基于GIS的水环境评价决策支持系统—模型库的设计与实现

Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ，Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ，Ｍｏｄｅｌ Ｂａｓｅ，
Ｎｅｕｍｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ，Ｇｅｎｅｔｉｃ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，Ｗａｔｅｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ
－２＊
独创性说明
本人郑重声骥：所呈交的论文是我个入在导爨指导下进行瓣研究工 作及取褥豹研究戏暴。尽我所翔，除了文申特剃翻以标注和致谢瀚地方 外，论文中不包含熟他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证鹳所使用过的材料。与我一圊 工终鲍囝志对本辑究所擞黧任鬻贡献蚜已在论文孛皲了骥穗豹镰爨并表 示了谢漱。
签名；耋！蜢西瓤搜鱼：玉点．
关予论文使建授权酶说明
本人完全了簿洗鞫工整大学畜关媒鹫、健震学饿论文懿巍定，露： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论
文。
师签名；褪目期：教＝笙：兰：； （保密的论文槛解密后应遵循此规定）
ｗａｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｃｔｕａｌｉｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ；ｗａｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｆｏｒｅｃａｓｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ．ＡＲｅｒ ｐｒｅｄｉｇｅｓｔ啦ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｑｕｅｒｙ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｍｏｄｅｌｓ，ｔｈｅ ｎｅｕｒａｌ
承漆潺飙越决策过程舅常复杂，在空彝上嚣要协灞建嚣驽缝区之餮楚劳麓，在 对闯上嚣骚考虑短期匈长期之间的利益冲突，此外，还要权衡部门之间的关系等。 它纵贯社会、经济、环境和水文学铎领域，是一个典型的半结构化的多层次、多决 策者帮多疆耘靛决繁阏透。单学科、革凌策者帮攀毽檬戆决策模式辩解莰就类阚莲 具有比较明显的局限蚀，因此求环境决策系统韵设计开发与墩髑具有登要性和优越
本文就神经网络谯预测研究特别是在水环境影响预测评价巾的应用作了以下工作： 在基予ＧＩＳ（疆理蠢爨爨统）懿承嚣凌译徐ＤＳＳ（决策支持系绞）孛，竞藏了关予搂登 部分的设计与实现。其中包括：模型库子系统；水环境现状评价子系统：水环境预测分 析子系统的设计与开发。在对原有水质数学模型避行分析、简化、具体实现的基础上， 蒲捧经溯终爨麓搂鹜钱巷零霪搂登逡括承蓼凌影鹬颈瓣，爰邃捷冀法对耱经潮络模墅夔 参数及结构进行优化辨识。此外还对所有相关模型进行程序实现、界面开发及系统维
沈阳工业大学 硕士学位论文 基于GIS的水环境评价决策支持系统—模型库的设计与实现 姓名：高鸿雁 申请学位级别：硕士 专业：控制理论与控制工程 指导教师：崔宝侠
20040301
沈阳工业大学硕士学位论文
摘要
神经网络自开创以来一直深受备园专家学者的蘑视，日渐成为一种重要的处理非线 毪阔题瓣王其。谈溺怒瓣经孵络豹又一个重要瘟溺领域。经典煞预溅方法瘸予ｌ｝线经系 统预测肖～定困难，而神经网络具肖非常优良韵｛＃线性特性，特别适于高度ｑ｝线性系统 的处理。因此基于神缀网络的智能预测是解决非线性预测问题的有效方法。
ｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｉｔｂｒｉｎｇｓｏｎｍａｎｙｐｒｏｂｌｅｍｓ穗ｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．
Ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇｓ ａｒｅ ｗｈａｔ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｈａｓ ｄｏｎｅ ｉｎ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｗａｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｄ ａｎ ｍｏｄｅｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ＤＳＳ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＧＩＳ．Ｉｔ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ；
承瓷滚是实嚣蟊容霹特续发震戆一瑗重要蓼壤资源，在对装送嚣震塞浮俊、影响羲 测时存农很多困难。由于水环境的复杂性，在利阁常规方法来建立水质模型进程中，不 可能把所有的影响因繁都考虑进去，一般只把那然主要因素考虑进去而忽略那些次要因 素。嚣鼗，不霹蘧免趣衾绘摸銎懿缀采带来不确逡瞧。将襻经瓣终零｜入拳臻麓影璃颈溅 中，可以解决部分以上问题。
护。
经察狻结栗表秘，短裤经瘸终赣溅模鍪钱替漂；嚣隶囊数学横囊其存绩巢精确、省簿 省力的优点，而且用遗传算法来选取神经网络的绱构和初始权慎，克服了结构选取时凭 经验、纛凑试的缺点，较之单独使用神经网络模型运行速度更快、结果更加精确。
关键词：决策支持系统，地理倍憋系统，模婆脾，神经网络，遗传算法，
水环境评价
．２·
浣鼯工韭大学硬士学使论文
决策艇人们为了选剽某一目的黼进行的有懑识、有选撵的行动。在一寇的人 老、秘辩、浚蓥、搜零、蜜金襄鲢瓣隧寨戆裁终下，太餐舞了交瑗特定毯栝，露捷 多种可供选择的策略中做出决新以求褥最优或较好般果韵过程飘怒决策豹过穗。
决策支持系统问ｔｌ｝以来，经历了上升和徘徊的过程，８０颦代人工智能技术的蓬 羲发鼹，必它注入了新鳝盘滚，镶它产生了赣豹潜力。将太王鬻麓按拳焉予餐溪决 策是一颈汗拓性韵工件。当前己开始研究知识瘁擞特的决策变掩系统，用领域专家 知识来选择和组合模型，以完成问磁的推理和运行，并为用户撮供智能的交甄式接 西。天王帮§§技寒弓｜入ＤＳＳ霉竣兔它掇供畜效鹩遴谂饔方法。铡灏，躲识豹表示帮建 模，推理，演绎和问题濑解以及各种搜索技术，再加上功能很强的人工智能语肖等，都 为ＤＳＳ的发展走向更加实用的阶段提供强有力的理论与方法的淡特。
浣难工鼗太学硬士学位论文
ｌ，｛，２零鞲壤滓蹬露蘩懿发曩裴嚣瑗溧鼹粒造甥蠖
辽河流域位子我阑东ｊ￡地区西南部。主要幽江河干流、躐斌河、东辽海、大辽 河四大水系组成。主骤支流有西挝术仑河、英老河、老哈河、教来河、清河、柳 滔、浮河、太子滔等。
辽河楚我雷七丈江河之～，也是我国受污染较重的江河之一。辽河流域城市、 人口密懿，造成辽河中下游城市群沿河污染严重，加之流域内严重缺水，进入桔水 鬟岳，莱麴涎交凄臻涨滚虢揍况，遗翡需要热大力度送爨管毽。在拳资滚戆开发程 用过程巾，确保社会效益、经济效藏和环境效靛的统一，是社会经济和水资源管理 决策者拭同遵循的基雄准则。
ｌ。２。１决繁支薅系统ＤＳＳ １．２．１．１决策支持系统的定义
决策支持系统ＤＳＳ（Ｄｅｃｉｓｉｏｎ Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｙ蹴蝴最早子∞世鳃∞年代扔出飙ｓ．
Ｓｃｏｔｔ Ｍｏｒｔｏｎ教授在“管蓬袭蒙系统”一文孛蓄巍撵遗；其定义必“综含嚣瑟务释数 据、信息、知识，特别是模型技术，辅助决策者解决决策问题的人机交互系统”【５】。
签名：岛鸿厩导
淀臻王鼗大学疆士学佼论文
１绪论
本次设计的论文题目为基于地理信息系统（ｏＩＳ）的水环境评价决策支持系统（Ｄｓｓ） 中模型魔的设计与实现。在此首先对该系统所涉及的知识背景、课题的实际意义及 主要萋鬻究方淘痒一下麓肇会绥。
１．１课题的提出
１．１．１水邵壤评价的鬟溪性 环辘楚入类翻罄然界生存黧笈鼹掰必需稳物矮基础，它怒复杂多样、千变万纯
ｉｔｓ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒ，ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｍｅｔｌｌｏｄｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｅｘｔｅｎｄ ｔｈｅ ｓｐａｃｅ
ｏｆｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ＋
Ｗａｔｅｒ ｒｅｓｏｕｌｖ凇ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｒｃｓｏｕｌｒwenku.baidu.comｉｎ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｃｅ
ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．Ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｗａｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ，ｗｅ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｔａｋｅ ｔｈｅ
ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｔｏ ａｃｃｏｕｎｔ ａｎｄ ｎｅｇｌｅｃｔ ｔｈｅ ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅ ｆａｅｔｏｒｓ ｉｎ ｖｉｒｔｕａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｏｆ
性。
奉文遵基予ＧＩＳ酌农瓷滚综合浮馋凌蓑支持系统鹣开发设计与实理，褥蟪理蓬 息系统与决策支持系统集成应用予水资源保护中，是辽宁省韵然科学基盘资助项 目，符合我国政府制是的“到２０１０零，基本改变生态环境恶化的状况，城乡耶境有 踺较翳鬟渡善”熬嚣髂酸簧大方囊，最舂缳强戆搜拳洼窥缀好鹣先进囊。
１．２课趟相关技术研究综述
ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ；ｔｈｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ ｉｓ
ｕｓｅｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅｎ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ，
沈阳工业大学硕士学位论文
Ｗａｔｅｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ＤＳＳ ｂａｓｅｄ ｏｎ锺Ｓ
——１ｒｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｄｅｌ Ｂａｓｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｎｅｕｒａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍａｎｙ ｆｉｅｌｄｓ ｓｉｎｃｅ ｉｔ ｃａｒｒｉｅ ｉｎｔｏ ｂｅｉ蚰ｇ．Ｎｏｗ ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｏ ｂｅ ａ ｕｓｅｆｕｌ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔ００１．Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ ｏｆｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ。Ｓｉｎｃｅ ｍｏｓｔ ｏｆｔｂｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｈａｖｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ
ｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｃａｓｅｓ．Ｗｈｉｌｅ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｃｏｍｐｅｔｅｎｔ ｆｏｒ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒ
ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｍｏｄｅｌ ｐｒｏｇａｍｍ崦ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｏｎｅ．
Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｍｏｌ＇ｅ ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｔｈａｎ ｖｑａｔｅｒ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｍｏｄｅｌ．Ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｃａｎ ｃｈｏｏｓｅ ｔｈｅ ｅｘａｃｔ ｓｌｒｕｅｔｕｒｅ‘ｏｆ ｍｏｄｅｌ．Ｉｔ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｔｅ ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ．
承鼹一种自然瓷源，它不但爨季±会经济发髅盼物质基础，还是入类和一切生物 赖以生存的生命要素。然而，今天的地球正臼益陷入淡水资源短缺和水资源严重污 染的困壤，求资源短缺与污染闯联压制约着全球经济和社会的发展著影响瓣人类靛 生存环境。如果永不能可持续利溺，人类耨无浚继续生存。蜜现自然资源豹持续弱 用即可持续发展是人揽得以继续生存的唯一途径和方法。
本资源持续利用阏题成为当今永资源研究的羹要课题。承环撬谨价包旗本质现 状评价翔水环境影确评价：现状谱徐是对永体污染现状进程等级分类；影响评价是 研究污染源对于水质将来的影响。水环境影晌评价的目的是定景地预测未来的开发 行动或建设项基自承馋｛｛｝放的污染物鸯量，确焱建设前水环境背景的状况，分析建 设项目投产后水环境的变纯：解释污染物质在水体中的输送鞠降解规襻；撬出建设 项目和隧域环境污染源的控制和防治对策。由此可以看出，水环境评价能为决策者 提供鸯效的辕助决蒙髂惠，对于承舔境保护和受溅可持续发展其专重要意义。
的，同时又是有限的。随着科学技术的不断进步和生产力水平的提高，人炎创造了 前所未露的镪质财塞＋然而，正嵌入类享受自融创造的物质文明的同时，人口剧 增、资源结竭、环蒲污染、生态邋纯等全球性阏惩困扰着入类。人类在副造怒麦耱 质文明的同时，也不自觉的创造了一个危及自己嫩存的环境。
霹掩续发展是当今时代发展的主题，是人类技会发展的凝阶段、新模式。可持 续发麟强调的是入掰、资源、环境和经济豹协调鸯瘩续发震，发展应遵循公平往、 持续性和协调性的原则。可持续发展追求的目标是：不仅满足人类的各种需求，又 要保护煞态环壤，且不对后代人梅成藏胁。