区域资源环境承载力评价信息系统设计与开发

[摘 要] 区域资源环境承载力是指在一定时期和一定区域范围内,区域资源环境系统所能承受的人口规模及各种社会经济活动的能力。EIS/RRECC是一个建立在MapGIS开发组件基础上的工具型评价系统。本文主要介绍了EIS/RRECC系统目标、技术路线、系统功能和运行设计,最后指出了系统不足之处及未来发展方向。

[关键词] 承载力;资源与环境;信息系统

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2009 . 21 . 014

[中图分类号]TP393;C931.6 [文献标识码]A[文章编号]1673 - 0194(2009)21 - 0047 - 03

当前,承载力已经成为描述区域发展限制最常用的概念。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》和《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》中都明确要求,各地区发展经济要充分考虑自然的承载能力和承受能力。在当前开展的“5.12”汶川地震灾后重建工作中,国家相关部门也明确提出,灾后重建首先要进行灾区资源环境承载力的评估。由此可见承载力研究在区域发展战略中的重要基础性地位。

目前,我国关于资源环境承载力的研究主要集中在评价方法以及对某一特定区域的土地、水等单要素承载力评价研究方面,在研究的综合性、系统性以及信息化方面有很大的探索空间。本文从“注重实践应用,创新技术手段”的研究角度,通过对国内外区域资源环境承载力评价理论、指标体系以及评价模型方法的广泛、深入比较研究,在GIS技术支持下,设计开发了区域资源环境承载力评价信息系统(Evaluation Information System for Regional Resource and Environment Carrying Capacity,EIS/RRECC),旨在推动承载力研究的系统化、信息化程度,为国土规划、区域发展规划及战略决策的制定提供技术支撑。

1系统研制目标

(1)以省或县为评价单元,提供各种分析评价工具,动态、持续地研究区域资源环境承载力时空变化过程,评价结果具有图、表等多种表达方式,形象直观地展示区域资源环境承载力空间特征和具体时间阶段的发展状态,为国土规划、区域可持续发展提供先进的技术支持和辅助决策信息。

(2)实现承载力研究基础资料及研究成果的查询管理,展示与制图输出。

2系统技术路线

系统研制的技术路线如图1所示,显示了区域资源环境承载力评价的数据流向和实现逻辑,主要包括5个方面:资料收集与整理、评价概念选择与模型确定、数据库建立、系统功能与运行环境设计、系统调试与完善。

2.1 资料的收集与整理

资料收集包括3个方面:一是区域资源环境承载力的概念、评价理论、评价指标体系、评价方法的有关文献和报告;二是信息技术、空间技术、计算机技术、网络技术在承载力评价中的应用现状和潜力;三是社会经济、资源环境等统计数据和空间信息的采集和挖掘。

2.2 评价模型选择与构造

EIS/RRECC是一个以模型为驱动的系统,评价模型的选择与构造决定了系统的使用效率和使用范围,是系统发挥效益的关键所在,本文在对国内外概念、评价指标体系及评价方法系统地进行综合分析、比较和归纳的基础上,确定了区域资源环境承载力评价指标体系和评价方法。

2.3系统功能与运行环境设计

EIS/RRECC具有文件管理、区域选择、指标计算、单项评价与分析、综合评价与分析、查询统计、结果输出等个功能模块。

2.3.1系统硬件配置需求

本系统采用C/S模式并运行于局域网。服务器端配置性能较好的专用服务器,用于管理大量的空间数据和属性数据,进行复杂的逻辑计算与查询操作,同时将高速硬盘应用于数据的频繁存取操作。客户端采用主流的PC机即可满足应用需求。

2.3.2系统软件平台要求

系统软件平台主要由Windows操作系统和GIS平台来组成。服务器端操作系统选用Windows Server 2003,客户端可选择Windows系列操作系统。GIS平台选择了MapGIS软件。本系统中涉及文本、图形、图像等各种资料,分别归于属性数据、图形图像数据和空间拓扑数据等不同性质的数据类型。为了提高GIS软件对数据库管理的效率,将各类数据有机地集成起来。本系统利用MAPGIS-SDE(空间数据库引擎),将空间数据放在大型商用数据库SQL Server中管理,这样既可大大拓展空间数据的容量,又可以利用关系数据库的海量数据库管理、事务处理(Transaction)、记录锁定、并发控制、数据仓库等功能,使空间数据与非空间数据一体化集成。

3系统功能设计

系统的软件结构模块设计如图2所示。

3.1 区域选择

该模块主要实现用户对研究区域的选择。按照省、县两个不同层次,在该系统中加载了相应的行政区划图,以矢量数据格式存放。

3.2 信息查询与统计

该模块提供目标属性查询和目标空间查询两种方式。实现各类原始数据及结果数据的图形、属性查询。并可统计各类基础数据和成果数据,生成多种统计图,以供分析、决策。

目标属性查询:用户可以通过在图层上选中目标点(线、面),来查询该目标点(线、面)的属性。

目标空间查询:用户可以通过输入目标点(线、面)的属性条件或限制条件或逻辑表达式,在图层上查询到所需的目标点(线、面)。

属性统计:对于图层上的点(线、面),用户不仅可以查询单个目标点(线、面),还可对满足条件的点(线、面)属性进行统计,生成统计图表等。

3.3 基本指标计算

该模块主要实现在评价过程中所使用的相对独立、具有一定社会含义和分析意义的指标计算,如人均耕地面积,人均粮食产量,人均矿产资源储量潜在价值,人均水资源量等,反映了区域人均自然资源拥有量(见图3)。计算结果可导出为Excel文件,生成直方图、线型图、柱状图等。

3.4 单要素承载力评价

单要素承载力反映的是土地、水等单一资源对于区域人口及经济社会发展的支撑能力。本系统集成了耕地资源人口承载力、矿产资源承载力、水资源承载力、海洋资源承载力等单要素承载力评价模块,提供现状评价分析功能,反映区域在某一方面的承载能力及问题。

3.5 综合承载力评价

目前,还没有一套公认的、成熟的指标体系运用于区域资源综合环境承载力评价。基于上述原因,系统提供了评价指标体系管理功能,可以根据需要增减修改评价因素(见图4)。主要包括指标的输入模块、指标批量导入导出模块、指标的标准化模块以及基本指标的有效性检查及计算模块。在确定指标体系的基础上,系统提供了德尔菲(Delphi)法和层次分析法进行权重设置,并可选择线性加权法和状态空间法两种模型进行评价,反映具体年份区域资源环境综合承载力的总体状况及空间格局。

3.6 综合分析

综合分析是系统的核心部分,前面的几项功能都是针对单一指数进行计算,反映区域在某一方面的承载力状况、问题及潜力,综合分析评价模块提供了一系列片段和整体分析工具,从时间和空间上进行点与线的交叉分析。包括以下功能:

(1)区域排序,对综合承载力进行排序,反映区域资源环境承载力在上一空间范围所处的位置。如图5为2007年全国省级区域资源环境综合承载力评价结果排序。

(2)空间分区,根据评价结果(承载力水平的高低),采用聚类法,系统自动进行空间分区,揭示区域承载力的空间分布特征和规律。

(3)承载力发展轨迹,所得结论在某时间断层上是静态的,对描述对象而言反映了其发展过程特性,揭示了区域资源环境承载力的特点、类型及未来变化趋势。

(4)区域发展协调度分析,反映区域可持续发展要求协调经济社会与自然资源利用以及生态环境的关系。包括水土协调度,资源环境协调度,资源环境与经济社会发展协调度。

(5)统计分析,对分析结果进行统计制图,结果表达不具备空间特性。

3.7 文件管理与结果输出

这两个模块主要实现系统对矢量数据和统计数据的直接调用和混合调用,以及文件的存储、打印等常规管理。结果输出采用可视化的表达方式,包括专题图制作和报表生成等方式。

4结语与展望

EIS/RRECC是一个建立在MapGIS开发组件基础上的工具型评价系统,具有基础信息的查询检索更新功能,数据的统计分析功能以及承载力评价分析功能。系统的设计开发,使我国区域资源环境承载力评价工作,在高新技术支持下向着动态、定量和持续进行的方向迈进。但区域资源环境承载力评价和衡量标准是一个极为复杂的过程,EIS/RRECC赖以建立的概念模型、指标体系及其算法,就其合理性与完整性而言,还存在需要进一步商榷和改进的地方。

(1)进一步调整评价载体。本研究考虑中国国情,以行政单元为载体,有利于问题的解决和可持续发展战略的实施,忽视了不同区域因自然条件差异导致的制约因子不同。在下一步的研究中,将增加信息源到分区的一体化功能,采取行政区划和自然区划双重研究,因地制宜地建立多种评价指标体系衡量区域的承载力状况。

(2)进一步发展评价方法。资源环境承载力研究涉及资源、人口、环境、社会经济以及技术、政策等诸多方面,是一个因子众多的复杂反馈系统,随时间的不断变化而相应变化,应用系统动力学进行区域系统承载力整体研究具有明显优势。今后,要在线性模型评价的基础上,探索系统动力学在区域承载力评价中的应用。

(3)进一步扩充系统功能。在扩充评价数据库,建立模型库、方法库的基础上,为用户提供问题求解的框架流程式评价操作平台,形成功能更丰富的区域承载力空间决策支持系统。

主要参考文献

[1] 陈述彭,刘光鼎.自然资源与环境的系统调控[M].北京:科学出版社,1992.

[2] 侯华丽. 资源环境承载力与国土规划[N].中国国土资源报,2009-02-13(3).

[3] 周 艺,王世新,阎守邕,等. 区域可持续发展评价系统研制[J]. 遥感学报,2003,7(1):47-53.

[4] 陈秀万,王恩宙. 区域可持续发展评价信息系统研究[J]. 遥感学报,2001,5(6):448-453.

[5] 毛汉英,余丹林. 区域承载力定量研究方法探讨[J].地理科学进展,2001,16(4):549-555.

Design and Development of Evaluation Information System of Regional Resource and Environment Carrying Capacity

HOU Hua-li

(Chinese Academy of Land and Resource Economics, Beijing 101149,China)

Abstract: Regional resources and environment carrying capacity refers to an ability of system supporting social and economic actions or the maximal population scale within the given time and scope. EIS/RRECC is an instrumental assessment system is based on MapGIS development components. The information system object, technology roadmap, conceptual model, system function and the inadequacies and future direction are introduced in the paper.

Keywords: Carrying Capacity Resource; Environment Information System