人工智能在地理學中的應用

1、人工智能和專家系統(tǒng)在地理學中的應用研究人工智能和專家系統(tǒng)在地理學中的應用研究鐘家樂、盛建歡規(guī)劃1201班 一、什么是人工智能一、什么是人工智能 人工智能是關于知識的學科：怎樣表示知識以及怎樣獲得知識并使用知識的科學。尼爾遜 人工智能就是研究如何使計算機去做過去只有人才能做的智能工作。溫斯頓 從廣義上講，一般認為用計算機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：一個在某領域具有專家水平理解能力的程序系統(tǒng)；能象領域專家一樣工作，運用專家積累的工作經驗與專門知識，在很短時間內對問題得出高水平的解答。 專家系統(tǒng)(Expert System ：ES)是人工智能應用最為成熟的一

2、個領域，與模式識別、智能機器人并列為人工智能技術中最活躍的三個領域。應用前景應用前景 在地理學的研究中，地理數據處理、圖形在地理學的研究中，地理數據處理、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、專家知識和經驗，純靠人力則工作規(guī)范、專家知識和經驗，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，使計算機利用專家知識模擬人系統(tǒng)技術，使計算機利用專家知識模擬人腦思維進行推理，從事智能化的數據、圖腦思維進行推理，從事智能化的數據、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、分利用現代高新技術為地理科作效率，充分利用現代高新技術為地理科學服務。學服務。三、三、人工智能和專家系統(tǒng)應用于地理科學的人工智能和專家系統(tǒng)應用于地理科學的優(yōu)越性優(yōu)越性充分利用現代計算機技術，模擬專家的推理和思維過程，得出高水平的結果，克服傳統(tǒng)方法過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。按照專家的經驗和方法在計算機支持下快速處理、綜合管理多源信息和海量數據，克服了計算機存儲容量、速度及思維推理能力方面的限制。促進地理科學向以“3s”技術為核心的地理信息科學的發(fā)展。促進全球定位系統(tǒng) (GPS)、遙感技術 (RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和專家系統(tǒng)(ES)這四大現代技術的發(fā)展

4、和相互結合。為可持續(xù)發(fā)展提供全新的技術支持。信息時代、可持續(xù)發(fā)展要求地理科學必須實現實時、動態(tài)、綜合、高效的數據采集 、處理，利用專家系統(tǒng)和計算機技術取代復雜的人工處理過程，實現對資源、環(huán)境的實時動態(tài)監(jiān)測。四、四、人工智能在地理科學中的主要應用人工智能在地理科學中的主要應用 人工智能和專家系統(tǒng)在地理科學中的主要應用主要應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、智能數據處理、地理信息系統(tǒng)、空間決策支持、智能數據處理、地理教學教學 CAI等。等。4.1在遙感圖像理解中的應用在遙感圖像理解中的應用 遙感圖像理解需要處理多源、多波段、多時相、多尺度的影

5、像資料，工作量大，規(guī)律性強。 在遙感圖像理解專家系統(tǒng)中，知識獲取基本按人機交互與參數自動提取的方式進行，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)中以專家知識為控制，由系統(tǒng)自動統(tǒng)計其有關參數，如灰度范圍、高程范圍等，再結合有關的規(guī)則，獲取專家系統(tǒng)的知識。 獲得知識后以特征表的形式對知識進行表示，對各主要判據中的信息進行分析歸納，形成知識庫。按照實際判斷和推理的數據模型(較常用的是模糊推理)建立推理機結構，利用專家系統(tǒng)的實現語言進行編程，通過推理機對事實庫和知識庫進行匹配。4.2在地圖制圖領域的應用在地圖制圖領域的應用 人工智能對地圖制圖影響，其主要應用包括以下幾個方面：自動地圖設計

6、和生產；地圖要素的自動綜合；矢量和柵格方式制圖要素的自動提取和判讀，數據格式的自動轉換等。 地圖制圖專家系統(tǒng)的知識獲取包括地圖圖例 、地圖制圖規(guī)則 、不同比例尺地形地物表示方案、制圖綜合專家經驗、不同種類地 圖制圖方法等的調查和整理。知識表示綜合采用語義網絡、框架系統(tǒng)、概念樹、特征表等方法。推理機則由相應的匹配判斷過程和空間分析模型、智能設計模型組成。4.3在地理信息系統(tǒng)中的應用在地理信息系統(tǒng)中的應用 GIS 需要利用專家系統(tǒng)來提高系統(tǒng)的推理分析功能和智能決策功能，專家系統(tǒng)所需的許多知識恰好隱含在 GIS數據庫中，這就為專家系統(tǒng)在地理信息系統(tǒng)中的應用提供了一個相互促進、相互作用的集成環(huán)境。 專

7、家系統(tǒng) 在GIS中的知識獲取有教學式、演繹式、歸納式、猜想驗證式等方。推理機是不同應用領域相關模塊的有機綜合。專家系統(tǒng)與 GIS 的結合，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用在智能空間決策支持中的應用 專家系統(tǒng)應用到決策支持系統(tǒng)(DSS)形成“智能決策支持系統(tǒng)(IDSS)”，GIS 與決策支持系統(tǒng)結合形成空間決策支持系統(tǒng) (SDSS)，ES、AI、GIS、DSS、KDD相結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)應該不僅具有傳統(tǒng)的數據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，如人機用戶界面、自然語言理解、知識學習和

8、積累、知識表達、模型組織等，能夠在人機結合的集成環(huán)境下解決復雜的實際應用問題。智能空間決策支持系統(tǒng)的知識庫可由GIS 數據庫中利用 KDD 技術獲取的知識、實際獲得的專家知識、規(guī)范要求、決策目標等組成。推理機是其關鍵所在，是空間分析模塊與專家系統(tǒng)的結合。4.5在智能地理數據處理中的應用在智能地理數據處理中的應用 在自然災害災情空間預報環(huán)境流行病學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域，由于數據來源的不同，尤其是這些數據依附的空間單元尺度的不同，使得數據融合成為難題。 地理數據處理涉及到海量數據檢核、計算、精度分析等工作。例如涉及到不同尺度中地理數據處理，若存在差錯則應根據專家

9、經驗進行分析，找出可能的出錯環(huán)節(jié)進行更正，也即需要進行地理數據的智能處理。專家系統(tǒng)用于該工作的主要思想是：數據檢核和精度分析以相應的國家標準和規(guī)范要求作為知識子庫進行匹配與比較，得出結果和評價；錯誤分析與問題查找則要充分利用專家的知識建立專門的知識子庫，對產生的錯誤進行查找和匹配，得出相關的結論，為糾錯提供指導。智能數據處理可用于由數據交換文件生成繪圖文件中的數據復合，自動消除數據冗余和存在的矛盾，生成合格的圖形數據文件五、為什么地學系統(tǒng)要人工智能：五、為什么地學系統(tǒng)要人工智能： 地學現象的復雜性和獨特性使得建立在各種理地學現象的復雜性和獨特性使得建立在各種理想條件之上的理論模型很難應用于實際

10、想條件之上的理論模型很難應用于實際, ,確定性確定性的模型需要隨著地點和時間的改變而不斷修改的模型需要隨著地點和時間的改變而不斷修改模型參數甚至模型結構模型參數甚至模型結構, ,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、經濟各因素的了模型的普遍性。自然、社會、經濟各因素的耦合使得這個復雜的系統(tǒng)具有一定程度的非線耦合使得這個復雜的系統(tǒng)具有一定程度的非線性和混沌特點性和混沌特點, ,人工神經元網絡和遺傳算法為建人工神經元網絡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網絡的最重要屬性在于它能知道多層前向神經

11、網絡的最重要屬性在于它能夠學會任何復雜性的映射夠學會任何復雜性的映射( (線性、非線性線性、非線性),),利用利用這一特性可以在沒有或有很少關于研究對象的這一特性可以在沒有或有很少關于研究對象的領域知識的前提下領域知識的前提下, ,通過對大量空間數據通過對大量空間數據( (樣本樣本) )進行學習進行學習, ,來建立空間要素之間的依賴關系來建立空間要素之間的依賴關系, ,以以滿足人們對空間數學模型的需求滿足人們對空間數學模型的需求六、結束語 實踐證明，利用人工智能和專家系統(tǒng)技術，基于地理科學的理論、規(guī)則、專家的知識和經驗、實際工作的要求建立專家系統(tǒng)的知識庫，以有效的表達方式對知識進行表示，綜合利用推理機制和空間分析模型建立推理機，可以實現