基于GIS的区域土壤资源管理决策支持系统

!""#年#月系统工程理论与实践第#期

文章编号$%"""&’())*!""#+"#&"%,"&"-基于./0的区域土壤资源管理决策支持系统

周勇%1田有国!1任意#1汪善勤%1张海涛%

*%2华中农业大学亚热带土壤资源与环境农业部重点实验室1湖北武汉,#""("3!2

华中农业大学资环学院1湖北武汉,#""("3#2全国农业技术推广服务中心1北京%"""!’+

摘要$传统的地理信息系统*./0

+在土壤资源管理上的应用存在着许多不足之处1如功能上的缺陷3系统过于庞大复杂3缺少灵活性等4随着信息技术的发展1传统的./0已很难适应不断发展的土

壤资源管理的需求1于是决策支持系统*500+就应运而生了4该研究提出了一个基于./0的土壤资源

管理决策支持系统4该系统由数据库及其管理系统6模型库及其管理系统6方法库及其管理系统及人

机交互系统组成4系统可为土地利用适宜性评价提供多种决策方案1且为不同层次的决策者服务1弥

补了传统的./0和单一的500的不足4

关键词$地理信息系统3土壤资源管理3决策支持系统

中图分类号$0%-72!

文献标识码$859:;<;=>0?@@=A B 0C H I 0=;I

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q 引言

土壤是一种具有耗散结构的开放系统1与其环境间存在着物质和能量交换4因而土壤资源管理要求

融合许多领域的数据和知识r %s 4因为对土壤资源的管理包括对土壤系统现时所处状态的评价及将来所处

状态的预测4而土壤系统又时常会有结构上的变化和遭受无规律的人为干扰4这就要求我们在进行土地

资源管理时1要综合考虑土壤6环境6社会和经济因素r !s 4

可见1土壤资源管理的决策制定是一个信息密集型的任务2随着信息技术的发展1客观上要求越来越多的计算机工具用于土壤资源的管理4地理信息系统*./0

+是!"世纪’"年代发展起来的一门新兴学科r #s 1随后在("年代1

决策支持系统的概念也被提出1这些新技术的产生6t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t 集成和发展大大提高了土壤资

源管理的水平!进而为土壤资源的可持续利用提供强有力的决策支持"

#$%&在土壤资源管理中的应用现状

’()是*

+世纪,+年代随着计算机技术的发展而产生的研究空间信息的全新技术!它是在计算机软-硬件支持下!对描述客观世界的空间数据.包括与之对应的空间数据和属性数据/进行综合管理和综合分

析的计算机系统!具有区域综合能力和动态预测功能"利用’()技术!

能够有效地进行空间数据的生成和管理!并将空间数据和属性数据相连接!进行两者的综合分析"同时!’()技术能够提供图形-

图象的直观显示和报告!是土壤资源管理和规划决策的重要的技术支持工具"

#01基于$%&的土壤资源数据库的建立

’()及基于’()的土壤资源数据库的建立和应用!

使人们能更加迅速-快捷和有效地提取和利用相关的土壤数据!解决传统的调查统计方法中!由于空间定位不准确-不稳定和不统一及由于空间和图形数据量庞大而分散!客观上造成的土壤数据利用效率低下的问题"大大提高了土壤资源管理与可持续利用的决策效率"

第一个土壤数据库是由加拿大于234*年建立的"

随后!英国-美国-法国-澳大利亚及联合国粮农组织也相继建立了土壤数据库"到了4+年代末-5+年代初!基于’()的土壤资源信息系统在一些发达国家和

地区均已建立和应用"

基于’()的土壤资源数据库!

主要包括空间数据库-属性数据库及两库之间的复合与匹配"空间数据的输入方式!主要采用手扶跟踪数字化仪和扫描仪借助’()软件.如6789(:;’()

/输入!其数据主要来源于不同时段!不同谱段的遥感图象!各种基础地图-’>)的定位信息-

各种类型专题图等"属性数据库的建立可通过使用数据库管理系统.?@=)

/来实现"属性数据库的数据主要来源于社会经济-环境质量-土壤类型-土地利用状况等统计数据!以及相关的历史资料与土地野外调查和室内分析数据"要求数据尽可能的全面客观"空间数据和属性数据通过一系列的标识码相连接!从而便捷地为土壤资源利用规划和管理提供基础数据和信息"

#0#$%&在土壤资源管理上的不足

’()自其产生及发展以来!

在众多科学领域中得到了广泛应用!并大大地加快了在土壤科学上的发展"但’()在土壤资源管理上的应用仍存在着许多不足之处!

其具体表现在以下几个方面"2/功能上的欠缺

目前我们对’()的应用只是它所有功能的一部分"在土壤资源利用规划上的多数’()应用!

还仅仅停留在模型和原有的’()的模型的支持上!

而没有发挥系统在复杂的土壤资源利用规划上应具有的巨大能力如调节-分析及显示空间数据等"此外!地理信息系统缺乏在土壤空间利用规划上所必须的数学建模

和空间模拟的能力A B C "

*/系统过于庞大-

复杂’()中的数据包括空间数据-属性数据及空间数据和属性数据的连接"要把’()中的数据应用到土壤

资源管理中!需要建立相应的土壤模型"在传统的’()系统中!

数据库和模型是彼此分离的!也就是说用户在提取数据库中的数据应用到数学模型的过程中时!不得不面对一个错综复杂的’()系统和与该系统相关的其它软件!此外还有复杂的空间问题"

D /缺少灵活性

’()在把非空间的数据和决策者的偏好融入决策的过程中缺少足够的灵活性A B C "传统的’()只提供

面向单用户的决策支持!如在进行土地利用适应性评价时!系统只会给出最大生产潜力时的土地对某种利用方式的适宜性!而很少综合考虑社会因素-经济因素和环境因素等!不能为具有不同偏好的决策者提供多种决策支持方案"

E F &&在土壤资源管理中的应用现状

2B 2第D 期基于’()的区域土壤资源管理决策支持系统

!"#$

%的设想&希望通过它来实现管理决策过程的全盘自动化&并希望能将它应用到各个领域’()*后来&人们逐渐认识到&

包括土壤资源在内的各系统都搀杂进了人为因素的强烈影响&其中伴随有大量结构化+半结构化与非结构化并存的决策问题&有些可通过数学模型进行必要的描述和求解&但系统只能为规划者和

决策者提供必要的信息和决策支持&

而不能代替规划专家的重要思维和最终判断*可见&计算机技术只能为决策者在决策过程中提供帮助*于是,-年代初&美国学者提出了决策支持系统!./012134$566378$92:

8/;%

的概念’<)&标志着.$$研究的正式开始*决策支持系统具有强大的信息处理功能和友好的人机界面&它可为区域科学决策提供新手段&新方法=对所收集来的信息进行初步加工和筛选&以形成有价值的综合信息=将数据库和模型库+方法库集成在了一起&避免了数据传递和转换过程易造成的数据丢失和错误等问题=系统在提供决策信息时&考虑了决策者的偏好&可根据决策者制定的方式或其侧重点不同而提供不同的决策方案&这使得系统能为不同层次的管理者和决策者提供所需要的决策支持=系统的人机界面是面向对象式的&用户无须面对错综复杂的系统&从而大大的增强了系统的灵活性*

>?@A B B 在土壤管理中的应用

.$$研究领域首先融合了数据库技术与管理决策模型化技术&发展了数据模型集成的.$$

*进而吸收了人工智能技术&产生了智能.$$!#.$$%*智能决策支持系统!#.$$%是C -年代初期&由美国学者D 34:

0E /F 率先提出的’(&<)*#.$$将决策者的知识+

经验纳入系统之中&并能利用这些知识+经验进行推理和定性分析*因此#.$$具有更强的支持能力&

并能提供主动形式的支持*G H C -年D 340E /F &I 3J 2K 66J /及LM 142834提出了N $:O O $:P $的.$$结构范式&指出.$$由语言系

统&问题处理系统及知识系统三部分组成’()*$67K Q 5/提出了由数据库与模型库构成的二库结构的

.$$’,)*在.$$二十余年的发展过程中&$67K Q 5/R S K 7J 234二库结构框架及D 343E /FR I 3J 2K 66J /R LM 142834的三系统结构经常被决策支持系统的研究者所使用*

到了C -年代中后期至H -年代初&出现了.$$研究的新热点&即支持群体决策的T .$$

!群体决策支持系统%*T .$$是面向群体活动的*它可提供沟通支持+模型支持及机器诱导的沟通模式’U &C )*T .$$大

多采用分布式和分散式结构&它既支持数据对象的远距离操作=还可通过在用户和各应用层之间的接口&来实现各个应用领域的功能*G H C <年&S M M K 4V 7K 和T 37K 4提出了T W X .W Y 系统*在该系统中用户为了完成一个任务需将系统中的所有部分结合起来&这使得该系统变得十分复杂*

#Z "[是由N 3M 和Z M F 1/J

于G H H \年提出的另一种类型的合成系统’H )*这种方法使用户无须面对复杂的数据结构和技术细节&并为用户提供了一系列的分析和模型&但它还是限制了系统的灵活性*.]3F 10

于G H H ^年尝试使用了一种新的合成系统’G -)*该系统无须用户干预就能自动把更新和命令从系统一个部

分传输到另一个部分&它的用户界面还允许用户根据特殊的问题选择相应的数据和模型来完成分析任务*但系统在使用方面提供很少的支持&用户必须按步骤将分析所需要的输入部分作详细的说明&这就要求用户在工具+模型及实施细节上要具有丰富的知识*这在一定程度上又限制了系统的灵活性*G H H <年&

Z 10M K 7V 等人提出了#N _.$$系统&

即基于知识的用于土地利用规划的空间决策支持系统’G G )*它可根据决策者的侧重点和评价的不同准则及相关评价因素如物理适应性&

适宜土地和不适宜土地特征的相似性&及每一土地单元的最小面积来评价其主要土地利用潜力*

‘a b B 与A B B 的结合

T #$的基本概念是位点+

空间分布及关系&其基本元素是空间目标*而在土壤数学模型中&其基本概念是状态&用数量+质量或能量术语来表示&其基本元素为土壤类型或土壤质量等数据*传统的T #$把重点

放在数据库的建立+维护+管理和空间分析上&模型与模型库管理系统在T #$中处于从属地位*随着信息

技术的发展&这种传统的T #$已很难适应土壤资源管理的要求*.$$与T #$的结合&为传统的T #$赋予了新的意义&它使得T #$从以数据库为核心的传统T #$阶段逐渐向以模型库为核心的空间决策支持系统理\U G 系统工程理论与实践\--^年^月

!基于"#$的土壤资源管理决策支持系统的建立

基于%&’的土壤资源管理决策支持系统由数据库及其管理系统(

模型库及其管理系统(方法库及其管理系统组成)另外加入人机交互系统*图+

,-

的区域土壤资源管理决策支持系统

策需要选取适当的算法!各模型库之间"数据库之间及模型库与数据库之间通过函数调用和参数传递来连

接#

相关程序用面向对象的程序设计语言开发!$%&人机交互系统

人机接口是决策支持系统的一个重要组成部分#

它有效地将数据库"模型库"和方法库集成在一起!通过人机交互界面#用户可以方便快捷地调用和查询数据库中的数据"各种模型"进行各种评价分析和预测分析等!而模型库"数据库及方法库之间的连接和数据传递对用户来说是不可见的!一般用基于’()*

+,-.

/012333的面向对象语言来设计用户界面#它是一个可视化程度高#对用户友好的人机交互界面4567!$%$在土地适宜性评价中的应用

基于89:的土壤资源管理;::在土地适应性评价中的应用#

为土壤管理提供了一种新思路和新方法!对于大比例尺土壤资源管理;::设计#

其基本步骤如下<首先收集各种空间数据和属性数据#包括地形图"土壤图"土地利用现状图"土壤肥力数据"社会经济数据=农产品价格表>等?然后确定评价单元#根据不同的评价方案=最高经济效益"最大生产潜力"最小环境污染>选定评价因子#并建立相应的土地适应性评价数学模型?最后#在不同的评价方案下#用层次分析和模糊数学的方法就各评价单元对不同作物的适应性进行评分#并生成不同评价方案的土地适应性评价图#为决策者提供决策信息!由于空间决策支持系统#考虑了决策者的偏好#所以它能为决策者提供多种决策方案#而为不同层次的管理者和决策者服务!这是传统的89:所难以实现的!

@结束语

本文分析了89:和;::在土壤管理中的应用现状#进而提出了基于89:的土壤资源管理决策支持系统的体系结构和建立方法#并介绍了将该系统应用于大比例尺土地适应性评价的基本方法和过程!由于决策支持系统考虑了决策者的偏好#所以它能为决策者提供多种决策方案#为不同层次的管理者和决策者服务!系统设计可能存在着缺陷#有待于在应用中不断检验"改进和完善!

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基于GIS的区域土壤资源管理决策支持系统

作者：周勇， 田有国， 任意， 汪善勤， 张海涛

作者单位：周勇,汪善勤,张海涛(华中农业大学亚热带土壤资源与环境农业部重点实验室,湖北武汉,430070)， 田有国(华中农业大学资环学院,湖北武汉,430070)， 任意(全国农业技术推

广服务中心,北京,100026)

刊名：

系统工程理论与实践

英文刊名：SYSTEMS ENGINEERING——THEORY & PRACTICE

年，卷(期)：2003,23(3)

被引用次数：14次

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本文链接：https://www.doczj.com/doc/5a9379723.html,/Periodical_xtgcllysj200303025.aspx