計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃課件

計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃中的應(yīng)用朱選新加坡南洋理工大學(xué)國(guó)立教育學(xué)院計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃中的應(yīng)用1計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)具有地理空間數(shù)據(jù)處理,空間分析與模擬,決策分析能力的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)又稱輔助空間決策系統(tǒng)(spatialdecisionsupportsystemsorSDSS)是地理信息系統(tǒng)(GIS)與計(jì)算機(jī)輔助模擬和決策分析技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物空間模擬(spatialmodelling):模擬地理過程的數(shù)學(xué)模型自然環(huán)境過程(physicalprocess),社會(huì)經(jīng)濟(jì)過程(humanprocess)運(yùn)籌學(xué)(operationsresearch):解決規(guī)劃和管理決策問題的數(shù)學(xué)方法多標(biāo)準(zhǔn)決策分析(multi-criteriadecisionanalysis)多目標(biāo)規(guī)劃(multi-objectiveprogramming)人工智能專家系統(tǒng)(expertsystems),基因算法(geneticalgorithms)計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)具有地理空間數(shù)據(jù)處理,空間分析與模擬2GISComputer-AidedModelling&DecisionAnalysisSDSSGeospatialDataGISToolboxPhysicalProcessModelsHumanProcessModelsDecision-MakingModelsRule-BasedModelsSDSS=+ModelsGeospatialData&DataManipulationandSpatialAnalysisGISSDSSGeospatialGISPhysicalHu3輔助地理決策系統(tǒng)的特點(diǎn)使用地理空間數(shù)據(jù)和模型獲取有助決策的信息交互式,允許用戶靈活探索決策問題的求解空間,以及制定,分析,評(píng)價(jià)多種決策方案用戶界面易用,其主要用戶為沒有GIS和模型知識(shí)的管理和規(guī)劃人員大多使用專業(yè)模型,為特定用途而設(shè)計(jì)水資源管理,城市交通規(guī)劃,農(nóng)業(yè)土地利用規(guī)劃,購(gòu)物中心選址…輔助地理決策系統(tǒng)的特點(diǎn)使用地理空間數(shù)據(jù)和模型獲取有助決策的信4輔助地理決策系統(tǒng)的種類基于空間模型的輔助地理決策系統(tǒng)基于知識(shí)的(knowledge-based)輔助地理決策系統(tǒng)多標(biāo)準(zhǔn)分析(multi-criteriaanalysis)輔助地理決策系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化(multi-objectiveoptimisation)輔助地理決策系統(tǒng)綜合式(integrated)輔助地理決策系統(tǒng)合作式(collaborative)輔助地理決策系統(tǒng)輔助地理決策系統(tǒng)的種類基于空間模型的輔助地理決策系統(tǒng)5基于空間模型的輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterfaceDatabaseSpatialModelsGISTools基于空間模型的輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterf6AccessibilityAnalyst–通達(dá)性評(píng)價(jià)系統(tǒng)用于城市土地利用和交通規(guī)劃中通達(dá)性分析評(píng)價(jià)(由劉素霞博士設(shè)計(jì))一個(gè)地點(diǎn)的通達(dá)性:運(yùn)用一定的交通工具,從該地點(diǎn)出發(fā)到達(dá)其它地點(diǎn)以從事某種活動(dòng)的方便程度評(píng)價(jià)交通系統(tǒng)的有效性,制訂交通系統(tǒng)規(guī)劃方案,設(shè)置公用服務(wù)設(shè)施,規(guī)劃與開發(fā)住宅區(qū)等的重要指標(biāo)AccessibilityAnalyst將多種通達(dá)性分析模型和工具結(jié)合起來(lái)建立模型庫(kù),并與GIS相連結(jié)ArcViewGIS軟件系統(tǒng)的附加模塊AccessibilityAnalyst–通達(dá)性評(píng)價(jià)系7計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃8PotentialModels–位能模型位于地點(diǎn)j

某種活動(dòng)的規(guī)模從地點(diǎn)i到地點(diǎn)j的距離,或旅行的時(shí)間,或旅行的費(fèi)用地點(diǎn)i

的通達(dá)性PotentialModels–位能模型位于地點(diǎn)j某9計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃10計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃11計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃12基于知識(shí)的輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterfaceDatabaseExpertSystemGISTools基于知識(shí)的輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterfac13Expertise(Explanations&conclusions)ExpertSystemKnowledgeBaseInferenceEngineHumanExpertUserKnowledgeEngineeringFactsProblemDomainExpertise(Explanations&concl14計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃15基于知識(shí)的輔助地理決策系統(tǒng)的特點(diǎn)包含多種知識(shí)某領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí),模型知識(shí),數(shù)據(jù)知識(shí),數(shù)據(jù)處理工具知識(shí),過程知識(shí)能運(yùn)用知識(shí)和一定的推理機(jī)制引導(dǎo)用戶解決決策問題建立表達(dá)決策問題的模型根據(jù)問題模型設(shè)計(jì)解答問題的過程選擇和調(diào)用合適模型,數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)程序,運(yùn)行這些模型和程序求得問題的答案評(píng)價(jià)所得的結(jié)果基于知識(shí)的輔助地理決策系統(tǒng)的特點(diǎn)包含多種知識(shí)16SpatialInfluenceDiagram–空間要素關(guān)聯(lián)圖SitesforHousingDevelopmentProximitytoLakesLakesProximitytoRoadsRoadsSlopeElevationAspectValuenodeChancenodeBordernodeNAMESitesforHousingDevelopmentTYPEvaluePREDECESSORSProximitytoLakes,ProximitytoRoads,Slope,AspectSUCCESSORSnilFUNCTIONAL_MODELSuitabilityForHousingGIS_MODELoverlayASSOCIATED_DATAnilSpatialInfluenceDiagram–空間17基于知識(shí)的輔助地理決策系統(tǒng)的特點(diǎn)綜合了地理信息系統(tǒng)(GIS)和專家系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)控制GIS和模型的運(yùn)行,用戶無(wú)需掌握操作GIS和模型的具體知識(shí)具有解釋功能,用戶可以理解,檢查整個(gè)問題的解決過程基于知識(shí)的輔助地理決策系統(tǒng)的特點(diǎn)綜合了地理信息系統(tǒng)(GIS)18ILUDSS–Islay土地利用輔助決策系統(tǒng)Islay:蘇格蘭西海岸附近的小島目的:評(píng)價(jià)土地利用潛力用戶:ScottishNaturalHeritage的規(guī)劃人員具備基于知識(shí)的輔助地理決策系統(tǒng)的主要功能ILUDSS–Islay土地利用輔助決策系統(tǒng)Islay19ILUDSS–Islay土地利用輔助決策系統(tǒng)Islay:蘇格蘭西海岸附近的小島評(píng)價(jià)土地利用潛力

HARDYCLIPSARC/INFOGraphicalUserInterfaceQueryProcessingSubsystemModellingSubsystemKnowledgeBaseDomainknowledgebasemoduleToolsknowledgebasemoduleMetadataknow-ledgebasemoduleProcessknowledgebasemoduleProblemProcessorRule-basedModelsDataBaseGIS,AnalyticalModelsandUtilityProgramsControlflowDataorknowledgeflowUserILUDSS–Islay土地利用輔助決策系統(tǒng)Islay20LandCapabilityforForestryPhysicalLandSuitabilityforForestrySitesofSpecialScientificInterestProximitytoSSSIAreasLandCapabilityforAgricultureProximitytoRoadsAltitudePotentialSitesforAfforestationRoadsLandCapabilityforForestryPh21多標(biāo)準(zhǔn)分析輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterfaceDatabaseMulti-CriteriaModelsGISTools多標(biāo)準(zhǔn)分析輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterfac22一個(gè)多標(biāo)準(zhǔn)決策分析問題IdentifyanoptimalsiteSlopeAspectTransportLandusePriceSite1Site2Site3一個(gè)多標(biāo)準(zhǔn)決策分析問題Identifyanoptimal23多標(biāo)準(zhǔn)決策分析

(Multi-CriteriaDecisionAnalysis)多標(biāo)準(zhǔn)決策分析是一套用于輔助決策人員從一系列決策方案中選擇最佳方案的技術(shù)多標(biāo)準(zhǔn)決策分析的過程制定決策的目標(biāo)(objectives)選擇評(píng)價(jià)決策方案(alternatives)的標(biāo)準(zhǔn)(criteria)確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重對(duì)決策方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和排序,選擇最佳方案在資源管理,城市與區(qū)域規(guī)劃中有廣泛應(yīng)用水資源規(guī)劃,交通規(guī)劃,政策評(píng)價(jià),資源開發(fā)和環(huán)境規(guī)劃項(xiàng)目的選取,土地利用選址,等等常用的多標(biāo)準(zhǔn)決策分析技術(shù)AnalyticalHierarchyProcess(AHP),Multi-AttributeUtilityModel,SMARTER,ELECTRE,IdealPoint多標(biāo)準(zhǔn)決策分析

(Multi-CriteriaDecis24JavaAHP-多標(biāo)準(zhǔn)分析輔助決策系統(tǒng)JavaAHP-多標(biāo)準(zhǔn)分析輔助決策系統(tǒng)25計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃26多目標(biāo)優(yōu)化輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterfaceDatabaseMulti-ObjectiveOptimisationModelsGISTools多目標(biāo)優(yōu)化輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterfac27多目標(biāo)優(yōu)化多目標(biāo)優(yōu)化:在一定的限制條件下,解決資源的最優(yōu)配置或最佳利用問題多目標(biāo)優(yōu)化問題:規(guī)劃土地利用以增加就業(yè)率土地利用現(xiàn)狀:8200公頃森林地,4520公頃農(nóng)田,1050公頃城市用地4個(gè)目標(biāo):就業(yè):增加500個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)環(huán)境:保留70%以上的現(xiàn)有森林地投資:用于改變現(xiàn)有土地利用類型的投資為一億元城市化:新增城市用地面積不超過400公頃如何合理安排土地利用布局才能實(shí)現(xiàn)這4個(gè)目標(biāo)?多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)線性規(guī)劃(linearprogramming),目標(biāo)規(guī)劃(goalprogramming),基因算法(geneticalgorithms),等等多目標(biāo)優(yōu)化多目標(biāo)優(yōu)化:在一定的限制條件下,解決資源的最優(yōu)28基因算法建立在達(dá)爾文生物進(jìn)化論基礎(chǔ)上的機(jī)器學(xué)習(xí)(machinelearning)模型一群隨機(jī)產(chǎn)生的個(gè)體經(jīng)過一個(gè)模擬的進(jìn)化過程,能適應(yīng)生存條件的具有競(jìng)爭(zhēng)力的個(gè)體繼續(xù)生存下去,繁殖后代,不能適應(yīng)生存條件的個(gè)體則被淘汰基因算法的基本要素基因(genes):個(gè)體的最基本的結(jié)構(gòu)單位,或問題的參數(shù).如:土地利用分配中,一個(gè)基因代表一個(gè)土地單元及其屬性染色體(chromosomes):由一組基因組成的個(gè)體,或問題可行解區(qū)域(solutionspace)中的一點(diǎn).如:一種可行的土地利用布局目標(biāo)函數(shù)(fitnessfunction):計(jì)算染色體或個(gè)體的競(jìng)爭(zhēng)力(fitness),用于判斷一個(gè)染色體是否能生存下去,也是衡量目標(biāo)是否優(yōu)化的尺度.如:產(chǎn)量,利潤(rùn),費(fèi)用.群體(population):所有在基因算法中不斷進(jìn)化的染色體基因算法建立在達(dá)爾文生物進(jìn)化論基礎(chǔ)上的機(jī)器學(xué)習(xí)(machi29基因算法(續(xù))基因算法的基本算子(operators)競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)價(jià)(fitnessevaluation)運(yùn)用目標(biāo)函數(shù)確定染色體的競(jìng)爭(zhēng)力選擇(selection)比較染色體的競(jìng)爭(zhēng)力,選擇較具競(jìng)爭(zhēng)力的染色體以便將他們的基因傳到下一代對(duì)換(crossover)一旦選擇了一對(duì)父母染色體后,隨機(jī)地將他們的基因交換,組成一對(duì)新的染色體變異(mutation)隨機(jī)地修改一個(gè)染色體插入(insertion)將新產(chǎn)生的染色體加入群體,并將不具競(jìng)爭(zhēng)力的染色體除去基因算法(續(xù))基因算法的基本算子(operators)30基因算法的工作流程DefineProblemCreateaRandomPopulationEvaluateFitnessofIndividualsSelectIndividualsforMatingMateIndividualstoProduceOffspringviaCrossoverMutateIndividualstoProduceOffspringStopConver-gence?InsertOffspringintoPopulationNoYes基因算法的工作流程DefineCreateaEvaluat31運(yùn)用基因算法于土地利用分配土地利用分配涉及的要素土地單元,待分配的土地利用種類,每一土地單元對(duì)各種土地利用類型的適宜性,需優(yōu)化的目標(biāo),…基因:土地單元及其屬性地點(diǎn),分配的土地利用,土地利用的適宜性,…染色體:構(gòu)成某一種土地利用布局的一系列土地單元運(yùn)用基因算法于土地利用分配土地利用分配涉及的要素32土地利用布局的基因表達(dá)nn-165412n6341235n-1123456n123456n-1n201634289ChromosomesGENE2UMA#:2AssignedLanduse:PastureLandsuitability:pasture–Class1sugarcane–Class2…GENEn-1UMA#:n-1AssignedLanduse:SugarcaneLandsuitability:pasture–Class3sugarcane–Class4…GenesLandusepatternsn-1土地利用布局的基因表達(dá)nn-165412n6341235n-33LUOS-土地利用優(yōu)化系統(tǒng)LUOS-土地利用優(yōu)化系統(tǒng)34LUOS應(yīng)用實(shí)例實(shí)驗(yàn)地:澳大利亞Noosa郡待分配的土地利用:果園,蔬菜和草地假設(shè)的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù):($/ha.)目標(biāo):在今后12年內(nèi)獲取最佳的凈收入

(netpresentvalue)果園蔬菜草地Class1320.1280.0222.0Class2280.0245.2210.0Class3230.0235.2200.5Class4180.0200.0190.0LUOS應(yīng)用實(shí)例實(shí)驗(yàn)地:澳大利亞Noosa郡果園蔬菜35計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃36CreateasetoflanduseplansbyrandomlyassigninglandusestolandparcelsEvaluateeachlanduseplanbycalculatingthenetpresentvalue(NPV)SelectthelanduseplanswiththehighestNPVsRandomlyselectsubsetsoflandparcelsfromtheselectedlanduseplansFormanewsetoflanduseplansfromthesesubsetsGoodenoughStopNoYesCreateasetoflanduseEvalua37NPV=$66,575,596NPV=$67,296,272NPV=$67,323,920NPV=$66,575,596NPV=$67,29638VegMan-綜合式輔助地理決策系統(tǒng)ServerMachineClientMachineWebBrowserHTML/JavaAppletsJavaWebServerRule-BasedSystem(JESS)MapImageInternetJavaServletsMulti-CriteriaAnalysisTool(JavaAHP)InternetMappingTool(WebMap)HTMLRuleBase(HTML—HypertextMarkupLanguage)GISDatabaseGIS(ArcView)VegMan-綜合式輔助地理決策系統(tǒng)ServerMac39ServerMachineClientMachineWebBrowserHTML/JavaAppletsJavaWebServerRule-BasedSystem(JESS)MapImageInternetJavaServletsMulti-CriteriaAnalysisTool(JavaAHP)InternetMappingTool(WebMap)HTMLRuleBase(HTML—HypertextMarkupLanguage)GISDatabaseGIS(ArcView)WebMapInternetMappingTool(WebMap)mapgenerationmapbrowsingspatialqueryclassificationoperationsServerMachineClientMachineWe40計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃41JESSServerMachineClientMachineWebBrowserHTML/JavaAppletsJavaWebServerRule-BasedSystem(JESS)MapImageInternetJavaServletsMulti-CriteriaAnalysisTool(JavaAHP)InternetMappingTool(WebMap)HTMLRuleBase(HTML—HypertextMarkupLanguage)GISDatabaseGIS(ArcView)Rule-BasedSystem(JESS)DelivertheCentralHighlandsRegionalVegetationStrategyJESSServerMachineClientMachi42ServerMachineClientMachineWebBrowserHTML/JavaAppletsJavaWebServerRule-BasedSystem(JESS)MapImageInternetJavaServletsMulti-CriteriaAnalysisTool(JavaAHP)InternetMappingTool(WebMap)HTMLRuleBase(HTML—HypertextMarkupLanguage)GISDatabaseGIS(ArcView)RegionalStrategyRuleBaseRuleBaseRegionalVegetationStrategyasrulesBasicfeaturesofeachvegetationcommunityServerMachineClientMachineWe43計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃44計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃45計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃46ServerMachineClientMachineWebBrowserHTML/JavaAppletsJavaWebServerRule-BasedSystem(JESS)MapImageInternetJavaServletsMulti-CriteriaAnalysisTool(JavaAHP)InternetMappingTool(WebMap)HTMLRuleBase(HTML—HypertextMarkupLanguage)GISDatabaseGIS(ArcView)JavaAHPMulti-CriteriaAnalysisTool(JavaAHP)CombinebestavailableinformationandDM’svaluejudgementsEvaluateandprioritisemanagementoptionsServerMachineClientMachineWe47計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃48計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃49計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃50計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃51計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃中的應(yīng)用朱選新加坡南洋理工大學(xué)國(guó)立教育學(xué)院計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃中的應(yīng)用52計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)具有地理空間數(shù)據(jù)處理,空間分析與模擬,決策分析能力的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)又稱輔助空間決策系統(tǒng)(spatialdecisionsupportsystemsorSDSS)是地理信息系統(tǒng)(GIS)與計(jì)算機(jī)輔助模擬和決策分析技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物空間模擬(spatialmodelling):模擬地理過程的數(shù)學(xué)模型自然環(huán)境過程(physicalprocess),社會(huì)經(jīng)濟(jì)過程(humanprocess)運(yùn)籌學(xué)(operationsresearch):解決規(guī)劃和管理決策問題的數(shù)學(xué)方法多標(biāo)準(zhǔn)決策分析(multi-criteriadecisionanalysis)多目標(biāo)規(guī)劃(multi-objectiveprogramming)人工智能專家系統(tǒng)(expertsystems),基因算法(geneticalgorithms)計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)具有地理空間數(shù)據(jù)處理,空間分析與模擬53GISComputer-AidedModelling&DecisionAnalysisSDSSGeospatialDataGISToolboxPhysicalProcessModelsHumanProcessModelsDecision-MakingModelsRule-BasedModelsSDSS=+ModelsGeospatialData&DataManipulationandSpatialAnalysisGISSDSSGeospatialGISPhysicalHu54輔助地理決策系統(tǒng)的特點(diǎn)使用地理空間數(shù)據(jù)和模型獲取有助決策的信息交互式,允許用戶靈活探索決策問題的求解空間,以及制定,分析,評(píng)價(jià)多種決策方案用戶界面易用,其主要用戶為沒有GIS和模型知識(shí)的管理和規(guī)劃人員大多使用專業(yè)模型,為特定用途而設(shè)計(jì)水資源管理,城市交通規(guī)劃,農(nóng)業(yè)土地利用規(guī)劃,購(gòu)物中心選址…輔助地理決策系統(tǒng)的特點(diǎn)使用地理空間數(shù)據(jù)和模型獲取有助決策的信55輔助地理決策系統(tǒng)的種類基于空間模型的輔助地理決策系統(tǒng)基于知識(shí)的(knowledge-based)輔助地理決策系統(tǒng)多標(biāo)準(zhǔn)分析(multi-criteriaanalysis)輔助地理決策系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化(multi-objectiveoptimisation)輔助地理決策系統(tǒng)綜合式(integrated)輔助地理決策系統(tǒng)合作式(collaborative)輔助地理決策系統(tǒng)輔助地理決策系統(tǒng)的種類基于空間模型的輔助地理決策系統(tǒng)56基于空間模型的輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterfaceDatabaseSpatialModelsGISTools基于空間模型的輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterf57AccessibilityAnalyst–通達(dá)性評(píng)價(jià)系統(tǒng)用于城市土地利用和交通規(guī)劃中通達(dá)性分析評(píng)價(jià)(由劉素霞博士設(shè)計(jì))一個(gè)地點(diǎn)的通達(dá)性:運(yùn)用一定的交通工具,從該地點(diǎn)出發(fā)到達(dá)其它地點(diǎn)以從事某種活動(dòng)的方便程度評(píng)價(jià)交通系統(tǒng)的有效性,制訂交通系統(tǒng)規(guī)劃方案,設(shè)置公用服務(wù)設(shè)施,規(guī)劃與開發(fā)住宅區(qū)等的重要指標(biāo)AccessibilityAnalyst將多種通達(dá)性分析模型和工具結(jié)合起來(lái)建立模型庫(kù),并與GIS相連結(jié)ArcViewGIS軟件系統(tǒng)的附加模塊AccessibilityAnalyst–通達(dá)性評(píng)價(jià)系58計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃59PotentialModels–位能模型位于地點(diǎn)j

某種活動(dòng)的規(guī)模從地點(diǎn)i到地點(diǎn)j的距離,或旅行的時(shí)間,或旅行的費(fèi)用地點(diǎn)i

的通達(dá)性PotentialModels–位能模型位于地點(diǎn)j某60計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃61計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃62計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃63基于知識(shí)的輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterfaceDatabaseExpertSystemGISTools基于知識(shí)的輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterfac64Expertise(Explanations&conclusions)ExpertSystemKnowledgeBaseInferenceEngineHumanExpertUserKnowledgeEngineeringFactsProblemDomainExpertise(Explanations&concl65計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃66基于知識(shí)的輔助地理決策系統(tǒng)的特點(diǎn)包含多種知識(shí)某領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí),模型知識(shí),數(shù)據(jù)知識(shí),數(shù)據(jù)處理工具知識(shí),過程知識(shí)能運(yùn)用知識(shí)和一定的推理機(jī)制引導(dǎo)用戶解決決策問題建立表達(dá)決策問題的模型根據(jù)問題模型設(shè)計(jì)解答問題的過程選擇和調(diào)用合適模型,數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)程序,運(yùn)行這些模型和程序求得問題的答案評(píng)價(jià)所得的結(jié)果基于知識(shí)的輔助地理決策系統(tǒng)的特點(diǎn)包含多種知識(shí)67SpatialInfluenceDiagram–空間要素關(guān)聯(lián)圖SitesforHousingDevelopmentProximitytoLakesLakesProximitytoRoadsRoadsSlopeElevationAspectValuenodeChancenodeBordernodeNAMESitesforHousingDevelopmentTYPEvaluePREDECESSORSProximitytoLakes,ProximitytoRoads,Slope,AspectSUCCESSORSnilFUNCTIONAL_MODELSuitabilityForHousingGIS_MODELoverlayASSOCIATED_DATAnilSpatialInfluenceDiagram–空間68基于知識(shí)的輔助地理決策系統(tǒng)的特點(diǎn)綜合了地理信息系統(tǒng)(GIS)和專家系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)控制GIS和模型的運(yùn)行,用戶無(wú)需掌握操作GIS和模型的具體知識(shí)具有解釋功能,用戶可以理解,檢查整個(gè)問題的解決過程基于知識(shí)的輔助地理決策系統(tǒng)的特點(diǎn)綜合了地理信息系統(tǒng)(GIS)69ILUDSS–Islay土地利用輔助決策系統(tǒng)Islay:蘇格蘭西海岸附近的小島目的:評(píng)價(jià)土地利用潛力用戶:ScottishNaturalHeritage的規(guī)劃人員具備基于知識(shí)的輔助地理決策系統(tǒng)的主要功能ILUDSS–Islay土地利用輔助決策系統(tǒng)Islay70ILUDSS–Islay土地利用輔助決策系統(tǒng)Islay:蘇格蘭西海岸附近的小島評(píng)價(jià)土地利用潛力

HARDYCLIPSARC/INFOGraphicalUserInterfaceQueryProcessingSubsystemModellingSubsystemKnowledgeBaseDomainknowledgebasemoduleToolsknowledgebasemoduleMetadataknow-ledgebasemoduleProcessknowledgebasemoduleProblemProcessorRule-basedModelsDataBaseGIS,AnalyticalModelsandUtilityProgramsControlflowDataorknowledgeflowUserILUDSS–Islay土地利用輔助決策系統(tǒng)Islay71LandCapabilityforForestryPhysicalLandSuitabilityforForestrySitesofSpecialScientificInterestProximitytoSSSIAreasLandCapabilityforAgricultureProximitytoRoadsAltitudePotentialSitesforAfforestationRoadsLandCapabilityforForestryPh72多標(biāo)準(zhǔn)分析輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterfaceDatabaseMulti-CriteriaModelsGISTools多標(biāo)準(zhǔn)分析輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterfac73一個(gè)多標(biāo)準(zhǔn)決策分析問題IdentifyanoptimalsiteSlopeAspectTransportLandusePriceSite1Site2Site3一個(gè)多標(biāo)準(zhǔn)決策分析問題Identifyanoptimal74多標(biāo)準(zhǔn)決策分析

(Multi-CriteriaDecisionAnalysis)多標(biāo)準(zhǔn)決策分析是一套用于輔助決策人員從一系列決策方案中選擇最佳方案的技術(shù)多標(biāo)準(zhǔn)決策分析的過程制定決策的目標(biāo)(objectives)選擇評(píng)價(jià)決策方案(alternatives)的標(biāo)準(zhǔn)(criteria)確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)重對(duì)決策方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和排序,選擇最佳方案在資源管理,城市與區(qū)域規(guī)劃中有廣泛應(yīng)用水資源規(guī)劃,交通規(guī)劃,政策評(píng)價(jià),資源開發(fā)和環(huán)境規(guī)劃項(xiàng)目的選取,土地利用選址,等等常用的多標(biāo)準(zhǔn)決策分析技術(shù)AnalyticalHierarchyProcess(AHP),Multi-AttributeUtilityModel,SMARTER,ELECTRE,IdealPoint多標(biāo)準(zhǔn)決策分析

(Multi-CriteriaDecis75JavaAHP-多標(biāo)準(zhǔn)分析輔助決策系統(tǒng)JavaAHP-多標(biāo)準(zhǔn)分析輔助決策系統(tǒng)76計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃77多目標(biāo)優(yōu)化輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterfaceDatabaseMulti-ObjectiveOptimisationModelsGISTools多目標(biāo)優(yōu)化輔助地理決策系統(tǒng)UserUserInterfac78多目標(biāo)優(yōu)化多目標(biāo)優(yōu)化:在一定的限制條件下,解決資源的最優(yōu)配置或最佳利用問題多目標(biāo)優(yōu)化問題:規(guī)劃土地利用以增加就業(yè)率土地利用現(xiàn)狀:8200公頃森林地,4520公頃農(nóng)田,1050公頃城市用地4個(gè)目標(biāo):就業(yè):增加500個(gè)就業(yè)機(jī)會(huì)環(huán)境:保留70%以上的現(xiàn)有森林地投資:用于改變現(xiàn)有土地利用類型的投資為一億元城市化:新增城市用地面積不超過400公頃如何合理安排土地利用布局才能實(shí)現(xiàn)這4個(gè)目標(biāo)?多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)線性規(guī)劃(linearprogramming),目標(biāo)規(guī)劃(goalprogramming),基因算法(geneticalgorithms),等等多目標(biāo)優(yōu)化多目標(biāo)優(yōu)化:在一定的限制條件下,解決資源的最優(yōu)79基因算法建立在達(dá)爾文生物進(jìn)化論基礎(chǔ)上的機(jī)器學(xué)習(xí)(machinelearning)模型一群隨機(jī)產(chǎn)生的個(gè)體經(jīng)過一個(gè)模擬的進(jìn)化過程,能適應(yīng)生存條件的具有競(jìng)爭(zhēng)力的個(gè)體繼續(xù)生存下去,繁殖后代,不能適應(yīng)生存條件的個(gè)體則被淘汰基因算法的基本要素基因(genes):個(gè)體的最基本的結(jié)構(gòu)單位,或問題的參數(shù).如:土地利用分配中,一個(gè)基因代表一個(gè)土地單元及其屬性染色體(chromosomes):由一組基因組成的個(gè)體,或問題可行解區(qū)域(solutionspace)中的一點(diǎn).如:一種可行的土地利用布局目標(biāo)函數(shù)(fitnessfunction):計(jì)算染色體或個(gè)體的競(jìng)爭(zhēng)力(fitness),用于判斷一個(gè)染色體是否能生存下去,也是衡量目標(biāo)是否優(yōu)化的尺度.如:產(chǎn)量,利潤(rùn),費(fèi)用.群體(population):所有在基因算法中不斷進(jìn)化的染色體基因算法建立在達(dá)爾文生物進(jìn)化論基礎(chǔ)上的機(jī)器學(xué)習(xí)(machi80基因算法(續(xù))基因算法的基本算子(operators)競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)價(jià)(fitnessevaluation)運(yùn)用目標(biāo)函數(shù)確定染色體的競(jìng)爭(zhēng)力選擇(selection)比較染色體的競(jìng)爭(zhēng)力,選擇較具競(jìng)爭(zhēng)力的染色體以便將他們的基因傳到下一代對(duì)換(crossover)一旦選擇了一對(duì)父母染色體后,隨機(jī)地將他們的基因交換,組成一對(duì)新的染色體變異(mutation)隨機(jī)地修改一個(gè)染色體插入(insertion)將新產(chǎn)生的染色體加入群體,并將不具競(jìng)爭(zhēng)力的染色體除去基因算法(續(xù))基因算法的基本算子(operators)81基因算法的工作流程DefineProblemCreateaRandomPopulationEvaluateFitnessofIndividualsSelectIndividualsforMatingMateIndividualstoProduceOffspringviaCrossoverMutateIndividualstoProduceOffspringStopConver-gence?InsertOffspringintoPopulationNoYes基因算法的工作流程DefineCreateaEvaluat82運(yùn)用基因算法于土地利用分配土地利用分配涉及的要素土地單元,待分配的土地利用種類,每一土地單元對(duì)各種土地利用類型的適宜性,需優(yōu)化的目標(biāo),…基因:土地單元及其屬性地點(diǎn),分配的土地利用,土地利用的適宜性,…染色體:構(gòu)成某一種土地利用布局的一系列土地單元運(yùn)用基因算法于土地利用分配土地利用分配涉及的要素83土地利用布局的基因表達(dá)nn-165412n6341235n-1123456n123456n-1n201634289ChromosomesGENE2UMA#:2AssignedLanduse:PastureLandsuitability:pasture–Class1sugarcane–Class2…GENEn-1UMA#:n-1AssignedLanduse:SugarcaneLandsuitability:pasture–Class3sugarcane–Class4…GenesLandusepatternsn-1土地利用布局的基因表達(dá)nn-165412n6341235n-84LUOS-土地利用優(yōu)化系統(tǒng)LUOS-土地利用優(yōu)化系統(tǒng)85LUOS應(yīng)用實(shí)例實(shí)驗(yàn)地:澳大利亞Noosa郡待分配的土地利用:果園,蔬菜和草地假設(shè)的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù):($/ha.)目標(biāo):在今后12年內(nèi)獲取最佳的凈收入

(netpresentvalue)果園蔬菜草地Class1320.1280.0222.0Class2280.0245.2210.0Class3230.0235.2200.5Class4180.0200.0190.0LUOS應(yīng)用實(shí)例實(shí)驗(yàn)地:澳大利亞Noosa郡果園蔬菜86計(jì)算機(jī)輔助地理決策系統(tǒng)及其在資源管理和規(guī)劃87CreateasetoflanduseplansbyrandomlyassigninglandusestolandparcelsEvaluateeachlanduseplanbycalculatingthenetpresentvalue(NPV)SelectthelanduseplanswiththehighestNPVsRandomlyselectsubsetsoflandparcelsfromtheselectedlanduseplansFormanewsetoflanduseplansfromthesesubsetsGoodenoughStopNoYesCreateasetoflanduseEvalua88NPV=$66,575,596NPV=$67,296,272NPV=$67,323,920NPV=$66,575,596NPV=$67,29689VegMan-綜合式輔助地理決策系統(tǒng)ServerMachineClientMachineWebBrowserHTML/JavaAppletsJavaWebServerRule-BasedSystem(JESS)MapImageInternetJavaServletsMulti-CriteriaAnalysisTool(JavaAHP)InternetMappingTool(WebMap)HTMLRuleBase(HTML—HypertextMarkupLanguage)GISDatabaseGIS(ArcView)VegMan-綜合式輔助地理決策系統(tǒng)ServerMac90ServerMachineClientMa