2023年7月28日发(作者：)

杜培军 郭达志 周廷刚

(中国矿业大学采矿系 江苏徐州

221008)

〔摘要〕 利用人工智能理论和计算机技术

,根据领域专家知识建立测绘专家系统具有广泛的应用

.

讨论了人

工智能和专家系统应用于测绘科学的优越性

,分析了其在测绘科学中应用的主要内容

,对其发展趋势进行了

探讨.

〔关键词〕 人工智能 专家系统 测绘科学

1

引言

计算机技术的发展为测绘科学提供了强有力

的技术支撑

,将计算机技术应用于测绘科学已取

得了许多重要的成果 。测绘数据处理 、图形处理 、

信息管理等工作涉及到大量规程 、规范 、专家知识

和经验

,人工虽也可以进行

,但效率低 、工作量大 。

而计算机由于其模仿人类智能和推理的能力差

,

因而难以胜任其中的某些工作 。借助人工智能理

论和专家系统技术

,使计算机利用专家知识模拟

人脑思维进行推理

,从事智能化的数据 、图形处理

和信息管理工作

,可极大地提高工作效率

,充分利

用现代高新技术为测绘科学服务 。

1 . 1

人工智能和专家系统简介

人工智能

(Artificial lntelligence :Al)

是当今世界

识库

,以及一个能获取和运用知识的机构构成的

解题程序系统”。专家系统的研究正在开创一门新学科 ———知识工程

,其关键问题是知识获取 、表

2

示和推理三个方面 。专家系统把某一领域内专家的知识 、人类长

期总结出来的基本理论和方法输入其中

,

模仿人

类专家的思维规律和处理模式

,

按一定的推理机制和控制策略

,利用计算机进行演绎和推理

,使专家的经验变为共享财富

,

克服了专家严重短缺的

现象

,充分利用了现代计算机的高速 、高效 、可靠

的三大尖端技术之一

,其定义有多种表述

,斯坦福

大学人工智能研究中心的

Nilsson

教授认为“人工

智能是关于知识的科学 ———怎样表示知识以及怎

样获得知识并使用知识的科学”;MIT

的

Winston

教

授认为“人工智能就是研究如何使计算机去做过

去只有人才能做的智能工作”。从广义上讲

,一般

认为用计算机模拟人的智能行为就属于人工智能

的范畴 。人工智能广泛应用于知识工程 、专家系

统 、决策支持系统 、模式识别 、自然语言理解 、智能

1机器人等方面 。

专家系统

(

Expert System : ES)

是人工智能应用

最为成熟的一个领域

,与模式识别 、智能机器人并

列为人工智能技术中最活跃的三个领域 。专家系

统实质就是一组程序

,从功能上可定义为“一个在

某领域具有专家水平解题能力的程序系统”,能象

领域专家一样工作

,运用专家积累的工作经验与

专门知识

,在很短时间内对问题得出高水平的解

答 。从结构上讲

,可定义为“由一个专门领域的知

收稿日期

:1998 - 12 - 06

的优越性

,以其强大的生命力倍受欢迎 。

专家系统的核心内容是知识库和推理机制

,

主要组成部分是

:知识库 、推理机 、工作数据库 、用户界面 、解释程序和知识获取程序

,其一般结构如图

1

所示 。专家系统的实现可采用四种途径

,

即

人工智能用的通用程序设计语言

(

如

Prolog

、Lisp

等语言)

、专用知识表示和处理语言

(

如

FRL

、KRL

、OPS5

等)

、常用高级程序设计语言

(

如

C

、PASCAL

、FOXPRO

等语言)

、专家系统外壳

(

如

EMYCIN

、EX2 PERT

等系统)

。

2 3(3)

促进测绘学科向以“3S”技术为核心的地

人工智能和专家系统的发 展 非 常 迅 速

, KDD

技术 、面 向 对 象 程 序 设 计 、可 视 化 开 发 环 境 、IN2

TERNET、多媒体 、虚拟现实等为专 家 系 统 的 发 展

理信息科学的发展 。李德仁教授指出促进测绘遥感与相关学科综合进而形成地理信息学的主要因

素是 全 球 定 位 系 统

(

GPS)

、数 字 摄 影 测 量 系 统提供了新的工具和方法

,开辟了新的领域 。

1 . 2

人工智能和专家系统应用于测绘科学的优

越性

测绘科学处在向地理信息科学发展的时代

,

自动化 、智能化是其关键

,人工智能和专家系统则

是得以实现的重要途径 。人工智能和专家系统应

用于测绘科学的优越性在于

:

(1)

充分利用现代计算机技术

,基于有关规则

和专家知识

,模拟专家的推理和思维过程

,得出高

水平的结果

,克服传统作业方法过分依赖手工操

作 、专家工作的缺陷

,实现智能化 、自动化

,提高效

率和质量

,使专家的知识和经验得到计算机模拟

,

将专家从繁重的工作中解放出来以从事更新的研

究工作 。

(2)

按照专家的经验和方法在计算机支持下

(DPS)

、遥感技术

(

RS)

、地理信息系统

(

GIS)

和专家系统

(

ES)

这五大现代技术的发展和相互结合

,

专家系统在其中发挥着重要的作用

,

是测绘科学通

4

向信息时代的桥梁 。(4)

为可持续发展提供全新的现代技术支持 。信息时代 、可持续发展要求测绘科学必须实现实

时 、动态 、综合 、高效的数据采集 、处理

,

利用专家系统和计算机技术取代复杂的人工处理过程

,

实现对资源 、环境的实时动态监测

,为决策提供综合专家意见 、客观全面的支持

,服务于可持续发展 。

2

人工智能和专家系统在测绘科学中的主要应用

目前

,人工智能和专家系统的应用是测绘科学一个重要的研究方向

,

已取得了一些成果 。其主要应用方向包括遥感图像理解 、地图制图 、地理

快速处理 、综合管理多源信息和海量数据

,克服了

计算机存储容量 、速度及思维推理能力方面的限

制 。

信息系统 、空间决策支持 、智能数据处理 、测绘

CAI

等 。

2 . 1

在遥感图像理解中的应用

遥感图 像 理 解 需 要 处 理 多 源 、多 波 段 、多 时

相 、多尺度的影像资料

,工作量大

,规律性强

,对专

家知识和经验要求高

,

实现遥感图象理解系统和

专家系统的整合是遥感图象理解智能化 、自动化

地物光谱特性 、变化情况 、成像规律等方面入手

,

在样本区中以专家知识为控制

,

由系统自动统计

其有关参数如灰度范围 、高程范围等

,再结合有关

的规则

,获取专家系统的知识 。面向对象的知识

获取将图像中的类别抽象为对象

,

各种类型的求 5 8

理 。遥感图像理解系统的结构框图如图

2

。2 . 2

在地图制图领域的应用 人工智能和专家系案 、制图综合专家经验 、不同种类地图制图方法等

的调查和整理 。知识表示综合采用语义网络 、框

架系统 、概念树 、特征表等方法 。推理机则由相应

的匹配判断过程和空间分析模型 、智能设计模型

组成 。图

3

为一地图制图综合专家系统的结构框

6 7

图 。统对地图制图产生了巨大

的影响

,其主要应用包括以下几个方面

:

自动地图

设计和生产

;地图要素的自动综合

;

矢量和栅格方

式制图要素的自动提取和判读

,

数据的自动转换

2 . 3

在地理信息系统中的应用

作为数据库管理技术 、计算机图形学及空间

分析的共同产物

, GIS

在社会 、军事 、经济和管理部

门得到了广泛应用

,正逐步与

RS、GPS

、ES

技术相

结合

,向集成化 、自动化和智能化迈进 。GIS

需要

利用专家系统来提高系统的推理分析功能和智能

决策功能

,专家系统所需的许多知识恰好隐含在

GIS

数据库中

,这就为专家系统在地理信息系统中

知识表达综合采取多种有效的形式 。推理机是不

同应用领域相关模块的有机综合 。

专家系统与

GIS

的结合

,使

GIS

成为一种空间

咨询和决策支持系统

,而

KDD

与

GIS

的结合

,会使

GIS

成为真正的智能空间信息系统

,而且也将促进

1 3 4

GPS

、DPS、GIS、RS、ES

的完整结合 。

2 . 4

在智能空间决策支持中的应用 专家系统应用到决策支持系统

(DSS)

形成“智

的应用提供了一个相互促进 、相互作用的集成环

境 。GIS

的数据采集输入 、数据质量控制 、数据查

询与管理 、空间分析与评价 、图形输出等模块都可

以利用专家系统获得智能化支持

, GIS

在各领域的

应用如进行环境评价 、城市规划 、空间模拟等都离

不开专家系统的支持 。

应用于

GIS

的 专 家 系 统 的 知 识 获 取 有 教 学

式 、演绎式 、归纳式 、猜想 ———验证式等方法 。在

专家系统应用中

,知识获取是最大的障碍之一

,从

GIS

中发现知识是从数据库中发现知识

(

KDD)

技

能决策支持系统

(

IDSS)

”, GIS

与决策支持系统结

合形 成 空 间 决 策 支 持 系 统

(

SDSS)

, ES

、AI、GIS、DSS、KDD

相结合则形成智能空间决策支 持 系 统

(

ISDSS)

。智能空间决策支持系统应该不仅具有传统的数据管理和模型分析的功能

,

还包括人工智能和专家系统的许多方面

,如人机用户界面 、自然语言理解 、知识学习和积累 、知识表达 、模型组织等

,能够在人机结合的集成环境下解决复杂的实际应用问题 。

智能空间决策支持系统的知识库可由

GIS

数

DD

技术获取的知识 、实际获得的专

术在

GIS

中的应用

,

无疑会给专家系统的知识获

据库中利用

K规范要求 、决策目标等组成 。推理机是其

取问题的解决带来一丝曙光

,文献

3

对

KDD

技术

家知识 、应用于

GIS

的必要性和可能性 、方法进行了探讨 。

关键所在

,是空间分析模块与专家系统的结合

,健 1

壮 、完善的推理机是系统成败的关键问题 。2 . 5

在智能测量数据处理中的应用 测量数据处过程 。“3S”技术辅以传统测量仪器和技术构成实

时 、自动 、智能测量系统

,

其核心问题之一就是建

理涉及到大量数据检核 、计算 、精

度分析等工作

,矿山井下测量还涉及到不同巷道

中支导 线 闭 合 或 附 合 的 自 动 检 查 识 别 和 平 差 处

理

,若存在差错则应根据专家经验进行分析

,找出

可能的出错环节进行更正

,

也即需要进行测量数

据的智能处理 。专家系统用于该工作的主要思想

是

:数据检核和精度分析以相应的测量规程和规

范要求作为知识子库进行匹配与比较

,

得出结果

和评价

;导线闭合或附合的自动检查识别通过对

点位所在区域 、坐标 、高差等的自动比较进行

,

若

小于一定的阈值则说明已闭合或附合

,

自动对闭

合 、附合导线进行平差并替换已有数据

;

错误分析

与问题查找则要充分利用专家的知识建立专门的

知识子库

,对产生的错误进行查找和匹配

,得出相

关的结论

,

为纠错提供指导 。智能数据处理可用

于由数据交换文件生成绘图文件中的数据复合

,

自动消除数据冗余和存在的矛盾

,

生成合格的图

形数据文件 。

2 . 6

在测绘

CAI

中的应用 当前部分院校正在开发测绘教学

CAI

课件

,

解放军测绘学院已成功开发了测量学

CAI

电子教

材 。利用

CAI

课件进行教学采用交互教学方法

,

较之传统教学手段是一次巨大变革 。在

CAI

课件

中必须采用专家系统技术以实现交互教学 。其主

要模式是建立考核子系统

,在系统精选试题 、对专

家进行调查的基础上

,

按照课程内容的特点和联

系

,通过归纳演绎得出试题与掌握程度的互相关

表

,作为系统的知识库 。根据不同的答题结果

,利

用推理机进行综合推理

,

在可视化的交互环境下

指出未掌握或掌握不够的部分

,

并再次选题进行

重点练习

,在专家系统的支持下进行实时指导和

提示 。

2 . 7

在测绘自动化中的应用

立专家系统对整个工作流程的控制

,

并执行相应

的推理 、分析和处理工作 。

此外

,人工智能和专家系统在测绘科学的其它领域也有广泛的应用前景

,

如摄影测量图像处理 、土地利用调查及土地评价 、测绘工程项目技术

设计 、与测绘及地理信息科学有关的其它应用等 。3

结束语

实践证明

,利用人工智能和专家系统技术

,基

于测绘科学的理论 、规则 、专家的知识和经验 、实

际工作的要求建立专家系统的知识库

,

以有效的

表达方式对知识进行表示

,

综合利用推理机制和空间分析模型建立推理机

,

可以实现人工智能和

专家系统在测绘科学各领域的应用 。随着计算机

技术的发展和测绘学科与相关学科的交叉 、综合

,

人工智能和专家系统在测绘科学中有着广泛的应用前景

,是测绘科学适应信息时代要求的基本技术手段 。人 工 智 能 和 专 家 系 统 将 与 传 统 测 绘 技

术 、GPS

、GIS、RS、DPS、DSS、KDD

等技术相结合

,将建立集成化 、自动化的空间智能决策支持系统

,为可持续发展提供有力的技术支持 。

参考文献

1

张健挺

,邱友良

.

人工智能和专家系统在地学中的应用

综述.

地理科学进展. 1998 (1)

1990

2

何新贵

.

知识处理与专家系统

.

北京

:

国防工业出版社

,

3

李德 仁

,

程 涛

.

从

GIS

数 据 库 中 发 现 知 识

.

测 绘 学 报

,

1995

(1)

4

李 德 仁

.

论 全 球 定 位 系 统

( GPS)

、数 字 摄 影 测 量 系 统

(DPS)

、遥感技术

(

RS)

、地理信息系统

(

GIS)

和专家系统(

ES)

的结合

. RS、GIS、GPS

的集成与应用

.

北京

:

测绘出版社

,1995

5

6

7

8

9

10

舒宁.

通用型遥感图像理解专家系统的研究.

武汉测绘

科学大学学报

,1996

(2)

军测绘学院学报

,1992

(1)

放军测绘学院学报

,1992

(4)

测绘自动化是测量工作发展的方向

,

目前市

场上已出现了一些自动测量系统

,集数据采集 、处

理 、传输 、显示于一体

,

可实现仪器与计算机的数

据通讯 。自动测量系统由全站仪 、GPS

接收机等

硬件设备与软件系统构成

,

专家系统是软件系统

的关键 部 分

,

用 于 系 统 内 部 的 数 据 检 核 、交 互 提

示 、自动数据处理等

,并负责整个系统协调工作的

调控

,模拟人工测量从外业到内业的一整套处理

孙群.

专家系统以及它在地图制图领域中的应用

.

解放

王家耀

,吴战家

,武芳.

制图综合专家系统工具研究

.

解

倪玲

,舒宁.

遥感图像理解专家系统中面向对象的知识

表示.

武汉测绘科技大学学报

,1997

(1)

陈涛

,李德仁

,舒宁

.

草场资源遥感调查专家系统的实

现

.

武汉测绘科技大学学报

,1992

(4)

舒宁.

一种遥感图像理解专家系统的设计

.

武测科技

,

1995

(1)