济南市大气环境管理决策支持系统的设计与开发

济南市大气环境管理决策支持系统的设计与开发摘要通过对我国现行的大气环境管理政策和济南市当前环境管理状况的分析，提出济南市大气环境管理决策支持所需要的总体功能要求及决策支持系统的总体结构，并且对整个系统进行需求分析和总体设计。关键词大气环境管理决策支持系统;设计与开发;济南市1大气环境管理政策济南市环境空气质量管理决策支持系统的最终目的是为济南市的城市环境管理者提供辅助决策支持，所以，在进行系统需求分析的开始，有必要对目前国内现行的城市大气环境规章制度以及其他的一些非管制手段进行分析。1.1宏观规划手段宏观规划手段主要是指利用环境规划、城市规划、社会经济发展规划进行产业结构调整、能源结构调整和城市布局调整。具体到济南市的实际情况，其污染很大一部分是由于历史原因形成的，如果要从根本上控制大气污染，则必须利用政府的宏观调控手段，调整不合理的产业结构、能源结构和产业空间布局，做到预防为主。【1】1.2环境管理管制手段主要有以下手段：限期治理制度、实行关停并转、环境影响报告制度、建设项目“三同时”管理、排污申报和许可证制度、污染集中控制制度等。【2】1.3经济手段所谓经济手段是指利用价格、税收、信贷、投资、微观刺激和宏观经济调节等经济杠杆，调整或影响有关当事人产生和消除污染行为的一项措施。现行的大气环境管理政策主要有排污交易制度和排污收费制度。1.4自愿性政策手段自愿性环境政策主要有公众参与和清洁生产、环境绿色标准、环境管理系统ISO18000等。实施自愿性政策手段过程中，政府推行环境信息公开化策略尤其重要。【3】2济南市大气环境与大气环境管理概况2.1济南市大气环境现状【4】2010年，济南市区环境空气质量监测共设置8个国控大气监测点位，监测项目主要包括SO2、NO2、PM10、CO、O3、气象参数。（1）可吸入颗粒物、二氧化硫和二氧化氮浓度2010年，济南市环境空气三项主要污染物可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮年均浓度分别为0.117毫克/立方米、0.045毫克/立方米、0.027毫克/立方米，二氧化硫、二氧化氮年均浓度达到国家环境空气质量二级标准，可吸入颗粒物年均浓度超标0.2倍。与2009年相比，可吸入颗粒物、二氧化硫年均浓度分别下降4.9%、10.0%，二氧化氮浓度上升8%。济南市环境空气以尘污染为主。（2）空气质量优良天数2010年，市区环境空气质量良好以上天数307天，占全年监测天数的84.1％，比2009年增加3.3个百分点。（3）济南市“十一五”空气质量状况2006年以来，可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮浓度基本保持稳定。市图1济南市环境空气中主要污染物年际变化趋势0.000.020.040.060.080.100.120.142006年2007年2008年2009年2010年年度浓度mg/m3SO2NO2PM10区环境空气质量良好以上天数无明显变化。主要污染物及良好天数年际变化分别见图1、图2。2.2济南市大气环境管理主体城市大气环境管理，实质上是一种利益协调和相互制衡的机制，目的是使参与管理过程的各方代表或所表达的利益得到均衡，最终取得大气环境效益最大的结果，为了使这种相互平衡的利益格局得以形成，在大气管理中各参与主体的作用都得以体现。在城市层面上，这些参与主体主要包括济南市人大、政协、济南市政府、济南市环境保护局、工商产业界、科研学术界、公众。目前济南市的大气环境管理，主要依托于地方政府、企业和社会公众三个层次来进行。济南市环保局作为参与济南市环境管理的最主要主体，通过对经济活动的适度干预、自身的环境行政行为和整体协调作用等手段，在环境管理中发挥着主导作用。企业是社会经济活动的基本单位是环境管理的主要受体，是政府进行环境监督，管理的工作重点。公众作为环境污染的承受者，有权通过一定的程序或途径参与环境利益相关的决策活动，以使得该项决策能够符合公众的切身利益。2.3济南市环境管理机构与职能与用户系统济南市环境保护局作为济南市政府环境管理职能的实际掌握着，全面负责济南市的大气环境管理工作。在济南市环境保护局所属部门中，直接参与大气环境管理的主要有污染控制处、监督管理处、环境保护监测站（科研所）、环境监理总站、环境保护监察支队。2.4济南市大气环境管理措施307311295295307250260270280290300310320良好天数2006年2007年2008年2009年2010年年度图2济南市环境空气良好天数变化情况在环境管理中强调以人为本的思想，对环境质量的监控和对污染源排放进行管理，确保环境空气质量的稳步改善。深入落实环境保护八项管理制度，推进全市大气环境管理工作。更多的考虑环境问题与社会、经济发展之间的联系，利用可持续发展的战略指导环境保护工作。几年来，济南市围绕进一步改善空气质量的中心目标，开展了大量的大气环境保护科研工作。有空气质量日报预报、环境空气重点污染源监测预警与控制系统、空气质量数值预报模式系统、济南市环境能源规划研究。各种措施有力的加强了对环境管理的支持。3济南市大气环境管理决策支持系统需求分析大气环境管政策的制订与执行需要经过方案设计、方案评价、再修正目标的调整过程，系统应该能够满足实际大气管理中问题分析、目标确定、方案设计、方案评价四个阶段的辅助决策需求。【5】3.1问题分析阶段需求问题分析的目标是：利用济南市历年的环境质量、环境统计、排污申报、专项工作、环境标准、环境功能区等环境数据和社会经济数据、气象数据，从不同的时间、空间范围角度进行行业资源消耗和排污情况分析，识别重点污染源、重点污染地区或重点污染行业，对大气环境质量变化进行趋势分析，在此基础上，明确决策的空间范围和决策目标。【6】问题分析的首要内容是问题识别。问题识别的流程如下。决策者提出决策意向决策者应用识别主要问题找出污染特征数据分析直接数据数据抽取环境质量数据污染源数据气象数据社会经济背景数据行业政策功能区划环境标准环保法规充分数据充分数据不充分图3大气环境管理决策问题识别流程大气环境管理决策系统从用户角度看，主要有两大功能。（1）数据库管理功能①单一数据库查询、统计和制图对数据库进行数据浏览和万能查询，根据自定义条件对数据进行条件查询。主要数据有：污染源数据，数据包括对每个点源的属性、SO2排放量、NO2排放量、PM10排放量、面源属性等；气象数据，数据包括逐日逐时的气压、气温、温度、总云量、低云量、降水、风向、风速以及稳定度数据；环境质量数据，各个监测点的SO2、NO2、PM10等的监测浓度；其他数据主要包括社会经济数据、环境标准数据、功能区划数据。②数据库联合查询统计污染源数据与环境质量数据联合查询，定义污染源数据中的某些条件，根据这些条件关联环境质量数据，并进行查询和浏览数据，统计生成GIS图片和表格。气象数据与环境质量数据的联合查询，定义气象数据中的某些条件（年月、风速、风向等），根据这些条件关联环境质量数据，并进行查询和浏览数据，统计生成GIS图片和表格。③数据仓库与数据挖掘由污染源数据、气象数据、环境质量数据的清理、变换、集成、装入，生成统一数据仓库，以此数据仓库为基础应用数据挖掘引擎和知识库进行评估和表示，生成最后有价值的信息。【7】（2）GIS分析功能借助GIS、数据库技术，可以获得环境基础信息的时间变化、空间分布以及了解重点污染源、环境质量空间分布，确定重点环境污染地区、污染程度以及污染影响人口、建筑材料分布。也有利于大气环境管理决策者对决策目标的调整和修改，提高决策目标的科学性、可行性和针对性。对于GIS功能的具体要求有：显示缩放功能；查询功能；简单的地图图层管理功能；等高线分布；空间分析功能；趋势面分析；叠加分析；3D立体分析等。【8】3.2确定目标和设计方案济南市的大气环境管理工作主要围绕常用的环境管理手段开展，决策支持系统中的方案设计，也即污染控制策略情景设定也必须首先建立在常用手段模块上，对政府的宏观调控政策和现行的环境管理规章制度以及其他的一些非管制手段进行有效的表征，然后以它们为基础，通过组合形成新的符合决策者要求的管理政策。系统要通过人机对话的方式，要将合适的决策方案表达出来并变成计算机所能理解的存储方式。大气环境管理途径包括涉及产业结构、能源结构和布局调整的规划手段、环境管理制度、经济手段、自愿性政策等。无论采用什么政策、策略，只要知道政策实施后污染源排放清单的改变，就可以评价政策实施后的效果。所以污染控制情景设定的关键环节是污染源排放清单的确定。系统在人机对话下对污染源数据库进行万能查询、修改来确定污染源排放清单。对常用的环境评价、区域综合治理、集中控制等常用的环境管理方案生成功能系统要给与定制，以方便用户的使用。一般的信息管理系统没有备选方案生成功能，备选方案生成是决策支持系统所特有。3.3备选方案评价决策支持系统一方面提交有关信息供决策者参与，另外一方面要对具体的决策方案给与系统评价。备选的决策方案是否成为最终决策，还需要对备选方案进行系统分析与评价。决策支持系统从方案对环境质量影响，实施总成本与成本分配、方案的效益等几方面评价提供定量化支持。4济南市大气环境管理决策支持系统总体结构和模块划分围绕济南市大气环境管理工作，以实际大气管理的各种需求为出发点，研究开发出一套具有快捷查询、整体评价、综合分析等功能的济南市空气质量管理决策支持系统，提高济南市大气环境管理的科学性和时效性，是系统开发的目标。系统的设计思想是以用户需求为基础，在总体设计上采用以下几个原则：①系统采用自顶向下和自底向上相结合的方法，将结构化分析和原型方法相结合，进行系统的分析、设计和开发。②系统的设计和开发基于GIS，为此需要考虑GIS作为空间信息管理系统在数据处理、操作和接口上对DSS系统组成部件上的技术需求。③为提高开发速度与维护简易，采用Delphi与Matlab等语言，既保证了界面的简洁，又节约开发成本。④系统作为决策支持系统，模型驱动是其最主要的特点之一，其中涉及大量模型，设计系统中应提供模型的操作和管理手段。【9】系统的总体结构如图4所示。模型模块数据模块用户接口模块城市空气质量模拟污染排放总体控制成本效益分析环境经济能源系统分析GIS数据临时access数据SQLServer数据仓库GIS管理情景设定IMS实时发布Delphi用户界面图4济南市大气环境管理决策支持系统总体结构这个系统由三大类模块组成，分别是模型模块、数据模块和用户接口模块，各类模块由多个小模块合并组成。模块和用户接口之间并没有联系，数据模块为模型和用户接口提供数据来源。各小模块的具体功能如下。①城市空气质量模拟以污染源数据库和气象数据库为基础，采用改进的高斯模型对大气质量进行模拟。②污染排放总量控制科学合理的计算、分配区域大气环境容量并合理分配至污染源。③成本效益分析建立大气污染治理手段数据库，对计算环境污染损失的有关参数实现数据库管理，针对情景设定的政策手段，确定污染源治理手段与成本，并计算对污染浓度的影响和挽回的环境损失。④环境经济能源系统分析利用各行业的投入产出关系，评价环境保护措施对经济发展的整体影响。⑤GIS数据管理地理信息数据的生成、存储和管理。⑥临时Access数据管理程序中间数据的存储管理。⑦SQLServer数据仓库地区基础数据库，如人口、网络、污染源分布等数据。⑧GIS界面管理地理信息数据的生成、存储、修改、查询和显示。⑨情景设定对政府的宏观调控政策和现行的环境管理规章制度以及其他的一些非管制手段进行有效的表征，以它们为基础，通过组合形成新的符合决策者要求的管理政策。⑩IMS实时发布使用WEB的方式，发布地理信息数据。⑪Delphi用户界面集成软件界面，用户通过软件界面上的操作，实现环境决策支持。【10】【参考文献】【1】马晓明.环境规划理论与方法.北京：化学工业出版社，2004【2】叶文虎.环境管理学.北京：高等教育出版社，2000【3】马小明，过孝民等.城市可持续发展环境经济评价及案例.中国环境科学，1999，（5）：127~132【4】济南市环境保护局.[2011-3-31].http:/