空间建模与空间决策支持.ppt

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1、第十章第十章 空间建模与空间决策支空间建模与空间决策支持持 教学目的与要求教学目的与要求：了解数据仓库、元胞自动机及空间定位和配置方面的知识，掌握空间决策支持系统、专家系统的基本组成、处理方法，能用基本的分析完成特定的功能。教学重点教学重点：空间分析过程，空间决策支持系统，专家系统。教学难点教学难点：空间决策支持系统的方法和管理系统。1 1空间分析过程及其模型空间分析过程及其模型11空间分析过程空间分析过程空间分析的目的目的是解决某类与地理空间有关的问题，通常涉及多种空间分析操作的组合。好的空间分析过程设计将十分有利于问题的解决，一般步骤一般步骤是：1）明确分析的目的和评价准则；2）准备分析数

2、据；3）进行空间分析操作；4）进行结果分析；5）解释、评价结果（如有必要，返回步骤1）；6）结果输出（地图、表格和文档）。12空间分析建模建模“地图建模”（Cartographic Modeling）：是通过作用于原始数据和派生数据的一组顺序的、交互的空间分析操作命令，对一个空间决策过程进行的模拟。地图建模的结果得到一个“地图模型”，它是对空间分析过程及其数据的一种图形或符号表示，目的是帮助分析人员组织和规划所要完成的分析过程，并逐步指定完成这一分析过程所需的数据。2 2空间决策支持模型空间决策支持模型2 21 1空间决策过程的复杂性空间决策过程的复杂性当采用数学表述形式表达一般化决策问题时，

3、包括以下几个构成部分：1）方案集合：2）状态集合：3）损益函数：4）目标函数（决策准则）：空间决策与一般决策问题同样有确定性决策、不确定性决策和风险决策。221效用理论效用理论效用理论是决策分析的基础。事物的不确定性可看作是许效用理论是决策分析的基础。事物的不确定性可看作是许多简单随机事件的复合。在简单随机事件内引进多简单随机事件的复合。在简单随机事件内引进“优先优先”或或 “偏好偏好”的概念，并在随机事件集合的基础上建立公理的概念，并在随机事件集合的基础上建立公理体系，即假设在随机事件集合中存在下列条件：体系，即假设在随机事件集合中存在下列条件：1 1）相对偏好顺序；）相对偏好顺序；2 2）

4、偏好关系具可传递性；）偏好关系具可传递性；3 3）简单随机事件间的可比性；）简单随机事件间的可比性；4 4）偏好关系可以量化；）偏好关系可以量化；5 5）不确定性可以量化；）不确定性可以量化；6 6）等价随机事件可相互代换。）等价随机事件可相互代换。在这样的条件下可用一个数值来描述简单随机事件的期望在这样的条件下可用一个数值来描述简单随机事件的期望效益，称之为效用。由简单随机事件的效用可确定一般不效益，称之为效用。由简单随机事件的效用可确定一般不确定事件的效用。确定事件的效用。2 22 22 2 决策树决策树决策树的方法是顺着树的各个分校进行分析，并计算决策树的方法是顺着树的各个分校进行分析，

5、并计算各种可能情况的概率大小，最后计算在这些条件下最各种可能情况的概率大小，最后计算在这些条件下最终出现的后果的效用，将各种效用加以比较，从中选终出现的后果的效用，将各种效用加以比较，从中选取最佳效用所对应的试验与决策作为应取的决策取最佳效用所对应的试验与决策作为应取的决策。2 22 23 3 贝叶斯决策贝叶斯决策由于决策总是在事件发生之前做出，而事件是否发生由于决策总是在事件发生之前做出，而事件是否发生又不是确定的，因此常采用统计学中贝叶斯公式对事又不是确定的，因此常采用统计学中贝叶斯公式对事件发生的概率作先验估计，这就是贝叶斯方法。件发生的概率作先验估计，这就是贝叶斯方法。23 空间决策支

6、持系统空间决策支持系统决策支持系统（Decision Support System,DSS）是辅助决策者通过数据、模型、知识以人机交互方式进行半结构化或非结构化决策的计算机应用系统。DSS的基本结构主要由四个部分四个部分组成，即数据部分、模型部数据部分、模型部分、推理机部分、人机交互部分分、推理机部分、人机交互部分。通常空间决策支持系统包括以下的功能包括以下的功能：不同数据源的空间和非空间数据的获取、输入、存储；复杂空间数据结构和空间关系表示方法，适于数据查询、检索、分析、显示；灵活的集成程式式空间知识（数学模型、空间统计）和数据的处理功能；灵活的功能修改和扩充机制；友好的人机交互界面；友好的

7、人机交互界面；提供决策需要的多种输出；提供决策需要的多种输出；提供非结构化空间知识的形式化表达方法；提供非结构化空间知识的形式化表达方法；提供基于领域专家知识的推理机制；提供基于领域专家知识的推理机制；提供自动获取知识或自学习功能；提供自动获取知识或自学习功能；提供基于空间信息、描述性知识、程式式知识的智能提供基于空间信息、描述性知识、程式式知识的智能控制机制。控制机制。2 24 4 通用智能通用智能空间决策支持系统结构体系空间决策支持系统结构体系建立空间决策支持系统最经济和灵活的方式是使用软件工程和知识工程的方法开发空间决策支持系统开发环境（外壳或产生器），这样领域专家就可以使用它快速高效地

8、建立多种领域空间决策支持系统。也就是说开发一个通用的开发工具，决策者可以用来定制、修改、调整、扩展空间决策支持系统以解决特定的空间决策问题。2 25 5 空间决策支持空间决策支持系统的模型管理系统系统的模型管理系统模型管理系统应具有下列功能：帮助用户选择与分析有关的模型；对多种类型的模型进行分类和维护以支持各种层次的决策过程；能将模型子模块组合复杂的模型；提供恰当的数据结构满足查询、分析、显示；满足与数据库的嵌入或数据交换；满足模型与描述性知识的交流；提供用户咨询和结果解释的友好界面；3 3专家系统专家系统3 31 1专家系统的基本组成专家系统的基本组成专家系统与一般计算机程序最本质的区别在于

9、：专家专家系统与一般计算机程序最本质的区别在于：专家系统所解决的问题一般没有算法解，并且往往是要在系统所解决的问题一般没有算法解，并且往往是要在不完全、不精确或不确定的信息基础上做出结论。不完全、不精确或不确定的信息基础上做出结论。一般的专家系统包括一般的专家系统包括数据库数据库，知识库，推理机，解释知识库，推理机，解释器及知识获取器及知识获取五个部分组成：五个部分组成：3 32 2 专家系统的知识处理专家系统的知识处理321 人工智能与专家系统人工智能与专家系统人工智能的目的是用计算机模拟人类，其中包括模拟人类的动作机器人，模拟人类的视听能力计算机视觉、听觉的模式识别，模拟人类语言计算机自然

10、语言，模拟人脑电脑。322 知识表示知识表示知识表示就是知识的形式化，就是研究用机器表示知识的可行的、有效的、通用的原则和方法。目前常用的知识表示方法有：产生式规则、语义网络法、框架表示法、与或图法，过程表示法、特征表示法、黑板结构、Petri网络法、神经网络等。323 知识推理知识推理推理是指依据一定规则从已有的事实推出结论的过程。专家系统中的自动推理是知识推理，它是专家系统中问题求解的主要手段。知识推理与知识表示有密切关系，根据知识表示的特点，知识推理方法可分为图搜索方法和逻辑论证方法两类。根据问题求解的推理过程是否运用启发性知识，知识推理方法可分为启发推理启发推理和非启发推理非启发推理两

11、类。4 4数据仓库与空间数据挖掘数据仓库与空间数据挖掘4 41 1数据仓库数据仓库 （Data WarehouseData Warehouse）近年来，人们逐渐认识到计算机系统存在两类不同的处理：操作型处理和分析型处理。操作型处理也叫事务型处理，是指对数据库联机进行的日常操作，通常是对一个或一组记录的查询和修改，主要为企业特定应用服务，对此人们关心的是响应时间、数据的安全性和完整性。分析型处理是用于管理人员的决策分析，例如决策支持系统、专家系统和多维分析等，经常要访问大量的历史数据。数据仓库是指面向主题的、集成的、稳定的、随着时间变化的数据集合，用以支持管理决策。数据仓库是一种把收集的数据转变

12、成有意义的信息技术。4 42 2数据挖掘（数据挖掘（Data MiningData Mining）数据挖掘：为从数据中提取隐含的、先前不知道的和潜在有用的知识的过程。数据挖掘主要分为以下四个步骤：1）数据选取2）数据转换3）数据挖掘4）结果解释4 43 3空间数据挖掘空间数据挖掘空间数据挖掘：从空间数据库中提取隐含的知识、和没有直接存储的空间关系、空间模式的过程。5 5GISGIS空间分析与空间动态建模空间分析与空间动态建模空间动态模型：空间动态模型：是指现实世界中地球表面特定位置上的某些属性或状态因其驱动力随时间变化而发生改变的一种数学模拟。51 GIS与空间动态模型的结合方式结合方式GIS

13、与空间动态模型的结合主要有三种方式：松散结合松散结合交互界面交互界面镶嵌结合镶嵌结合5 52 2元胞自动机简介元胞自动机简介元胞自动机元胞自动机（Cellular Automata，CA）是定义在一个具有离散、有限状态的元胞组成的元胞空间上的，按照一定局部规则，在离散的时间维上演化的动力学系统。一般地，元胞自动机的基本模型具有五个主要特征五个主要特征：1）它们由元胞的离散格局构成；2）它们在离散时间步序内演化；3）每一元胞的状态均在同一有限集中取值；4）每一元胞的状态依同一确定的法则演化；5）元胞状态的取值法则仅依赖于其自身及其周围邻域元胞的状态值。5 53 3元胞自动机与元胞自动机与GISG

14、IS集成应用中的集成应用中的局限性局限性1）简单性与真实性的矛盾问题2）空间划分问题3）时间对应问题4）转换规则定义问题5）与GIS集成的问题6 6空间相互作用与位置空间相互作用与位置分配模型分配模型6 61 1地理位置地理位置6 62 2空间优化模式的定义空间优化模式的定义空间优化模式用于解决位置位置分配问题分配问题。位置分配问题，是在规划重要公共设施的位置及其附属区域时产生的（公共设施，如医院、幼儿园、游戏场所、养老院、学校、警察局、消防队、急救站、管理设施等，即属于国家预算范围内的基础设施）。6 63 3空间优化模式的空间优化模式的分类分类631规划时间范围632问题空间类型633公共设施服务方式634运输费用承担者635公共设施的使用类型636需求点的分配类型637附属区域类型6 64 4静态静态离散空间优化模式的数学表达：线性规离散空间优化模式的数学表达：线性规划划所谓线性规划线性规划，是指在一组线性的等式和不等式的约束下，求一个线性函数的最大值或最小值的问题。