PHYSIOGRAPHIC REGION INTERPRETATION: FORMALIZATION WITH RULE BASED STRUCTURES AND OBJECT HIERARCHIES
Από RemoteSensing Wiki
PHYSIOGRAPHIC REGION INTERPRETATION: FORMALIZATION WITH RULE BASED STRUCTURES AND OBJECT HIERARCHIES
ΣΥΓΓΡΕΦΕΙΣ: Dr. Demetre P. ARGIALAS* and George Ch. MILIARESIS**
ΠΗΓΗ:http://www.isprs.org/proceedings/XXXIII/congress/part4/91_XXXIII-part4.pdf
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Οι Mintzer και Messmore (1984) ανέφεραν ότι η επίλυση προβλημάτων στην ερμηνεία της μορφής της γης ξεκινά με υποθέσεις που διατυπώνει ο διερμηνέας σχετικά με τις γεωμορφές της κάθε φορά περιοχής μελέτης, με την καταρτισμένη του εμπειρία και τις διαθέσιμες βοηθητικές πληροφορίες ανφορικά με την περιοχή. Στη συνέχεια, ο διερμηνέας αναζητά την κέραιη εικόνα, για να βρεθεί μια συσχέτιση μεταξύ των παρατηρούμενων χαρακτηριστικών και των αναμενόμενων στοιχείων της κάθε υποθετικής γεωμορφής - όπως αυτές εισάγονται στο μοντέλο του. Τα τυπικά στοιχεία που εξετάστηκαν περιλαμβάνουν τοπογραφική μορφή, υφές αποστράγγισης, ο τόνος και η υφή του εδάφους, οι χρήσεις γης, η βλάστηση, και τα ειδικά χαρακτηριστικά (Way 1978). Ο διερμηνέας συνεχίζει αυτή τη διαδικασία, μέχρι να εξεταστούν όλα τα στοιχεία από το μοτίβο. Εάν υπάρχει σημαντική συσχέτιση μεταξύ των αναμενόμενων και των παρατηρηθέντων στοιχείων, τότε έχει πραγματοποιηθεί ταυτοποίηση της μορφής της γης στην περιοχή μελέτης.
Η επίλυση προβλημάτων για τη μορφή της γης και για τις φυσιογραφικές περιοχές εξακολουθεί να είναι μια τέχνη (Argialas και Narasimhan 1988). Στο διαδικαστικό πλαίσιο για την ερμηνεία του εδάφους και την επίλυση προβλημάτων λείπουν: βιβλία για να επεξεργαστούν οι στρατηγικές που απαιτούνται για την καθοδήγηση αρχαρίων στη διαδικασία ερμηνείας μορφών εδάφους μέσω ενός σεναρίου με βήμα προς βήμα ερώτηση και απάντηση. Υπάρχει, επομένως, ανάγκη για μεθοδική μελέτη φυσιογραφίας και της ανάλυσης εδάφους, ώστε να κατανοηθούν καλύτερα και να επισημοποιηθούν αυτές οι διαδικασίες και να καθοδηγηθούν οι αρχάριοι διερμηνείς στην ανάπτυξη διαδικασίας ερμηνείας με τη βοήθεια υπολογιστή. Το εμπειρικό σύστημα που βασίζεται η γνώση είναι ένα πεδίο της τεχνητής νοημοσύνης που αντιμετωπίζει προβλήματα και απαιτεί μοναδική εξειδίκευση (Hayes-Roth et al. 1983). Τα Έμπειρα Συστήματα Γνώσης (Jackson, 1986) προσφέρουν τις μεθόδους και τα εργαλεία για την επίλυση προβλημάτων διαμέσω ηλεκτρονικών υπολογιστικών προγραμμάτων και ως εκ τούτου μπορεί να βοηθήσουν στην ανακάλυψη και την τυποποίηση των διαδικασιών ερμηνείας εδάφους. Η επιτυχία της διαδικασίας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις γνώσεις υπολογιστών και από τα στοιχέια που θα εισάγει ο χρήστης και τις υποθέσεις που θα διατυπώσει.
Τα μέχρι τώρα μοντέλα ερμηνείας δεν ήταν αποδοτικά και δεν χρησιμοποιήθηκαν. Οι Argialas και Μηλιαρέσης (1996) περιέγραψαν ένα εννοιολογικό σύστημα που ονομάζεται TAX-4 που αφορούσε την ονοματοδοσία, την περιγραφή και την οργάνωση της γνώσης σχετικά με φυσιογραφικές περιοχές. Ειδικότερα, γίνεται αναφορά στην περίπτωση της λεκάνης απορροής της νοτιοδυτικής ΗΠΑ. Κατασκευάστηκε, έτσι, το νέο αυτό σύστημα φυσιογραφικών εμπειρογνωμόνων που συμμετέχουν στον εντοπισμό, την ονομασία, την περιγραφή, και την οργάνωση της γνώσης σχετικά με φυσιογραφικές περιοχές και τα χαρακτηριστικά τους στα όρια των διακριτικών δεικτών τους. Οι δείκτες αυτοί ορίζονται έτσι ώστε να αντανακλούν τα διακριτικά χαρακτηριστικά τους σε κάθε νέα τάξη. Η σύνθεση των διαφόρων δεικτών περιελάμβανε μια μελέτη βιβλίων φυσιογραφίας και εκθέσεων και επιτεύχθηκε μέσω αφαίρεσης, δοκιμής και πειραματισμού λάθους (Argialas και Μηλιαρέσης 1996, 1997α). Οι πραγματικές και διαρθρωτικές περιγραφές εκπροσωπήθηκαν με τη χρήση κατάλληλων ορισμών της ιεραρχίας κατηγοριών-υποκατηγοριών (Argialas και Μηλιαρέσης 1997b).
Η εργασία αυτή παρουσιάζει την τυποποίηση και την υλοποίηση του εννοιολογικού συστήματος του TAX-4 του υβριδικού εμπειρικού συστήματος Έξυπνων Στοιχείων (ότι υποστηρίζει ένα σύστημα συλλογισμού, αντικειμενοστρεφούς αναπαράστασης), με εφαρμογή σε συστήματα εμπειρικής γνώσης σχετικά φυσιογραφικά χαρακτηριστικά.
2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ
Στο ανεπτυγμένο εμπειρικό σύστημα, χρησιμοποιήθηκε ένα αντικειμενοστραφές μοντέλο για την αναπαράσταση των διαρθρωτικών φυσιογραφικών γνώσεων, στις οποίες περιλαμβάνονται κατηγορίες, υποκατηγορίες και αντικείμενα.
Περιοχή Μελέτης
Η μεθοδολογία εφαρμόστηκε για την επαρχία της νοτιοδυτικής ΗΠΑ, στην Πολιτεία της Νεβάδα. Χαρακτηρίζεται από μεγάλες ερήμους, επίπεδες και επικαλυπτόμενες από ορεινά τμήματα αποκόλλησης προερχόμενα από το βορρά (Fenneman 1931). Η λεκάνη απορροής υποδιαιρείται σε πέντε τμήματα, το καθένα σε διαφορετικό στάδιο της διάβρωσης, όπως η Great Basin (στάδιο νεότητας), και Sonoran Desert (στάδιο ωριμότητας).
2.1. Ιεράρχιση κλάσεων και αντικειμένων
Ορίστηκαν οι διάφορες υποκατηγορίες και τα αντικείμενα της περιοχής μελέτης. Οι συνιστώσες που μελετήθηκαν είναι τα φυσιογραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής, τοπογραφικοί τύποι και οι γεωμορφές.
2.2. Αναπαράσταση Γνώσης
Το βασισμένο σε κανόνες μοντέλο για την αναπαράσταση της γνώσης, περιλαμβάνει 3 παράγοντες:
- 1. φυσιογραφικό πλαίσιο ταυτοποίησης
- 2. προσδιορισμός της μορφής της γης για ένα γνωστό φυσιογραφικό πλαίσιο
- 3. φυσιογραφική ταυτοποίηση σε πλαίσιο είτε από μια γνωστή μορφή γης, ή τοπογραφική μορφή ή φυσιογραφικό χαρακτηριστικό.
Η διαδικασία διεξαγωγής συμπεράσματος περιελάμβανε πολλά επίπεδα του συλλογισμού και πολλούς κανόνες και ιεραρχίες κατηγοριών παρέχοντας έτσι έναν τρόπο αναζήτησης μέσα από τις κατηγορίες, προκειμένου να προσδιοριστούν τα αντικείμενα (χαρακτηριστικά του χώρου).
Σε μια έρευνα των πιθανών εναλλακτικών σεναρίων για την επίλυση προβλημάτων σε φυσιογραφική ανάλυση έχουμε διατυπώνονται τέσσερις διαφορετικές πτυχές του στρατηγικού φυσιογραφικού συλλογισμού:
- α) Συμπεράσματα φυσιογραφικού χαρακτήρα και επαναπροσδιορισμός του σταδίου διάβρωσης (νέοτητα και ωριμότητα) από ειδικούς φυσιογραφικούς δείκτες.
- β) Συμπέρασμα φυσιογραφικού χαρακτήρα από τους δείκτες.
- γ) Τοπογραφική Φόρμα συμπεράσματος από χωρική συσχέτιση.
- δ) Προσδιορισμός γεωμορφών (αλλουβιακών ριπιδίων, αετωμάτων, κοιλάδων πλήρωσης, κ.λπ.) με στοιχεία γεωμορφολογικών δεικτών και χωρική συσχέτιση με γεωμορφές.
Η εφαρμογή αυτών των στρατηγικών που ακολουθήθηκε ήταν η εξής: Αναπτύχθηκαν κανόνες για τη διεξαγωγή συμπερασμάτων σε φυσιογραφικές περιοχές από φυσιογραφικούς δείκτες. Μετά τη συναγωγή φυσιογραφικών χαρακτηριστικών από φυσιογραφικούς δείκτες, γίνεται από τα χρήστη ταυτοποίηση των εμφανών φυσιογραφικών στοιχείων της περιοχής.
2.3. Τυποποίηση Φυσιογραφικής Γνώσης
Η επαγωγική γνώση για τον προσδιορισμό των φυσιογραφικών χαρακτηριστικών της επαρχίας Basin & Range εκφράστηκε μέσω κανόνων. Υλοποιήθηκαν αναδρομικές δομές και AND-OR υποθέσεις (Εικόνα 1). Κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης ο κανόνας με βάση τη δομή δέντρου εκτελεί μια αναζήτηση επαναληπτική της αντικειμενοστρεφούς εκπροσώπησης της περιοχής μελέτης. Στη διάρκεια μιας επανάληψης με διαφορετική πορεία ακολουθείται σύμφωνα με τις εισόδους του χρήστη που περιορίζουν την αναζήτηση σε ένα συγκεκριμένο πρόβλημα. Ο στόχος είναι να ταιριάζει με τις εισόδους χρήστη (για παράδειγμα, φυσιογραφικές ιδιότητες) σε μια περιγραφή της κατηγορίας (για παράδειγμα, η λεκάνη απορροής και το στάδιο ωριμότητας). Στο τέλος δημιουργήθηκε ένα δυναμικό αντικείμενο (PH_1 = Sonoran Desert) και ανατέθηκε σε τουλάχιστον μία κλάση γονέα (a kind of), ενώ μπορεί να διερευνηθεί και να τεκμηριωθεί μια συσχέτιση με άλλα αντικείμενα. Τέλος, ένα σύνολο αντικείμενων δημιουργήθηκε για να εκπροσωπεί τις γεωμορφές και φυσιογραφικά χαρακτηριστικά της περιοχής μελέτης.
Το αποτέλεσμα μιας υπόθεσης που αποδείχθηκε αληθής είναι η δημιουργία ενός δυναμικού αντικειμένου π.χ., μια παρουσία της σχετικής τάξης που δημιουργήθηκε κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης. Ένας τυπικός κανόνας που δημιουργεί δυναμικά αντικείμενα δίνεται στο Σχήμα 4. Η ανάθεση κλάσεως γίνεται με βάση το περιεχόμενο της μεταβλητής «dummy_task_PH».
3. Συμπεράσματα
Η τυποποίηση TAX-4 στο εμπειρικό NEXPERT OBJECT ως εργαλείο του συστήματος ήταν επιτυχής και επέτρεψε στην εκπροσώπηση τόσο των σύνθετων δομών κράτους και τις κατηγορίες εδάφους και ιεραρχίες αντικειμένου. Η επαγωγική γνώση εκφράστηκε σε κανόνες με αναδρομικές δομές και AND-OR δέντρο-υποθέσεις και επέτρεψε την επαναλαμβανόμενη Φωτοερμηνεία του εδάφους που διαθέτει διάφορες κλίμακες κατά τη διάρκεια διαδοχικών συνόδων. Κατά τη διάρκεια κάθε επανάληψης σε διαφορετικά μονοπάτια, ακολουθήθηκαν σύμφωνα με τα εισαχθέντα δεδομένα των χρηστών που περιορίζουν την αναζήτηση σε ένα συγκεκριμένο σενάριο επίλυσης προβλημάτων. Τα διάφορα χαρακτηριστικά του εδάφους της περιοχής, ερμηνεύτηκαν κατά τη διάρκεια της διαβούλευσης και συνδέονταν μεταξύ τους με μερική σχέση που αντιπροσώπευε το πλαίσιο της χωρικής οργάνωσης στην ανεπτυγμένη Basin and Range φυσιογραφική περιοχή.
