新定義，反復修改，快速生成，以達到優(yōu)化設計，建立自適應性系統(tǒng)之目的。2/5/2023DSS組成DSS通常由以下6個部分組成：（6）對話子系統(tǒng)它是系統(tǒng)的人－機接口，負責接受和檢測用戶的請求，協(xié)調(diào)各部分之間的通訊，為用戶提供各種支持功能。2/5/2023DSS系統(tǒng)結構

圖2.2系統(tǒng)結構框圖2/5/2023DSS是以模型驅動的，因此模型庫系統(tǒng)在整個系統(tǒng)中占主導地位，是系統(tǒng)的核心部分。模型庫系統(tǒng)與對話部分交互作用，可使用戶控制對模型的操作、處置和使用；它與數(shù)據(jù)部分交互作用，以便提供各種模型所需要的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)模型輸入、輸出和中間結果存取自動化；它與方法部分交互作用，實現(xiàn)目標搜索、裝載運行自動化。2/5/2023DSS特點（1）用戶界面友好：面向各類用戶，界面友好，使用方便。（2）安全可靠：采取分別授權，分層保密的保護措施，以保證資源不被侵害。系統(tǒng)通過嚴格地測試，并具有自動檢測功能，以保證可靠性。（3）標準化：將系統(tǒng)程序模塊化，模型規(guī)范化，方法標準化，而且在系統(tǒng)程序與所處理的對象之間，以及“三庫”之間，建立了標準的接口，使得系統(tǒng)程序獨立于所處理的對象，模型獨立于方法，方法獨立于數(shù)據(jù)。（4）通用性：系統(tǒng)是采用標準化方法用通用程序實現(xiàn)的。這就使得專用DSS（MIS）的開發(fā)變得十分容易，用戶只需給出專用DSS（MIS）定義，系統(tǒng)會自動生成專用DSS（MIS）。2/5/2023對開發(fā)者來說，幾乎沒有編程任務，除非他想在輸出生成時，做某種特殊處理，在那里為特殊處理程序留有接口。（5）開放性：系統(tǒng)提供了標準的模型、方法和功能。同時，又為用戶構造模型、建立方法、定義功能提供手段和支持，并把用戶定義的模型、方法和處理功能與標準的有機地結合起來，構成一個開放性系統(tǒng)。（6）自適應性：系統(tǒng)具有很強的應變能力。面對決策環(huán)境不斷的變化，基于DSS生成功能，采用循環(huán)設計方法建立一個自適應性系統(tǒng)。使得在短期運行中，系統(tǒng)允許在相對窄的范圍內(nèi)尋求答案，在中期水平上，通過修改和擴充它的能力，讓系統(tǒng)“進行學習”；在長期運行情況下，將演變成自適應性系統(tǒng)。面向決策支持、事務處理、專用DSS和MIS開發(fā)，為決策者、管理人員和系統(tǒng)開發(fā)人員提供強有力支持?？蓭椭鷽Q策者提高決策能力和決策水平，最終實現(xiàn)提高決策質(zhì)量和效果。同時，適用于專用DSS和MIS類應用系統(tǒng)的開發(fā)，可提高系統(tǒng)開發(fā)效率和質(zhì)量，降低開發(fā)費用。2/5/2023DSS的軟件環(huán)境

決策過程包括問題發(fā)現(xiàn)和診斷、決策問題分析和求解思路研究、備選方案的制定和優(yōu)選以及決策方案實施的管理等。理想的決策支持系統(tǒng)應能支持決策全過程中較為規(guī)范化或可進行結構化處理的問題,如診斷預警,決策問題分析,決策問題求解和試驗驗證等。要解決這些問題,單憑一個模型或一類模型非常困難,而需要多個模型或多類模型的組合。為此,一些研究者(如GiorgioGuariso等)提出了下圖所示的決策支持系統(tǒng)的軟件環(huán)境的系統(tǒng)框架。2/5/2023圖2.3決策支持系統(tǒng)軟件環(huán)境一般結構2/5/2023上圖所示系統(tǒng)結構中,模擬方法庫和最優(yōu)化方法庫提供有關模擬和最優(yōu)化過程的深層次知識,它們由系統(tǒng)管理員進行維護操作。模型庫、數(shù)據(jù)庫和試驗庫分別存貯模型、數(shù)據(jù)和試驗的分類與實例的結構性信息,它們由系統(tǒng)管理員和用戶共同處理。工作表格一般存貯用戶處理特定問題而產(chǎn)生的信息,它完全在用戶的控制之下。2/5/2023DSS用戶接口

用戶接口是用戶與系統(tǒng)進行聯(lián)系的窗口，以會話方式實行用戶與系統(tǒng)的交互，以達到用戶對系統(tǒng)的操縱，以及系統(tǒng)對用戶的服務和支持。其功能是：提供使用系統(tǒng)的手段和輔助信息。它上要由會話命令及解釋程序組成，借助這些命令可轉入各子系統(tǒng)。用戶以“點菜單”的方式使用這些命令，系統(tǒng)將按照用戶的選擇，調(diào)用相應的命令模