基于GIS的海面溢油控制与清除智能决策支持系统研究
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摘要
本文针对海上溢油应急反应的特点以及地理信息系统(GIS)在防灾减灾决策中的重要作用，开发和研究出基于GIS的海面溢油控制与清除智能决策支持系统。论文主要围绕系统中的应用模型和决策知识来展开论述。
首先，提出了一种应用于海上流场计算的贴体坐标网格快速自动生成方法与技术。以实际海域的电子海图为背景，采用贴体坐标变换，通过求解泊松方程的边值问题，在GIS平台上，快速得到疏密程度可调的贴体网格，为流场计算提供了快速、直观、方便的条件。同时，为了解决当前GIS技术与模型开发研制存在的脱节现象，文中采用以VB为主语言嵌入数据库接口语言而形成的宿主语言来实现系统应用模型与GIS的集成；以DLL、DDE的方式实现模型、数据、人机对话的有机统一；实现可视图形与其生成环境、地理信息的有机结合，形象、生动地表现地理现象，为有效地做出溢油应急决策提供理论依据。
其次，在海面溢油控制与清除处理决策中，采用专家系统的方法，对海上溢油控制与清除问题进行了系统的分析和描述，建立了基于规则的产生式知识和基于模型的知识相结合的海面溢油控制与清除处理的知识表达，提出以规则架+规则体两级结构来组织整个系统的知识规则，研究知识的表示及知识的推理，从而做出具有专家水平的应急处理决策。
最后，在对OSCC-IDSS的系统功能和系统结构进行了分析和研究的基础之上，在自行研究和开发的GIS系统平台上，设计和开发出基于GIS的海面溢油控制与清除智能决策软件系统。通过模拟的海上溢油事故实例表明，该系统在溢油应急反应中，可以为应急反应指挥人员做出海面溢油控制与清除应急决策提供辅助支持。
Aiming at the characteristic of Marine Oil-Spill Emergency Response and the importance of Geographic Information System(GIS) in preventing and reducing disasters, this paper does research on the Intelligence Decision Support System of the Marine Oil-Spill Control and Cleanup based on GIS. It mainly surrounds the application models and decision knowledge of the system to extend discussions.
Firstly, this paper presents a technique for quickly and automatically generating body-fitted coordinates meshes which can be used to calculating tide-field, by calculating the side value of Poisson equation, it uses the chart as background and adopts the transform of body-fitted coordinates to generate meshes on the platform of GIS which spacing can be adjusted. The meshes generation technique can offer faster, more intuitionistic and more convenient conditions to the calculation of tide-field. At the same time, in order to resolve the disjoint phenomena of GIS and model researches, this paper uses VB as main language which embeds with data-base interface language to realize the integration of system application models and GIS. It also uses DDL and DDE to realize the integration of models, data and man-machine conversation. It can provide theoretic basis for oil-spill emergency response by vividly showing geography phenomena and realizing the integration of images and their circumstance.
Secondly, during the disposal decision-making of oil-spill control and clear, this paper adopts expert system to systematically analyze and describe the problems of oil-spill control and clear. It establishes the knowledge expression model of oil-spill control and clear disposal based on the combination of generation knowledge and model knowledge. In order to get a expert-level emergency disposal decision-making, this paper presents to use rule-frame and rule-body two-grade structure to organize the whole system's knowledge rules, researches the knowledge representation and illation.
Lastly, on the basis of analyzing and researching the system function and system structure of OSCC-IDSS, a software about intelligence decision support system of
marine oil-spill control and cleanup based on GIS is designed and developed on the platform of GIS which is researched and developed by myself. A example of simulative oil-spill event shows that the software can offer an auxiliary support to the oil-spill emergency headquarters to make a correct marine oil-spill control and cleanup decision in oil-spill emergency response.
首先，提出了一种应用于海上流场计算的贴体坐标网格快速自动生成方法与技术。以实际海域的电子海图为背景，采用贴体坐标变换，通过求解泊松方程的边值问题，在GIS平台上，快速得到疏密程度可调的贴体网格，为流场计算提供了快速、直观、方便的条件。同时，为了解决当前GIS技术与模型开发研制存在的脱节现象，文中采用以VB为主语言嵌入数据库接口语言而形成的宿主语言来实现系统应用模型与GIS的集成；以DLL、DDE的方式实现模型、数据、人机对话的有机统一；实现可视图形与其生成环境、地理信息的有机结合，形象、生动地表现地理现象，为有效地做出溢油应急决策提供理论依据。
其次，在海面溢油控制与清除处理决策中，采用专家系统的方法，对海上溢油控制与清除问题进行了系统的分析和描述，建立了基于规则的产生式知识和基于模型的知识相结合的海面溢油控制与清除处理的知识表达，提出以规则架+规则体两级结构来组织整个系统的知识规则，研究知识的表示及知识的推理，从而做出具有专家水平的应急处理决策。
最后，在对OSCC-IDSS的系统功能和系统结构进行了分析和研究的基础之上，在自行研究和开发的GIS系统平台上，设计和开发出基于GIS的海面溢油控制与清除智能决策软件系统。通过模拟的海上溢油事故实例表明，该系统在溢油应急反应中，可以为应急反应指挥人员做出海面溢油控制与清除应急决策提供辅助支持。
Aiming at the characteristic of Marine Oil-Spill Emergency Response and the importance of Geographic Information System(GIS) in preventing and reducing disasters, this paper does research on the Intelligence Decision Support System of the Marine Oil-Spill Control and Cleanup based on GIS. It mainly surrounds the application models and decision knowledge of the system to extend discussions.
Firstly, this paper presents a technique for quickly and automatically generating body-fitted coordinates meshes which can be used to calculating tide-field, by calculating the side value of Poisson equation, it uses the chart as background and adopts the transform of body-fitted coordinates to generate meshes on the platform of GIS which spacing can be adjusted. The meshes generation technique can offer faster, more intuitionistic and more convenient conditions to the calculation of tide-field. At the same time, in order to resolve the disjoint phenomena of GIS and model researches, this paper uses VB as main language which embeds with data-base interface language to realize the integration of system application models and GIS. It also uses DDL and DDE to realize the integration of models, data and man-machine conversation. It can provide theoretic basis for oil-spill emergency response by vividly showing geography phenomena and realizing the integration of images and their circumstance.
Secondly, during the disposal decision-making of oil-spill control and clear, this paper adopts expert system to systematically analyze and describe the problems of oil-spill control and clear. It establishes the knowledge expression model of oil-spill control and clear disposal based on the combination of generation knowledge and model knowledge. In order to get a expert-level emergency disposal decision-making, this paper presents to use rule-frame and rule-body two-grade structure to organize the whole system's knowledge rules, researches the knowledge representation and illation.
Lastly, on the basis of analyzing and researching the system function and system structure of OSCC-IDSS, a software about intelligence decision support system of
marine oil-spill control and cleanup based on GIS is designed and developed on the platform of GIS which is researched and developed by myself. A example of simulative oil-spill event shows that the software can offer an auxiliary support to the oil-spill emergency headquarters to make a correct marine oil-spill control and cleanup decision in oil-spill emergency response.
引文
[1] 中国海事局。北方海区溢油应急计划及其附件。中华人民共和国海事局，2000．3
[2] 卓诚裕。海洋油污染防治技术。国防工业出版社，1996．8
[3] 1990年国际油污防备、反应和合作公约。中华人民共和国港务监督局译，1992
[4] 中国海事局。中国海上船舶溢油应急计划。中华人民共和国海事局，2000．3
[5] 黄梯云。智能决策支持系统。电子工业出版社，2001．1
[6] 王万森。人工智能原理及其应用。电子工业出版社，2000．9
[7] 高洪深。决策支持系统(DSS)理论、方法、案例。清华大学出版社，2000．9
[8] 陈述彭，鲁学军，周成虎。地理信息系统导论。科学出版社，1999．5
[9] 王桥，陈锁忠，阎国年，杨旭。地理信息系统应用模型实现技术研究。中国图象图形学报，Vol．6(A)，No．9，Sep．2001，p912-917
[10] 徐洪磊。海上溢油动态数值模拟的研究。大连海事大学硕士论文，2000．3
[11] 王献孚，周树信等。计算船舶流体力学。上海交通大学出版社，1992．10，p31-37
[12] Thompson, J.F.. Body-fitted coordinate system for numerical solution of partial differential quations, J.Comput, Phys.. Vol.47, 1982, p1-108
[13] 魏文礼，张宗孝等。采用Poisson方程生成曲线网格时源项P、Q选择的研究。应用力学学报。西安交通大学出版社。Vol．17，No．3，Sept，2000，p87-90
[14] 张静，刘彦呈，林建国。基于GIS贴体坐标网格的生成技术。大连海事大学学报，Vol．28，No．3，2002．8
[15] 朱松林，印霞隽，陆瑞松。直接控制网格节点分布的网格生成方法。水动力研究与进展。武汉水运工程学院。Ser．A，Vol．9，No．4，Aug，1994，p449-453
[16] 黄荣国，李明。贴体网格生成的区域分解方法。水动力学研究与进展。上海交通大学能源工程系。Ser．A，Vol．14，No．2，June，1999，p185-187
[17] 齐学义，杨帆。双调和方程生成正交曲线坐标网格技术的研究。水力发电学报。甘肃工业大学流体机械与工程系。2000年第3期，总第70期，p84-89
[18] Thomas, P.D., J.F. Middlecoff, Direct Control of the Grid Point Distribution in Meshes Generated by Elliptic Equations, AIAA.J.Vol. 18, 1980,p652-656
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[20] 蒋廷虎。海上溢油应急处理技术。大连海事大学硕士论文，1994．3
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[25] 刘彦呈，殷佩海，林建国，张静。基于GIS的海上溢油扩散和漂移的预测研究。大连海事大学学报，Vol．28，No．3，2002．8
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