導語：林業(yè)工程智能系統(tǒng)運用探究論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

關鍵詞：精確林業(yè)專家系統(tǒng)智能決策支持系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展

摘要：在分析專家系統(tǒng)、智能決策支持系統(tǒng)的基礎上，探討智能決策支持系統(tǒng)在林業(yè)中的應用，提出了精確林業(yè)工程智能決策支持系統(tǒng)平臺設計框圖及其系統(tǒng)功能。

智能決策支持系統(tǒng)(IntelligentDecisionSupportSystem，IDSS)的概念最早由Bonczek等人于20世紀80年代提出。IDSS是在決策支持系統(tǒng)(DecisionSupportSystem，DSS)的基礎上集成人工智能(ArtificialIntelligence，AI)及專家系統(tǒng)(ExpertSystem，ES)而形成的，其核心思想是將人工智能與其它相關科學技術相結合，使DSS具有人工智能，能夠更充分地應用人類的知識。IDSS既充分發(fā)揮了專家系統(tǒng)以知識推理形式解決定性分析問題的特點，又發(fā)揮了決策支持系統(tǒng)以模型計算為核心解決定量分析問題的特點，充分做到了定性和定量分析的有機結合，使得解決問題的能力和范圍得到一個大的發(fā)展。

一、決策支持系統(tǒng)及其在林業(yè)中的應用

DSS是在20世紀70年代初由美國MSScottMorton首先提出，并在80年代迅速發(fā)展起來的新型計算科學。DSS是以管理科學、運籌學、控制論和行為科學為基礎，以計算機技術、仿真技術和信息技術為手段，針對半結構化的決策問題，支持決策活動的具有智能作用的人機系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠為決策者提供決策所需的數(shù)據(jù)、信息和背景材料，幫助明確決策目標和進行問題的識別，建立或修改決策模型，提供各種備選方案，并且對各種方案進行評價和優(yōu)選，通過人機交互功能進行分析、比較和判斷，為正確決策提供必要的支持。

DSS實質(zhì)上是在管理信息系統(tǒng)和運籌學的基礎上發(fā)展起來的，它把管理信息系統(tǒng)和模型輔助決策系統(tǒng)結合起來，使得數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理融為一體，提高了輔助決策的能力。它的產(chǎn)生基于以下原因：(1)傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)要靠人來實現(xiàn)模型間的聯(lián)合和協(xié)調(diào)，解決復雜的、多模型輔助決策效率低下，而決策支持系統(tǒng)是由計算機自動組織和協(xié)調(diào)多模型的運行和數(shù)據(jù)庫中大量數(shù)據(jù)的存取和處理，達到更高層次的輔助決策能力；(2)解決半結構化和非結構化問題的需要。

DSS由3個系統(tǒng)組成，即人機交互系統(tǒng)(對話部件)、模型庫系統(tǒng)(模型部件)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(數(shù)據(jù)部件)。

20世紀80年代以來，決策支持系統(tǒng)廣泛應用于林業(yè)，并在林業(yè)資源與環(huán)境監(jiān)測、森林病蟲草害防治等領域取得了豐碩的成果。中國林業(yè)科學研究院建立了基于Internet網(wǎng)絡環(huán)境的林業(yè)資源數(shù)據(jù)庫，包含了森林資源狀況、林業(yè)社會情況、林業(yè)經(jīng)濟情況、林業(yè)工程建設情況、林業(yè)營林情況和林業(yè)自然資源等歷史數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)運行采用了基于Internet的3層結構模式，即用戶/WEB服務器/數(shù)據(jù)庫服務器運行模式，可提供數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡查詢、管理和維護功能，為分析和決策提供支持。

WCSchou等人開發(fā)了航空噴霧決策支持系統(tǒng)(SpraySafeManager，SSM)。我們知道除草劑被普遍用于森林雜草防除，但除草劑脫靶噴霧沉積和漂移是一個重要的環(huán)境問題，因此在清楚噴藥工具對環(huán)境的影響及作用效果、運用效率的前提下，可靠地進行除草劑噴灑是必要的。SSM的特點就是將噴霧沉淀和漂移的預測與生物反應模型融合在一起。該系統(tǒng)包含了一系列除草劑/雜草和除草劑敏感植物霧滴反應模型及產(chǎn)量模型。第二代SSM(SSM2)將噴霧沉淀和地理信息系統(tǒng)(GIS)融合在一起，增加了斜坡沉積修正模型和飛行路線確定模型，從而可在真實的空間背景下區(qū)分噴霧區(qū)邊界和敏感區(qū)域。由于使用者能夠即時、直觀地“看到”噴霧區(qū)地圖上的圖像及數(shù)據(jù)，使得SSM2的模擬更加真實。

二、智能決策支持系統(tǒng)及其在林業(yè)中的應用

2.1智能決策支持系統(tǒng)的信息結構

為智能決策支持系統(tǒng)的信息結構，其中知識庫用來存放各種規(guī)則集、專家知識經(jīng)驗及其因果關系；數(shù)據(jù)庫存放基礎數(shù)據(jù)、決策信息和事實性知識；模型庫用來存放各種決策、預測及分析模型；多庫協(xié)同器從知識、數(shù)據(jù)、模型、方法等各個方面為決策服務，協(xié)調(diào)各部分之間的關系，為管理決策提供多方面、多層次的支持和服務。

2.2智能決策支持系統(tǒng)的研究進展

隨著Internet/Intranet技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的智能決策支持系統(tǒng)面臨著一些新的問題：(1)分析、決策用的數(shù)據(jù)不再集中于一個物理節(jié)點，而是分散到網(wǎng)絡上的不同節(jié)點；(2)分布、決策模型和知識處理方法也從一臺機器上的集中處理，變成在網(wǎng)絡環(huán)境下的分布或分布加并行的處理方式。

進入20世紀90年代以來，人工智能(機器學習、模糊技術、人工神經(jīng)網(wǎng)絡)、專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術和Internet/Intranet技術的發(fā)展為IDSS提供了強大的技術支撐。20世紀80年代興起的Agent技術為智能決策支持系統(tǒng)奠定了技術基礎。Agent是一個能夠持續(xù)自主駐留、活動于真實的或虛擬的復雜動態(tài)環(huán)境中的問題求解實體[7]。Agent具有相當程度的獨立性、自主性、協(xié)作性、適應性和社會性，并在一定程度上具有人的部分智力。將Agent技術融合到智能決策支持系統(tǒng)中所集成的基于Agent的智能決策支持系統(tǒng)具有傳統(tǒng)IDSS所沒有的一些特性：(1)開放性。即能夠與外界交互，系統(tǒng)資源不足時能夠向外界請求幫助，同時具有對外提供資源的功能；其二是系統(tǒng)部件的易于增減，保持系統(tǒng)完整而不含多余的計算過程。(2)IDSS是分布式的、基于網(wǎng)絡環(huán)境的。(3)資源可重復使用。不但決策程序、決策方法可重復使用，而且系統(tǒng)資源(決策知識、決策經(jīng)驗、決策模型等)能被不同的決策程序多次調(diào)用。(4)集成群體的經(jīng)驗和智能。(5)突破靜態(tài)的程序化決策方式，實現(xiàn)人機智能結合。

目前多Agent技術已成為人工智能研究的熱點。多Agent系統(tǒng)(Multi-AgentsSystem，MAS)是一個松散耦合的Agent網(wǎng)絡，這些Agent通過交互解決超過單個Agent的能力或知識的問題。多Agent系統(tǒng)具有如下特征：每個Agent擁有解決問題的不完全的信息或能力；沒有系統(tǒng)全局控制；數(shù)據(jù)和知識是分散的；處理是異步的；Agent是異質(zhì)的、分布的；系統(tǒng)是開放的。

2.3智能決策支持系統(tǒng)在林業(yè)中的應用

隨著數(shù)據(jù)挖掘、人工智能、3S與DSS技術的發(fā)展，以及精確林業(yè)自身發(fā)展的需要，國內(nèi)外開始研究智能決策支持系統(tǒng)在林業(yè)中的應用，如防護林體系建設、森林防火、變量施肥等。

北京林業(yè)大學研制出區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟型防護林體系建設模式智能決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)由4個子系統(tǒng)構成：數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫管理、圖形及圖形庫管理、模型及模型管理庫、專家系統(tǒng)，并以數(shù)據(jù)及圖形系統(tǒng)為基礎，以模型系統(tǒng)為分析手段，以專家系統(tǒng)為智能決策核心，各模塊相對獨立，以數(shù)據(jù)管理模塊為中介，組成有機整體?？蓪崿F(xiàn)統(tǒng)計、預測、區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)診斷、土地分類及生態(tài)評價、林種的水平及立體配置、區(qū)域經(jīng)濟結構優(yōu)化等功能。

東北林業(yè)大學與黑龍江大興安嶺防火指揮中心課題組通過3個階段的研究，建立了基于WEB與3S技術的森林防火智能決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)了林火數(shù)據(jù)庫、林火預防預報、林火蔓延模型、撲火指揮決策等方面的智能化、網(wǎng)絡化管理。它包含了森林防火滅火系統(tǒng)中的地形圖繪制，防火機構、歷史火災和各種代碼等數(shù)據(jù)庫的建立與維護，火點定位、火場蔓延、派兵撲火、清理看守火場和損失評估等模型的建立，與上下級單位的數(shù)據(jù)交換，在火災發(fā)生前可作出林火預報和預防；當林火發(fā)生時，可模擬林火的蔓延，并提供火場定位、派兵、撲火、清理火場、看守火場等輔助決策方案，為指揮員作出正確決策提供參考；火災發(fā)生后可作出火災損失評估。

RaymondKFink等人利用機器學習方法分析空間土壤肥力、土壤物理性質(zhì)和產(chǎn)量數(shù)據(jù)，在可變量施肥系統(tǒng)中利用基于規(guī)則的決策支持工具(DSS4Ag)降低施肥量、增加產(chǎn)量。利用標準的GIS工具將農(nóng)田進行網(wǎng)格化，分成10×30m的矩形方塊。根據(jù)歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)、歷史性質(zhì)數(shù)據(jù)(土壤物理性質(zhì)、土壤化學性質(zhì)、坡度、地貌等)進行數(shù)據(jù)挖掘，采用CART回歸樹運算法則(Beriman等，1984)確定產(chǎn)量模型，根據(jù)當前性質(zhì)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品市場價格等，按照經(jīng)濟效益最大的原則確定施肥量的大小(如果施肥費用大于增加產(chǎn)量的產(chǎn)值則不予施肥)。從測試結果看，采用DSS4Ag系統(tǒng)進行變量施肥，產(chǎn)量增加不很明顯，但施肥總量明顯減少，降低了成本，且降低的成本超過了必要的土壤測試和變量施肥裝置的花費，整體經(jīng)濟效益得到提高。

三、精確林業(yè)智能決策支持系統(tǒng)的設計

3.1精確林業(yè)的概念

精確林業(yè)是綜合利用地球空間信息技術、計算機輔助決策技術、林業(yè)工程技術等現(xiàn)代高新科技，建立一體化、數(shù)字化、智能化的現(xiàn)代化林業(yè)生產(chǎn)模式和技術體系，最大限度地獲得森林的生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益，實現(xiàn)森林可持續(xù)經(jīng)營和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。簡言之，精確林業(yè)就是實現(xiàn)以最小資源投入、最小環(huán)境危害獲得最大林業(yè)效益。其中，地球空間信息技術主要有全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙感、數(shù)據(jù)通訊；計算機輔助決策技術主要有管理信息系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)、專家系統(tǒng)、智能決策支持系統(tǒng)；林業(yè)工程技術主要有林業(yè)機械自動化、森林病蟲草害防治、森林土壤類型分析、林地適應性評價、立地類型與立地條件分析、林木育種、施肥、林木采伐，等等。精確林業(yè)的研究與發(fā)展有助于我國人口、資源與環(huán)境方面重大問題的解決，有助于林業(yè)資源的高效利用和林業(yè)環(huán)境保護，是發(fā)展林業(yè)的重要途徑。

3.2系統(tǒng)的總體設計框圖

建立GIS和ES集成的精確林業(yè)智能決策支持平臺，可為林業(yè)生產(chǎn)者、管理人員和科技人員提供網(wǎng)絡化、智能化、形象直觀的信息服務。根據(jù)歷史上病蟲草害發(fā)生情況和森林保護專家在長期研究與生產(chǎn)實踐中獲得的知識，進行病蟲草害統(tǒng)計趨勢模型和技術經(jīng)濟分析，建立農(nóng)藥使用技術專家系統(tǒng)，并根據(jù)實時數(shù)據(jù)處理、噴霧目標特征和病蟲草害防治目標閾值，建立智能決策支持系統(tǒng)，從而可針對不同林業(yè)生產(chǎn)情況及病蟲草害發(fā)生類型、程度等實際需要確定農(nóng)藥投入的種類、數(shù)量等，指導自動執(zhí)行變量投入決策，控制可變量噴頭實現(xiàn)特定區(qū)域的農(nóng)藥精確定量噴霧，最大程度上杜絕非目標農(nóng)藥沉積，減輕環(huán)境污染。同時，病蟲草害防治后的一系列數(shù)據(jù)可作為來年病蟲草害預測和森林病蟲草害防治戰(zhàn)略的儲備參考。

3.3系統(tǒng)的功能

(1)GIS數(shù)據(jù)倉庫包括3個基本功能：①數(shù)據(jù)獲取。負責從外部獲取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)分類，重新組合成面向全局的數(shù)據(jù)視圖，從而解決IDSS中數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)格式不一致問題；②數(shù)據(jù)存儲和管理。負責數(shù)據(jù)倉庫的內(nèi)部維護和管理，包括數(shù)據(jù)的存儲組織、維護、分發(fā)等；③信息訪問。它屬于數(shù)據(jù)倉庫的前端，面向不同種類的最終用戶，由系統(tǒng)的各種工具組成。數(shù)據(jù)倉庫的最終用戶在這里提供信息、分析數(shù)據(jù)集。

(2)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)。對數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)進行挖掘，通過大量的歷史性數(shù)據(jù)分析，從中識別和提取隱含的、潛在的有用信息，通過多庫協(xié)同器，將其分發(fā)給數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、方法庫管理系統(tǒng)、模型庫管理系統(tǒng)、知識庫管理系統(tǒng)。挖掘的主要技術是空間要素和屬性信息關聯(lián)的空間數(shù)據(jù)挖掘，它的研究內(nèi)容不僅僅局限于對地理要素的空間位置和空間關系的研究，而且還包括對空間現(xiàn)象(季節(jié)更換、氣象條件)、空間因素(高山、谷地、平原)、空間組成(土壤、地貌、植被、水域)、空間活動(水土流失、沙漠侵蝕)等的研究，力求從中揭示出相互影響的內(nèi)在機制與規(guī)律、空間活動(水土流失、沙漠侵蝕)等的研究，力求從中揭示出相互影響的內(nèi)在機制與規(guī)律。

(3)聯(lián)機分析處理OLAP是分析各種歷史數(shù)據(jù)的最佳手段，其主要功能是：①提供數(shù)據(jù)的多維概念視圖，可以使用戶從多角度、多側面來考察數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)，深入理解數(shù)據(jù)的信息和內(nèi)涵；②快速響應用戶請求；③提供強大的統(tǒng)計、分析、報表處理功能，進行趨勢預測。公務員之家

(4)精確林業(yè)工程系統(tǒng)。執(zhí)行智能決策系統(tǒng)產(chǎn)生的結果，如進行變量施肥、變量噴霧。國內(nèi)外智能決策支持系統(tǒng)的研究和應用多集中在商業(yè)和工業(yè)企業(yè)管理等領域，而在林業(yè)及生態(tài)系統(tǒng)管理等領域，研制和開發(fā)應用較少。但有理由相信，隨著計算機技術、3S技術、信息技術、林業(yè)工程技術的發(fā)展以及林業(yè)現(xiàn)代化管理水平的提高，精確林業(yè)智能決策支持系統(tǒng)的研究和應用會不斷得到發(fā)展并走向成熟。

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