Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Марта 2013 в 20:07, курсовая работа
Современные геоинформационные системы (ГИС) представляют собой новый тип интегрированных информационных систем, которые, с одной стороны, включают методы обработки данных многих ранее существовавших автоматизированных систем (АС), с другой - обладают спецификой в организации и обработке данных. Практически это определяет ГИС как многоцелевые, многоаспектные системы.
Эффективность применения ЭС в ГИС не обусловливает их использование во всех случаях. По сравнению с базами данных ЭС предъявляют более жесткие требования как к организации решения задач, так и к наличию необходимого минимума данных и формализованных знаний,
При создании экспертных систем возникают как минимум три проблемы:
Решение перечисленных проблем является необходимым, но недостаточным условием применения ЭС в ГИС. Сформулируем требования, при которых разработка ЭС целесообразна (эффективна):
Возможность решения трех вышеупомянутых проблем и выполнение перечисленных требований является необходимым и достаточным условием применения ЭС в геоинформационных системах.
Классификация ЭС. Существует большое число ЭС, различающихся своими функциональными возможностями и методами принятия решений.
Планирующие ЭС предназначены для выработки программы действий, необходимых для достижения определенных целей.
Прогнозирующие ЭС должны предсказывать сценарий будущего, основываясь на событиях прошлого и настоящего, т.е. выводить вероятные следствия из заданных ситуаций. Для этого в прогнозирующих ЭС используются динамические параметрические модели.
Диагностирующие ЭС имеют способность находить причины аномальности наблюдаемых явлений. Основой для анализа служат наборы данных, с помощью которых выявляются отклонения от эталонного поведения и в результате ставится диагноз.
Обучающие ЭС должны предоставлять возможность пользователям ставить диагноз и анализировать ошибки в заданных областях. От таких систем требуется умение формировать гипотезы о знаниях и поведении, определять соответствующие обучающие методы и способы действий.
Архитектуры экспертных систем могут отличаться друг от друга. При построении ЭС используются архитектуры, например, "экзапов" ("классной доски") с множественными источниками знаний.
Этапы создания ЭС. К наиболее важным этапам создания экспертных систем могут быть отнесены концептуализация, идентификация, формализация, реализация, тестирование, внедрение, сопровождение и модернизация.
На этапе концептуализации специалист по разработке ЭС совместно с экспертом решает, какие понятия, отношения и процедуры необходимы для описания метода решения проблем в выбранной области. Главная задача этапа заключается в выборе стратегии задач и ограничений, возникающих в процессе решения задач. Концептуализация требует полного анализа проблемы.
На этапе идентификации определяются типы, характеристики, размерность задачи, состав участников процесса разработки; делаются оценки моделепригодности; оцениваются требуемые ресурсы - временные, машинные; устанавливаются цели создания ЭС,
На этапе формализации ключевые понятия и отношения переводятся на некоторый формальный язык представления знаний. Здесь выбирается адекватный способ представления данных или моделей для рассматриваемой задачи.
На этапе реализации создается физическая оболочка ЭС, способная к выполнению возложенных на нее функций.
Проверка правильности функционирования ЭС возможна на этапе тестирования. Однако даже после тестирования невозможно предугадать всевозможные ситуации отказов, которые могут быть вызваны как неверной работой или недостатками ЭС, так и совершенно независимым выходом из строя оборудования.
Поэтому необходимо планировать этапы внедрения и сопровождения, которые облегчили бы пользователю поиск причин различных сбойных ситуаций.
Появление новых методов, правил, технических средств вызывает необходимость планирования этапа модернизации. При этом существенно возрастет фактор мобильности ЭС.
Можно выделить несколько групп задач, требующих применения экспертных систем в ГИС:
Структурная схема экспертной системы ГИС соответствует типовой ЭС (рис. 2.3). Главной проблемой при создании экспертных систем в ГИС остается разработка моделей пространственных данных, требуемых для объединения внутри ГИС данных дистанционного зондирования и картографической основы.
ГИС являются хорошей средой для внедрения методов искусственного интеллекта и экспертных систем. Это вызвано, с одной стороны, разнообразием и сложностью данных в ГИС, с другой - наличием большого числа экспертных задач при использовании ГИС. В частности, для ГИС созданы экспертные системы, применяемые для решения разных задач: получения композиции карт, выделения элементов нагрузки, получения тематических карт, поддержки принятия решений, построения оверлейных структур и др.
Применительно к схеме обобщенной ГИС можно в соответствии с уровнями (см. рис 1.4) выделить три типа экспертных систем для ГИС:
Разработан ряд производственных ЭС для решения задач ГИС:
Для расширения числа пользователей ГИС создан ряд специализированных ЭС:
Пространственно - распределенные ГИС способствуют мобильности ЭС. Актуальным остается разработка методов, повышающих логическую непротиворечивость в ЭС, особенно в тех случаях, когда речь идет о связи пространственных знаний со знаниями других типов с различной степенью неопределенности. По мере совершенствования таких ЭС возрастает важность обработки нечетких данных.
Кроме того, существует класс консультативных ЭС, которые позволяют улучшить процесс принятия решений, формализовать геоинформационные знания и устранить неопределенности в данных.
Моделирование в ГИС носит наиболее сложный характер по отношению к другим автоматизированным системам. Но, с другой стороны. процессы моделирования в ГИС на каждом системном уровне и в какой-либо из рассмотренных систем весьма близки. В целом основы моделирования и построения моделей в ГИС должны базироваться на известных принципах и подходах, которые применяют в других АС.
Основой интеграции технологий в ГИС служат технологии САПР, но между ними существуют различия.
АСУ полностью интегрирована в ГИС и может быть рассмотрена как подмножество этой системы.
Таким образом в ГИС принципиально решаются все задачи, выполняемые прежде в АСУ, но на более высоком уровне интеграции и объединения данных. Следовательно, ГИС можно рассматривать как новый современный вариант автоматизированных систем управления, использующих большее число данных и большее число методов анализа и принятия решений, причем в первую очередь использующих методы пространственного анализа (см. рис. 2.2). Экспертные системы должны служить составной частью ГИС как систем принятия решений.
ГИС использует разнообразные данные об объектах, характеристиках земной поверхности, информацию о формах и связях между объектами, различные описательные сведения.
Для того чтобы полностью отобразить геообъекты реального мира и все их свойства, понадобилась бы бесконечно большая база данных. Поэтому, используя приемы генерализации и абстракции, необходимо свести множество данных к конечному объему, легко поддающемуся анализу и управлению. Это достигается применением моделей, сохраняющих основные свойства объектов исследования и не содержащих второстепенных свойств. Поэтому первым этапом разработки ГИС или технологии ее применения является обоснование выбора моделей данных для создания информационной основы ГИС.
В существующих ГИС используются различные способы для организации реальности посредством модели данных. Каждая модель более пригодна для определенных типов данных и областей применения, поэтому при необходимости решения большого числа задач следует использовать совокупность разных моделей.
Модели геообьектов, применяемые в ГИС, многочисленны и разнообразны, что обусловливается многообразием данных и задач, решаемых при помощи ГИС.
В процессе функционирования ГИС все многообразие входных данных - информация об объектах, их характеристиках, о формах и связях между объектами, различные описательные сведения - преобразуется в единую общую модель (набор моделей), хранимую в базе данных. В совокупности эти данные образуют разнообразные модели объектов, которые задают информационную основу базы данных и определяют методы обмена данными в процессе эксплуатации ГИС.
Интегрированная информационная основа базы данных не является просто суммой информационных моделей частей объекта. Она, как правило, имеет меньший объем физической памяти при сохранении информационной емкости по сравнению с информационными моделями, ее составляющими, хотя включает данные о связях и дополнительную служебную информацию.