专利名称：土地利用变化的知识表示动态框架模型的制作方法
技术领域：
本发明是主要面向土地利用变化的领域知识，提出一种基于网络模型的知识表示方法，实现土地利用变化的定性知识表示和定量知识表示的有机统一，这对于土地利用变化的知识推理和专家系统构建具有重要科学意义。属于地球科学领域。
背景技术：
土地利用是人类为了满足社会需要而对土地采取的调控措施和生产活动，土地利用变化反映了不同时期人类出于各种目的对土地经营方式的改变。随着我国人口、资源和环境问题的日益突出，土地利用变化与社会经济发展和产业结构调整之间的内在联系受到普遍关注，土地利用变化研究也成为区域可持续发展中的重要研究内容。土地利用变化是一个复杂的环境生态过程，其实质是土地从一个状态转换为另一个状态的演化过程，涉及到土地变化类型、土地变化数量和土地变化梯度等信息要素。知识表示是知识运用和知识推理的前提基础，研究面向土地利用变化的知识表示方法，对于土地利用变化领域的知识推理和专家系统构建具有重要现实意义。知识表示就是关于如何表示知识所作的一组约定，是知识符号化的过程，其实质就是将人类知识形式化或者模型化，目前包括产生式表示、谓词逻辑表示、框架表示、语义网表示和本体等方法。对于知识表示方法，主要从是否充分表示领域知识、理解和实现难易程度及知识利用效率等方面考虑，每种方法都有不同的特点和适用范围，如产生式知识表示法易于理解，但工作效率不高，不能把具有结构关系的事物间联系表示出来。谓词逻辑表示法结构清晰，不依赖于具体领域知识，但是，难于表示过程启发式知识和不确定性知识。 本体作为一种知识表示方法，适合于表示概念的结构、概念之间的关系等领域中实体的固有特征，而难以表示实体之间的内在联系。针对土地利用变化领域的知识表示，包括确定性知识和不确定性知识表示，涉及定性部分描述和定量部分表示，如表示土地利用类型变化的趋势方向、转换数量和梯度信息等方面知识。为了有效地表示土地利用变化的定性知识和定量知识，需要研究和探索新的知识表示方法，构建一个面向土地利用变化的知识表示框架模型。
发明内容
本发明提出一种土地利用变化的知识表示动态框架模型，用结点表示土地利用变化的类型，连接结点之间的连接边代表土地利用类型之间的变化关系，连接边的箭头代表土地利用类型变化的方向性。结点之间缺省连接则表示所对应的土地类型之间没有转换关系。用概率参数集表示土地利用类型之间的转化概率即变化强度。该模型可以有效地表示土地利用变化的定性知识与定量知识，实现土地利用变化信息的形式化描述与表示，将为更好地理解与研究土地利用演化规律与特征提供量化依据。本发明的技术方案是土地利用变化的知识表示动态框架模型，包括有结点、连接边和概率参数集，概率参数集位于结点的旁边；所述结点用于表示土地利用类型，并包含相应土地利用类型的时间属性和面积特征；所述连接边连接结点，表示相连接的结点之间存在转化关系；用连接边的箭头方向表示相连接的结点之间的转化方向；
概率参数集表示结点之间的转化强度。更进一步的方案是结点数量与土地利用类型的数量相对应，每种土地利用类型对应于一个结点。更进一步的方案是相应土地利用类型的时间属性和面积特征是表示相应土地利用类型在特定时间内的面积特征。更进一步的方案是连接边的箭头方向表示结点转化是沿着连接边箭头的方向进行的；更进一步的方案是转化强度通过结点已经转化的数量与结点转化之前的数量之比表示。本发明的更细化的技术方案为1)、为了表示土地利用状态的变量与集合，用结点V1, V2,...，Vn表示各种土地利用状态即土地利用类型，如农用地、建筑用地、未利用地、水域和绿地等。同时，结点可以包含时间属性和面积特征。土地利用状态从整体来看是一个集合概念，是指在人类在对土地利用与改造的过程中所形成的各种形式集合。土地利用类型对应于框架模型中的结点，这些结点构成土地利用变化领域的变量集，对应于网络模型的结点集。即用结点集表示土地利用状态集V = IV1, V2, ... , VJ。2)、表示土地利用类型之间的转化关系。用结点之间的连接边表示土地用类型之间存在转化关系，结点之间缺省连接则表示所对应的土地利用类型之间没有转化关系。如V1表示土地利用类型“农用地”，V2表示土地利用类型“建筑用地”，则可以用连接边"Vi-V/表示“农用地”与“建筑用地”之间存在转化关系。若土地利用类型“农用地”和“建筑用地”之间没有发生转化关系，则结点“V/’与 “V/，之间不存在连接边。3)、表示土地利用类型变化的趋势和方向。土地利用变化过程中存在一定的方向性，为了表示土地利用类型变化的趋势和方向，用连接边的箭头表示由转出的土地利用类型指向转入的土地利用类型。具有方向性的连接边定义为有向边，因此，土地利用类型变化的关系和趋势可以用有向边的集合来表示。 即土地利用变化的定性知识可以描述为L = KVi — Vj) |V” Vj e V}。4)、表示土地利用类型变化的幅度和数量，即表示土地利用变化领域的定量知识。用概率参数集表示土地利用变化领域的定量知识，即土地利用类型之间的转化强度。概率参数表示父结点与其子结点之间的转化概率，概率参数是对土地利用类型(结点)之间转化强度的精确表示，属于定量知识描述的部分。如V2表示土地利用类型“农用地”，V1表示土地利用类型“建筑用地”，则概率值P(V2ZiV1)表示从土地利用类型“农用地”转化为“建筑用地”的概率和强度。因此，土地利用变化的定量知识可以用概率参数集 (Probability Set, PS)来表示，即 P = (P(ViIVj)jVijVj e V}0综上所述，对于土地利用变化的领域知识，可以用数学符号表示为以下模型M M = (V, L, P)其中V=IVpV2,...，VJL = KVi — Vj) |V” Vj e V}P = (P(ViIVj)jVijVj e V}该模型可以有效地表示土地利用变化领域的知识，实现定性表示与定量表示的有机结合，运用结点和有向边表示定性知识，即土地利用类型之间的转化关系和演化过程等。 运用概率参数集表示定量知识，参数体现了土地利用类型之间转化的数量和强度。它将土地利用变化过程中的定性和定量知识用简洁的图解模型表示出来，表示语义清晰、自然直观，便于解释和易于理解，是一种有效的知识表示方法，能解决实际工作过程中无法及时直观的监控土地利用类型的变换情况的问题，有很大的应用前景。该模型可以有效地表示土地利用变化的各种知识类型，包括确定性知识和不确定性知识，如土地利用变化的趋势和方向，土地利用类型转化的强度和概率等特征知识。该模型用结点和有向边表示土地利用变化的定性知识，用概率参数集表示定量知识，建立了一个定性知识和定量知识统一表示的框架模型，实现了定性与定量知识表示的有机结合，体现出极大的灵活性与普遍性。这样可以确保知识表示的科学性与精确性，为专家系统构建和智能化推理提供一种新的思路和方法。
图1为本发明模型的结构示意图。
具体实施例方式某地区建筑用地、农用地、未利用地、绿地和水域的面积分别为245km2、150km2、 90km2、100km2、180km2，经过一段时期发展后，土地利用类型发生了变化，建筑用地的规模在不断扩大，农用地、未利用地、绿地分别有18km2、27. 9km2和9km2转化为建筑用地，水域面积减少了 32. 4km2，均转化为建筑用地。农用地中有15km2转化为绿地，未利用地有11. 7km2和 14. 4km2转化为农用地和绿地。为了直观、明确的表示该地区的土地利用类型变化情况，建立如附图1所示的土地利用变化的知识表示动态框架模型，包括有结点、连接边及连接边的箭头、概率参数集， 连接边及用于连接结点，连接边箭头方向表示相连接的结点之间的转化方向，概率参数集位于结点旁边；所述结点用于表示土地利用类型，并包含相应土地利用类型的时间属性和面积特征，用V1, V2, V3, V4, V5 ；分别表示建筑用地、农用地、未利用地、水域和绿地。土地利用状态集V= (VijV2,... ,VJ = {建筑用地，农用地，未利用地，水域，绿地}。所述连接边连接结点，表示相连接的结点之间存在转化关系，有V1-Vy V1-Vy V1-V4, V1-V4, V2-V3> V2-V4, V3-V4 共七条连接边。连接边的箭头方向表示相连接的结点之间的转化方向；用连接边的箭头表示由转出的土地利用类型指向转入的土地利用类型，得到有向边的集合L= (V2-V1, V3 - V1, V4 — V1, V5 — V1, V3 — V2, V2 — V4, V3 — V4I。概率参数集表示结点之间的转化强度，即土地利用类型变化的幅度和数量，用概率参数表示父结点与其子结点之间的转化概率，可以得到P(V1IV2) =0.12, P(VjV3)= 0. 31, P (V11V4) = 0. 09, P (V11V5) = 0. 18，P (V41V2) = 0. 10，P (V21V3) = 0. 13，P (V41V3)= 0. 16。从该模型就可以直观的观察到，在该特定时间内，建筑用地结点V1的面积不断扩大，水域结点V5、未利用地结点V3的面积不断减少，农用地结点V2和绿地结点V4的面积有变化，需要通过概率参数集定量分析变化情况。结点V1旁的概率参数集可以定量看出，有 12%的农用地、31%的未利用地、9%的绿地和18%的水域面积转化为建筑用地面积；通过绿地结点V4旁的概率参数集可以定量看出，有10%的农用地、16%的未利用地面积转化为绿地面积；通过农用地结点V2旁的概率参数集可以定量看出，有13%的未利用地转化为农用地。根据该模型判断，从总体趋势上，建筑用地规模扩张迅速，未利用地得到进一步开发和利用，区域绿化工作得到重视，绿地面积不断增加，而农用地和水域在不断减少，应该引起相关部门的高度重视和关注。
权利要求
1.土地利用变化的知识表示动态框架模型，其特征在于包括有结点、连接边和概率参数集，概率参数集位于结点的旁边；所述结点用于表示土地利用类型，并包含相应土地利用类型的时间属性和面积特征； 所述连接边连接结点，表示相连接的结点之间存在转化关系； 用连接边的箭头方向表示相连接的结点之间的转化方向； 概率参数集表示结点之间的转化强度。
2.根据权利要求1所述的土地利用变化的知识表示动态框架模型，其特征在于结点数量与土地利用类型的数量相对应，每种土地利用类型对应于一个结点。
3.根据权利要求1所述的土地利用变化的知识表示动态框架模型，其特征在于相应土地利用类型的时间属性和面积特征是表示相应土地利用类型在特定时间内的面积特征。
4.根据权利要求1所述的土地利用变化的知识表示动态框架模型，其特征在于所述的连接边的箭头方向表示结点转化是沿着连接边的箭头的方向进行的。
5.根据权利要求1所述土地利用变化的知识表示动态框架模型，其特征在于所述的转化强度通过结点已经转化的数量与结点转化之前的数量之比表示。
全文摘要
本发明公开了一种土地利用变化的知识表示动态框架模型，包括有结点、连接边和概率参数集，概率参数集位于结点的旁边；所述结点用于表示土地利用类型，并包含相应土地利用类型的时间属性和面积特征；所述连接边连接结点，表示相连接的结点之间存在转化关系；连接边的箭头方向表示相连接的结点之间的转化方向；概率参数集表示结点之间的转化强度。该模型可以有效地表示土地利用变化的各种知识类型，用结点和有向边表示土地利用变化的定性知识，用概率参数集表示定量知识，建立了一个定性知识和定量知识统一表示的框架模型，实现了定性与定量知识表示的有机结合。
文档编号G06N5/02GK102567787SQ201110456499
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者吴迎霞, 崔巍, 袁艳斌, 詹云军, 黄解军 申请人:武汉理工大学