决策支持系统在水资源规划与管理中的应用

决策支持系统在水资源规划与管理中的应用王忠静清华大学1.决策与决策支持2.DSS的主要构件及一般结构形式3.DSS设计原则4.水资源规划与管理DSS1.决策与决策支持决策的三要素：决策者决策对象决策信息决策方法决策理论决策者的问题决策者：人个体的集体的团体的国家的国际的人的决策行为模式：如果怎样，将会怎样？模拟期望这样，应该怎样？优化群决策决策对象的问题决策对象：人（们）、事、物个体的人群体的人无形的事有形的事有形的物决策对象的特点结构化的，如有形的物半结构化的，如有形的事非结构化的，如人、无形的事决策信息的问题信息是决策的决定要素完全信息与非完全信息决策中信息的处理收集（搜集）、传输、存储、加工、使用加工分类、整理、统计、演绎、归纳、挖掘辨识、去噪（降噪）决策的发展人类的语言、思维和有目的的行为，是区别于其他动物的重要标志。人类有目的的行为，就是在人的行动之前构成的支配行为的理想和意图，正是决策过程的成果。人类有文字记载的历史，就是人类决策（决策者、决策对象，决策目的、方法、技术、经验、教训等）的历史。淝水之战、官渡之战张良、诸葛亮重建汴宫工程（丁渭）：一个典型的系统工程•地基所需土料来自开挖通往汴京运河的工程•运河开凿完之后，各地建筑材料通过运河运到开封•汴宫重建之后，残渣废物就近填平无用的运河支丫二十世纪30年代，决策学取得了突飞猛进的巨大成就。FrederickW.TayorFranckE.AndTillianM.GilbrechHarringtonEmersonHonryL.Gant决策不再是少数人超群的领导艺术了，而逐渐程序化、规范化，简言之，要求决策达到易被一般人所掌握的科学化的程度。二战后，科学和技术急剧发展，客观上需要更迅速、更有效的与更能自觉的综合行动。这种情况下，管理必须考虑管理者与被管理者的协同行为。胡桑经过试验争鸣，工人的行为对生产输出颇具影响，考虑到工作者的行为这种因素，使管理发展成为目标管理，即经营者对事业的经营必须建立明确的目标或预期成果，并使工作者的切身利益同这种目标和成果联系起来，以形成团体的统合目标，以便使经营者与工作者相互配合、协调，达到生产的最高效率和最低的成本。50年代以后，科研开始与工业企业联合起来，在这过程中，人们认识到管理的中心乃是决策。如果决策错了，微观技术管理愈科学，损失愈大。60年代后期，出现了更大规模的科学——工业联合体二战期间研制原子弹的曼哈顿计划50年代北极星导弹研制计划60年代阿波罗登月飞行计划各种决策方法应运而生：运筹学博弈论系统分析系统工程学网络技术现代数学决策的辅助工具也飞速发展电子计算机自动化技术人工智能系统论、信息论、控制论近年来向归一化方向发展，为决策科学提供了严密的理论基础。仿真技术、模拟理论的出现及其与电子计算机技术的配合，为进行社会的“模拟试验”，如军事上的战术模拟、社会经济模拟等带来了可能。决策学开始收到各国的普遍重视，并投入巨大人力、物力和财力来深入研究。•美国1948年成立“兰德公司”，1954年成立拉默·伍德里奇公司、斯坦福研究所、赫德森研究所•英国成立了伦敦战略研究所•法国成立计划研究与发展部•1972年日本神户大学设立了系统工程学科•随后，美国、苏联、日本、加拿大、捷克、法国、西德等17国组织成立国际应用系统分析研究所个人决策向团体决策发展现代社会生产的精微性、宏大性、高速性、瞬变性，以及随之而来的社会物质财富的增加，人们物质和精神生活水平的提高，社会平均智能水平极大提高，要求现代的决策与管理由个人的手工业方式向集团的自动化方式发展。靠天才的“超人”的超群决策艺术的决策时代已经逐渐变为历史，取而代之的必然是电子计算机和现代通讯手段密切配合的集团的现代科学决策决策的发展趋势定性决策向定量决策发展决策和管理的活动在遵循着定性、定量、定性与定量相结合的道路上前进。决策活动的定量发展与普及，为决策与管理活动的科学化奠定了基础，而定性与定量的结合将把决策与管理的科学推向更高的发展阶段。单目标向多目标综合发展现代决策活动的目标不但不是单一的，而且就是以经济利益为核心的多目标综合也是容纳不下的，目标要容纳更广阔的社会的、非经济的领域。这意味着目标本身也构成一个难以确定的庞大系统。战略决策向更远的未来发展为了使决策活动的时域向远延伸，决策者不但要把握过去和现在的信息，而且要经过科学的预测，通过时间序列系统链的约束分析，掌握未来的信息，理性的认识遥远的未来。决策是对未来实践的方向、原则、目标、方法等所作的决定，所以，决策从本质上说仍是未来的，而未来又是有多种可能性的。要决策，就要认识、把握向遥远延伸的不定的未来。什么是决策支持引导决策者使用先进理论为决策者提供先进决策工具完整的信息处理高度的信息提炼友好的决策支持模式快速的反应能力2.DSS的主要构件和一般结构知识库方法库数据库模型库用户对话管理模型管理模型库数据库数据管理串连式并连式用户对话管理模型管理模型库数据库数据管理知识管理知识库熔合式用户对话管理模型数据管理模型库数据库网络式公用模型库对话管理1数据管理1模型管理1对话管理2数据管理2模型管理2对话管理n数据管理n模型管理n………………………用户TCP/IP公用数据库3.DSS设计原则完善的数据库及其管理系统一个决策过程是由数据驱动的除一般功能外，DSS中数据库管理系统还要：•面向决策过程组织和管理数据•面向模型、面向模型生成来使用数据•面向不同用户（决策者）来描述数据数据库和数据库管理系统的全部功能。包括数据的定义、检索、修改、增删、插入等功能，以及保证数据的独立性、完整性、一致性、安全保密性等。数据字典。它是组成数据库的一个部分。数据字典中一般包含数据结构的定义、数据类型的描述、数据的占有者、使用权以及数据的来源等等信息，以提供DSS随时查考。数据的查询、提取、转换的服务。即把从系统其他部分传输来的各种数据请求命令转换成数据库管理系统的等价操作，并把结果返回请求者。外部访问手段，即与其它有关系统连接的接口，以便必要时从系统外部获取数据。可靠的模型库及其管理系统模型是决策定量化的精髓，对模型的直接管理与建模活动是决策支持系统区别于一般管理信息系统的一个重要标志。在决策支持系统的决策活动中，对决策方案的生成、评价和选择都需要有模型或模型链的支持。模型管理系统的功能：模型库与模型字典的定义、建立、存储、查询、修改、删除、插入以及重构等。模型的选择、建立、拼接与组合，提供根据用户命令将一些简单子模型构造成复杂模型的手段，以形成一些串联或并联的复杂模型链。模型运行的控制。从调用者处获取输入参数，传给模型、并使模型运行，把结果及有关参数输回调用者或指令的地方。数据库接口的转换。为了减少模型对数据库管理系统的依赖，模型对数据库的访问应有一个转换接口，将标准访问形式化成具体系统要求的形式。中间数据库，即“黑板”结构的应用。模型运行后，其结果常常需要进行临时存储，并和决策者交互，以便进一步处理，或作为其它模型的输入，如此围绕着中间数据库把各种模型有机的连接起来，是决策支持系统的构造特点之一。友好的人机交互界面人机交互界面是体现决策支持的窗口人机交互界面应符合决策者决策行为人机交互界面是数据库管理系统、模型库管理系统和决策逻辑的具体体现人机交互界面通常占开发时间的60％以上一个良好的人机交互界面多样性（可同时支持有经验或无经验的用户）容错性（有较好的错误修复能力）有效性（完成任务只需较少的努力）便利性（提供友好的访问途径）柔性（可通过多种途径进行某项操作）一致性（最少的用户培训和非期望动作）友善形（较好的帮助和错误信息提示）相应的设计原则维护的一致性；错误校正简单、迅速；减少输入工作；为不同经验的用户提供多种交互方式，灵活使用；允许用户在进行费时操作过程中，执行另一项操作；提供适当的信息反馈，使用醒目的提示标志；对一些重要操作提供确认；提供可用的在线帮助系统以及一些建议。DSS设计步骤从需求分析入手完成三大系统框架图•系统功能框架•系统结构框架•系统逻辑框架原型开发•子构件开发•系统集成原型增长与优化功能框架人机交互系统专用数据库专用GIS库模型库方案库知识库GIS支持平台专家咨询规划决策者信息查询现状评价水文模型需水预测供需平衡方案决策公共服务结构框架水问题现状评价模型GIS支撑的流域水资源管理信息数据库宏观经济投入产出模型水资源配置及供需平衡分析模型区域需水预测模型宏观经济趋势分析模型水资源循环分析模型规划方案评价及辅助决策模型规划预案生成机制逻辑框架组合规划预案专家咨询决策者自定义规划预案分析区域宏观经济发展预测区域宏观需水经济发展指标水资源合理配置及供需平衡分析区域需水指标规划小组规划方案宏观情景评价规划方案细部情景评价相对满意方案？无有满意方案？否是（新）水问题现状评价数字化流域基础数据DSS在水资源规划管理的应用国家水资源管理决策支持系统海河流域水资源规划支持平台