生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理決策支持系統(tǒng)研究

黃靜虹 葛大兵 王文婕 周 雙

(湖南農業(yè)大學生物科學技術學院/生態(tài)科學與工程研究所/洞庭湖區(qū)農村生態(tài)系統(tǒng)健康湖南省重點實驗室)

1 引 言

伴隨著我國經濟實力的不斷提升，政府對環(huán)境問題的關注和投入也越來越多，黨的“十八大”更是將生態(tài)文明建設納入社會主義“五位一體”的總體布局中。原國家環(huán)境保護總局從2003年開展生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省的建設以來，生態(tài)縣建設作為中國生態(tài)文明建設的主要載體之一為推動社會經濟和生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)做出了突出貢獻，也將是我國在未來可持續(xù)化發(fā)展戰(zhàn)略中的重要實踐途徑。

決策支持系統(tǒng)自20 世紀70年代提出至今，國內外在環(huán)境影響評價、水環(huán)境和水資源規(guī)劃和管理、大氣環(huán)境管理、固體廢物管理、環(huán)境應急系統(tǒng)、旅游規(guī)劃以及在研究環(huán)境與經濟的協(xié)調發(fā)展的宏觀環(huán)境決策方面都進行了大量的研究工作，環(huán)境規(guī)劃、管理是決策支持系統(tǒng)重要領域之一［1］。建立和完善生態(tài)縣建設規(guī)劃和管理決策支持系統(tǒng)，為生態(tài)縣建設提供高效的、可操作的計算機網絡平臺，能夠為政府部門在生態(tài)縣建設上提供決策服務，能有力促進生態(tài)建設事業(yè)的發(fā)展。

2 生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理決策支持系統(tǒng)的提出

2.1 生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理的特點

生態(tài)縣建設是在縣級行政區(qū)劃范圍內根據本地的自然條件和生態(tài)特點，以實現社會經濟和區(qū)域生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展為目的，依據國家相關法律法規(guī)，運用生態(tài)學、生態(tài)經濟學的科學原理，對規(guī)劃區(qū)域的社會、經濟、環(huán)境狀況進行現狀調查以及評估預測，從而對縣域社會、經濟、環(huán)境的發(fā)展提供目標、任務及具體措施［2］。生態(tài)縣建設規(guī)劃和管理具有以下特征:

(1)廣泛性和多元性

我國現行的國家級生態(tài)縣標準包括經濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護、社會進步這三個類別的22 項指標［3］。生態(tài)縣建設不僅僅是生態(tài)環(huán)境方面的建設，它是在“社會—經濟—環(huán)境”復合生態(tài)系統(tǒng)下的一個龐大的綜合工程。形成生態(tài)縣建設規(guī)劃往往需要區(qū)域內社會、經濟、環(huán)境等各個方面的背景和現狀資料為依據，這些資料復雜而多樣，包括基礎地圖數據和影像數據，如行政區(qū)劃圖、交通圖、旅游規(guī)劃圖和衛(wèi)星遙感圖;環(huán)境與資源數據，如地質、森林、礦產、水文、植被、氣候等方面數據;社會經濟數據，主要是政府統(tǒng)計部門提供的、規(guī)劃部門收集的社會經濟材料;以及相關法律法規(guī)。而在生態(tài)縣建設的管理過程中更是要對社會、經濟、環(huán)境這些多元的信息進行監(jiān)控和掌握。生態(tài)縣建設規(guī)劃和管理具有廣泛性和多元性，其組成的信息量龐大、數據組成結構復雜，信息的收集和利用的難度大、效率低。

(2)統(tǒng)籌性與層次性

生態(tài)縣建設規(guī)劃和管理是一個涉及面廣、工作量大的系統(tǒng)工程，它既具有宏觀層次決策、中觀層次決策、微觀層次決策及“縣－鄉(xiāng)鎮(zhèn)－村”的層次性，又是對縣域社會、經濟、環(huán)境的統(tǒng)籌規(guī)劃，在可持續(xù)發(fā)展的總原則下，各項發(fā)展和建設都要以生態(tài)縣建設規(guī)劃為指導。從生態(tài)縣建設規(guī)劃的編制到生態(tài)縣建設過程的管理，涉及到各個政府機構、各級行政部門、非政府機構、私營業(yè)主、工業(yè)企業(yè)和民間組織，必須是一個多部門、多層次共同決策、共同實施的過程。

(3)各指標之間的非線性互作和反饋關系

在縣域“社會—經濟—環(huán)境”復合生態(tài)系統(tǒng)機構中，各因素之間存在錯綜復雜的非線性互作和反饋關系。例如，人口與教育因子的發(fā)展促進科技、環(huán)保投入等因素的變化，而上述各項因素也取決于土地、水、植被、能源等資源的變化。在實際建設過程中，多因子平衡發(fā)展特征存在差異，因子之間的相互關系帶來的反饋效應難以評估，以至特定的決策問題研判并非單純一對一關系，局部因子的變化對系統(tǒng)整體發(fā)展影響的不確定性難以預測。各指標之間的非線性互作和反饋關系使得生態(tài)縣建設規(guī)劃和管理系統(tǒng)的決策過程不確定性增加［4］。

(4)規(guī)劃的前瞻性和建設管理的動態(tài)性

超前性是規(guī)劃的基本特征之一，生態(tài)縣建設規(guī)劃決策是對縣域的各項活動作出超前指導，是根據縣域過去的發(fā)展狀況和現在的基本形勢對未來的作出的預測，我國生態(tài)縣建設時限一般有5～10年，近、中、遠期分別為3年、5年、10年［2］。實踐中，縣域社會、經濟、環(huán)境的變化不能及時的反饋而對生態(tài)縣建設規(guī)劃進行及時調整，可能會在未來的建設過程中造成社會資源的浪費和發(fā)展乏力，讓規(guī)劃的實踐效果與期望中的目標相去甚遠。生態(tài)縣建設的規(guī)劃與管理執(zhí)行應該是一個有機整體，是一個不斷循環(huán)的動態(tài)過程［5］(圖1)。

圖1 生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理工作流程圖

2.2 將決策支持系統(tǒng)運用于生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理

生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理是一個多因素、多層次、多功能的復合大系統(tǒng)，人們很難了解系統(tǒng)的過程機理。生態(tài)縣建設問題多是半結構化和非結構化的，其決策屬于半結構化決策或非結構化決策。我國環(huán)境規(guī)劃發(fā)展30 多年至今，理論和實踐取得了極大的豐富和發(fā)展，然而，環(huán)境規(guī)劃信息化建設仍處于初期階段，信息的收集和利用效率低，規(guī)劃方法和技術手段自動化程度不高［6］。在信息時代，我們必須采用先進的手段進行信息收集、處理和傳輸，采用科學的方法進行生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理，才能適應時代的發(fā)展要求。決策支持系統(tǒng)在生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理上的應用可以有效解決以上問題。

3 系統(tǒng)開發(fā)目標和主要內容

3.1 系統(tǒng)開發(fā)目標

生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理決策支持系統(tǒng)的主要目標有:

(1)建立生態(tài)縣建設基礎信息資源數據倉庫，實現生態(tài)縣建設信息要素挖掘、管理、共享和可視化。

(2)為縣以及下轄各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村的生態(tài)建設規(guī)劃的制定提供直觀而形象的分析資料以及決策支持。開發(fā)區(qū)域復雜系統(tǒng)過程模型和評估模型，對生態(tài)縣建設落實情況進行“監(jiān)測－評估－調整”的動態(tài)管理。

(3)建立生態(tài)縣建設規(guī)劃和管理信息平臺，為生態(tài)縣建設的相關業(yè)務部門及建設部門以及公眾提供信息查詢和數據分析。以信息化、可視化、智能化的形式為生態(tài)縣建設提供科學的決策和有效的管理［7］。

3.2 系統(tǒng)開發(fā)的主要內容

結合建立生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理需求分析，開發(fā)生態(tài)縣“社會—經濟—環(huán)境”復合生態(tài)系統(tǒng)模型，建立生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理決策支持系統(tǒng)平臺，其主要內容有:

(1)生態(tài)縣建設決策依靠地理、人口、資源、經濟、環(huán)境等等相關信息，但以上信息數據涉及的各個部門，其維護和更新都有由各自部門負責，數據共享程度低，重復采集又浪費了工作時間。提高生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理的工作效率，因此，必須建立分布式共享數據庫和數據共享平臺，提供分布式數據的搜索、訪問與維護。

(2)對于土地質量評價、水質評價、區(qū)域綜合生態(tài)承載力評估等重大問題，評價和預測模型是為生態(tài)縣建設提供決策支持的重要手段，需要建立一個面向用戶的模型庫管理系統(tǒng)，通過對決策方案的優(yōu)化、復雜系統(tǒng)過程關系的模擬和決策結果的仿真模擬，為決策者提供在生態(tài)縣建設過程中重大生態(tài)問題進行決策的可視化商決決策平臺。

(3)運用WebGIS 實現生態(tài)環(huán)境空間可視化以及空間信息的編輯，可以為生態(tài)縣建設的信息管理和輔助決策提供準確、直觀的信息支持。建立可以實現網上信息瀏覽查詢、GIS 空間分析、地圖輸出等功能的基于WebGIS 的數據與決策信息發(fā)布平臺。

(4)開發(fā)B/S 生態(tài)縣建設數據發(fā)布平臺，通過構建發(fā)布平臺與數據庫接口，實現生態(tài)縣建設數據的可視化以及公眾信息采集等用戶交互，實現生態(tài)縣建設和決策的網絡發(fā)布。

4 系統(tǒng)技術路線和功能結構設計

4.1 系統(tǒng)開發(fā)的技術路線

生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理決策支持系統(tǒng)是在WWW 環(huán)境技術支持下的信息管理和決策支持平臺，采用B/S 架構，在服務器端實現Web 服務、GIS 服務以及數據庫服務、模型庫服務、知識庫服務。在開發(fā)技術上，系統(tǒng)應當選擇當前比較先進的面向對象技術和系統(tǒng)集成技術，為了確保系統(tǒng)的集成性，應當對開發(fā)環(huán)境和運行環(huán)境做統(tǒng)一約束。建議Web Server 平臺使用Microsoft IIS 和Apache Tomcat，數據庫管理系統(tǒng)使用Microsoft SQL Server 2012，WebGIS 開發(fā)工具使用ESRI ArcGIS 系列產品，技術架構平臺使用Microsoft Visual Studio，操作系統(tǒng)使用Microsoft Windows 7 等產品，瀏覽器使用Microsoft Internet Explorer 6 及以上產品［8］。圖2 是系統(tǒng)的設計路線圖。

圖2 技術路線圖

4.2 系統(tǒng)的功能結構

生態(tài)縣建設規(guī)劃管理決策支持系統(tǒng)的功能結構如圖3，整個系統(tǒng)由驅動層、功能層、業(yè)務層、交互層四個層次組成。(1)系統(tǒng)驅動層中數據庫、模型庫、知識庫是整個系統(tǒng)賴以運轉的基礎。數據庫主要包括關系數據、空間數據和屬性數據;模型庫的功能是實現生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理的分析、預測以及專業(yè)模型的管理和調試。知識庫則提供對生態(tài)縣建設規(guī)則的儲存、檢索、修改等［8］。(2)系統(tǒng)功能層由生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理所需專業(yè)功能以及系統(tǒng)管理功能構成，主要有對生態(tài)縣經濟、社會、環(huán)境信息的查詢與分析，與生態(tài)縣建設相關的重要問題的模擬、評估，數據庫的操作，以及公眾交流。(3)系統(tǒng)的業(yè)務層實現生態(tài)縣建設規(guī)劃和生態(tài)縣建設管理業(yè)務邏輯控制和集成功能。(4)系統(tǒng)的交互層哥生態(tài)縣建設的決策人提供一個友好的界面，實現人機交互、信息的輸入輸出和系統(tǒng)控制。

圖3 系統(tǒng)功能結構圖

5 結 論

決策支持系統(tǒng)、地理信息技術與生態(tài)規(guī)劃的結合正不斷應用于我國的生態(tài)建設領域，生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理決策支持系統(tǒng)正是其中的典型案例。生態(tài)縣建設規(guī)劃與管理決策支持系統(tǒng)將規(guī)劃與管理一體化思維與系統(tǒng)科學有機的結合，整合專業(yè)模型和科學方法進行動態(tài)評估和時空分析，為制定和落實生態(tài)縣建設規(guī)劃和政府的綜合決策提供了科學依據，在我國生態(tài)縣建設領域具有廣泛的應用和推廣價值。

［1］王一軍．環(huán)境決策支持系統(tǒng)的關鍵技術研究［D］湖南:中南大學，2009:8－13．

［2］卞有生．生態(tài)示范區(qū)、生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設規(guī)劃編制導則［J］．環(huán)境保護，2003，10:22－26．

［3］國家環(huán)保總局關于印發(fā)《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設指標(修訂稿)》的通知，2008．

［4］王開運，徐建華，俞立中等．基于生態(tài)承載力的空間決策支持系統(tǒng)開發(fā)與應用:上海市崇明島案例［M］．北京:科學出版社，2011:42－44．

［5］于卓，吳志華．城市規(guī)劃與管理一體化決策支持系統(tǒng)研究［J］．武漢大學學報(工學版)，2001，36(6):43－45．

［6］喻懷義，李志琴，郭濤．建立環(huán)境規(guī)劃基礎信息應用平臺框架研究［J］．廣州環(huán)境科學，2010，25(2):34－36．

［7］葛文生．基于ARCGIS 的安慶生態(tài)環(huán)境地理信息系統(tǒng)建設研究［J］．安徽建筑工業(yè)學院學報(自然科學版)，2009，17(1):93－96．

［8］閆繼軍，趙進勇，王冠華，等．基于WebGIS 技術的河流生態(tài)修復適應性管理決策支持系統(tǒng)［C］．測繪出版社，2009:554－558．