计算机辅助地理决策系统及其在资源管理和规划ppt课件

1、计算机辅助地理决策系统及其在资源管理和规划中的运用朱 选新加坡南洋理工大学国立教育学院.计算机辅助地理决策系统具有地理空间数据处置, 空间分析与模拟, 决策分析才干的交互式计算机系统又称辅助空间决策系统 (spatial decision support systems or SDSS) 是地理信息系统 (GIS) 与计算机辅助模拟和决策分析技术相结合的产物空间模拟 (spatial modelling): 模拟地理过程的数学模型自然环境过程 (physical process), 社会经济过程 (human process)运筹学 (operations research): 处理规划和管理

2、决策问题的数学方法多规范决策分析 (multi-criteria decision analysis)多目的规划 (multi-objective programming)人工智能专家系统 (expert systems), 基因算法 (genetic algorithms).GISComputer-AidedModelling & Decision AnalysisSDSSGeospatialDataGISToolboxPhysicalProcessModelsHumanProcessModelsDecision-MakingModelsRule-BasedModelsSDSS = + Mo

3、delsGeospatial Data&Data Manipulation and Spatial Analysis.辅助地理决策系统的特点运用地理空间数据和模型获取有助决策的信息交互式, 允许用户灵敏探求决策问题的求解空间, 以及制定, 分析, 评价多种决策方案用户界面易用, 其主要用户为没有GIS和模型知识的管理和规划人员大多运用专业模型, 为特定用途而设计水资源管理, 城市交通规划, 农业土地利用规划, 购物中心选址 .辅助地理决策系统的种类基于空间模型的辅助地理决策系统基于知识的(knowledge-based)辅助地理决策系统多规范分析(multi-criteria analysis

4、)辅助地理决策系统多目的优化(multi-objective optimisation)辅助地理决策系统综合式(integrated)辅助地理决策系统协作式(collaborative)辅助地理决策系统.基于空间模型的辅助地理决策系统UserUser InterfaceDatabaseSpatialModelsGIS Tools.Accessibility Analyst 通达性评价系统用于城市土地利用和交通规划中通达性分析评价(由刘素霞博士设计)一个地点的通达性: 运用一定的交通工具, 从该地点出发到达其它地点以从事某种活动的方便程度评价交通系统的有效性, 制定交通系统规划方案, 设置公用效

5、力设备, 规划与开发住宅区等的重要目的Accessibility Analyst 将多种通达性分析模型和工具结合起来建立模型库, 并与GIS相连结ArcView GIS 软件系统的附加模块.Potential Models 位能模型位于地点j 某种活动的规模从地点i 到地点j 的间隔, 或游览的时间, 或游览的费用地点i 的通达性.基于知识的辅助地理决策系统UserUser InterfaceDatabaseExpertSystemGIS Tools.Expertise(Explanations & conclusions)Expert SystemKnowledge BaseInferenc

6、e EngineHuman ExpertUserKnowledge EngineeringFactsProblem Domain.基于知识的辅助地理决策系统的特点包含多种知识某领域专业知识,模型知识,数据知识,数据处置工具知识,过程知识能运用知识和一定的推理机制引导用户处理决策问题建立表达决策问题的模型根据问题模型设计解答问题的过程选择和调用适宜模型, 数据和数据处置计算机程序, 运转这些模型和程序求得问题的答案评价所得的结果.Spatial Influence Diagram 空间要素关联图Sites for Housing DevelopmentProximity to LakesLake

7、sProximity to RoadsRoadsSlopeElevationAspectValue nodeChance nodeBorder nodeNAMESites for Housing DevelopmentTYPEvaluePREDECESSORSProximity to Lakes, Proximity to Roads, Slope, AspectSUCCESSORSnilFUNCTIONAL_MODELSuitabilityForHousingGIS_MODELoverlayASSOCIATED_DATAnil.基于知识的辅助地理决策系统的特点综合了地理信息系统(GIS)和专

8、家系统技术系统控制GIS和模型的运转, 用户无需掌握操作GIS和模型的详细知识具有解释功能, 用户可以了解,检查整个问题的处理过程.ILUDSS Islay 土地利用辅助决策系统Islay: 苏格兰西海岸附近的小岛目的: 评价土地利用潜力用户: Scottish Natural Heritage 的规划人员具备基于知识的辅助地理决策系统的主要功能.ILUDSS Islay 土地利用辅助决策系统Islay: 苏格兰西海岸附近的小岛评价土地利用潜力 HARDYCLIPSARC/INFOGraphical User InterfaceQuery Processing SubsystemModelli

9、ng SubsystemKnowledge BaseDomain knowledge base moduleTools knowledge base moduleMetadata know-ledge base moduleProcess knowledge base moduleProblem ProcessorRule-based ModelsData BaseGIS, Analytical Models and Utility ProgramsControl flowData or knowledge flowUser.Land Capability for ForestryPhysic

10、al Land Suitability for ForestrySites of Special Scientific InterestProximity to SSSI AreasLand Capability for AgricultureProximity to RoadsAltitudePotential Sites for AfforestationRoads.多规范分析辅助地理决策系统UserUser InterfaceDatabaseMulti-CriteriaModelsGIS Tools.一个多规范决策分析问题Identify an optimal siteSlopeAspe

11、ctTransportLand usePriceSite 1Site 2Site 3.多规范决策分析 (Multi-Criteria Decision Analysis)多规范决策分析是一套用于辅助决策人员从一系列决策方案中选择最正确方案的技术多规范决策分析的过程制定决策的目的(objectives)选择评价决策方案(alternatives)的规范 (criteria)确定评价规范的权重对决策方案进展评价和排序, 选择最正确方案在资源管理, 城市与区域规划中有广泛运用水资源规划, 交通规划, 政策评价, 资源开发和环境规划工程的选取, 土地利用选址, 等等常用的多规范决策分析技术Analyt

12、ical Hierarchy Process (AHP), Multi-Attribute Utility Model, SMARTER, ELECTRE, Ideal Point.JavaAHP - 多规范分析辅助决策系统.多目的优化辅助地理决策系统UserUser InterfaceDatabaseMulti-ObjectiveOptimisation ModelsGIS Tools.多目的优化多目的优化: 在一定的限制条件下, 处理资源的最优配置或最正确利用问题多目的优化问题: 规划土地利用以添加就业率土地利用现状:8200公顷森林地, 4520公顷农田, 1050公顷城市用地4 个目的

13、:就业: 添加500个就业时机环境: 保管70%以上的现有森林地投资: 用于改动现有土地利用类型的投资为一亿元城市化: 新增城市用地面积不超越400公顷如何合理安排土地利用规划才干实现这4个目的?多目的优化技术线性规划(linear programming),目的规划(goal programming), 基因算法(genetic algorithms), 等等.基因算法建立在达尔文生物进化论根底上的机器学习 (machine learning) 模型一群随机产生的个体经过一个模拟的进化过程, 能顺应生存条件的具有竞争力的个体继续生存下去,繁衍后代, 不能顺应生存条件的个体那么被淘汰基因算法的

14、根本要素基因 (genes): 个体的最根本的构造单位, 或问题的参数. 如: 土地利用分配中, 一个基因代表一个土地单元及其属性染色体 (chromosomes): 由一组基因组成的个体, 或问题可行解区域 (solution space) 中的一点. 如:一种可行的土地利用规划目的函数 (fitness function): 计算染色体或个体的竞争力 (fitness), 用于判别一个染色体能否能生存下去, 也是衡量目的能否优化的尺度. 如: 产量, 利润, 费用.群体 (population): 一切在基因算法中不断进化的染色体.基因算法 (续)基因算法的根本算子 (operators)

15、竞争力评价 (fitness evaluation)运用目的函数确定染色体的竞争力选择 (selection)比较染色体的竞争力, 选择较具竞争力的染色体以便将他们的基因传到下一代对换 (crossover)一旦选择了一对父母染色体后, 随机地将他们的基因交换, 组成一对新的染色体变异 (mutation)随机地修正一个染色体插入 (insertion)将新产生的染色体参与群体, 并将不具竞争力的染色体除去.基因算法的任务流程DefineProblem Create aRandomPopulationEvaluateFitness ofIndividualsSelectIndividualsf

16、or Mating MateIndividualsto ProduceOffspring viaCrossoverMutateIndividualsto ProduceOffspringStopConver-gence?Insert Offspring into PopulationNoYes.运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单元, 待分配的土地利用种类, 每一土地单元对各种土地利用类型的适宜性, 需优化的目的, 基因: 土地单元及其属性地点, 分配的土地利用, 土地利用的适宜性, 染色体: 构成某一种土地利用规划的一系列土地单元.土地利用规划的基因表达nn-165412n

17、6341235n-1123456n123456n - 1n201634289ChromosomesGENE 2UMA#: 2Assigned Land use: PastureLand suitability: pastureClass 1 sugarcaneClass 2 GENE n-1UMA#: n-1Assigned Land use: SugarcaneLand suitability: pastureClass 3 sugarcaneClass 4 GenesLand use patternsn-1.LUOS - 土地利用优化系统.LUOS 运用实例实验地: 澳大利亚 Noosa

18、郡待分配的土地利用: 果园,蔬菜和草地假设的经济数据: ($/ha.)目的: 在今后12年内获取最正确的净收入 ( net present value)果园蔬菜草地Class 1320.1280.0222.0Class 2280.0245.2210.0Class 3230.0235.2200.5Class 4180.0200.0190.0.Create a set of land useplans by randomlyassigning land usesto land parcels Evaluate each land useplan by calculating thenet pres

19、ent value (NPV)Select the land use plans with the highestNPVs Randomly select subsets of land parcels from theselected land use plansForm a new set of landuse plans from thesesubsetsGoodenoughStopNoYes.NPV = $66,575,596NPV = $67,296,272NPV = $67,323,920.VegMan - 综合式辅助地理决策系统Server MachineClient Machi

20、neWeb BrowserHTML/Java AppletsJava Web ServerRule-Based System(JESS)Map ImageInternetJava ServletsMulti-Criteria Analysis Tool(JavaAHP)Internet MappingTool (WebMap)HTMLRuleBase(HTML Hypertext Markup Language)GISDatabaseGIS(ArcView).Server MachineClient MachineWeb BrowserHTML/Java AppletsJava Web Ser

21、verRule-Based System(JESS)Map ImageInternetJava ServletsMulti-Criteria Analysis Tool(JavaAHP)Internet MappingTool (WebMap)HTMLRuleBase(HTML Hypertext Markup Language)GISDatabaseGIS(ArcView)WebMapInternet MappingTool (WebMap) map generation map browsing spatial query classification operations.JESSSer

22、ver MachineClient MachineWeb BrowserHTML/Java AppletsJava Web ServerRule-Based System(JESS)Map ImageInternetJava ServletsMulti-Criteria Analysis Tool(JavaAHP)Internet MappingTool (WebMap)HTMLRuleBase(HTML Hypertext Markup Language)GISDatabaseGIS(ArcView)Rule-Based System(JESS) Deliver the Central Highlands Regional Vegetation Strategy.Server MachineClient MachineWeb Browser