1概述

地理信息系統(tǒng)(GeographicInformationSystem,GIS)與專家系統(tǒng)(ExpertSystem,ES)的結(jié)合已發(fā)展成地理研究方法中的新一代研究模式。目前，國(guó)內(nèi)外專家對(duì)GIS與ES相結(jié)合的基礎(chǔ)研究主要包括知識(shí)表示、空間知識(shí)發(fā)現(xiàn)、推理機(jī)制和系統(tǒng)集成等方面。在公路建設(shè)過(guò)程中采用GIS與ES相結(jié)合的方法對(duì)環(huán)境及景觀的評(píng)價(jià)。近年來(lái)，公路景觀環(huán)境的評(píng)價(jià)技術(shù)大多用3S技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，而將ES引入到公路景觀評(píng)價(jià)中將使未來(lái)公路景觀評(píng)價(jià)更智能化、科學(xué)化、規(guī)范化。本文運(yùn)用模糊評(píng)價(jià)法對(duì)生態(tài)景觀進(jìn)行評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，公路生態(tài)景觀評(píng)價(jià)中涉及到大量的模糊數(shù)據(jù)和模糊規(guī)則，主要說(shuō)明了模糊推理機(jī)的實(shí)現(xiàn)以及基于可信度的多維模糊推理的執(zhí)行過(guò)程。

2GIS與ES相結(jié)合的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1應(yīng)用現(xiàn)狀

大多GIS與ES結(jié)合的應(yīng)用主要停留在數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、空間數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單分析和成果輸出顯示上，而對(duì)于復(fù)雜、抽象、不確定、模糊與動(dòng)態(tài)變化的空間問(wèn)題無(wú)法提供足夠的決策支持，缺乏知識(shí)處理和進(jìn)行啟發(fā)式推理的能力。因此，有必要引入知識(shí)處理、人工智能和專家系統(tǒng)的推理機(jī)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(shí)的方法，并且進(jìn)行綜合分析和對(duì)空間信息進(jìn)行邏輯推理的有效工具[1]。

2.2GIS與ES的結(jié)合形式

目前，GIS與ES相結(jié)合的形式分為：松耦合和緊耦合2種形式。通過(guò)表1說(shuō)明這2種結(jié)合方式的聯(lián)系。

2.3GIS與ES的結(jié)合內(nèi)容

ES的核心內(nèi)容是知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)，在與GIS一體化中，知識(shí)庫(kù)-推理機(jī)模式成為現(xiàn)在的研究基礎(chǔ)。知識(shí)庫(kù)中知識(shí)的特殊在于地理學(xué)知識(shí)內(nèi)容極其豐富，具有時(shí)間性、空間性和自然屬性的多維特征。地理學(xué)研究是以單要素因子為基礎(chǔ)，如坡度、坡向、土層厚度等。單要素因子是時(shí)間與空間的函數(shù)，如坡度P可表示為P=f(x,y,z,t)，其中，x、y、z是空間坐標(biāo)；t是時(shí)間坐標(biāo)。由此可知，一體化后的知識(shí)庫(kù)比純粹的專家系統(tǒng)復(fù)雜。現(xiàn)階段在GIS與ES一體化中所應(yīng)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(jīng)典集合論中，論域是要討論的問(wèn)題涉及到對(duì)象全體組成的一個(gè)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(shù)μA(x)表示，μA(x)在閉區(qū)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(zhì)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(gè)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(wú)限域，則U上的任一模糊集A可表示為：()/AxUAμxx∈=∫，∫不是積分符號(hào)，是表示無(wú)限論域上的一個(gè)模糊集的符號(hào)[2]。

3.2模糊知識(shí)表示

3.2.1模糊命題

含有模糊概念、模糊數(shù)據(jù)或帶有確信程度的語(yǔ)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(duì)象的屬性；A是模糊概念或模糊數(shù)，用相應(yīng)的模糊集及隸屬函數(shù)刻畫(huà)；CF是該模糊命題的確信度或相應(yīng)事件發(fā)生的可能性程度，既可以是一個(gè)確定的數(shù)，也可以是一個(gè)模糊數(shù)或模糊語(yǔ)言值。模糊語(yǔ)言值是指表示大小、長(zhǎng)短、輕重、快慢、多少等程度的修飾詞，具體應(yīng)用時(shí)可根據(jù)實(shí)際需要確定自己的模糊語(yǔ)言值集合。

3.2.2模糊規(guī)則

模糊規(guī)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(gè)模糊命題表示的簡(jiǎn)單條件，也可以是由多個(gè)模糊命題構(gòu)成的組合條件；H是用模糊命題表示的模糊結(jié)論；CF是模糊規(guī)則的可信度因子，它既可以是一個(gè)確定的數(shù)，也可以是一個(gè)模糊數(shù)或模糊語(yǔ)言值；λ是規(guī)則的閾值，用于指出規(guī)則可被使用的限制。

3.3模糊匹配

為了確定規(guī)則的條件是否可與證據(jù)模糊匹配，需要對(duì)2個(gè)模糊集A和B計(jì)算匹配度δ(A,B)，若δ(A,B)≥λ，則認(rèn)為A與B匹配[3]。

3.4帶可信度的多維模糊推理

規(guī)則if(x1isA1)∧(x2isA2)∧…∧(xnisAn)thenyisBCFE。求多維模糊推理的結(jié)論可信度CF的步驟如下：首先選擇組合條件與多個(gè)證據(jù)的模糊匹配方法，求得組合條件與多個(gè)證據(jù)的總匹配度δ(E,E’)，總匹配度的計(jì)算方法為：'(,')min{(,)1,2,,}iiδEE=δAAi=nL若δ(E,E’)≥λ，則規(guī)則的前提條件與證據(jù)可匹配；否則，不可匹配[4]。

4模糊綜合評(píng)價(jià)模型

模糊綜合評(píng)價(jià)模型是區(qū)域地理規(guī)劃方案評(píng)價(jià)的重要方法，它既適合于可直接量化的評(píng)價(jià)指標(biāo)，也適合不能直接量化的評(píng)價(jià)指標(biāo)，特別適合后者[5]。該模型的主要步驟如下：(1)邀請(qǐng)有關(guān)方面的專家組成評(píng)價(jià)小組。(2)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系集F，F(xiàn)=(f1,f2,…,fn)，即評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由n個(gè)指標(biāo)組成。確定每一評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)尺度集E，E=(e1,e2,…,em)，即給每一評(píng)價(jià)指標(biāo)分為不同等級(jí)并賦分值。評(píng)價(jià)指標(biāo)集可以是一個(gè)多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)的集合。(3)根據(jù)專家打分法，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的權(quán)重集W，W=(w1,w2,…,wn)，即權(quán)重集元素?cái)?shù)為n個(gè)，與評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)相同。(4)按照已經(jīng)制定的評(píng)價(jià)尺度，對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。即使對(duì)同一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)定，由于不同評(píng)價(jià)人員可以做出不同評(píng)定，因此評(píng)價(jià)結(jié)果只能用第fi評(píng)價(jià)指標(biāo)做出第ei評(píng)價(jià)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?yàn)橛衜個(gè)評(píng)價(jià)尺度，所以對(duì)第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)fi有一個(gè)相應(yīng)的隸屬度向量Ri，Ri=(ri1,ri2,…,rij,…,rim)，i=1,2,…,n。替代方案Rk的評(píng)價(jià)指標(biāo)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(píng)價(jià)的專家人數(shù)，kijd指AK替代方案第i評(píng)價(jià)指標(biāo)fi做出第j評(píng)價(jià)尺度ej評(píng)價(jià)的專家人數(shù)。可見(jiàn)，rij值越大，說(shuō)明對(duì)fi做出ej評(píng)價(jià)的可能性越大。(5)計(jì)算替代方案Ak各評(píng)價(jià)指標(biāo)的得分。計(jì)算如下：Sk=RkET(1)其中，ET為評(píng)價(jià)尺度向量的轉(zhuǎn)置；Sk=(S1k,S2k,…,Snk)反映了Ak方案各單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)得分。它可進(jìn)行多個(gè)替代方案各單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)間的比較，能提供許多有用的決策信息。(6)綜合評(píng)價(jià)——計(jì)算替代方案Ak的綜合得分，確定其優(yōu)先度：Nk=WST(2)利用Nk的大小，可進(jìn)行多個(gè)替代方案優(yōu)先順序的排列，為決策者選定方案提供直接依據(jù)。