人工智能在地理學(xué)中的應(yīng)用

1、人工智能和專家系統(tǒng)在地理學(xué)中的應(yīng)用研究人工智能和專家系統(tǒng)在地理學(xué)中的應(yīng)用研究鐘家樂(lè)、盛建歡規(guī)劃1201班 一、什么是人工智能一、什么是人工智能 人工智能是關(guān)于知識(shí)的學(xué)科：怎樣表示知識(shí)以及怎樣獲得知識(shí)并使用知識(shí)的科學(xué)。尼爾遜 人工智能就是研究如何使計(jì)算機(jī)去做過(guò)去只有人才能做的智能工作。溫斯頓 從廣義上講，一般認(rèn)為用計(jì)算機(jī)模擬人的智能行為就屬于人工智能的范疇。二、專家系統(tǒng)二、專家系統(tǒng) 定義：一個(gè)在某領(lǐng)域具有專家水平理解能力的程序系統(tǒng)；能象領(lǐng)域?qū)＜乙粯庸ぷ?，運(yùn)用專家積累的工作經(jīng)驗(yàn)與專門知識(shí)，在很短時(shí)間內(nèi)對(duì)問(wèn)題得出高水平的解答。 專家系統(tǒng)(Expert System ：ES)是人工智能應(yīng)用最為成熟的一

2、個(gè)領(lǐng)域，與模式識(shí)別、智能機(jī)器人并列為人工智能技術(shù)中最活躍的三個(gè)領(lǐng)域。應(yīng)用前景應(yīng)用前景 在地理學(xué)的研究中，地理數(shù)據(jù)處理、圖形在地理學(xué)的研究中，地理數(shù)據(jù)處理、圖形處理、信息管理等工作涉及到大量規(guī)程、處理、信息管理等工作涉及到大量規(guī)程、規(guī)范、專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，純靠人力則工作規(guī)范、專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，純靠人力則工作量大且效率低。借助人工智能理論和專家量大且效率低。借助人工智能理論和專家系統(tǒng)技術(shù)，使計(jì)算機(jī)利用專家知識(shí)模擬人系統(tǒng)技術(shù)，使計(jì)算機(jī)利用專家知識(shí)模擬人腦思維進(jìn)行推理，從事智能化的數(shù)據(jù)、圖腦思維進(jìn)行推理，從事智能化的數(shù)據(jù)、圖形處理和信息管理工作，可極大地提高工形處理和信息管理工作，可極大地提高工作效率，充

3、分利用現(xiàn)代高新技術(shù)為地理科作效率，充分利用現(xiàn)代高新技術(shù)為地理科學(xué)服務(wù)。學(xué)服務(wù)。三、三、人工智能和專家系統(tǒng)應(yīng)用于地理科學(xué)的人工智能和專家系統(tǒng)應(yīng)用于地理科學(xué)的優(yōu)越性優(yōu)越性充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，模擬專家的推理和思維過(guò)程，得出高水平的結(jié)果，克服傳統(tǒng)方法過(guò)分依賴人工操作和專家工作的缺陷，將專家從繁重的工作中解放出來(lái)。按照專家的經(jīng)驗(yàn)和方法在計(jì)算機(jī)支持下快速處理、綜合管理多源信息和海量數(shù)據(jù)，克服了計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)容量、速度及思維推理能力方面的限制。促進(jìn)地理科學(xué)向以“3s”技術(shù)為核心的地理信息科學(xué)的發(fā)展。促進(jìn)全球定位系統(tǒng) (GPS)、遙感技術(shù) (RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和專家系統(tǒng)(ES)這四大現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展

4、和相互結(jié)合。為可持續(xù)發(fā)展提供全新的技術(shù)支持。信息時(shí)代、可持續(xù)發(fā)展要求地理科學(xué)必須實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、綜合、高效的數(shù)據(jù)采集 、處理，利用專家系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)取代復(fù)雜的人工處理過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源、環(huán)境的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。四、四、人工智能在地理科學(xué)中的主要應(yīng)用人工智能在地理科學(xué)中的主要應(yīng)用 人工智能和專家系統(tǒng)在地理科學(xué)中的主要應(yīng)用主要應(yīng)用方向包括遙感圖像理解、地圖制圖、地理遙感圖像理解、地圖制圖、地理信息系統(tǒng)、空間決策支持、智能數(shù)據(jù)處理、地理信息系統(tǒng)、空間決策支持、智能數(shù)據(jù)處理、地理教學(xué)教學(xué) CAI等。等。4.1在遙感圖像理解中的應(yīng)用在遙感圖像理解中的應(yīng)用 遙感圖像理解需要處理多源、多波段、多時(shí)相、多尺度的影

5、像資料，工作量大，規(guī)律性強(qiáng)。 在遙感圖像理解專家系統(tǒng)中，知識(shí)獲取基本按人機(jī)交互與參數(shù)自動(dòng)提取的方式進(jìn)行，從地物光譜特性、變化情況、成像規(guī)律等方面人手，在樣本區(qū)中以專家知識(shí)為控制，由系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)其有關(guān)參數(shù)，如灰度范圍、高程范圍等，再結(jié)合有關(guān)的規(guī)則，獲取專家系統(tǒng)的知識(shí)。 獲得知識(shí)后以特征表的形式對(duì)知識(shí)進(jìn)行表示，對(duì)各主要判據(jù)中的信息進(jìn)行分析歸納，形成知識(shí)庫(kù)。按照實(shí)際判斷和推理的數(shù)據(jù)模型(較常用的是模糊推理)建立推理機(jī)結(jié)構(gòu)，利用專家系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言進(jìn)行編程，通過(guò)推理機(jī)對(duì)事實(shí)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)進(jìn)行匹配。4.2在地圖制圖領(lǐng)域的應(yīng)用在地圖制圖領(lǐng)域的應(yīng)用 人工智能對(duì)地圖制圖影響，其主要應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面：自動(dòng)地圖設(shè)計(jì)

6、和生產(chǎn)；地圖要素的自動(dòng)綜合；矢量和柵格方式制圖要素的自動(dòng)提取和判讀，數(shù)據(jù)格式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換等。 地圖制圖專家系統(tǒng)的知識(shí)獲取包括地圖圖例 、地圖制圖規(guī)則 、不同比例尺地形地物表示方案、制圖綜合專家經(jīng)驗(yàn)、不同種類地 圖制圖方法等的調(diào)查和整理。知識(shí)表示綜合采用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、框架系統(tǒng)、概念樹(shù)、特征表等方法。推理機(jī)則由相應(yīng)的匹配判斷過(guò)程和空間分析模型、智能設(shè)計(jì)模型組成。4.3在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用 GIS 需要利用專家系統(tǒng)來(lái)提高系統(tǒng)的推理分析功能和智能決策功能，專家系統(tǒng)所需的許多知識(shí)恰好隱含在 GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中，這就為專家系統(tǒng)在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了一個(gè)相互促進(jìn)、相互作用的集成環(huán)境。 專

7、家系統(tǒng) 在GIS中的知識(shí)獲取有教學(xué)式、演繹式、歸納式、猜想驗(yàn)證式等方。推理機(jī)是不同應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)模塊的有機(jī)綜合。專家系統(tǒng)與 GIS 的結(jié)合，使 GIS 成為一種空間咨詢和決策支持系統(tǒng)。4.4在智能空間決策支持中的應(yīng)用在智能空間決策支持中的應(yīng)用 專家系統(tǒng)應(yīng)用到?jīng)Q策支持系統(tǒng)(DSS)形成“智能決策支持系統(tǒng)(IDSS)”，GIS 與決策支持系統(tǒng)結(jié)合形成空間決策支持系統(tǒng) (SDSS)，ES、AI、GIS、DSS、KDD相結(jié)合則形成智能空間決策支持系統(tǒng)(ISDSS)。智能空間決策支持系統(tǒng)應(yīng)該不僅具有傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理和模型分析的功能，還包括人工智能和專家系統(tǒng)的許多方面，如人機(jī)用戶界面、自然語(yǔ)言理解、知識(shí)學(xué)習(xí)和

8、積累、知識(shí)表達(dá)、模型組織等，能夠在人機(jī)結(jié)合的集成環(huán)境下解決復(fù)雜的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。智能空間決策支持系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)可由GIS 數(shù)據(jù)庫(kù)中利用 KDD 技術(shù)獲取的知識(shí)、實(shí)際獲得的專家知識(shí)、規(guī)范要求、決策目標(biāo)等組成。推理機(jī)是其關(guān)鍵所在，是空間分析模塊與專家系統(tǒng)的結(jié)合。4.5在智能地理數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用在智能地理數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用 在自然災(zāi)害災(zāi)情空間預(yù)報(bào)環(huán)境流行病學(xué)以及土地利用與土地植被變化等眾多人文與自然綜合研究的領(lǐng)域，由于數(shù)據(jù)來(lái)源的不同，尤其是這些數(shù)據(jù)依附的空間單元尺度的不同，使得數(shù)據(jù)融合成為難題。 地理數(shù)據(jù)處理涉及到海量數(shù)據(jù)檢核、計(jì)算、精度分析等工作。例如涉及到不同尺度中地理數(shù)據(jù)處理，若存在差錯(cuò)則應(yīng)根據(jù)專家

9、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，找出可能的出錯(cuò)環(huán)節(jié)進(jìn)行更正，也即需要進(jìn)行地理數(shù)據(jù)的智能處理。專家系統(tǒng)用于該工作的主要思想是：數(shù)據(jù)檢核和精度分析以相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求作為知識(shí)子庫(kù)進(jìn)行匹配與比較，得出結(jié)果和評(píng)價(jià)；錯(cuò)誤分析與問(wèn)題查找則要充分利用專家的知識(shí)建立專門的知識(shí)子庫(kù)，對(duì)產(chǎn)生的錯(cuò)誤進(jìn)行查找和匹配，得出相關(guān)的結(jié)論，為糾錯(cuò)提供指導(dǎo)。智能數(shù)據(jù)處理可用于由數(shù)據(jù)交換文件生成繪圖文件中的數(shù)據(jù)復(fù)合，自動(dòng)消除數(shù)據(jù)冗余和存在的矛盾，生成合格的圖形數(shù)據(jù)文件五、為什么地學(xué)系統(tǒng)要人工智能：五、為什么地學(xué)系統(tǒng)要人工智能： 地學(xué)現(xiàn)象的復(fù)雜性和獨(dú)特性使得建立在各種理地學(xué)現(xiàn)象的復(fù)雜性和獨(dú)特性使得建立在各種理想條件之上的理論模型很難應(yīng)用于實(shí)際

10、想條件之上的理論模型很難應(yīng)用于實(shí)際, ,確定性確定性的模型需要隨著地點(diǎn)和時(shí)間的改變而不斷修改的模型需要隨著地點(diǎn)和時(shí)間的改變而不斷修改模型參數(shù)甚至模型結(jié)構(gòu)模型參數(shù)甚至模型結(jié)構(gòu), ,因而在很大程度上失去因而在很大程度上失去了模型的普遍性。自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)各因素的了模型的普遍性。自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)各因素的耦合使得這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)具有一定程度的非線耦合使得這個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)具有一定程度的非線性和混沌特點(diǎn)性和混沌特點(diǎn), ,人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法為建人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法為建立新的空間模型提供了一條可行的方法。我們立新的空間模型提供了一條可行的方法。我們知道多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最重要屬性在于它能知道多層前向神經(jīng)

11、網(wǎng)絡(luò)的最重要屬性在于它能夠?qū)W會(huì)任何復(fù)雜性的映射夠?qū)W會(huì)任何復(fù)雜性的映射( (線性、非線性線性、非線性),),利用利用這一特性可以在沒(méi)有或有很少關(guān)于研究對(duì)象的這一特性可以在沒(méi)有或有很少關(guān)于研究對(duì)象的領(lǐng)域知識(shí)的前提下領(lǐng)域知識(shí)的前提下, ,通過(guò)對(duì)大量空間數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)大量空間數(shù)據(jù)( (樣本樣本) )進(jìn)行學(xué)習(xí)進(jìn)行學(xué)習(xí), ,來(lái)建立空間要素之間的依賴關(guān)系來(lái)建立空間要素之間的依賴關(guān)系, ,以以滿足人們對(duì)空間數(shù)學(xué)模型的需求滿足人們對(duì)空間數(shù)學(xué)模型的需求六、結(jié)束語(yǔ) 實(shí)踐證明，利用人工智能和專家系統(tǒng)技術(shù)，基于地理科學(xué)的理論、規(guī)則、專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)、實(shí)際工作的要求建立專家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)，以有效的表達(dá)方式對(duì)知識(shí)進(jìn)行表示，綜合利用推理機(jī)制和空間分析模型建立推理機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)