基于GIS的水环境评价决策支持系统研究

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1、东北大学博士学位论文基于GIS的水环境评价决策支持系统研究姓名：崔宝侠申请学位级别：博士专业：控制理论与控制工程指导教师：徐心和20050801查些垄兰堡主堂垡堕查．塑墨基于GlS的水环境评价决策支持系统研究摘要水环境评价是一个涉及多学科、多因素的复杂大系统，它的优劣将直接影响人们日常生活和经济的发展。决策支持系统(DSS)为人们提供了分析问题、构建模型、模拟决策过程和效果的决策环境，成为解决半结构化问题和非结构化问题的有效工具。随着人工智能技术、地理信息系统的飞速发展，决策支持系统不仅能解决定量的问题，而且也能很好地处理不确定的、模

2、糊的、定性的知识，从而辅助决策者做出科学的决策。针对当前辽宁省水资源短缺、污染严重的现状，为了提高水环境的管理水平、促进水资源的可持续发展，本文在设计基于GIS平台的水环境评价决策支持系统的过程中，主要完成了以下的研究工作。1．针对遥感图像进行图像压缩的研究。首先分析了遥感图像的统计特性和相关性，并对各种码书设计算法进行分析研究。利用小波图像系数的空间分布特征以及它的多分辨率特点，应用遗传退火算法、有性繁殖遗传算法，提出了矢量量化方法在图像压缩中的应用。实验结果表明本文提出的码书设计方法可以在较大压缩比的前提下，得到更好的恢复图像质量

3、，并有较快的收敛速度。2．研究遥感图像分类的几种方法。结合遥感图像处理专业软件ERDASIMAGINE，采用BP神经网络算法实现了非监督聚类算法和监督分类法的结合，使分类试验精度有了一定的提高。研究分析了自组织神经网络算法和学习矢量量化算法，提出了一种基于改进的SOFM算法和LVQ2算法的混合学习矢量量化算法。通过具体试验的实施。证明}iLvQ算法不仅保持了数据的拓扑有序性，而且还进一步提高了分类精度。最后探讨了LVQ算法的主要缺点，在分析广义学习矢量量化算法的基础上，将GLVO算法引入遥感影像分类中，并建立了分类模型。3．模型库及模

4、型库管理系统的开发与研制。为了适应对水环境评价和预测的需求，本文引进了大量的水质数学模型。在人工智能方面，除用于水质评价的模糊评价模型、用于水质预测的人工神经网络模型和基于遗传的神经网络模型外，本文将模糊神经网络应用于水环境影响预测方蕊，并取得了很好的预测效果。本文采用面向对象技术的方法，与数据库相结合，建立模型库管理子系统，有效地实现了对模型的增加、删除、修改，从而方便水环境管理者实现对模型的管理。H东北叁鲎壁主堂垒堕查塑墨4．将知识库引入水环境影响评价决策支持系统。本文对水环境评价知识的内容、知识的获取进行阐述，对水环境评价的过程

5、进行深入地研究，针对其评价知识的特点，对知识的表示和推理进行了设计，同时还设计了知识库管理系统，并完成了界面的开发。5．设计开发了可视化辅助决策予系统，用户通过可视化界面进行操作，命令直接由地理信息系统控件接受，然后通过它与模型库、数据库、知识库等其它各库的交互完成分析操作，同时将人工智能中的广度优先搜索算法运用到洪水蔓延过程仿真中。利用GIS对空间数据的操纵管理能力来模拟洪水淹没过程，显著地提高了模拟分析的效率和可靠性。结合GIS的空间分析能力实现对淹没区域的各种分析评价，还可以科学、高效地进行防洪决策与灾害评估。关键词：水环境评价

6、，决策支持系统，地理信息系统，遥感图像，图像压缩，图像分类，神经网络，遗传算法，模糊控制，小波变换Ill塑!垄堂壁主堂垒垒查垒呈坐坚StudiesonDecisionSupportAssessmentSystemofWaterEnvironmentBasedonGISAbstractWaterenvironmentalassessmentisacomplicatedlarge·scalesystemwhichinvolvesmanysubjectsandfactors，anditsqualifieswilldirectlyinflue

7、ncehuman’Sdallylifeandeconomicdevelopment．Decisionsupportsystem①ss)providesadecision—makingenvironmentwherewecananalyzequestions，constructmodels，andsimulatetheprocessandeffectsofdecision；ithasbeenaneffectiveandpowerfultoolinsolvingsomesemi·structuredandunstructuredprobl

8、ems．Withtherapiddevelopmentofartificialintelligenttechnologyandgeographyinformationsystem(ols)，decisionsupport