Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

О.М. Цілих, Р.П. Тимошенко

Моделювання процесів прийняття рішень стає центральним напрямком автоматизації діяльності особи, яка приймає рішення (ОПР). До завдань ЛПР належить прийняття рішень в геоінформаційній системі. Сучасну геоінформаційну систему можна визначити як сукупність апаратно-програмних засобів, географічних і семантичних даних, призначену для отримання, зберігання, обробки, аналізу та візуалізації просторово-розподіленої інформації.

Екологічні геоінформаційні системи дозволяють працювати з картами різних екологічних шарів і автоматично будувати аномальну зону по заданому хімічному елементу. Це досить зручно, так як експерту-екологу не потрібно в ручну розраховувати аномальні зони і проводити їх побудова. Проте, для повного аналізу екологічної обстановки експерту-екологу потрібно роздруковувати карти всіх екологічних шарів і карти аномальних зон для кожного хімічного елемента. У геоінформаційної системи [1] побудова аномальних зон вироблялося для тридцяти чотирьох хімічних елементів. Спочатку він повинен отримати зведену карту забруднення грунту хімічними елементами. Для цього шляхом послідовного копіювання на кальку з усіх карт, будується карта забруднення грунту хімічними елементами [2]. Потім отриману карту таким же чином зіставляють з картами гідрології, геології, геохімічних ландшафтів, глин. На підставі зіставлення будується карта якісної оцінки небезпеки навколишнього середовища для людини. Таким чином здійснюється моніторинг навколишнього середовища.

Цей процес вимагає багато часу і високої кваліфікації експерта, для того, щоб точно і об'єктивно оцінити обстановку. При такому великому обсязі інформації, одночасно, обрушивающейся на експерта можуть виникати помилки. Тому виникла необхідність в автоматизації процесу прийняття рішень. Для цього існуюча геоінформаційна система була доповнена підсистемою прийняття рішень.

Особливістю розробленої підсистеми є те, що одна частина даних з якими працює програма, представлена ​​у вигляді карт. Інша частина даних обробляється і на їх основі будується карта, яка потім також підлягає обробці. Для реалізації системи прийняття рішень був обраний апарат теорії нечітких множин. Це викликано тим, що за допомогою нечітких множин можна створювати методи та алгоритми здатні моделювати прийоми прийняття рішень людиною в ході вирішення різних завдань. В якості математичної моделі слабоформализованного завдань виступають нечіткі алгоритми керування, що дозволяють отримувати рішення хоч наближені, але не гірші, ніж при використанні точних методів.

Під нечітким алгоритмом управління будемо розуміти впорядковану послідовність нечітких інструкцій (можуть мати місце і окремі чіткі інструкції), що забезпечує функціонування деякого об'єкта або процесу.

Методи теорії нечітких множин дають змогу, по-перше, враховувати різного роду невизначеності та неточності, що вносяться суб'єктом і процесами управління, і формалізувати словесну інформацію людини про завдання, по-друге, істотно зменшити кількість вихідних елементів моделі процесу управління і витягти корисну інформацію для побудови алгоритму управління.

Сформулюємо основні принципи побудови нечітких алгоритмів. Нечіткі інструкції, використовувані в нечітких алгоритмах, формуються або на основі узагальнення досвіду фахівця при вирішенні даної задачі, або на основі ретельного вивчення та змістовного її аналізу.

Для побудови нечітких алгоритмів враховуються всі обмеження та критерії, що випливають з змістовного розгляду завдання, проте отримані нечіткі інструкції використовуються не всі: виділяються найбільш істотні з них, виключаються можливі протиріччя і встановлюється порядок їх виконання, що призводить до вирішення завдання.

З урахуванням слабоформализованного задач існують два способи отримання вихідних нечітких даних - безпосередній і як результат обробки чітких даних. В основі обох способів лежить необхідність суб'єктивної оцінки функцій приналежності нечітких множин.

Розглянемо модель класифікації на основі якої будується система прийняття рішень [3]. Модель описує розбиття багатовимірного простору ознак факторів, найбільш істотно впливають на вибір керуючих рішень, на нечіткі області, що відповідають цим рішенням. Модель представляється у вигляді трійки (W, Q, H), в якій W = Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації - Безліч ознак чинників, Q = {L1 ,..., Li ,..., Lk} - розбиття W на нечіткі еталонні класи Li, H = {h1 ,..., hi ,..., hk} - безліч керуючих рішень hi, відповідних класах Li.

Шляхом експертного опитування або виходячи з змістовного аналізу завдання виділяються ознаки-фактори X, Y, Z (для простоти розглядаємо тільки три) і формується простір W = Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації . Ця процедура є неформальною і істотно залежить від предметної області, кваліфікації фахівців експертів. З кожним із виділених ознак зв'язується своя лінгвістична змінна зі своїми значеннями. Лінгвістичні змінні, відповідні ознаками X, Y, Z, позначимо відповідно через A, B, C, а їхні значення - через

{ Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації }, { Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації }, { Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації }.

Для всіх виділених значень Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації , Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації , Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації шляхом експертного опитування будуються функції належності Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації , Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації , Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації на відповідних базових шкалах X, Y, Z. Будується якісна структура моделі у вигляді вирішальною таблиці, що має nmp рядків і 4 шпальти. Рядки таблиці відповідають всіляким наборам ( Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації , Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації , Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації ), Перші три стовпці позначені символами лінгвістичних змінних A, B, C, четвертий стовпець позначений символом Н. У стовпцях A, B, C проставляються різноманітні набори ( Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації , Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації , Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації ), То в стовпці H для кожного такого набору фахівець-експерт проставляє одне з можливих керуючих рішень hi, яке він прийняв би в ситуації, словесно описаною відповідним набором. У результаті формується модель (W, Q, H), в якій кожен клас Li характеризується функцією належності Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації , Що задається наступною нечіткої логічною формулою:

Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації ,

де Li - безліч наборів ( Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації , Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації , Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації ), Яким у вирішальній таблиці відповідає рішення hi, Прийняття рішень в екологічній геоінформаційної системи на основі нечіткої моделі класифікації .

В основі програмної реалізації лежить вищеописаний алгоритм. При програмній реалізації використовується 5 лінгвістичних змінних і число рядків вирішальною таблиці становить 162.

Нечіткі модель в силу відносної простоти вимагають менше часу і обсягу пам'яті для своєї реалізації в порівнянні з відомими методами математичного програмування.

Необхідно також відзначити, що програма реалізована в операційній середовищі Windows 3.1, що дозволяє використовувати додаткові можливості цієї ОС. Програма написана на мові Borland C + +, яка є мовою об'єктно-орієнтованого програмування (ООП) [4].

Роботу програми можна розділити на дві частини. Перша частина це логічна обробка даних проб грунту і побудова зведеної карти забруднення грунту хімічними елементами. Друга частина обробка карт, що характеризують різні екологічні шари і побудова карти, якісної оцінки стану навколишнього середовища.

Логічна обробка даних проб грунту і побудова зведеної карти забруднення грунту хімічними елементами.

Програма була розвитком вже існуючої версії програми "ТагЕко", доповнює існуючу програму новими функціями. Для роботи нових функцій необхідні дані містяться в попередній версії програми. Цим обумовлено використання методів доступу до даних розроблених в попередній версії програми. Використовується функція для отримання інформації, що зберігається в базі даних. Це необхідно для отримання координат кожної точки проби, що зберігається в базі даних. Також використовується функція для розрахунку величини аномального змісту хімічного елемента в ландшафті. Таким чином через ці дані і ці функції відбувається взаємодія попередньої програми з підсистемою прийняття рішень. У разі зміни в базі даних значення проби чи координат проби це буде автоматично враховуватися у підсистемі прийняття рішень.

Необхідно відзначити, що при програмуванні використовується динамічний стиль виділення пам'яті і дані зберігаються у вигляді однозв''язних, або двозв'язній списків. Це обумовлено тим, що заздалегідь невідома кількість проб або кількість ділянок поверхні на які буде розбита карта.

Побудова карти якісної оцінки впливу навколишнього середовища на людину.

Побудова карти відбувається згідно з алгоритмом, описаного вище. Користувач вказує, яка його цікавить область, а також крок з яким буде здійснюватися аналіз карт. Перед початком обробки даних проводиться зчитування інформації з WMF файлів і формування списків, елементами яких є покажчики на полігони. Для кожної карти складається свій список. Потім після формування списків полігонів виробляється формування карти забруднення грунту хімічними елементами. Після закінчення формування всіх карт і введення вихідних даних формуються координати точок, в яких буде проводитися аналіз карт. Дані, одержувані функціями опитування заносять у спеціальну структуру. Завершивши формування структури програма робить її класифікацію. Кожна точка сітки опитування отримує номер еталонної ситуації. Цей номер з зазначенням номера точки заноситься в двозв'язній список, щоб потім можна було б побудувати карту графічно. Спеціальна функція аналізує цей двозв'язній список і виробляє графічну побудову ізоліній навколо точок, що мають однакові класифікаційні ситуації. Вона зчитує точку зі списку і аналізує значення номера її ситуації з номерами сусідніх точок, і в разі збігу об'єднує поруч розташовані точки в зони.

У результаті роботи програми вся територія г.Таганрога забарвлюється в один з трьох кольорів. Кожен колір характеризує якісну оцінку екологічної обстановки в місті. Так червоний колір вказує на "особливо небезпечні ділянки", жовтий на "небезпечні ділянки", зелений на "безпечні ділянки". Таким чином інформація може надаватися у доступній для користувача і зручною для сприйняття формі.

Список літератури

Берштейн Л.С., Цілих О.М. Гібридна експертна система з обчислювальним модулем для прогнозу екологічних ситуацій. Праці міжнародного симпозіуму "Інтелектуальні системи - ІнСіс - 96", м. Москва, 1996р.

Алексєєнко В.А. Геохімія ландшафту та навколишнє cреда. - М.: Надра, 1990. -142с.: Іл.

Меліхов О.М., Баронец В.Д. Проектування мікропроцесорних засобів обробки нечіткої інформації. - Ростов-на-Дону. Видавництво Ростовського університету, 1990. - 130с.

Неформальне введення в С + + і TURBO VISIO. С. - Петербург: Потерпілі, 1992. - 384с.


Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Програмування, комп'ютери, інформатика і кібернетика | Доповідь
26.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Системи підтримки прийняття рішень фінансового аналізу на базі алгоритмів нечіткої логіки
Аналіз і вибір рішень на основі нечіткої монотонної експертної інформації
Моделі і методи прийняття рішень
Методи і моделі прийняття рішень
Моделі і методи прийняття рішень
Інформаційна технологія класифікації клінічних діагнозів на основі семантико синтаксичної моделі
Особливості прийняття управлінських рішень на основі оцінки фінансових показників
Інформаційно-аналітичні методи і моделі підтримки прийняття маркетингових рішень
Моделі та методи прийняття управлінських рішень в умовах економіки України
© Усі права захищені
написати до нас