前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的公路生態景觀評價系統建構，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
1概述 地理信息系統(GeographicInformationSystem,GIS)與專家系統(ExpertSystem,ES)的結合已發展成地理研究方法中的新一代研究模式。目前，國內外專家對GIS與ES相結合的基礎研究主要包括知識表示、空間知識發現、推理機制和系統集成等方面。在公路建設過程中采用GIS與ES相結合的方法對環境及景觀的評價。近年來，公路景觀環境的評價技術大多用3S技術進行評價，而將ES引入到公路景觀評價中將使未來公路景觀評價更智能化、科學化、規范化。本文運用模糊評價法對生態景觀進行評價分析，介紹了模糊邏輯和模糊推理的一些基本概念，描述了公路景觀評價系統的基本結構，公路生態景觀評價中涉及到大量的模糊數據和模糊規則，主要說明了模糊推理機的實現以及基于可信度的多維模糊推理的執行過程。 2GIS與ES相結合的應用現狀 2.1應用現狀 大多GIS與ES結合的應用主要停留在數據庫查詢、空間數據的簡單分析和成果輸出顯示上，而對于復雜、抽象、不確定、模糊與動態變化的空間問題無法提供足夠的決策支持，缺乏知識處理和進行啟發式推理的能力。因此，有必要引入知識處理、人工智能和專家系統的推理機制，為GIS提供一種模仿人類思維推理邏輯的采集、組織和使用知識的方法，并且進行綜合分析和對空間信息進行邏輯推理的有效工具[1]。 2.2GIS與ES的結合形式 目前，GIS與ES相結合的形式分為：松耦合和緊耦合2種形式。通過表1說明這2種結合方式的聯系。 2.3GIS與ES的結合內容 ES的核心內容是知識庫和推理機，在與GIS一體化中，知識庫-推理機模式成為現在的研究基礎。知識庫中知識的特殊在于地理學知識內容極其豐富，具有時間性、空間性和自然屬性的多維特征。地理學研究是以單要素因子為基礎，如坡度、坡向、土層厚度等。單要素因子是時間與空間的函數，如坡度P可表示為P=f(x,y,z,t)，其中，x、y、z是空間坐標；t是時間坐標。由此可知，一體化后的知識庫比純粹的專家系統復雜。現階段在GIS與ES一體化中所應用的推理、控制策略，采用的大多是唯一、確定性推理方法，如三段法、溯因法、歸納法等。 3模糊邏輯與模糊推理 3.1模糊集合的定義 在經典集合論中，論域是要討論的問題涉及到對象全體組成的一個普通集合。模糊集合的定義是論域U={x}上的集合A，可由隸屬函數μA(x)表示，μA(x)在閉區間[0,1]中的取值稱為x屬于模糊集合A的隸屬度，若隸屬度越接近1，則x屬于A的程度越大，反之越小。即論域U={x}上的模糊集合是指U中元素的x具有某種特征或性質的元素集合，論域元素總是分明的，但元素x屬于集合A的程序是不分明的，因此，集合A是一個模糊集合。如果論域U是有限域，即U={x1,x2,…,xn}，則U上的任一模糊集合A可表示為：11221()/()/()/()/nAAAnnAiiiAμxxμxxμxxμxx==+++=∑L其中，μA(xi)是xi屬于A的隸屬度。如果論域U是無限域，則U上的任一模糊集A可表示為：()/AxUAμxx∈=∫，∫不是積分符號，是表示無限論域上的一個模糊集的符號[2]。 3.2模糊知識表示 3.2.1模糊命題 含有模糊概念、模糊數據或帶有確信程度的語句稱為模糊命題。它的一般表示形式為：xisA或者xisA(CF)其中，x是論域上的變量，代表所論對象的屬性；A是模糊概念或模糊數，用相應的模糊集及隸屬函數刻畫；CF是該模糊命題的確信度或相應事件發生的可能性程度，既可以是一個確定的數，也可以是一個模糊數或模糊語言值。模糊語言值是指表示大小、長短、輕重、快慢、多少等程度的修飾詞，具體應用時可根據實際需要確定自己的模糊語言值集合。 3.2.2模糊規則 模糊規則的一般形式為：ifEthenH(CF,λ)，其中，E是用模糊命題表示的模糊條件，它既可以是由單個模糊命題表示的簡單條件，也可以是由多個模糊命題構成的組合條件；H是用模糊命題表示的模糊結論；CF是模糊規則的可信度因子，它既可以是一個確定的數，也可以是一個模糊數或模糊語言值；λ是規則的閾值，用于指出規則可被使用的限制。 3.3模糊匹配 為了確定規則的條件是否可與證據模糊匹配，需要對2個模糊集A和B計算匹配度δ(A,B)，若δ(A,B)≥λ，則認為A與B匹配[3]。 3.4帶可信度的多維模糊推理 規則if(x1isA1)∧(x2isA2)∧…∧(xnisAn)thenyisBCFE。求多維模糊推理的結論可信度CF的步驟如下：首先選擇組合條件與多個證據的模糊匹配方法，求得組合條件與多個證據的總匹配度δ(E,E’)，總匹配度的計算方法為：'(,')min{(,)1,2,,}iiδEE=δAAi=nL若δ(E,E’)≥λ，則規則的前提條件與證據可匹配；否則，不可匹配[4]。 4模糊綜合評價模型 模糊綜合評價模型是區域地理規劃方案評價的重要方法，它既適合于可直接量化的評價指標，也適合不能直接量化的評價指標，特別適合后者[5]。該模型的主要步驟如下：(1)邀請有關方面的專家組成評價小組。(2)建立評價指標體系集F，F=(f1,f2,…,fn)，即評價指標體系由n個指標組成。確定每一評價指標的評價尺度集E，E=(e1,e2,…,em)，即給每一評價指標分為不同等級并賦分值。評價指標集可以是一個多級遞階結構的集合。(3)根據專家打分法，確定評價指標體系的權重集W，W=(w1,w2,…,wn)，即權重集元素數為n個，與評價指標個數相同。(4)按照已經制定的評價尺度，對各評價指標進行評價。即使對同一個評價指標的評定，由于不同評價人員可以做出不同評定，因此評價結果只能用第fi評價指標做出第ei評價尺度的可能程度的大小表示。這種可能程度稱為隸屬度，記作rij。因為有m個評價尺度，所以對第i個評價指標fi有一個相應的隸屬度向量Ri，Ri=(ri1,ri2,…,rij,…,rim)，i=1,2,…,n。替代方案Rk的評價指標集的隸屬度，可以用隸屬度矩陣Rk，表示如下：在矩陣Rk中，元素kkijijdrd=，d表示參加評價的專家人數，kijd指AK替代方案第i評價指標fi做出第j評價尺度ej評價的專家人數。可見，rij值越大，說明對fi做出ej評價的可能性越大。(5)計算替代方案Ak各評價指標的得分。計算如下：Sk=RkET(1)其中，ET為評價尺度向量的轉置；Sk=(S1k,S2k,…,Snk)反映了Ak方案各單項評價指標得分。它可進行多個替代方案各單項評價指標間的比較，能提供許多有用的決策信息。(6)綜合評價——計算替代方案Ak的綜合得分，確定其優先度：Nk=WST(2)利用Nk的大小，可進行多個替代方案優先順序的排列，為決策者選定方案提供直接依據。#p#分頁標題#e# 5公路生態景觀評價系統的設計與實現 5.1系統基本結構 本文系統采用模塊化程序設計技術，分為人機接口(用戶接口和專家接口)、綜合數據庫、空間數據庫、知識庫、推理機、知識獲取及解釋程序7個模塊組成。系統的結構體系采用GIS與ES相結合，能加強和完善GIS的系統功能，即采用智能控制界面和應用啟發式推理，利用專家知識提供科學的決策和咨詢。整個系統在主界面菜單控制下運行，各模塊能獨立運行。本文系統程序采用Delphi7.0為整個系統開發平臺，SQLServer2000為數據庫，GIS由SuperMapObjects支撐[6]。系統基本結構如下：(1)綜合數據庫用于存放事實及評價過程中的初始數據、求解狀態、中間評價結果、假設、目標及最終評價結果。(2)知識庫是建立和維護本應用程序中與評價及恢復有關專家知識、經驗等，此知識庫中包括評價標準、評價得分值、圖像、圖片等知識，也構建了與空間數據相結合的知識表示方法。(3)知識獲取程序，專家通過人機界面將新的知識和經驗或改變了的知識和經驗輸入到系統中，由系統對其歸納整理的過程。(4)推理機，包括推理過程中需要的規則集，根據評價模型的具體特點，目前采用的混合式模糊推理，原因是本系統要在評價的基礎上給出恢復方案，由此需要結合正逆2種模糊推理方法。(5)空間數據庫是將研究區內的地形地貌通過電子地圖的方式存儲到計算機中，在實施評價及恢復的過程中，根據推理機得出的評價及恢復方案，將空間數據庫中的內容做適當調整，最終顯示在輸出給用戶的電子地圖上。(6)解釋程序，將評價的過程通過解釋處理程序將其顯示給用戶，利于公路生態景觀學方面的專業人員和初學者能夠從問題的求解過程中得到直觀學習。(7)人機接口，將專家和用戶的輸入信息翻譯為系統可接受的內部形式，把系統向專家和用戶輸出的信息轉換成人類易于理解的外部形式，系統的應用界面是友好的人機接口界面。 5.2模糊推理機的實現 由于本系統中有大量的模糊規則，如“若兩側綠化樹種好，則評價的評價結果為5”等，而且該評價又是由兩側綠化樹種由其下層多個項評價的綜合組成，每個下層項對兩側綠化樹種評估結果的影響重要性不同，即按照不同的評價模型可以得到不同的評價權重值。要得到合理的公路生態景觀評價結果，需要對所有的下層項進行分別評價，最后綜合得到最后的評價結果。 5.2.1推理機的構成 本文系統中的推理是基于知識的推理，是選擇知識和應用知識求解問題，在此知識庫和推理機是基于知識推理的基礎和核心。本系統推理過程涉及的知識分為6類：(1)自然屬性數據：用戶輸入在自然屬性數據庫中的自然屬性數據；(2)模型數據：系統利用原始數據進行數學模型分析求得的結果或瞬時數據；(3)交互數據：推理機運行時要求用戶輸入的數據；(4)動態數據：推理機匹配規則時獲取的中間結果，它們僅存放在動態緩沖區中，用來進一步推理或解釋推理結論；(5)空間數據：將各種地理信息要素以圖層形式實現；(6)多媒體數據：有助用戶、專家對待評價處的情況進行立體、客觀的了解和分析。 5.2.2推理工作流程 本文系統中的推理機工作過程為根據界面輸入改變的綜合數據庫中的事實與從知識庫中取出符合要求的規則進行匹配。選出所有成功匹配的規則并計算可信度值，根據沖突消解的策略選擇綜合數據庫中沒有的規則結論及可信度傳播值，作為新的事實和事實的可信度加入綜合數據庫中，并將得出的評價分值逆向輸入推理機中以得到相應的評價結果，激發解釋器將得到的評價結果解釋為供決策者決策使用的信息。算法的實現過程如圖2所示。推理過程是一個求解問題的過程，問題求解的質量與效率依賴于求解問題的策略，即推理的控制策略。在本文系統中的推理機采用2種推理方式，即正向推理過程和反向推理過程。正向推理工作過程是：根據數據庫中給出的已知事實，正向使用規則，即把規則的前件同當前數據庫的內容進行匹配，選取可用規則，若有多條規則可用，則按沖突消解策略從中選擇一條規則執行，將執行規則的結論添加到綜合數據庫中，直至問題求解或沒有可用規則。反向推理工作過程是：根據在數據庫中給出的假設，反向使用規則，即把規則的后件同當前數據庫的內容進行匹配選取可用規則，若有多條規則可用，則按沖突消解策略從中選擇一條規則，將該規則的前件添加到數據庫中，直到問題求解或沒有可用規則，推理即結束。 5.3GIS與ES的結合實現 本文收集了公路景觀評價的專家知識和經驗、景觀破碎度的確定、景觀評價系統的評價步驟、評價方法、評價模型等進行整理、分類。研究構建與空間數據相結合的知識表示方法。對評價模型、呈現景觀破碎度的確定模型等的模型研究。建立與以上評價方法、知識表示方法和模型相對應的推理方法、推理機等的模塊，基于景觀評價技術所建立的評價體系建立專家評價系統，并對景觀信息進行評價。 6結束語 隨著公路建設的不斷發展，以GIS和ES為核心的生態景觀評價系統在公路生態景觀協調發展中越來越發揮重要作用。GIS與ES的結合不僅能夠加強和完善GIS、ES的系統功能，也為GIS的應用提供了科學的決策和咨詢，為ES的應用提供了完善的空間數據信息。
