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支持多学科模型集成的流域决策支持系统的研究与应用

作　者: 赵彦博
导　师: 赵军
学　校: 西北师范大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 流域管理决策支持系统综合管理多学科模型模型集成黑河
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着流域科学与生态、经济、社会等多领域的不断纵深交互发展，流域综合管理所面对的范围越来越广、涉及的领域越来越多。流域可持续性管理成为一项极其复杂和艰巨的任务，仅依靠传统管理模式和工具很难做好统筹兼顾和公正协调。决策支持系统作为信息管理、高性能模拟及数据可视化的综合性工具，在帮助流域管理者评估流域状况、确定管理目标、设计管理方案以及模拟方案前景等方面的重要性越来越不可替代。传统流域决策支持系统往往针对特定目标研发，使用一两个模型来解决特定问题，限于系统结构而不能将多领域问题综合考虑。本文提出了一个新的支持多学科模型集成的流域决策支持系统原型。系统实现了多种学科模型的跨时空尺度集成，为流域综合管理提供科学支持。论文结合黑河流域管理中面临的实际决策案例，演示了该系统为流域综合管理提供科学决策依据的能力。流域管理决策支持系统的研究涉及面广，需要的时间和精力投入很大，本论文在系统设计开发方面重点完成以下几个方面的内容：1.构建一个新的支持多学科模型集成的智能流域管理决策支持系统原型。研究广泛参考国内外决策支持系统的体系结构，结合相关技术的最新进展和发展趋势，设计了智能流域管理决策支持系统的系统架构并实现软件原型。2.提出基于情景驱动的决策支持流程。决策支持流程以情景概念为基础，涵盖问题解析、情景构建、情景运行以及情景评价全过程。3.设计开放式多学科模型管理方式。通过指标计算因子概念和脚本机制，模型管理模块既可以容纳多种学科特点的模型，又能实现多学科模型交互集成。4.设计基于Node-Link的图形化模型集成方案。方案将模型或数据源抽象为Node，通过Link管理集成结构并实现数据交换。该方案能够支持不同空间离散方法和不同时间尺度的模型集成。5.实现了为多学科模型应用服务的数据管理模块。该模块采用C/S结构以统一格式保存通用数据，同时针对常用模型定制导入/导出工具，可直接把某一时空范围的数据制备成模型特定格式。6.为提高系统易用性，系统从架构层面提供GIS支持，能为流域管理决策全过程提供GIS服务。系统还设计了模型输出参数绘图工具，情景分析等可视化工具，提高交互过程的易用性。研究在黑河流域开展了两个应用案例。一个案例在系统中集成了SWAT模型和最小数据法，分析了黑河上游生态补偿价格变化对禁牧比例以及提供的水源涵养服务的影响。另一个案例构建了黑河中上游土地利用情景，通过耦合SWAT和CLUE模型分析了各情景的水文现象。这两个案例验证了本系统科学意义和技术可靠性，同时也表明多学科模型集成可以有效解决流域决策问题。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
1 绪论  11-22
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 研究进展  12-20
    1.2.1 决策支持系统  12-13
    1.2.2 国外研究进展  13-15
    1.2.3 国内研究进展  15-16
    1.2.4 研究现状分析  16-20
  1.3 研究目标  20-21
  1.4 论文章节安排  21-22
2 总体设计  22-38
  2.1 总体结构  22-29
    2.1.1 人机交互模块  23-25
    2.1.2 决策支持流程管理模块  25
    2.1.3 数据管理模块  25-26
    2.1.4 模型管理模块  26
    2.1.5 决策方法模块  26-28
    2.1.6 专家知识模块  28-29
  2.2 情景驱动的决策流程  29-33
    2.2.1 问题解析  29-30
    2.2.2 情景概念  30-31
    2.2.3 决策流程  31-33
  2.3 系统软件架构  33-38
    2.3.1 插件架构介绍  33-34
    2.3.2 系统架构设计  34-36
    2.3.3 插件接口设计  36-38
3 系统实现  38-53
  3.1 多学科模型管理模块  38-42
    3.1.1 开放式模型库  38-39
    3.1.2 脚本机制  39-40
    3.1.3 指标计算因子  40-41
    3.1.4 模型管理模块界面设计  41-42
  3.2 基于“NODE‐LINK”的模型集成方案  42-45
    3.2.1 节点概念  43
    3.2.2 连接和数据交换  43
    3.2.3 时空尺度解析  43-44
    3.2.4 集成示例  44-45
  3.3 数据管理模块  45-49
    3.3.1 总体设计  45-47
    3.3.2 数据库设计  47-48
    3.3.3 交互界面设计  48-49
  3.4 提高易用性的设计  49-53
    3.4.1 向导式决策流程界面  49-51
    3.4.2 图形化多学科模型集成  51-52
    3.4.3 GIS 及图形化辅助工具  52-53
4 应用案例  53-65
  4.1 黑河上游生态补偿研究案例  53-59
    4.1.1 研究区域  53-55
    4.1.2 模型介绍  55-57
    4.1.3 黑河流域上游生态补偿研究  57-58
    4.1.4 结果与分析  58-59
  4.2 黑河中上游土地利用情景模拟  59-65
    4.2.1 研究目标及区域  59-60
    4.2.2 情景构建  60
    4.2.3 数据和模型配置  60-62
    4.2.4 结果及分析  62-65
5 结论与展望  65-68
  5.1 结论  65-66
  5.2 展望  66-68
参考文献  68-73
科研成果  73-74
致谢  74

支持多学科模型集成的流域决策支持系统的研究与应用

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