石油安全涉及多方面的含义,如供给、运输、存储、环境、经济和就业等,本文主要从国家石油供给安全、经济安全及环境安全三个方面研究国家石油安全。由于中国国内目前探明的石油储量和年开采量不能满足经济高速增长带来的石油需求,中国必须面向世界能源市场寻求石油资源,国家石油安全成为重要的研究课题。当前从经济学和社会科学角度研究这个问题的课题比较多,而从地理信息系统的角度研究这个问题的还较少。鉴于石油的储量、消费量、生产量、产油中心和消费中心都具有明显的空间分布规律,从地理信息科学的角度、利用地理信息工程技术手段来研究石油安全是对前人的经济学、社会科学和能源科学的研究手段和研究成果的有益补充。本文在系统调研了前人研究成果和广泛收集整理了165 个国家和地区历年原油产量、储量、消费量数据的基础上,以地理信息系统为依托,运用概念层次分解和定量化、可视化技术手段,将国家石油安全的三个主要方面:供给安全、经济安全与环境安全定量化地建立概念模型与数学模型,并运用地理信息系统实现可视化表达和分析。研究的主要目标是利用GIS 手段来监测和分析国家石油安全,为源于地缘经济、政治基础的国家石油安全提供GIS 研究方法、空间信息支持和技术解决方案。研究主要内容包括: 国家石油安全的概念研究,包括利用GIS 分析、量化和可视化表达石油安全概念,以此来推动社会科学概念的定量化、标准化研究从而为科学的社会决策奠定基础。利用地理信息系统监测国家石油环境安全利用地理信息系统监测国家石油供给安全利用地理信息系统监测国家石油经济安全以及利用GIS 手段来监测、分析全球石油资源的储量、产量和消费量的时空变化规律,为中国的石油安全决策提供决策支持和类比案例。论文的主要创新点有: 1)系统地运用了地理信息系统的理论、方法和研究手段研究国家石油安全,拓展了地理信息系统的应用领域;2)建立了研究国家石油安全的地理信息系统模型和解决方案。3)在通用地理信息系统平台软件上进行了上述理论和方法的原型实现和实证研究;4)将安全链理论引入石油安全的建模,较好地模拟了石油安全各个方面的联系; 5)引入地学建模中的先进理论和方法,利用正演迭代、逐步求精的方法来完善石油安全建模。