生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)戰(zhàn)略設(shè)計(jì)與實(shí)施研究

朱建軍，陳 翔，魏志祥

(1.鎮(zhèn)江高等?？茖W(xué)校 醫(yī)藥與化材學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212028； 2． 河北工程大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北 邯鄲 056038； 3. 江蘇大學(xué) 馬克思主義學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

隨著人類文明的進(jìn)步，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)悄然逼近?；蛟S，在某一時(shí)刻，我們自認(rèn)為輝煌的文明會(huì)被日趨膨脹的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)所吞噬。人類應(yīng)該為文明的進(jìn)步賦予新的內(nèi)涵，強(qiáng)化生態(tài)管理，不過(guò)分凸現(xiàn)人類的中心地位。

1 內(nèi)涵與功能

生態(tài)安全是國(guó)家安全的一個(gè)核心要素，但也逐步成為一個(gè)不穩(wěn)定因素。1977年，美國(guó)著名環(huán)境專家Lester R Brown發(fā)表了《重新定義國(guó)家安全》報(bào)告，最早在理論上將環(huán)境問(wèn)題納入國(guó)家安全和國(guó)際政治的范疇，并建議重新界定國(guó)家安全。

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)成為一種常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)。地球生態(tài)環(huán)境的形成，是46億年進(jìn)化的結(jié)果，而短短的200 a的工業(yè)革命已經(jīng)使地球原始生態(tài)面目全非。2005年，Palmer代表美國(guó)生態(tài)學(xué)會(huì)指出，在未來(lái)，我們的生存環(huán)境大部分由人類支配的生態(tài)系統(tǒng)(human-dominated ecosystems)構(gòu)成，人們將會(huì)有意識(shí)或無(wú)意識(shí)地對(duì)這些生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行管理。

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)(Ecological Risk，ER)是指某一地區(qū)的一個(gè)種群、生態(tài)系統(tǒng)或整個(gè)景觀的正常功能由于受到外界因素的脅迫，從而在現(xiàn)在或?qū)?lái)減少系統(tǒng)內(nèi)部某些要素或其本身的健康、生產(chǎn)力、遺傳結(jié)果、經(jīng)濟(jì)價(jià)值和美學(xué)價(jià)值的可能性。從生態(tài)系統(tǒng)的視角來(lái)看，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要考慮外界的壓力因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成不利生態(tài)效用的可能性；從評(píng)價(jià)對(duì)象來(lái)看，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要考慮人為活動(dòng)和一些負(fù)面事件發(fā)生的概率。

在現(xiàn)代社會(huì)，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理依賴生態(tài)應(yīng)急決策支持系統(tǒng)(EDSS)，而數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是決策支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是一種新興數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的一種子類型。1993年，William H Inman在BuildingtheDataWarehouse中第一次系統(tǒng)闡述了數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的思想和理念，并將數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)定義為一個(gè)面向主題的、集成的、隨時(shí)間變化的、非易失性的數(shù)據(jù)集合，用于支持管理層的決策過(guò)程。1996年，美國(guó)聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(huì)開(kāi)啟了框架示范工程計(jì)劃(framework demonstration projects program，F(xiàn)DPP)，成為美國(guó)空間數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，標(biāo)志著數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)用于地理地質(zhì)方向的研究。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與危機(jī)的研究較為復(fù)雜，涉及自然問(wèn)題、社會(huì)問(wèn)題等。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)作為一種成熟的數(shù)據(jù)集成和分析方法得到了廣泛應(yīng)用。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與危機(jī)管理數(shù)據(jù)是一個(gè)典型的大數(shù)據(jù)實(shí)例，遠(yuǎn)比一般的災(zāi)害應(yīng)急或城市應(yīng)急數(shù)據(jù)復(fù)雜。因此，有必要在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與危機(jī)數(shù)據(jù)的管理、分析與應(yīng)用功能。

2 我國(guó)相關(guān)研究描述

在現(xiàn)代生態(tài)管理環(huán)境下，只有依靠精確、高效、穩(wěn)健的生態(tài)應(yīng)急決策支持系統(tǒng)，才能有效地實(shí)現(xiàn)生態(tài)應(yīng)急。目前，盡管我國(guó)尚不存在真正意義上的生態(tài)應(yīng)急決策支持系統(tǒng)和生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，但存在一些相近或相關(guān)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。如表1所示，熊利亞提出在資源環(huán)境管理中使用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的問(wèn)題[1]，常晉義建議使用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)[2]，王雄、孫水裕探討了數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)用于城市環(huán)境保護(hù)的路徑[3]，厲青、王橋等提出了環(huán)境信息數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)建設(shè)的構(gòu)想[4]，樊明輝、陳崇成闡述了科學(xué)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)在環(huán)境專題研究中的應(yīng)用價(jià)值[5]。隨后，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)在國(guó)家地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)、城市生態(tài)系統(tǒng)、土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋環(huán)境保護(hù)、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)、水環(huán)境管理、三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害、生態(tài)示范區(qū)環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用和價(jià)值得到關(guān)注。這些研究在某些方面與生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)交匯，可以為生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持和技術(shù)參考。

表1 生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)建設(shè)相關(guān)研究

這些研究雖然與生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)相關(guān)，但差異也很明顯。生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)沒(méi)有關(guān)注生態(tài)災(zāi)害的形成與控制問(wèn)題，只關(guān)注環(huán)境的現(xiàn)實(shí)狀態(tài)。城市生態(tài)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是由城市自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等方面數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，部分與生態(tài)危機(jī)相關(guān)。生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)僅用于對(duì)生態(tài)危機(jī)的監(jiān)測(cè)，缺乏預(yù)警和應(yīng)急功能。

3 建模流程、邏輯結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)功能分析

3.1 建模流程分析

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是面向主題的、完整的、非易失的、不同時(shí)間的、用于支持決策管理的數(shù)據(jù)集合。目前，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)用從商業(yè)拓展到環(huán)保、地質(zhì)、大氣等自然科學(xué)領(lǐng)域。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)對(duì)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)與應(yīng)急管理具有重要意義，可提高風(fēng)險(xiǎn)控制和應(yīng)急處理的效率[15]。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。主要數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)包括規(guī)則發(fā)現(xiàn)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、決策樹(shù)分類技術(shù)、模糊發(fā)現(xiàn)、可視化技術(shù)等。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建模流程如圖1所示，同樣適合于生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建模。

圖1 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)建模流程圖

3.2 邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)分析

生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)既具有社會(huì)科學(xué)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的時(shí)間敏感性，又具有自然科學(xué)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的空間變異性，可以分為數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)使用3個(gè)層次。數(shù)據(jù)獲取層是基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)的核心，包括數(shù)據(jù)來(lái)源、數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)加載等模塊。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理層的主要功能是按照不同的主題將數(shù)據(jù)分門(mén)別類地存放。數(shù)據(jù)使用層的主要功能是使生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析與決策人員能夠通過(guò)簡(jiǎn)便而快捷的輸出形式訪問(wèn)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)并進(jìn)行預(yù)操作，可分為數(shù)據(jù)展示和用戶兩個(gè)子層。我國(guó)生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)

生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)包括生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、生態(tài)環(huán)境背景基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、生態(tài)環(huán)境本底基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)、元數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)集成器、監(jiān)控與管理工具等，具備數(shù)據(jù)挖掘、查詢與分析功能，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的物理結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖3。

圖3 生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)

3.3 系統(tǒng)功能分析

傳統(tǒng)的決策支持系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)、知識(shí)庫(kù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立，缺乏內(nèi)在統(tǒng)一性，但數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)挖掘構(gòu)成的決策支持系統(tǒng)，三者是有效統(tǒng)一的。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)決策支持系統(tǒng)(DSS)一般由數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)(Data Warehousing，DW)、聯(lián)機(jī)分析處理技術(shù)(On-line Analytical Processing，OLAP)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)(Data Mining，DM)3個(gè)要素組成。生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)功能層次結(jié)構(gòu)

4 設(shè)計(jì)與實(shí)施

總體而言，我國(guó)生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建設(shè)滯后，尚未形成真正意義上的生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)?，F(xiàn)有的土壤監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)環(huán)境、農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)、海洋環(huán)境等數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)雖然具有生態(tài)應(yīng)急的局部功能，但遠(yuǎn)不能滿足生態(tài)應(yīng)急的要求，需要改造和整合。

我國(guó)生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建設(shè)應(yīng)遵循如下基本原則： 1) 在現(xiàn)有各類相關(guān)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，形成新型數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，剔除非生態(tài)性數(shù)據(jù)，保留生態(tài)性數(shù)據(jù)。2) 不斷融入新的生態(tài)管理思想和經(jīng)驗(yàn)，尤其是立足于我國(guó)現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、政治、文化、技術(shù)環(huán)境，吸納西方生態(tài)馬克思主義和生態(tài)社會(huì)主義的若干思想和理念。3) 重視自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)數(shù)據(jù)的獲取，明白生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不是一種純自然的風(fēng)險(xiǎn)，而是人為因素引起的自然風(fēng)險(xiǎn)。4) 吸收聯(lián)機(jī)分析技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的最新成果，形成強(qiáng)大功能的決策支持系統(tǒng)。

在具體設(shè)計(jì)和實(shí)施上，我國(guó)生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建設(shè)應(yīng)遵循如下4個(gè)基本方向：

1) 生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)建設(shè)應(yīng)面對(duì)生態(tài)應(yīng)急的主題。生態(tài)應(yīng)急決策數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)需要面向生態(tài)應(yīng)急組織數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)具有典型的空間屬性，在數(shù)據(jù)組織中應(yīng)包含子主題的信息地、物的空間屬性。在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中，數(shù)據(jù)的組織是以生態(tài)應(yīng)急業(yè)務(wù)的主題為主線，針對(duì)不同的主題組織相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。

2) 提高數(shù)據(jù)冗余的管理水平。生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)來(lái)源于不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，如地震、大氣污染、地質(zhì)災(zāi)害、洪澇、化工泄露等數(shù)據(jù)庫(kù)。這些專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)存在數(shù)據(jù)冗余，數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)存在差異。為了確保數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的分析功能，源數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚?，以最適合的方式進(jìn)入數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。一般而言，數(shù)據(jù)加工主要包括提煉、轉(zhuǎn)換、空間變換等形式。在這個(gè)過(guò)程中，要盡量降低數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的冗余度。

3) 生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循科學(xué)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的原則?？茖W(xué)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是指以自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)而構(gòu)建的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，主要應(yīng)用于科學(xué)研究和社會(huì)實(shí)踐。生態(tài)應(yīng)急決策不僅涉及地質(zhì)災(zāi)害、山體滑坡、泥石流、大氣污染、地震等自然科學(xué)數(shù)據(jù)，也涉及人類活動(dòng)等社會(huì)科學(xué)數(shù)據(jù)，因而是一種典型的科學(xué)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。

4) 生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)應(yīng)收錄社會(huì)消費(fèi)或市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)的數(shù)據(jù)。生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)不是面向純粹的自然科學(xué)，還包括社會(huì)因素。按照西方生態(tài)馬克思主義的觀點(diǎn)，生態(tài)危機(jī)的根源在于人類的異化消費(fèi)，即人類的奢侈性、豪華性、炫耀性消費(fèi)加大了生態(tài)危機(jī)發(fā)生的可能性，因此，生態(tài)災(zāi)害的預(yù)防必須充分考慮社會(huì)消費(fèi)行為。這是生態(tài)應(yīng)急決策支持?jǐn)?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與傳統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的重要區(qū)別，因?yàn)楹笳咧饕紤]自然環(huán)境因素，很少考慮社會(huì)因素。

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