論灌區管理DSS系統的組成框架及開發過程

摘要:我國是一個農業大國，水庫的分布非常的廣泛，水庫由于渠系工程老化，管理水平低，水量浪費嚴重等原因，目前大多數灌區經濟效益差，運營艱難。隨著我國加入WTO，國際國內的競爭日益激烈，我國大中型灌區只有在灌溉面積、管理質量、技術水平、經濟效益等方面全面領先才能稱為真正意義上的農業大國。為提高灌區管理水平，有必要在全國推廣節水灌溉和信息管理系統等先進技術，而在信息管理系統的基礎上發展起來的灌區管理DSS為灌區管理提供了一種良好的輔助決策軟件平臺。本文介紹了水庫灌區管理決策支持系統(Decision Support System，DSS)的基本框架，探討了數學模型、數據庫、人機界面的解決方案及系統設計中應注意的問題。水庫灌區管理DSS的開發研究對我國水利信息化具有重要意義。

關鍵詞:灌區管理 DSS 數學模型 系統集成

0 引言

灌區管理DSS是指灌區管理人員在人和計算機組成的系統中，以計算機為輔助工具完成灌區各種信息的分析、處理等工作，產生供比較的方案，幫助決策者進行問題識別，并達到灌區合理規劃和決策，及時有效地利用資源，獲得最大的期望經濟效益的目的。灌區管理DSS開發研究所達到的要求為:以支持水庫灌區輔助管理和決策為落腳點，提高灌區優化配水、安全排澇和抗旱減災等方面的管理決策水平;界面友好，交互操作方便、靈活;模型庫可以不斷更新和完善，且數據庫能與其它外部數據資源共享。

1 DSS基本框架

水庫灌區管理DSS是一種用于灌區輔助管理的軟件平臺，主要由數學模型庫、數據庫管理系統(DataBase Management System，DBMS)和人機界面(User Interface，UI)三部分組成。

數學模型庫是灌區管理DSS的核心，含有灌溉配水子模型，排澇子模型，灌區農作物優化種植比子模型和灌區抗旱預報子模型等。具體介紹如下:

水庫灌區配水子模型:該模型是根據灌區灌溉可用水量和各渠系農作物的需水情況，優化灌區水量分配，制定總干渠、干渠、支渠優化配水方案，提高灌溉管理水平和經濟效益，對解決有限供水條件下的灌區配水問題效果比較明顯。該模型具有供水能力分析，用水分析，供需平衡分析，方案比選等功能。

排澇子模型:該模型根據我國水庫灌區特點和灌區排澇系統實際，綜合考慮澇災、漬災對農作物的危害和地下水水位上升引起的土壤鹽堿化影響，分析排澇效益指標，為決策者提供經濟合理的排澇措施。

優化灌區農作物種植比子模型:該模型是解決在水庫灌區可用水量、單位面積農作物收成、農作物價格、農作物凈耗水量和農民在單位種植面積上的經濟支出等前提下，通過優化分配灌區農作物種植比，使得灌區范圍內農民的收入和管理單位的效益最大化。

灌區抗旱子模型:該模型是對實測的降雨、墑情、農作物生長情況、灌區可用水量和天氣預報等信息進行分析處理和綜合評價，及時進行旱情預報，并對旱情進行經濟評估，提出相應的抗旱措施。該模型應用隨機模型和隨機方法處理一系列隨機數據，在此基礎上對灌區旱情進行概率分析。

模型庫各子模型采用模塊化程序設計方式，各子模塊之間互相獨立，這樣可以根據需要編制或修改程序代碼而不影響其它子模型的程序，同時還可根據需要增減子模型，因此有利于軟件維護和功能的增減，從而使系統具有良好的通用性和擴展性。

數據庫管理系統(DBMS)是DSS建立的前提和重要組成部分，具有數據產生、維護、存取、更新和準備等功能。在DBMS結構設計中要充分考慮系統的安全性、保密性、可靠性、易使用性和響應速度等性能。

DBMS中數據主要分三類:水庫灌區基本特性數據，外部系統采集的實時數據和計算結果數據。

水庫灌區基本特性數據包括水庫庫容特性，灌區各渠系縱橫斷面特性，灌溉面積及農作物分布等相對穩定的數據等。對該類數據的修改需要經過安全認證才可以操作，從而保證數據安全保密真實有效。

外部系統采集的實時數據包括灌區水量，旱情和雨情等數據，由于該數據容量龐大，在開發時要注意三點:

一是要考慮與外部數據接口，以實現數據共享與兼容，其措施為采用統一的數據庫表結構、統一的數據接口和統一的字段標識符項目編碼等;

二是對該類數據進行預處理，提高輔助決策的效率，要求進行實時數據交換和計算的程序能夠實時連續工作，不需要人的干預，其措施是采用Client/Server結構，應用程序安裝在終端上，實時數據和部分計算程序安裝在后臺服務器上，服務器與外部數據庫之間建立數據管道，由觸發器程序定時或人工實現數據的更新。

三是對歷史數據進行歸類處理，避免數據占滿有限的磁盤空間。

計算結果數據是決策支持系統的計算分析結果，可以查詢、顯示和報表打印等。另外，在計算過程中有大量的中間計算數據，所以需要把中間數據存放到臨時表格中，這就要求在程序設計時刪除后續程序不用的中間數據，釋放存儲空間。

人機界面對話管理是為決策者提供用戶接口的軟件，包括用戶登錄，程序驅動菜單，數據修改接口，圖形顯示，數據結果提交和打印等操作。根據該系統的特點要求人機界面具有:高度可視化設計，在輸入/輸出方面，包括數據窗口和圖形窗口，可以將大量信息簡單化，直觀化，因而交互方便，操作靈活;前后關聯的命令驅動及提示，由于數學模型調用之前需要大量的數據準備，因此采用按先后順序的提示輸入所需要的數據。

2 DSS系統開發

本系統基于面向對象的開發思想，采用可視化的Visual C++作為前臺開發工具，運用SQL2000來進行后臺數據庫管理，適用于Windows98/2000/NT/XP操作系統。

在灌區管理DSS各部分完成的基礎上即可進行系統集成，從而實現計算機、網絡、數據庫系統的協調工作。在該系統集成的過程中，接口是考慮的關鍵環節。

隨著科技的不斷進步，水庫的建設也越來越完善。灌區管理DSS已經被廣泛的應用于水庫的管理系統中，它是由人和計算機組成的系統，首先，以計算機為輔助工具完成灌區各種信息的分析、處理等工作，產生供比較的方案，幫助決策者進行問題識別，由人的意識產生并達到灌區合理規劃和決策，及時有效地利用資源，從而獲得最大的期望經濟效益，有效的節省人力物力。