地理信息系統(tǒng)下的空間分析-第八章-空間決策支持

第八章空間決策支持系統(tǒng)8.1空間分析與空間決策支持

根據(jù)空間分析的智能化程度，根據(jù)空間分析過(guò)程中引入知識(shí)的多少，可以將空間分析劃分為一般空間分析、空間決策支持、智能空間決策支持。8.1.1一般空間分析

主要包括疊置分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析、空間插值等。應(yīng)用這些一般的空間分析功能模塊進(jìn)行空間分析時(shí)，通常需要同時(shí)運(yùn)用多種空間分析操作。因此，設(shè)計(jì)高效率的空間分析過(guò)程將十分有利于問(wèn)題的解決，一般步驟是：

步驟1：建立分析目的和標(biāo)準(zhǔn)

分析目的是用戶打算利用地理數(shù)據(jù)庫(kù)回答什么問(wèn)題，而標(biāo)準(zhǔn)是指如何利用GIS的空間分析功能來(lái)回答這些問(wèn)題。例如公園選址問(wèn)題。對(duì)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以利用緩沖區(qū)分析、疊置分析等空間分析操作進(jìn)行分析，然后對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。步驟2：準(zhǔn)備空間操作的數(shù)據(jù)

確定和準(zhǔn)備空間分析中所要用到的數(shù)據(jù)，包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)。步驟3：進(jìn)行空間分析操作空間分析操作包括緩沖區(qū)分析、拓?fù)浏B加分析、特征抽取以及特征合并等。每個(gè)空間分析操作都將產(chǎn)生分析所需要的新的信息。

步驟4：準(zhǔn)備表格分析的數(shù)據(jù)

大多數(shù)分析都要求利用空間操作得到一個(gè)最終圖層(Coverage)或一組圖層(Coverages)。一旦產(chǎn)生了最終的圖層(Coverages)，就必須準(zhǔn)備用于分析的數(shù)據(jù)，包括空間數(shù)據(jù)和描述性數(shù)據(jù)。步驟5：進(jìn)行表格分析

利用邏輯表達(dá)式和算術(shù)表達(dá)式，對(duì)步驟3中進(jìn)行空間分析操作所獲得的新的屬性關(guān)系進(jìn)行分析。

步驟6：結(jié)果的評(píng)價(jià)和解釋完成以上分析后，將獲得一個(gè)結(jié)果，必須對(duì)該分析結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確定其有效性。步驟7：如有需要，改進(jìn)分析考慮到分析結(jié)果可能還具有某些局限性和缺點(diǎn)，可以決定對(duì)分析方法和過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)。

步驟8：產(chǎn)生分析結(jié)果的最終地圖和表格報(bào)告。

以最有效而又可靠的方法輸出分析結(jié)果?？梢岳肎IS軟件提供的地圖輸出模塊產(chǎn)生地圖，利用屬性數(shù)據(jù)處理模塊產(chǎn)生表格和報(bào)告。

8.1.2空間決策支持

空間決策支持是應(yīng)用各種空間分析手段對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以提取出隱含于空間數(shù)據(jù)中的某些事實(shí)和關(guān)系，并以圖形和文字的形式直觀地加以表達(dá)，為現(xiàn)實(shí)世界中的各種應(yīng)用以及決策人員的決策提供科學(xué)、合理的支持。由于空間分析直接融合了數(shù)據(jù)的空間定位能力，并能夠充分利用數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性特點(diǎn)，因此，其提供的決策支持將更加符合客觀現(xiàn)實(shí)，更具合理性。目前，盡管各種商業(yè)軟件不斷推出，各種應(yīng)用于空間數(shù)據(jù)處理的商業(yè)化手段也日臻完善，但是由于用戶的目的是千變?nèi)f化的，不能用一種定式加以限制。因此，提出一種完全封裝的、高度智能的通用軟件是不現(xiàn)實(shí)的。目前，更多的空間決策手段則是利用現(xiàn)有軟件提供的某些空間分析工具，按照用戶意圖，開發(fā)合理的決策模型，以實(shí)現(xiàn)決策支持。

國(guó)土規(guī)劃、場(chǎng)址選擇、災(zāi)害評(píng)價(jià)等都屬于空間分析決策所研究的領(lǐng)域，分析人員根據(jù)特定的決策目的與要求，運(yùn)用分析手段，分析相關(guān)的空間與非空間信息，得出分析結(jié)果。因此，空間決策問(wèn)題大大超過(guò)了地理信息系統(tǒng)的一般空間分析功能的要求?？臻g決策支持一般需要以下過(guò)程：（1）確定目標(biāo)

根據(jù)用戶的要求，確定用戶的最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，并對(duì)目標(biāo)性質(zhì)進(jìn)行分類，確定目標(biāo)的初步認(rèn)識(shí)。（2）建立模型

建立分析的運(yùn)作模型及定量模型。前者是指用戶的實(shí)際運(yùn)作過(guò)程的各種業(yè)務(wù)的運(yùn)作模型；后者是指參照用戶的實(shí)際工作模型，結(jié)合空間數(shù)據(jù)的空間特點(diǎn)，形成各種定量分析模型。（3）尋求空間分析手段

結(jié)合以上分析結(jié)果，逐步分解細(xì)節(jié)，尋求空間分析手段，對(duì)各種可能的分析手段進(jìn)行分析，確定可行性的分析過(guò)程，尤其應(yīng)注意空間數(shù)據(jù)的有效連接，最后形成分析結(jié)果，提交用戶使用。（4）結(jié)果評(píng)價(jià)

空間分析結(jié)果的合理性，直接影響到?jīng)Q策支持的效果。合理可靠的結(jié)果會(huì)對(duì)決策起到推動(dòng)和促進(jìn)作用，并起到事半功倍的效果。

但是，如果結(jié)果不合理，甚至錯(cuò)誤的分析結(jié)果會(huì)導(dǎo)致決策的失誤乃至失敗，從而導(dǎo)致不可預(yù)見(jiàn)的后果。

因此，必須對(duì)空間分析的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定結(jié)果的合理性和可靠性。空間決策支持經(jīng)常用于諸如最佳路徑、選址、定位分析、資源分配等經(jīng)常與空間數(shù)據(jù)發(fā)生聯(lián)系的領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)這些應(yīng)用領(lǐng)域的延伸，還可用于其它的某些社會(huì)或經(jīng)濟(jì)的部門。

可以看出，空間決策支持與一般空間分析的區(qū)別表現(xiàn)在：空間決策支持應(yīng)用了多種分析運(yùn)作模型和分析定量模型，可以認(rèn)為空間決策支持比一般的空間分析具有更多的智能處理功能。下面結(jié)合一個(gè)具體的實(shí)例詳細(xì)說(shuō)明空間決策支持的一般過(guò)程：1、問(wèn)題提出在某地建立一個(gè)國(guó)家森林旅游點(diǎn)，參考一定的旅游條件，在1:2.5萬(wàn)地圖上確定出旅游點(diǎn)的范圍，并繪制成圖，最后提交決策者參考。2、數(shù)據(jù)源建立一個(gè)國(guó)家森林旅游點(diǎn)所需要的空間數(shù)據(jù)：D1：公路及鐵路分布圖(1:2.5萬(wàn))——線狀圖D2：森林服務(wù)權(quán)屬圖(1:2.5萬(wàn))——面狀地圖D3：城鎮(zhèn)行政區(qū)劃圖(1:2.5萬(wàn))——面狀圖

3、所需要實(shí)現(xiàn)的GIS功能

（1）屬性重分類（2）面狀邊界消除與合并（3）緩沖區(qū)生成（4）拓?fù)浏B加（5）面積量測(cè)（6）中心點(diǎn)計(jì)算及疊加（7）繪圖輸出（8）生成報(bào)表

以上這些功能需要綜合應(yīng)用多種GIS的空間分析模型完成。

4、具體操作步驟

（1）根據(jù)森林權(quán)屬數(shù)據(jù)將面狀地物分成林地與非林地兩大類。（2）消除同一屬性值為林地或非林地的相鄰多邊形的邊界并加以合并。（3）在所有公路或鐵路周圍生成0.5km、1.0km寬的緩沖區(qū)，并分別賦屬性值。（4）拓?fù)浏B加步驟(2)、步驟(3)的圖層，從而產(chǎn)生新的圖層，并連接相關(guān)屬性信息，得到具有下列屬性的多邊形：①林地、非林地；②0.5km內(nèi)；③0.5km外且1.0km范圍以內(nèi)的區(qū)域；④1.0km范圍以外的區(qū)域。（5）拓?fù)浏B加城鎮(zhèn)邊界圖，得到市區(qū)、非市區(qū)屬性，并添加到步驟（4）所得到的屬性表中。（6）得到重新分類的面狀地物圖，其屬性組合可能存在以下類型：A：非林地B：林地、市區(qū)C：林地、非市區(qū)且距公路或鐵路0.5km之內(nèi)D：林地、非市區(qū)且距公路或鐵路0.5km到1.0km之內(nèi)E：林地、非市區(qū)且距公路或鐵路1.0km之外┇┇（7）消除并合并步驟(6)所得到的同類多邊形邊界。（8）量算步驟(7)所得到的多邊形的面積。（9）依據(jù)面積約束條件，對(duì)以下C類多邊形再分類：

C1：面積小于等于5km2；

C2：面積大于5km2。（10）計(jì)算多邊形中心，并累計(jì)多邊形的編號(hào)。

（11）疊加繪出步驟(10)所賦予的分類多邊形、交通圖、行政區(qū)劃圖。（12）統(tǒng)計(jì)、輸出分類多邊形的面積、屬性資料。8.1.3智能空間決策支持

智能空間決策支持是在空間決策支持的基礎(chǔ)上，增加了更多的人工智能技術(shù)，提高了空間決策支持的智能化處理水平，能夠解決更加復(fù)雜的空間決策問(wèn)題。雖然利用空間決策支持系統(tǒng)可以解決特定的決策問(wèn)題。但是，構(gòu)建一個(gè)空間決策支持系統(tǒng)比較費(fèi)時(shí)。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，實(shí)踐證明，使用軟件工程和知識(shí)工程開發(fā)空間決策支持系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境(外殼或產(chǎn)生器)是建立空間決策支持系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)和靈活的方式。這樣，分析人員可以快速高效地建立多種領(lǐng)域的空間決策支持系統(tǒng)。

一個(gè)比較好的解決思路是：開發(fā)一個(gè)通用的開發(fā)工具，決策者可以用來(lái)操作空間決策支持系統(tǒng)，解決特定的空間決策問(wèn)題。下圖是一個(gè)通用的智能空間決策支持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系圖。下面對(duì)如圖所示的體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成進(jìn)行解釋和說(shuō)明。

（1）專家系統(tǒng)殼(Shell)：專家系統(tǒng)殼是該系統(tǒng)的核心，可以單獨(dú)作為專家系統(tǒng)開發(fā)工具，直接控制著SDSS(空間決策支持系統(tǒng))的控制流和對(duì)外交流的元知識(shí)，以及非結(jié)構(gòu)化空間知識(shí)的推理機(jī)。它是SDSS的大腦。為了便于使用空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，專家系統(tǒng)殼有一個(gè)與外部數(shù)據(jù)庫(kù)的接口，包括GIS，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和遙感信息系統(tǒng)。

（2）模型庫(kù)管理系統(tǒng)

模型庫(kù)管理系統(tǒng)管理和處理程式化知識(shí)，包括算法、統(tǒng)計(jì)程序和數(shù)學(xué)模型，它也有一個(gè)與專家系統(tǒng)殼的接口，可以通過(guò)專家系統(tǒng)殼的元知識(shí)進(jìn)行調(diào)用。

（3）其他除了與數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、模型管理系統(tǒng)的接口外，友好的用戶界面和知識(shí)獲取模塊也是專家系統(tǒng)殼的組成部分。

智能空間決策支持系統(tǒng)目前還處于初期研究階段，要真正實(shí)現(xiàn)智能空間決策支持系統(tǒng)目前還有一定的難度。不斷地借鑒人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，不斷地提高空間分析的智能化程度是一種切實(shí)可行的研究思路。8.2空間決策支持系統(tǒng)從目前大多數(shù)GIS的發(fā)展情況來(lái)看，它們尚停留在空間數(shù)據(jù)獲取、存儲(chǔ)、查詢、分析、顯示、制圖、制表的水平上，缺少對(duì)復(fù)雜空間問(wèn)題決策的有效支持能力，很難滿足各級(jí)決策者的需要。但是，自本世紀(jì)80年代中后期以來(lái)，空間決策支持系統(tǒng)(SpatialDecisionSupportSystem，SDSS)作為一個(gè)新興科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，在已有的地理信息系統(tǒng)技術(shù)和決策支持系統(tǒng)(DSS)技術(shù)基礎(chǔ)上就應(yīng)運(yùn)而生了，并在國(guó)內(nèi)外引起了越來(lái)越廣泛的關(guān)注與重視。一般來(lái)說(shuō)，SDSS能幫助決策者從錯(cuò)綜復(fù)雜、撲朔迷離的現(xiàn)象中抓住本質(zhì)、理清頭緒、明確自己的主要任務(wù)和目標(biāo)；能夠幫助決策者自主、靈活地生成各種解決問(wèn)題的方案，研究和比較它們的利弊與矛盾，進(jìn)而找出切實(shí)可行的解決辦法，采取相應(yīng)的措施與行動(dòng)。

然而，在實(shí)際工作中，不同層次和類型的用戶往往對(duì)SDSS有著不同的要求。例如，決策者只重視處理結(jié)果，而不關(guān)心具體過(guò)程，希望SDSS是一種傻瓜系統(tǒng)；而決策者的助手們需要隨時(shí)完成領(lǐng)導(dǎo)交辦的各種任務(wù)，希望SDSS是一種實(shí)用的工具箱，能夠靈活、有效地幫助他們完成任務(wù)，積累和利用有關(guān)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，逐步提高自己的科學(xué)決策能力。8.2.1空間決策過(guò)程的復(fù)雜性

1、決策理論（1）基本概念

決策是一個(gè)決策者為達(dá)到特定的目的，在一定的約束條件下，選擇最優(yōu)方案的過(guò)程。（2）決策問(wèn)題的構(gòu)成一般的決策問(wèn)題具有一定的決策準(zhǔn)則，主要由以下幾個(gè)部分組成：

1)方案集合：可供選擇的決策方案集合，記為A。

2)狀態(tài)集合：決策問(wèn)題所處的外界環(huán)境，稱之為狀態(tài)。系統(tǒng)所有可能的狀態(tài)，稱為狀態(tài)集合，記為Q。

3）損益函數(shù)：這是決策分析中的一個(gè)重要概念。在決策問(wèn)題中，如果采用策略a(a∈A)，假定系統(tǒng)狀態(tài)出現(xiàn)q(q∈Q)，系統(tǒng)收益W=(a，q)。

因此定義映射：

為決策問(wèn)題的損益函數(shù)。在A、Q可數(shù)的情況下，可獲得損益表如下所示。

4）目標(biāo)函數(shù)（決策準(zhǔn)則）：記為F。損益函數(shù)只是系統(tǒng)的實(shí)際收益情況，但沒(méi)給出收益的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即“抉擇”時(shí)的優(yōu)化準(zhǔn)則。抉擇準(zhǔn)則對(duì)于不同的決策者、問(wèn)題、方法都是不同的，它最終決定了方案的形成。綜上所述，可以將一個(gè)決策問(wèn)題記為：式中，F(xiàn)為目標(biāo)函數(shù)或抉擇準(zhǔn)則，A為候選方案集，Q為狀態(tài)集，W為損益函數(shù)。決策學(xué)的常規(guī)方法用于解決普通決策問(wèn)題，這類問(wèn)題滿足以下條件：①存在決策者希望達(dá)到的明確目標(biāo)；②存在可供決策者選擇且可以明確組分的候選方案；③存在不受決策者控制的系統(tǒng)狀態(tài)，系統(tǒng)狀態(tài)集與候選方案集相互獨(dú)立；④損益值可以精確量化，A，Q均為可數(shù)集合。

（3）決策問(wèn)題的分類根據(jù)決策問(wèn)題中Q的狀態(tài)數(shù)，可以劃分為以下幾種類型：

1）當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)集Q中狀態(tài)數(shù)n=1時(shí)，為確定性決策問(wèn)題；

2）當(dāng)n>1時(shí)，且系統(tǒng)各狀態(tài)出現(xiàn)的概率未知時(shí)，為不確定性決策問(wèn)題；

3）當(dāng)n>1且系統(tǒng)各狀態(tài)出現(xiàn)的概率服從一個(gè)已知的概率分布時(shí)，為風(fēng)險(xiǎn)性決策問(wèn)題。

2、空間決策問(wèn)題（1）空間決策問(wèn)題的類型空間決策問(wèn)題也可以分為三種類型：確定性空間決策、不確定性空間決策和風(fēng)險(xiǎn)空間決策。（2）空間決策問(wèn)題的特點(diǎn)

確定性空間決策實(shí)際上是一個(gè)最優(yōu)化問(wèn)題，像土地適宜性評(píng)價(jià)的多準(zhǔn)則決策和線性規(guī)劃均屬此類決策問(wèn)題，能與GIS的空間分析功能完全集成。但是，大量的空間決策問(wèn)題往往涉及到結(jié)構(gòu)、非結(jié)構(gòu)化，人的評(píng)價(jià)和判斷等不同形式的知識(shí)，決策的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)性很大。以商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)的空間決策分析問(wèn)題為例，領(lǐng)域?qū)＜乙呀?jīng)提出了設(shè)施配置的判別規(guī)則，這些規(guī)則是以描述性方式表達(dá)的知識(shí)，在充分分析了土地的自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、人口密度、人均可支配等相關(guān)因素的基礎(chǔ)上，根據(jù)判別規(guī)則推理，得出商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)方案；而且，專家還構(gòu)建了相關(guān)模擬模型，這些知識(shí)都屬于程式化知識(shí)。商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)的選擇是建立在定量模型計(jì)算分析的基礎(chǔ)上的估算過(guò)程。

（3）結(jié)構(gòu)化信息和非結(jié)構(gòu)化信息信息技術(shù)的快速發(fā)展為決策者提供了越來(lái)越多的空間和非空間信息，包括地圖、航片、遙感測(cè)量信息、表格、文本數(shù)據(jù)等。這些海量信息可以分為結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化信息。

①結(jié)構(gòu)化的信息：結(jié)構(gòu)化信息具有高度結(jié)構(gòu)化的形式和結(jié)構(gòu)化的求解程序，如數(shù)學(xué)模型、計(jì)算機(jī)算法等都屬此類型的信息，遵循固定的框架，大多數(shù)情況下只能被專家理解，又稱為程式化知識(shí)(ProceduralKnowledge)。

②非結(jié)構(gòu)化信息：大量的空間信息是非結(jié)構(gòu)化的，像人類的經(jīng)驗(yàn)、感官體驗(yàn)、世界觀等，本質(zhì)上屬于定性信息，不能用固定的程序進(jìn)行表達(dá)，又稱為描述性知識(shí)(DeclarativeKnowledge)。

決策者使用信息和知識(shí)，在解決結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化問(wèn)題上的復(fù)雜程度大不相同。

以某城市設(shè)置商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)為例，在某些特定約束條件下，配置最少數(shù)量的商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)是一個(gè)結(jié)構(gòu)化問(wèn)題，可以通過(guò)最優(yōu)化方法進(jìn)行求解；尋找最優(yōu)商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)數(shù)量的所有可能位置則是一個(gè)半結(jié)構(gòu)化問(wèn)題，涉及多種準(zhǔn)則評(píng)價(jià)和價(jià)值評(píng)判；為布設(shè)商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)確定總體目標(biāo)和總體方針政策則屬非結(jié)構(gòu)化問(wèn)題，涉及靈活的定性問(wèn)題，不能用固定的程式化知識(shí)來(lái)解決。

總之，空間決策是一個(gè)涉及多目標(biāo)和多約束條件的復(fù)雜過(guò)程，通常不能簡(jiǎn)單地通過(guò)描述性知識(shí)和程式化知識(shí)進(jìn)行解決，往往要求綜合使用信息、領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)和有效的交流手段。

（4）空間決策中信息和知識(shí)的相互作用空間決策中信息和知識(shí)往往是互相作用的，如圖所示：

信息處理和知識(shí)處理是空間決策的兩個(gè)主要內(nèi)容。

信息處理包括信息的收集、信息的表現(xiàn)、信息的存儲(chǔ)、信息的檢索、信息的處理、信息的顯示等；

知識(shí)處理包括知識(shí)的獲取、知識(shí)的表現(xiàn)、知識(shí)的存儲(chǔ)、知識(shí)的推理、知識(shí)的分析等?？臻g決策支持中的知識(shí)和信息是相互作用，對(duì)信息的進(jìn)一步處理，對(duì)信息進(jìn)行概括和抽象，就可以把信息轉(zhuǎn)化為知識(shí)。在進(jìn)行知識(shí)的推理和分析時(shí)必須有信息提供支持?？臻g決策中的空間知識(shí)和空間信息的相互作用是對(duì)傳統(tǒng)信息技術(shù)的擴(kuò)充，沒(méi)有知識(shí)推理不可能做出科學(xué)的智能決策。地理信息系統(tǒng)為決策支持系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、分析結(jié)果顯示的工具，但是，在解決復(fù)雜空間決策問(wèn)題上缺乏智能推理功能。所以，復(fù)雜的空間決策問(wèn)題，需要在地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)智能決策支持系統(tǒng)，用于數(shù)據(jù)處理、知識(shí)表現(xiàn)和推理、自動(dòng)學(xué)習(xí)、系統(tǒng)集成、人機(jī)交互等。在進(jìn)行空間決策支持的過(guò)程中，需要用到人工智能技術(shù)，涉及到知識(shí)獲取、知識(shí)表現(xiàn)、和知識(shí)推理的知識(shí)工程技術(shù)，以及集成數(shù)據(jù)庫(kù)、模型、非結(jié)構(gòu)化知識(shí)及智能用戶界面的軟件工程技術(shù)等。8.2.2空間決策支持系統(tǒng)的分類

空間決策支持系統(tǒng)（SDSS）的分類可以從它的功能特點(diǎn)、技術(shù)水平和體系結(jié)構(gòu)等不同的角度進(jìn)行。

根據(jù)系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，SDSS可以分為通用開發(fā)平臺(tái)、專用軟件工具和具體應(yīng)用系統(tǒng)三大類；根據(jù)技術(shù)水平，SDSS可以分為地理信息系統(tǒng)、空間決策支持系統(tǒng)和空間群決策支持系統(tǒng)3個(gè)層次；

根據(jù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，SDSS可以分為單機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)兩種類型。這樣，就構(gòu)成了如下圖所示的SDSS分類體系或分類立方體。

SDSS分類體系的建立，不僅有助于對(duì)SDSS具體研制任務(wù)的目標(biāo)、范圍、過(guò)程和技術(shù)路線明確定義和有效實(shí)施，而且也有益于整個(gè)SDSS科學(xué)技術(shù)體系的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。8.2.3空間決策支持系統(tǒng)的一般構(gòu)建方法

根據(jù)圖中SDSS的功能特點(diǎn)、技術(shù)水平和體系結(jié)構(gòu)，研制的SDSSP可以定位在圖中空間決策支持系統(tǒng)、通用開發(fā)平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)3個(gè)側(cè)面相交構(gòu)成的小立方體上，代表了當(dāng)前的空間決策支持系統(tǒng)的主要模式。用這個(gè)小立方體定義的SDSSP的開發(fā)、應(yīng)用過(guò)程中，主要的作用如下：（1）它由SDSS專用工具、應(yīng)用系統(tǒng)以及決策方案的基本軟件工具模塊組成，用戶能夠方便、靈活、自主和高效地生成各種SDSS專用工具，而基本模塊是一種完全獨(dú)立于任何具體決策應(yīng)用任務(wù)之外的通用開發(fā)工具系統(tǒng)。（2）它能根據(jù)用戶的具體需要，通過(guò)框架流程圖或集成語(yǔ)言程序運(yùn)作方式，調(diào)用系統(tǒng)中的模型、數(shù)據(jù)、工具、知識(shí)等資源，生成、比較和選擇多種決策方案，提供給用戶決策支持。（3）它能把自己的各個(gè)組成部分以不同的布局安排和組合方式，在由客戶端控制系統(tǒng)、模型庫(kù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成的多用戶、分布式的異構(gòu)環(huán)境里運(yùn)行服務(wù)，實(shí)現(xiàn)模型等資源的共享，它是一種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

下面著重介紹SDSSP的技術(shù)構(gòu)成和運(yùn)行方式。

1、SDSSP的技術(shù)構(gòu)成

SDSSP由如圖所示的客戶端交互控制系統(tǒng)、廣義模型服務(wù)器系統(tǒng)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器系統(tǒng)3個(gè)部分組成。它們之間的通信是通過(guò)嚴(yán)密定義的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、應(yīng)用程序接口(API)和遠(yuǎn)程調(diào)用實(shí)現(xiàn)的，具有由交互控制系統(tǒng)和模型庫(kù)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器構(gòu)成的一體化3層客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。(1)客戶端交互控制系統(tǒng)客戶端交互控制系統(tǒng)由可視化系統(tǒng)生成工具、模型庫(kù)服務(wù)器操作模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器操作模塊3部分組成。

可視化系統(tǒng)生成工具可以通過(guò)各種圖標(biāo)(模塊、選擇、循環(huán)、并行、合并等)的調(diào)用，迅速地建造、修改解決實(shí)際問(wèn)題的系統(tǒng)控制流程，進(jìn)而通過(guò)流程的運(yùn)行生成可供比較與選擇的多種決策方案；

模型庫(kù)服務(wù)器操作模塊從客戶端對(duì)廣義模型服務(wù)器中的各種廣義模型庫(kù)進(jìn)行管理和操作，如瀏覽、查詢、增加、修改、刪除、運(yùn)行等操作；

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器操作模塊從客戶端對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)中各數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存取操作，如瀏覽、查詢、增加、修改、刪除、保存等操作。（2）廣義模型服務(wù)器系統(tǒng)

1）廣義模型服務(wù)器系統(tǒng)的基本組成廣義模型服務(wù)器由服務(wù)器通信接口、命令解釋器、運(yùn)行引擎、廣義模型庫(kù)、廣義模型庫(kù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)接口共6個(gè)部分組成。廣義模型服務(wù)器系統(tǒng)主要包括：統(tǒng)一管理模型庫(kù)、算法庫(kù)、工具庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、方案庫(kù)、實(shí)例庫(kù)，控制運(yùn)行以及負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器提取數(shù)據(jù)等功能。這種統(tǒng)一管理屬于靜態(tài)管理范疇，包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和庫(kù)操作兩方面內(nèi)容，均用管理語(yǔ)言來(lái)完成。

各庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一規(guī)定為：文件庫(kù)＋字典庫(kù)。

具體的庫(kù)文件有：算法程序文件、模型數(shù)據(jù)描述文件(MDF)和模型說(shuō)明文件(MIF)、工具程序文件、知識(shí)的文本文件、框架流程圖文件、框架流程實(shí)例文件；

各庫(kù)的字典為該庫(kù)的一些具體的說(shuō)明信息，包括目錄、名稱、分類、說(shuō)明文件等內(nèi)容。

各庫(kù)的操作包括查詢、瀏覽、增加、修改、刪除等項(xiàng)目。2）廣義模型服務(wù)器系統(tǒng)的運(yùn)行方式

模型服務(wù)器的運(yùn)行由運(yùn)行引擎控制。它解釋和并發(fā)執(zhí)行(多線程)用戶提出的請(qǐng)求(描述文本)，匹配檢索模型庫(kù)中的模型或算法，匹配提取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)和完成模型或算法的運(yùn)算，將處理結(jié)果提交給通訊接口并傳送給客戶端。在各庫(kù)中只有模型庫(kù)、工具庫(kù)、實(shí)例庫(kù)、知識(shí)庫(kù)是可運(yùn)行的。

模型通過(guò)運(yùn)行命令完成它的運(yùn)行，工具程序一般傳到客戶端由用戶控制運(yùn)行，實(shí)例通過(guò)實(shí)例解釋程序完成它的運(yùn)行，知識(shí)是在推理機(jī)下進(jìn)行搜索和匹配完成它的推理。

算法庫(kù)本身是不可運(yùn)行的，只有在與數(shù)據(jù)連接之后作為模型才能運(yùn)行；

方案庫(kù)是一些不可運(yùn)行的系統(tǒng)流程圖文件，只有在實(shí)例化以后，作為實(shí)例才可運(yùn)行。從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中存取模型，在運(yùn)行時(shí)所需各種數(shù)據(jù)的任務(wù)由數(shù)據(jù)庫(kù)接口完成。3）模型庫(kù)系統(tǒng)①模型庫(kù)系統(tǒng)的基本概念

模型庫(kù)系統(tǒng)（ModelBaseSystem，簡(jiǎn)稱MBS）對(duì)模型進(jìn)行分類和維護(hù)，支持模型的生成、存儲(chǔ)、查詢、運(yùn)行和分析應(yīng)用。

模型庫(kù)系統(tǒng)是開發(fā)管理及應(yīng)用模型的有力工具，模型庫(kù)系統(tǒng)包含多種用于模型管理和生成的子系統(tǒng)，利用這些系統(tǒng)，可幫助研究人員完成模型的部分工作，提高空間決策支持的科學(xué)性和有效性。②模型庫(kù)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)模型庫(kù)系統(tǒng)的主要內(nèi)容包括模型的生成、模型運(yùn)行及模型的管理三個(gè)子系統(tǒng)。

在模型的生成部分要調(diào)用模型方法庫(kù)中的構(gòu)造模型的連接方法模塊，同時(shí)調(diào)用模型數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)字典。

模型的運(yùn)行是在方法庫(kù)和模型數(shù)據(jù)庫(kù)的支持下完成的。模型庫(kù)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。模型庫(kù)系統(tǒng)的基本功能包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。（1）建立新模型：用戶利用系統(tǒng)建立新模型或輸入新模型，并自動(dòng)完成對(duì)新增模型的管理。（2）模型連接：系統(tǒng)按照用戶的需求自動(dòng)將多個(gè)模型連接起來(lái)運(yùn)行，同時(shí)檢查模型之間數(shù)據(jù)的傳輸是否合理，若不合理，系統(tǒng)將提示用戶不能進(jìn)行模型連接。（3）模型查詢：系統(tǒng)提供了對(duì)庫(kù)內(nèi)模型的查詢功能，用戶通過(guò)模型查詢，選用適當(dāng)?shù)哪Ｐ?。?）模型庫(kù)字典及管理功能：系統(tǒng)建有模型庫(kù)字典以存儲(chǔ)關(guān)于模型的描述信息，并能完成對(duì)模型庫(kù)字典的管理。當(dāng)有新模型生成時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將新模型的有關(guān)信息存入字典，實(shí)現(xiàn)對(duì)新模型的管理。（5）模型的生成。模型生成是模型運(yùn)行系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。系統(tǒng)可根據(jù)用戶輸入的模型名在模型庫(kù)內(nèi)查詢出所需運(yùn)行的模型及其有關(guān)信息，其中重要的信息是該模型所使用的方法和模型使用的數(shù)據(jù)庫(kù)名稱。系統(tǒng)根據(jù)這兩項(xiàng)內(nèi)容從方法庫(kù)內(nèi)調(diào)出該方法的運(yùn)行程序，從模型數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出該模型所使用的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)連接后投入運(yùn)行。

（6）模型運(yùn)行：庫(kù)內(nèi)模型的運(yùn)行與一般模型沒(méi)有什么不同，惟一的區(qū)別在于某方法程序運(yùn)行結(jié)束后，可自動(dòng)連接模型方法鏈中下一個(gè)環(huán)節(jié)的方法，直到鏈內(nèi)所有的方法運(yùn)行完成后返回到運(yùn)行系統(tǒng)模塊的控制之下，所有這些步驟中間無(wú)須用戶的干預(yù)。（3）空間數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

SDSSP的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器由現(xiàn)有的商品數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器SQLServer以及有關(guān)的應(yīng)用軟件，如數(shù)據(jù)的條件查詢、分級(jí)查詢、地圖查詢等模塊構(gòu)成。主要功能是根據(jù)用戶查詢、模型運(yùn)行等方面的需要，對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一管理以及完成必要的數(shù)據(jù)查詢、存取作業(yè)。

2、SDSSP的運(yùn)行方式

用戶在SDSSP支持下生成和運(yùn)行自己解決某個(gè)或某些實(shí)際問(wèn)題的方案時(shí)，可供選擇的SDSS運(yùn)行方式有框架流程圖和集成語(yǔ)言程序兩種方式。它們?cè)诳蛻舳藰?gòu)成了SDSS中的“人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)”，實(shí)際控制著流程圖的生成和修改、模型的選擇和調(diào)用、大量數(shù)據(jù)的存取和顯示、多模型的組合運(yùn)行、模型庫(kù)與數(shù)據(jù)庫(kù)的接口，真正把數(shù)據(jù)庫(kù)、模型庫(kù)和人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)等有機(jī)地集成起來(lái)，使之成為一個(gè)完整的SDSS集成系統(tǒng)。這兩種方式都是通過(guò)“解釋”執(zhí)行的，而且彼此能夠?qū)?yīng)、相互可以轉(zhuǎn)換。①框架流程圖方式

SDSSP用框架流程圖方式生成和運(yùn)行SDSS的具體過(guò)程，如圖所示。在這種方式下，用戶通過(guò)交互方式使用SDSSP可視化系統(tǒng)生成工具的有關(guān)圖標(biāo)（ICON），生成解決某個(gè)或某些實(shí)際問(wèn)題的框式流程圖或邏輯方案。其中，每個(gè)框都與模型庫(kù)中相應(yīng)的模型連接，模型又與算法庫(kù)中相應(yīng)的算法、數(shù)據(jù)庫(kù)中相應(yīng)的輸入輸出數(shù)據(jù)連接。而通過(guò)這種框架流程圖的運(yùn)行，完成從框架運(yùn)行到模型運(yùn)行，以及相應(yīng)算法調(diào)用和數(shù)據(jù)存取的過(guò)程。②集成語(yǔ)言程序方式

SDSS生成和運(yùn)行的集成語(yǔ)言程序方式，如圖所示。由SDSSP可視化系統(tǒng)生成工具所生成的、能夠解決某個(gè)或某些實(shí)際問(wèn)題的系統(tǒng)框式流程圖或邏輯方案，同時(shí)可以轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的集成語(yǔ)言程序，如圖所示。例如，流程圖中模型框的連接可以轉(zhuǎn)換成模型的調(diào)用語(yǔ)句，流程圖中的分支循環(huán)結(jié)構(gòu)可以轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的選擇循環(huán)語(yǔ)句。8.2.4空間決策支持系統(tǒng)的功能空間決策支持系統(tǒng)與一般的決策支持系統(tǒng)的功能相同，只是更注重空間數(shù)據(jù)和空間問(wèn)題的獲取和解決。通常空間決策支持系統(tǒng)包括以下功能：（1）不同數(shù)據(jù)源的空間和非空間數(shù)據(jù)的獲取、輸入和存儲(chǔ)；（2）復(fù)雜空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和空間關(guān)系表示方法，適于數(shù)據(jù)查詢、檢索、分析和顯示；（3）靈活的集成程序式空間知識(shí)（數(shù)學(xué)模型、空間統(tǒng)計(jì)）和數(shù)據(jù)的處理功能；（4）靈活的功能修改和擴(kuò)充機(jī)制；（5）友好的人機(jī)交互界面；（6）提供決策需要的多種輸出；（7）提供非結(jié)構(gòu)化空間知識(shí)的形式化表達(dá)方法；（8）提供基于領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)的推理機(jī)制；（9）提供自動(dòng)獲取知識(shí)或自學(xué)習(xí)功能；（10）提供基于空間信息、描述性知識(shí)、程式化知識(shí)的智能控制機(jī)制。

這些空間決策支持系統(tǒng)的功能的要求超出了GIS的功能范圍，需要集成人工智能、知識(shí)工程、軟件工程、空間信息處理和空間決策理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)。8.3空間決策支持系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)

空間決策支持系統(tǒng)沿著一般空間分析、空間決策支持系統(tǒng)、智能空間決策支持系統(tǒng)的發(fā)展軌跡不斷發(fā)展，不斷地引入各種相關(guān)技術(shù)，提高空間分析解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，提高智能化水平。

因此，空間決策支持系統(tǒng)必須研究一些相關(guān)技術(shù)，包括：

決策支持技術(shù)、

人工智能技術(shù)、

專家系統(tǒng)技術(shù)、

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)、

數(shù)據(jù)挖掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)等。下面將對(duì)這些相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析介紹。8.3.1決策支持系統(tǒng)技術(shù)

決策支持系統(tǒng)(DSS，DecisionSupportSystem)是輔助決策者通過(guò)數(shù)據(jù)、模型、知識(shí)以人機(jī)交互方式，進(jìn)行決策的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。它起始于管理信息系統(tǒng)(MIS，ManagementInformationSystem)，在MIS的基礎(chǔ)上增加了非結(jié)構(gòu)化問(wèn)題處理模塊、模型計(jì)算和各種方法，以解決結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化決策問(wèn)題。

為決策者提供分析問(wèn)題、建立模型、模擬決策過(guò)程和方案的環(huán)境，調(diào)用各種信息資源和分析工具，幫助決策者提高決策水平和質(zhì)量。

決策支持系統(tǒng)是輔助管理者進(jìn)行的決策過(guò)程，支持而不是代替管理者的判斷，提高決策的有效性的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

DSS的基本結(jié)構(gòu)主要由四個(gè)部分組成，即數(shù)據(jù)部分、模型部分、推理機(jī)部分、人機(jī)交互部分，如圖所示。

與MIS對(duì)應(yīng)，GIS可以看作是用于空間決策的空間信息系統(tǒng)。

GIS與MIS的不同之處在于其數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。目前GIS的邏輯結(jié)構(gòu)和智能層次不能滿足復(fù)雜空間決策問(wèn)題的需要，特別是那些非結(jié)構(gòu)化的問(wèn)題。為更好地輔助空間決策，GIS需要增加對(duì)描述性知識(shí)和程式化知識(shí)的處理功能，目前，雖然GIS還不適合用于對(duì)各種知識(shí)形式的處理，不能作為空間決策支持系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，但可以作為它的一個(gè)組成部分，即GIS可以嵌入到一個(gè)SDSS中，用于空間信息處理。8.3.2專家系統(tǒng)技術(shù)

人工智能的目的是用計(jì)算機(jī)模擬人類，如模擬人類的動(dòng)作、視覺(jué)、聽覺(jué)、人類大腦以及人類的語(yǔ)言等。從幼兒開始模擬人腦應(yīng)該是人工智能研究的起點(diǎn)，但是，模擬的難度比較大，因?yàn)橛變哼€不能清楚闡述知識(shí)與邏輯，所以研究的方向轉(zhuǎn)向領(lǐng)域?qū)＜业乃季S過(guò)程。隨著專家系統(tǒng)工具軟件的出現(xiàn)，許多領(lǐng)域展開了專家系統(tǒng)的研究，其中最成功的是國(guó)際象棋的專家系統(tǒng)。人工智能的主要目的是模擬人腦的功能，但是目前人們對(duì)人腦的思維過(guò)程并不十分清楚，因此，人工智能的概念也不可能非常清楚。許多人工智能的研究只局限于形式邏輯的推導(dǎo)，凡是超出了形式邏輯范疇的，都被認(rèn)為是無(wú)法解決的問(wèn)題。

現(xiàn)在所理解的人工智能主要是指用計(jì)算機(jī)完成的邏輯推理過(guò)程。

專家系統(tǒng)是人工智能在信息系統(tǒng)中的具體應(yīng)用，它是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，內(nèi)部存儲(chǔ)大量專家水平的某個(gè)領(lǐng)域知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，決策者利用專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)可以解決相關(guān)領(lǐng)域的問(wèn)題。

專家系統(tǒng)的主要功能取決于大量知識(shí)，設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的關(guān)鍵是知識(shí)表達(dá)和知識(shí)應(yīng)用。

專家系統(tǒng)與一般計(jì)算機(jī)程序本質(zhì)的區(qū)別在于：專家系統(tǒng)所解決的問(wèn)題一般沒(méi)有算法解，并且往往是要在不完全、不精確或不確定的信息基礎(chǔ)上做出結(jié)論。一般的專家系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、推理機(jī)，解釋器及知識(shí)獲取五個(gè)部分組成，它的結(jié)構(gòu)如圖所示。（1）知識(shí)庫(kù)知識(shí)庫(kù)用于存取和管理專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，供推理機(jī)利用，具有知識(shí)存儲(chǔ)、檢索、編輯、增刪、修改和擴(kuò)充功能。（2）數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存取系統(tǒng)推理過(guò)程中用到的控制信息，中間假設(shè)和中間結(jié)果。（3）推理機(jī)用于利用知識(shí)進(jìn)行推理，求解專門問(wèn)題，具有啟發(fā)推理、算法推理；正向、反向或雙向推理；串行或并行推理等功能。（4）解釋器解釋器用于作為專家系統(tǒng)與用戶的“人-機(jī)”接口，其功能是向用戶解釋系統(tǒng)的行為，包括：?咨詢理解：對(duì)用戶咨詢進(jìn)行“理解”，將用戶輸入的提問(wèn)及有關(guān)事實(shí)、數(shù)據(jù)和條件轉(zhuǎn)換為推理機(jī)可接受的信息。?結(jié)論解釋：向用戶輸出推理的結(jié)論或答案，并且根據(jù)用戶需要對(duì)推理過(guò)程進(jìn)行解釋，給出結(jié)論的可信度估計(jì)。（5）知識(shí)獲取器

知識(shí)獲取是專家系統(tǒng)與專家交互的“界面”。知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)一般都是通過(guò)“人工移植”方法獲得的，“界面”就是知識(shí)工程師（專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者），采用“專題面談”、“口語(yǔ)記錄分析”等方式獲取知識(shí)，經(jīng)過(guò)整理后，再輸入知識(shí)庫(kù)。為了提高知識(shí)工程師獲取專家知識(shí)的效率，可以借助“知識(shí)獲取輔助工具”來(lái)幫助專家整理或輔助擴(kuò)充和修改數(shù)據(jù)庫(kù)。

近年來(lái)，隨著各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，逐漸發(fā)展了一些新的知識(shí)獲取方法和工具，如基于機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器識(shí)別的方法，以及數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)的方法等。8.3.3空間知識(shí)的表達(dá)和推理

知識(shí)的表達(dá)和推理是利用人工智能技術(shù)建立一個(gè)信息系統(tǒng)時(shí)需要考慮的主要問(wèn)題。為了能夠理解和推理，智能系統(tǒng)需要關(guān)于問(wèn)題領(lǐng)域的先驗(yàn)知識(shí)。例如，自然語(yǔ)言理解系統(tǒng)需要關(guān)于談話主題和談話人的先驗(yàn)知識(shí)。為了能夠觀看和解釋景物，景物的視覺(jué)系統(tǒng)需要存儲(chǔ)關(guān)于被觀察對(duì)象的先驗(yàn)信息。因此，任何一個(gè)智能系統(tǒng)都應(yīng)該具有一個(gè)知識(shí)庫(kù)，在知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)與問(wèn)題領(lǐng)域和問(wèn)題的相互關(guān)系相關(guān)的事實(shí)和概念。

智能系統(tǒng)同時(shí)應(yīng)該具有一個(gè)推理機(jī)制，能夠處理知識(shí)庫(kù)中的符號(hào)，并且能夠從顯示表達(dá)的知識(shí)中抽取出隱含的知識(shí)。

因?yàn)榭臻g決策支持系統(tǒng)是一個(gè)空間推理的智能系統(tǒng)，所以知識(shí)表達(dá)在其開發(fā)過(guò)程中具有十分重要的作用。

知識(shí)表達(dá)的形式體系包括以下幾個(gè)部分：表達(dá)領(lǐng)域知識(shí)的結(jié)構(gòu)，知識(shí)表達(dá)語(yǔ)言和推理機(jī)制。通常，知識(shí)表達(dá)體系的主要任務(wù)是選擇一個(gè)以最明顯的、正式的方式表達(dá)知識(shí)的符號(hào)結(jié)構(gòu)，以及一個(gè)合適的推理機(jī)制。知識(shí)的表示就是知識(shí)的形式化，就是研究用機(jī)器表示知識(shí)的可行的、有效的、通用的原則和方法。目前常用的知識(shí)表示方法有：

命題邏輯和謂詞邏輯、

產(chǎn)生式規(guī)則、

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法、

框架表示法、

過(guò)程表示法、

黑板結(jié)構(gòu)、

Petri網(wǎng)絡(luò)法、

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。1、命題邏輯和謂詞邏輯隨著社會(huì)的發(fā)展，人類發(fā)展了自然語(yǔ)言系統(tǒng)來(lái)表達(dá)知識(shí)。我們可以通過(guò)自然語(yǔ)言的句子命名和描述事實(shí)，能夠根據(jù)事實(shí)和信念進(jìn)行推理?？衫眠壿嬛R(shí)進(jìn)行推理，它提供了一個(gè)關(guān)于信念推理的形式化體系，包括語(yǔ)法、語(yǔ)義和能夠用于知識(shí)表達(dá)和推理的證據(jù)理論。

邏輯具有很強(qiáng)的表達(dá)能力和推理能力，已經(jīng)成為建立知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的支柱。下面主要討論命題邏輯和謂詞邏輯。（1）命題邏輯命題邏輯能夠把客觀世界的各種事實(shí)表示為邏輯命題，最基本的命題邏輯的知識(shí)表達(dá)是給一個(gè)對(duì)象命名或陳述一個(gè)事實(shí)。

在GIS操作中，下面的句子經(jīng)常會(huì)遇到：(1)區(qū)域A是一塊濕地。(2)多邊形K內(nèi)有一個(gè)湖泊。(3)公路R是陡峭的和曲折的。(4)像元B是一塊農(nóng)田或者是一個(gè)魚池。(5)區(qū)域Q的人口不密集。(6)多邊形A與多邊形B相連。(7)如果溫度高，那么壓力就低?？梢允褂谩笆牵╥sa）”命名或描述對(duì)象；使用“有（hasa）”描述對(duì)象的屬性；連接詞“和（and）”、“或（or）”用于形成復(fù)合語(yǔ)句；使用“不（not）”表示對(duì)立；使用“與…相連（is（related）to）”表示相互的關(guān)系；使用“如果…那么（if-then）”表示對(duì)象的條件或關(guān)系，可以用于推理。

形成命題邏輯的基本組成是句子（陳述或命題）和形成復(fù)雜句子的連接詞。

原子句用于表達(dá)單個(gè)事實(shí)，它的值是“真”或“假”。根據(jù)連接詞“和”、“或”、“不”、“如果…那么”，前面的GIS語(yǔ)句可以形式化表達(dá)如下：濕地（區(qū)域K）。（“區(qū)域A是一塊濕地”

）有－湖泊（多邊形K）。（“多邊形K內(nèi)有一個(gè)湖泊”

）陡峭的（公路R）∧曲折的（公路R）。(“公路R是陡峭的和曲折的”

)農(nóng)田（像元B）∨魚池（像元B）。(“像元B是一塊農(nóng)田或者是一個(gè)魚池”

)?人口密集（區(qū)域Q）。(區(qū)域Q的人口不密集

)相連（多邊形A，多邊形B）。(多邊形A與多邊形B相連

)高（溫度）→低（壓力）。

(如果溫度高，那么壓力就低

)（2）謂詞邏輯研究對(duì)象中可以獨(dú)立存在的具體的或抽象的客體稱為個(gè)體，如多邊形A，區(qū)域B等。用來(lái)刻畫一個(gè)個(gè)體的性質(zhì)或多個(gè)個(gè)體之間關(guān)系的詞稱為謂詞，如“與…相連（is（related）to）”。由于命題邏輯具有較大的局限性，不適合表示比較復(fù)雜的問(wèn)題。為了更加有效地表達(dá)知識(shí)，通過(guò)引入量詞和變量到命題邏輯中，并且使用連接詞形成復(fù)雜的命題，知識(shí)可以得到更加有效的表達(dá)。例如，我們可以在“x[濕地（x）]”（表示所有的對(duì)象x都是濕地）中使用變量x，使用量詞表示“所有的”?？梢岳妹}邏輯表示復(fù)雜的空間關(guān)系，如：這里，Hole(b，h)表示洞h是實(shí)體b中的一個(gè)洞，Inside(b，h)表示洞h在實(shí)體b內(nèi)。這里的量詞表示“所有的”，量詞表示“存在”或者是“有一個(gè)”此外，謂詞邏輯還可以用于描述動(dòng)作，如：

Lmove(b，d)，表示將實(shí)體b向左移動(dòng)距離d。

Protate(b)，表示沿正方向?qū)?shí)體b旋轉(zhuǎn)90度。

Attach(b1，b2)，表示將實(shí)體b1，b2聯(lián)系在一起。2、產(chǎn)生式系統(tǒng)人類的知識(shí)可以通過(guò)“如果…那么”規(guī)則組成的系統(tǒng)進(jìn)行有效地表達(dá)。

包含一套“如果…那么”規(guī)則的有序集合稱作產(chǎn)生式規(guī)則。

它包含了一個(gè)工作存儲(chǔ)器、一個(gè)規(guī)則庫(kù)和一個(gè)解釋器。（1）工作存儲(chǔ)器存儲(chǔ)臨時(shí)信息，例如用戶提供的事實(shí)、系統(tǒng)生成的中間結(jié)論、相關(guān)領(lǐng)域特定問(wèn)題的知識(shí)等。（2）規(guī)則庫(kù)以“如果…那么”規(guī)則的形式存儲(chǔ)永久的信息，這些規(guī)則對(duì)于解決領(lǐng)域中的所有問(wèn)題都是必要的。例如，根據(jù)DTM（DigitalTerrainModel）數(shù)據(jù)進(jìn)行土地穩(wěn)定性的推理時(shí)需要用到如下規(guī)則，如“如果坡度小于3度，并且土地類型為水域，那么穩(wěn)定值為10”、“如果坡度大約為6度，并且侵蝕較弱，那么穩(wěn)定值為7”等。（3）解釋器:解釋器用來(lái)對(duì)推理進(jìn)行控制。3、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是知識(shí)的一種圖解表示，它由結(jié)點(diǎn)和結(jié)點(diǎn)之間的弧組成。

結(jié)點(diǎn)用于表示實(shí)體、概念和情況等，弧表示結(jié)點(diǎn)之間的相互關(guān)系。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)可以用來(lái)對(duì)空間關(guān)系進(jìn)行表達(dá)。例如，對(duì)于以下空間關(guān)系可以通過(guò)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行表達(dá)。（a）at(在)，on(在…上)，in(在…里面)，…（b）above(在…上面)，below(在…下面)，…（c）front(前面)，back(后面)，left(左邊)，right(右邊)，…（d）between(在兩者中間)，among(在…中間)，amidst(在…中間)，…（e）nearto(與…鄰近)，farfrom(遠(yuǎn)離…)，closeby(與…接近)，…（f）eastof(在東邊)，southof(在南邊)，westof(在西邊)，northof(在東邊)，…（g）disjoint(與…脫離)，overlap(疊置)，meet(交匯)，…（h）inside(在…內(nèi)部)，outside(在…外邊)，…（i）central(中央的)，peripheral(外圍的)，…（j）across(穿越)，through(穿過(guò))，into(在…里面)，…

我們可以將這些空間關(guān)系表達(dá)為語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系來(lái)簡(jiǎn)化空間關(guān)系的表達(dá)。

我們可以充分利用我們的自然語(yǔ)言表達(dá)空間對(duì)象間的關(guān)系。例如，空間關(guān)系above（在…上面）和below（在…下面）的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示如圖所示：

語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)除了可以表達(dá)空間關(guān)系，還可以用來(lái)表達(dá)時(shí)間關(guān)系。例如，可以使用“在時(shí)刻t”、“在時(shí)刻t之前”、“在時(shí)刻t之后”、“在相同的時(shí)刻”等連詞來(lái)表達(dá)時(shí)間關(guān)系。4、框架法框架是知識(shí)的一種層次化表達(dá)方法?？蚣芸捎糜诒磉_(dá)原型知識(shí)或具有良好結(jié)構(gòu)的知識(shí)。與邏輯和產(chǎn)生式規(guī)則不同，框架是以相互聯(lián)系的較大的概念實(shí)體形式存儲(chǔ)知識(shí)，框架的基本結(jié)構(gòu)包括以下4個(gè)基本部分：框架、槽、側(cè)面和值。（1）框架：框架表示一個(gè)對(duì)象、一個(gè)概念、一個(gè)事件、或問(wèn)題領(lǐng)域的一個(gè)實(shí)體。它是屬性（槽）及其相關(guān)值的集合。如果它表示一個(gè)對(duì)象的類，稱之為類或概念框架。如果它表示一個(gè)確定的對(duì)象，稱之為實(shí)例框架。類框架是層次知識(shí)結(jié)構(gòu)中的父母結(jié)點(diǎn)，具有所有實(shí)例對(duì)象的總體特征。在更高的層次，還可以有超類。（2）槽：槽是框架的屬性。（3）側(cè)面：對(duì)象的側(cè)面是對(duì)槽的進(jìn)一步細(xì)化。（4）值：值是側(cè)面的具體屬性值?？蚣艿目傮w結(jié)構(gòu)如下：下面介紹一個(gè)利用框架的知識(shí)表達(dá)方法來(lái)表達(dá)費(fèi)水處理場(chǎng)所的一個(gè)例子?！疤幚韴?chǎng)所”是頂層框架，具有以下一些槽：費(fèi)物、容量、收集區(qū)域、安全措施。該框架屬于類框架框架“垃圾”是頂層框架“處理場(chǎng)所”的下一層框架，該框架是對(duì)頂層框架“處理場(chǎng)所”的繼承和進(jìn)一步的細(xì)化。該框架也屬于類框架“垃圾1”是最低層的框架，該框架是對(duì)框架“垃圾”的繼承和進(jìn)一步的細(xì)化，用來(lái)描述一個(gè)具體的對(duì)象，屬于實(shí)例框架。5、面向?qū)ο蟮姆椒ㄖR(shí)抽取、封裝和模塊性等這些知識(shí)表達(dá)的突出特點(diǎn)在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)和框架中難以有效實(shí)現(xiàn)?？梢岳妹嫦?qū)ο蟮姆椒▽?shí)現(xiàn)這些特點(diǎn)。在面向?qū)ο蟮目蚣芟?，現(xiàn)實(shí)世界被表現(xiàn)為對(duì)象的層次集合，通過(guò)它們之間的通訊協(xié)議進(jìn)行聯(lián)系。面向?qū)ο蟮闹R(shí)表達(dá)與處理方法非常符合空間數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，是一種十分有效的空間知識(shí)的表達(dá)與處理方法。

例如，噪音對(duì)象的面向?qū)ο蟮闹R(shí)表達(dá)方法如下：對(duì)象：噪音屬性：密度，頻率，持續(xù)時(shí)間，間斷性方法：測(cè)量密度，平均頻率，測(cè)量持續(xù)時(shí)間，測(cè)量間斷性，減少持續(xù)時(shí)間，最小化密度，降低頻率，加強(qiáng)間斷性（1）噪音代表一個(gè)對(duì)象。（2）它的狀態(tài)根據(jù)以下屬性進(jìn)行確定：密度、頻率、持續(xù)時(shí)間、間斷性等。（3）可以通過(guò)激活噪音對(duì)象的方法來(lái)改變?cè)胍舻臓顟B(tài)值，噪音對(duì)象提供了以下方法：測(cè)量密度、平均頻率、測(cè)量持續(xù)時(shí)間、測(cè)量間斷性、減少持續(xù)時(shí)間、最小化密度、降低頻率、加強(qiáng)間斷性等。6、其它知識(shí)表達(dá)方法除了前面介紹的幾種空間知識(shí)的表達(dá)方法外，還有其它一些知識(shí)表達(dá)方法，將分別加以簡(jiǎn)單介紹。（1）狀態(tài)空間法 狀態(tài)空間法是人工智能最基本的形式化方法，它涉及歸納、推斷、決策、規(guī)劃、常識(shí)推理、定理證明和相關(guān)過(guò)程的核心概念。人工智能中的很多問(wèn)題的求解方法是采用狀態(tài)空間搜索方法的。也就是說(shuō)，這些方法是通過(guò)在某個(gè)可能的解空間內(nèi)尋找一個(gè)解來(lái)求解問(wèn)題的。這種基于解答空間的問(wèn)題表示和求解方法就是狀態(tài)空間法，它是以狀態(tài)和算符為基礎(chǔ)來(lái)表示和求解問(wèn)題的。（2）劇本（Script）表示法

劇本是框架的一種特殊形式，用于表示固定事件序列。用一組槽來(lái)描述某些事件的發(fā)生序列，就像劇本中的事件序列一樣，故稱為“劇本”。劇本是有用的知識(shí)表達(dá)結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)世界中，事件發(fā)生的某種模式來(lái)自事件之間的因果關(guān)系。事件中的主人公完成一個(gè)動(dòng)作之后，才能完成另一個(gè)動(dòng)作。劇本中所描述的事件形成一個(gè)巨大的因果鏈，這個(gè)鏈的起點(diǎn)是一組開場(chǎng)條件，滿足這些開場(chǎng)條件，劇本中的事件才能產(chǎn)生。

鏈的終點(diǎn)是一組結(jié)果，有了這組結(jié)果，以后的事件或事件序列才能發(fā)生。在這個(gè)鏈內(nèi)，一件事件和前后的事件都相互聯(lián)系。前面的事件，使當(dāng)前的事件有可能發(fā)生，而當(dāng)前的事件又使后面的事件有可能發(fā)生。劇本結(jié)構(gòu)，比起框架這樣的一些通用結(jié)構(gòu)來(lái)，要呆板的多，但是可以表達(dá)預(yù)先構(gòu)思好的特定知識(shí)，是非常有效的，例如表達(dá)比較成熟的空間分析方案等。（3）過(guò)程（Procedure）表示法 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)、框架和劇本等知識(shí)表示方法，均是對(duì)知識(shí)和事實(shí)的一種靜態(tài)的表達(dá)方法，這類知識(shí)表達(dá)方式稱為陳述式知識(shí)表達(dá)，它所強(qiáng)調(diào)的是事物所涉及的對(duì)象是什么，是對(duì)事物有關(guān)知識(shí)的靜態(tài)描述，是知識(shí)的一種顯示表達(dá)形式。而對(duì)于如何使用這些知識(shí)，則通過(guò)控制策略來(lái)決定。和知識(shí)的陳述式表示相對(duì)應(yīng)的是知識(shí)的過(guò)程式表示。所謂過(guò)程式表示就是將有關(guān)某一問(wèn)題領(lǐng)域的知識(shí)，連同如何使用這些知識(shí)的方法，均隱式地表達(dá)為一個(gè)求解問(wèn)題的過(guò)程。它所給出的是事物的一些客觀規(guī)律，表達(dá)的是如何求解問(wèn)題。知識(shí)的描述形式就是程序，所有信息均隱含在程序之中，因而難以添加新的知識(shí)和擴(kuò)充功能，使用范圍較窄。過(guò)程式知識(shí)不像陳述式知識(shí)那樣具有固定的形式，如何描述知識(shí)完全取決于具體的問(wèn)題。前面介紹了一些常用的空間知識(shí)的表達(dá)方法，針對(duì)具體問(wèn)題和具體需求，可以選擇合適的知識(shí)表達(dá)方式進(jìn)行空間知識(shí)的表達(dá)，建立空間決策知識(shí)系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)，為空間決策支持系統(tǒng)提供決策支持。課外思考題：

對(duì)以上介紹各種空間知識(shí)的表達(dá)與處理方法的某一種方法進(jìn)行深入細(xì)致的研究，并結(jié)合一些實(shí)際的空間分析問(wèn)題，研究基于該方法的空間知識(shí)的表達(dá)與處理方法，要求提供詳細(xì)的研究分析報(bào)告。8.3.4空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)1、基本概念（1）數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)公認(rèn)的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)之父W.H.Inmon將數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)定義為：“數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是面向主題的、集成的、時(shí)變的、非易失的并且隨時(shí)間而變化的數(shù)據(jù)集合”，四個(gè)關(guān)鍵詞：面向主題的、集成的、時(shí)變的、非易失的，將數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)與其他數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)（如關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、事務(wù)處理系統(tǒng)和文件系統(tǒng)）相區(qū)別。（1）面向主題的：數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)圍繞一些主題，如顧客、供應(yīng)商、產(chǎn)品和銷售組織。（2）集成的：構(gòu)造數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是將多種數(shù)據(jù)源，如關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、一般文件和聯(lián)機(jī)事務(wù)處理記錄，集成在一起進(jìn)行存儲(chǔ)。使用數(shù)據(jù)清理和數(shù)據(jù)集成技術(shù)，確保命名約定、編碼結(jié)構(gòu)、屬性度量等的一致性。（3）時(shí)變的：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)從歷史的角度（例如過(guò)去5-10年）提供信息。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，隱式或顯示地包含時(shí)間元素。（4）非易失的：

是指數(shù)據(jù)保持不變，按計(jì)劃添加新數(shù)據(jù)，但是依據(jù)規(guī)則，原數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

（2）空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)(SpatialDataWarehouse)是空間信息科學(xué)(RS、GIS、GPS)技術(shù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，可以為逐漸興起的全球變化和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究以及復(fù)雜的商業(yè)地理分析提供了強(qiáng)有力的支持。

2、空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)傳統(tǒng)的GIS應(yīng)用系統(tǒng)一般是面向某一個(gè)具體應(yīng)用、由日常的工作流程驅(qū)動(dòng)的，數(shù)據(jù)往往處于采集時(shí)的原始狀態(tài)；系統(tǒng)應(yīng)用也只是對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行增、刪、改等事物處理操作和簡(jiǎn)單的空間查詢與分析。為了更好地適應(yīng)當(dāng)今全球變化和可持續(xù)發(fā)展研究的需要，需要用一個(gè)統(tǒng)一的信息視圖將來(lái)自不同學(xué)科的相關(guān)數(shù)據(jù)按照相應(yīng)的主題轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的格式，集成、存儲(chǔ)在一起，然后通過(guò)各種專業(yè)模型從多個(gè)角度去了解這個(gè)世界。

空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)正是為了更好地滿足當(dāng)今地球信息科學(xué)的研究和應(yīng)用的需要而產(chǎn)生的。目前空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)已成為國(guó)外GIS界研究的熱點(diǎn)，并已被應(yīng)用到多個(gè)項(xiàng)目，如澳大利亞的土地管理系統(tǒng)、蘇格蘭的資源環(huán)境信息系統(tǒng)等。空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)在國(guó)內(nèi)已逐步開展起來(lái)，如中國(guó)資源環(huán)境遙感信息系統(tǒng)及農(nóng)情速報(bào)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱CRERSIS)中就采用了空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)。

3、空間數(shù)據(jù)庫(kù)與空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的比較空間數(shù)據(jù)庫(kù)與空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和用法都不相同，二者一般需要分離開來(lái)，需要分開存儲(chǔ)和管理。

空間數(shù)據(jù)庫(kù)（源數(shù)據(jù)庫(kù)）負(fù)責(zé)原始數(shù)據(jù)的日常操作性應(yīng)用，操作數(shù)據(jù)庫(kù)只維護(hù)詳細(xì)的原始數(shù)據(jù)，一般不需要存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，只提供簡(jiǎn)單的空間查詢和分析?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)盡管很豐富，但是對(duì)于空間決策來(lái)說(shuō)，常常還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)則根據(jù)主題通過(guò)專業(yè)模型對(duì)不同源數(shù)據(jù)庫(kù)中的原始業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取和聚集，形成一個(gè)多維視角，為用戶提供一個(gè)綜合的、面向分析的決策支持環(huán)境。決策支持需要將來(lái)自多種不同來(lái)源的數(shù)據(jù)統(tǒng)一（如聚集和匯總），產(chǎn)生高質(zhì)量的、純凈的和集成的數(shù)據(jù)。另外，空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)較好地引入了時(shí)間維的概念，可根據(jù)不同的需要?jiǎng)澐植煌臅r(shí)間粒度等級(jí)，以便進(jìn)行各種復(fù)雜的趨勢(shì)分析，如土地覆蓋變化研究、全球氣候的變化趨勢(shì)等，以支持政府部門的宏觀決策。4、空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的主要功能特征數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是面向主題的、集成的、具有時(shí)間序列特征的數(shù)據(jù)集合，以支持管理中的決策制定過(guò)程。

空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)則是在數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的基礎(chǔ)上，引入空間維數(shù)據(jù)，增加對(duì)空間數(shù)據(jù)的存貯、管理和分析能力，根據(jù)主題從不同的GIS應(yīng)用系統(tǒng)中截取從瞬態(tài)到區(qū)段直到全體地球系統(tǒng)的不同規(guī)模時(shí)空尺度上的信息，從而為當(dāng)今的地球信息科學(xué)研究以及有關(guān)環(huán)境資源政策的制定提供更好的信息服務(wù)?？臻g數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)主要具有以下幾方面功能特征：（1）空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是面向主題的傳統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是面向應(yīng)用的，只能回答很專門、很片面的問(wèn)題，它的數(shù)據(jù)只是為處理某一具體應(yīng)用而組織在一起的，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只對(duì)單一的工作流程是最優(yōu)的，對(duì)于高層次的決策分析未必是適合的?？臻g數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)為了給決策支持提供服務(wù)，信息的組織應(yīng)以業(yè)務(wù)工作的主題內(nèi)容為主線。主題是一個(gè)在較高層次將數(shù)據(jù)歸類的標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)主題基本對(duì)應(yīng)一個(gè)宏觀的分析領(lǐng)域。例如，土地管理部門的空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)所組織的主題有可能為土地覆蓋的變化趨勢(shì)、土地利用變化趨勢(shì)等；如果按照應(yīng)用來(lái)組織則可能是地籍管理、土地適宜性評(píng)價(jià)等。按照應(yīng)用來(lái)組織的系統(tǒng)不能夠?yàn)橥恋毓芾聿块T制定決策提供直接、全面的服務(wù)，而空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)因其面向主題，具有“知識(shí)性、綜合性”，所以能夠?yàn)闆Q策者們提供及時(shí)、準(zhǔn)確的信息服務(wù)。又如，CRERSIS(中國(guó)資源環(huán)境遙感信息系統(tǒng)及農(nóng)情速報(bào)系統(tǒng))按照以下八個(gè)主題來(lái)組織數(shù)據(jù)的，即:

農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物種值面積監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物估產(chǎn)、水災(zāi)遙感監(jiān)測(cè)、旱災(zāi)遙感監(jiān)測(cè)、生物量監(jiān)測(cè)、中國(guó)生態(tài)環(huán)境分析、中國(guó)土地資源時(shí)空變化分析共8個(gè)主題。（1）空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是面向主題的傳統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是面向應(yīng)用的，只能回答很專門、很片面的問(wèn)題，它的數(shù)據(jù)只是為處理某一具體應(yīng)用而組織在一起的，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只對(duì)單一的工作流程是最優(yōu)的，對(duì)于高層次的決策分析未必是適合的。空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)為了給決策支持提供服務(wù)，信息的組織應(yīng)以業(yè)務(wù)工作的主題內(nèi)容為主線。主題是一個(gè)在較高層次將數(shù)據(jù)歸類的標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)主題基本對(duì)應(yīng)一個(gè)宏觀的分析領(lǐng)域。例如，土地管理部門的空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)所組織的主題有可能為土地覆蓋的變化趨勢(shì)、土地利用變化趨勢(shì)等；如果按照應(yīng)用來(lái)組織則可能是地籍管理、土地適宜性評(píng)價(jià)等。（1）空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是面向主題的按照應(yīng)用來(lái)組織的系統(tǒng)不能夠?yàn)橥恋毓芾聿块T制定決策提供直接、全面的服務(wù)，而空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)因其面向主題，具有“知識(shí)性、綜合性”，所以能夠?yàn)闆Q策者們提供及時(shí)、準(zhǔn)確的信息服務(wù)。又如，CRERSIS(中國(guó)資源環(huán)境遙感信息系統(tǒng)及農(nóng)情速報(bào)系統(tǒng))按照以下八個(gè)主題來(lái)組織數(shù)據(jù)的，即農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物種值面積監(jiān)測(cè)、農(nóng)作物估產(chǎn)、水災(zāi)遙感監(jiān)測(cè)、旱災(zāi)遙感監(jiān)測(cè)、生物量監(jiān)測(cè)、中國(guó)生態(tài)環(huán)境分析、中國(guó)土地資源時(shí)空變化分析共8個(gè)主題。（2）空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是集成的空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建立并不意味著要取代傳統(tǒng)的GIS數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是為制定決策提供支持服務(wù)的，它的數(shù)據(jù)應(yīng)該是盡可能全面、及時(shí)、準(zhǔn)確、傳統(tǒng)的。GIS應(yīng)用系統(tǒng)是其重要的數(shù)據(jù)源。為此空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)以各種面向應(yīng)用的GIS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)元數(shù)據(jù)刻畫的抽取和聚集規(guī)則將它們集成起來(lái)，從中得到各種有用的數(shù)據(jù)。提取的數(shù)據(jù)在空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中采用一致的命名規(guī)則，一致的編碼結(jié)構(gòu)，消除原始數(shù)據(jù)的矛盾之處，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從面向應(yīng)用轉(zhuǎn)為面向主題。（3）數(shù)據(jù)的變換與增值空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)來(lái)自于不同的面向應(yīng)用的GIS系統(tǒng)的日常操作數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)冗余及其標(biāo)準(zhǔn)和格式存在著差異等一系列原因，不能把這些數(shù)據(jù)原封不動(dòng)地搬入空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，而應(yīng)該對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行增值與變換，從而提高數(shù)據(jù)的可用性，即根據(jù)主題的分析需要，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要地抽取、清理和變換。（4）時(shí)間序列的歷史數(shù)據(jù)自然界是隨著時(shí)間而演變的，事實(shí)上任何信息都具有相應(yīng)的時(shí)間標(biāo)志。為了滿足趨勢(shì)分析的需要，每一個(gè)數(shù)據(jù)必須具有時(shí)間的概念。（5）空間序列的方位數(shù)據(jù)自然界是一個(gè)立體的空間，任何事物都有自己的空間位置，彼此之間有著相互的空間關(guān)系，因此任何信息都應(yīng)具有相應(yīng)的空間標(biāo)志。一般的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是沒(méi)有空間維數(shù)據(jù)的，不能進(jìn)行空間分析，不能反映自然界的空間變化趨勢(shì)。 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)特別是空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)正處于研究階段，盡管已經(jīng)出現(xiàn)了很多數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的產(chǎn)品，但還沒(méi)有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這項(xiàng)技術(shù)還沒(méi)有達(dá)到成熟的階段。8.3.5空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)

空間數(shù)據(jù)挖掘（SpatialDataMining，簡(jiǎn)稱SDM），或稱從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中發(fā)現(xiàn)知識(shí)（KnowledgeDiscoveryfromSpatialDatabase），是指從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中提取用戶感興趣的空間模式與特征、空間與非空間數(shù)據(jù)的普遍關(guān)系及其它一些隱含在數(shù)據(jù)庫(kù)中的普遍數(shù)據(jù)特征。

1、從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中可發(fā)現(xiàn)的知識(shí)及應(yīng)用（1）從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中可發(fā)現(xiàn)的知識(shí)類型空間數(shù)據(jù)庫(kù)包括矢量形式的GIS圖形數(shù)據(jù)、柵格形式的圖像數(shù)據(jù)，以及規(guī)則格網(wǎng)、TIN(不規(guī)則三角網(wǎng))、等高線形式的三維空間數(shù)據(jù)。從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中可以發(fā)現(xiàn)的主要知識(shí)類型主要有：1）普遍的幾何知識(shí)它是指某類目標(biāo)的數(shù)量、大小、形態(tài)特征等普遍的幾何特征。計(jì)算和統(tǒng)計(jì)空間目標(biāo)幾何特征量的最小值、最大值、均值、方差、眾數(shù)等，還可統(tǒng)計(jì)特征量的直方圖。在足夠多樣本的情況下，直方圖數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)換為先驗(yàn)概率使用。在此基礎(chǔ)上，可根據(jù)背景知識(shí)歸納出高水平的普遍幾何知識(shí)。

2）空間特征知識(shí)空間特征知識(shí)匯總了作為目標(biāo)的某類或幾類空間實(shí)體的幾何和屬性的一般共性特征。幾何特征知識(shí)指目標(biāo)類空間數(shù)據(jù)的一般特性，屬性特征知識(shí)則指空間實(shí)體的數(shù)量、大小和形狀等一般特征。

空間特征知識(shí)描述了某類空間目標(biāo)之所以稱之為某類空間目標(biāo)的本質(zhì)屬性。

空間特征知識(shí)可以用規(guī)則的形式來(lái)表達(dá)，也可以用框架的方法來(lái)表達(dá)。

3）空間分類知識(shí)

空間分類知識(shí)反映同類事物共同性質(zhì)的特征型知識(shí)和不同事物之間差異性特征知識(shí)。根據(jù)空間分類知識(shí)把圖像數(shù)據(jù)中的對(duì)象（包括像素）映射到某個(gè)給定的類上，是一種分類器。挖掘空間分類知識(shí)時(shí)，一般是先給定一些已知對(duì)象類別的訓(xùn)練樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，從而挖掘出將對(duì)象映射到不同類別上的空間分類知識(shí)，然后根據(jù)這種空間分類知識(shí)對(duì)未知類別的對(duì)象進(jìn)行類別的判定。

4）空間區(qū)分知識(shí)總結(jié)空間特征知識(shí)時(shí)，也可以將該類目標(biāo)的空間特征與其它目標(biāo)的空間特征進(jìn)行比較，找出其中的差別型知識(shí)，這時(shí)可以認(rèn)為是空間區(qū)分知識(shí)，空間區(qū)分知識(shí)是對(duì)個(gè)性的描述?？臻g區(qū)分知識(shí)與空間分類知識(shí)不同，分類知識(shí)對(duì)空間對(duì)象進(jìn)行明確的分類，強(qiáng)調(diào)的是分類精度，知識(shí)規(guī)則的后件是類別，為了保證分類精度，一般在較低的概念層次進(jìn)行分類；而空間區(qū)分知識(shí)是對(duì)已知類別的對(duì)象的對(duì)比，區(qū)分規(guī)則的前件是類別，規(guī)則一般在較高的概念層次上描述。

5）空間聚類知識(shí)空間聚類知識(shí)把特征相近的空間實(shí)體數(shù)據(jù)劃分到不同的組中，組間的差別盡可能大，組內(nèi)的差別盡可能小?？臻g對(duì)象根據(jù)類內(nèi)相似性最大和類間相似性最小的原則分組聚類，并據(jù)此導(dǎo)出空間聚類知識(shí)，例如根據(jù)圖像各像素的灰度值對(duì)圖像進(jìn)行自動(dòng)聚類，從而實(shí)現(xiàn)圖像的有效分割。

空間聚類與空間分類的主要區(qū)別體現(xiàn)在：空間分類的類別數(shù)是預(yù)先給定的，通過(guò)訓(xùn)練樣本訓(xùn)練學(xué)習(xí)來(lái)獲取空間分類知識(shí)，而進(jìn)行空間聚類時(shí)，聚類前并不知道將要?jiǎng)澐譃閹最惡褪裁礃拥念悇e，是根據(jù)聚類算法自己學(xué)習(xí)來(lái)確定類別數(shù)，在聚類的過(guò)程中可以人為地確定聚類的迭代次數(shù)和聚類的層數(shù)，從而控制聚類的結(jié)果。

6）空間關(guān)聯(lián)知識(shí)空間關(guān)聯(lián)知識(shí)是找出空間實(shí)體或?qū)嶓w的空間屬性之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，找出空間實(shí)體的特性數(shù)據(jù)項(xiàng)之間頻繁同時(shí)出現(xiàn)的模式，主要指空間實(shí)體間的相鄰、相連、共生和包含等關(guān)聯(lián)規(guī)則，

并且同時(shí)給與支持度和置信度作為關(guān)聯(lián)知識(shí)的不確定性的度量?？臻g關(guān)聯(lián)規(guī)則是空間數(shù)據(jù)挖掘的知識(shí)的重要內(nèi)容之一。7）空間例外知識(shí)空間例外知識(shí)是大部分空間實(shí)體的共性特征之外的偏差或獨(dú)立點(diǎn)，是與空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)的一般行為或模型不一致的數(shù)據(jù)對(duì)象的特性?？臻g例外是關(guān)于類別差異的描述，如標(biāo)準(zhǔn)類中的特例，各類邊緣外的孤立點(diǎn)，時(shí)序關(guān)系上單屬性值和集合取值的不同，實(shí)際觀測(cè)值和系統(tǒng)預(yù)測(cè)值間的顯著差別等?？臻g例外知識(shí)對(duì)于發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的突發(fā)事件具有很好的效果，例如利用MODIS衛(wèi)星對(duì)大興安嶺的林區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)該地區(qū)的圖像進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)了一些異常情況，則可能是發(fā)生了森林火災(zāi)或者是森林病蟲害。8）空間預(yù)測(cè)知識(shí)空間預(yù)測(cè)知識(shí)是基于可用的空間數(shù)據(jù)，利用空間分類知識(shí)、空間聚類知識(shí)、空間關(guān)聯(lián)規(guī)則知識(shí)等，預(yù)測(cè)空間未知的數(shù)據(jù)值、類標(biāo)記和分布趨勢(shì)等。9）空間序列知識(shí)空間序列知識(shí)主要反映空間實(shí)體隨時(shí)間的變化規(guī)律。在發(fā)現(xiàn)序列規(guī)則時(shí)，不僅需要知道空間事件是否發(fā)生，還需要確定事件發(fā)生的時(shí)間。例如，可以通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)洞庭湖湖區(qū)范圍進(jìn)行監(jiān)測(cè)的序列圖像進(jìn)行分析，從而找出該湖區(qū)范圍變化的規(guī)律；又如通過(guò)對(duì)與颶風(fēng)相關(guān)的大量的氣象云圖進(jìn)行分析，從而找出反映颶風(fēng)特點(diǎn)的規(guī)律性知識(shí)等。10）空間分布模式和分布規(guī)律空間目標(biāo)在地理空間的分布規(guī)律，分成垂直向、水平向，以及垂直向和水平向的聯(lián)合分布規(guī)律。垂直向分布即地物沿高程帶的分布，如植被沿高程帶的分布規(guī)律、植被沿坡度坡向分布規(guī)律等；水平向分布是指地物在平面區(qū)域的分布規(guī)律，如不同區(qū)域農(nóng)作物的差異、公用設(shè)施的城鄉(xiāng)差異等；垂直向和水平向的聯(lián)合分布即不同的區(qū)域中地物沿高程的分布規(guī)律。

10）空間分布模式和分布規(guī)律對(duì)于圖像數(shù)據(jù)挖據(jù)來(lái)說(shuō)，可以利用圖像數(shù)據(jù)挖掘的方法對(duì)空間對(duì)象的分布模式和分布規(guī)律進(jìn)行研究。例如，通過(guò)對(duì)全國(guó)的遙感圖像進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)植被指數(shù)的分析可以挖掘出植被的空間分布規(guī)律；通過(guò)對(duì)高山地區(qū)從山腳到山頂?shù)膱D像進(jìn)行分析，可以分析垂直地帶性規(guī)律；通過(guò)對(duì)不同的空間對(duì)象，如林地、耕地、道路、河流等之間的空間關(guān)系進(jìn)行分析，分析這些空間對(duì)象之間的分布規(guī)律。

11）空間過(guò)程知識(shí)空間過(guò)程知識(shí)屬于過(guò)程型知識(shí)，例如，通過(guò)對(duì)某一地區(qū)的土壤侵蝕狀況進(jìn)行長(zhǎng)期的遙感監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)這些圖像進(jìn)行分析，挖掘出土壤侵蝕的過(guò)程，從而用過(guò)程性的知識(shí)的表達(dá)方法描述出該地區(qū)的土壤侵蝕過(guò)程。12）面向?qū)ο蟮闹R(shí)面向?qū)ο蟮姆椒ㄊ潜磉_(dá)復(fù)雜的空間對(duì)象知識(shí)的一個(gè)十分有效的方法，反映某類復(fù)雜的空間對(duì)象的子類構(gòu)成及其普遍特征的知識(shí)。例如對(duì)于民用機(jī)場(chǎng)圖像，可以利用面向?qū)ο蟮闹R(shí)表達(dá)方法表達(dá)成其各個(gè)子類及其特征知識(shí)和關(guān)聯(lián)知識(shí)。從而可以在高分辨率的遙感圖像上通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)單的子類的識(shí)別從而達(dá)到判別識(shí)別復(fù)雜的機(jī)場(chǎng)圖像中的空間目標(biāo)的目的。

（2）從空間數(shù)據(jù)庫(kù)中發(fā)現(xiàn)的知識(shí)的應(yīng)用

從GIS數(shù)據(jù)庫(kù)中發(fā)現(xiàn)的知識(shí)，可有下面兩大方面的應(yīng)用：

1）GIS智能化分析。SDM獲取的知識(shí)同現(xiàn)有GIS分析工具獲取的信息相比，更加概括、精練，并且發(fā)現(xiàn)使用現(xiàn)有GIS分析工具無(wú)法獲取的隱含模式和規(guī)律，因此，SDM本身就是GIS智能化分析工具，也是構(gòu)成GIS專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)的重要工具。

2）在遙感影像解譯中的應(yīng)用。用于遙感影像解譯中的約束、輔助、引導(dǎo)，解決同譜異物、同物異譜問(wèn)題，減少分類識(shí)別的疑義度，提高解譯的可靠性、精度和速度。SDM是建立遙感影像理解專家系統(tǒng)知識(shí)獲取的重要技術(shù)手段和工具，遙感影像解譯的結(jié)果又可更新GIS數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，SDM技術(shù)將會(huì)促進(jìn)遙感與GIS的智能化集成。

2、空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)的方法

DM和KDD是多學(xué)科和多種技術(shù)交叉綜合的新領(lǐng)域，它綜合了機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)庫(kù)、專家系統(tǒng)、模式識(shí)別、統(tǒng)計(jì)、管理信息系統(tǒng)、基于知識(shí)的系統(tǒng)、可視化等領(lǐng)域的有關(guān)技術(shù)，因而數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法是豐富多彩的。針對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的特點(diǎn)，存在下列可采用的空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法：2、空間數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)的方法（1）統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)方法一直是分析空間數(shù)據(jù)的常用方法，適用于數(shù)值型數(shù)據(jù)。