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人工智能技術(shù)在數(shù)字地球中的應(yīng)用論文
人工智能和數(shù)字地球是計(jì)算機(jī)科學(xué)及信息科學(xué)發(fā)展中的重要領(lǐng)域。本文簡(jiǎn)述了人工智能的概念及其在計(jì)算機(jī)上的實(shí)現(xiàn)方式，并提出了人工智能技術(shù)在數(shù)字地球發(fā)展中幾個(gè)方面的應(yīng)用，最后總結(jié)了人工智能技術(shù)為數(shù)字地球的發(fā)展帶來(lái)的好處。
1 前言
1998年，美國(guó)副總統(tǒng)阿爾.戈?duì)栐诩永Ｄ醽喛茖W(xué)中心作的演講中提出了“數(shù)字地球”這一新概念，并對(duì)其作了比較全面和通俗的說(shuō)明[1]。演講中戈?duì)柨偨y(tǒng)給出數(shù)字地球可能的無(wú)比廣闊的應(yīng)用前景，人們可以通過(guò)數(shù)字地球技術(shù)指導(dǎo)仿真外交，打擊和監(jiān)測(cè)犯罪，保護(hù)生態(tài)多樣性，預(yù)測(cè)氣候變化，增加作物產(chǎn)量等。
在數(shù)字地球中非常重要的一點(diǎn)是如何使海量的地理空間數(shù)據(jù)變得有意義，即讓它們能過(guò)被人們所理解。但是，在面對(duì)這些海量的數(shù)據(jù)時(shí)，我們處理的手段卻是有限的。而且這些數(shù)據(jù)都是由計(jì)算機(jī)來(lái)處理的，在面對(duì)大量數(shù)據(jù)中的無(wú)用數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)算機(jī)是很難將其識(shí)別出來(lái)的。所以我們需要讓計(jì)算機(jī)具有人類一樣的智慧，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理。如今，人工智能技術(shù)在數(shù)字地球中有著廣泛的應(yīng)用。通過(guò)這一技術(shù)，人們可以高效的處理和分析這些海量數(shù)據(jù)。
2人工智能的實(shí)現(xiàn)方式
人工智能在計(jì)算機(jī)上有兩種不同的實(shí)現(xiàn)方式。一種是采用傳統(tǒng)的編碼技術(shù)，使系統(tǒng)呈現(xiàn)智能的效果，而不考慮所用的方法是否與人或動(dòng)物機(jī)體所用的方法相同。另一種是模擬法(modeling approach)，它要求實(shí)現(xiàn)方法也和人或動(dòng)物機(jī)體所用的方法相同或相似。模擬法有兩種實(shí)現(xiàn)的算法：遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。
遺傳算法借鑒生物進(jìn)化論，將要解決的問(wèn)題模擬成一個(gè)生物體，通過(guò)復(fù)制、交叉、突變等操作產(chǎn)生下一代解空間[3]，并通過(guò)適應(yīng)函數(shù)度來(lái)淘汰那些不良的個(gè)體，這樣迭代進(jìn)化幾代之后就很有可能得到適應(yīng)度函數(shù)值較高的個(gè)體。遺傳算法通常用在求解問(wèn)題最優(yōu)解的情況下，如函數(shù)優(yōu)化、組合優(yōu)化等。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法通過(guò)模擬人或動(dòng)物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳遞和處理信息的行為特征，進(jìn)行分布式并行信息處理的算法數(shù)學(xué)模型[4]。使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法使系統(tǒng)具有像人一樣學(xué)習(xí)的特征。初始時(shí)，系統(tǒng)模塊跟初生嬰兒一樣什么也不懂，而且會(huì)經(jīng)常犯錯(cuò)，但是它可用通過(guò)學(xué)習(xí)，從錯(cuò)誤中吸取教訓(xùn)，下一次運(yùn)行時(shí)就可能改正。
3人工智能技術(shù)在數(shù)字地球中的應(yīng)用
人工智能能夠使我們的計(jì)算機(jī)具有人能解決問(wèn)題的能力，使得計(jì)算機(jī)工作起來(lái)更加的高效。而且通過(guò)人工智能的學(xué)習(xí)機(jī)制，降低其出錯(cuò)的幾率。人工智能在數(shù)字地球中可以有以下幾個(gè)方面的應(yīng)用：
3.1智能導(dǎo)航
當(dāng)前我們主要使用GPS技術(shù)來(lái)做定位和導(dǎo)航的。但是GPS只能在室外及衛(wèi)星信號(hào)不被遮擋或反射的地方才能使用。因此，在室內(nèi)、茂密的樹(shù)木覆蓋處和高層建筑地下GPS就很難使用了[5]。
使用人工智能技術(shù)進(jìn)行智能導(dǎo)航，當(dāng)不能獲得GPS衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)智能的使用基于通信基站定位、互聯(lián)網(wǎng)定位等來(lái)提供導(dǎo)航。同時(shí)，人工智能系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)路徑規(guī)劃，周邊信息搜索等功能。
3.2智能的人機(jī)交互
數(shù)字地球的建設(shè)依賴于互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，但是現(xiàn)在我們能做的僅僅是通過(guò)這些技術(shù)將我們所獲得的海量數(shù)據(jù)展現(xiàn)在人們面前。而顯示信息的形式主要是以瀏覽器、虛擬頭盔等，這些工具存在著不能與人友好交互的問(wèn)題。我們通常是通過(guò)人肢體來(lái)交互，而不能像現(xiàn)實(shí)生活中人們通過(guò)對(duì)話的形式交互。
3.3 專家系統(tǒng)
計(jì)算機(jī)較人強(qiáng)的地方在于它的計(jì)算速度快，將計(jì)算機(jī)的高運(yùn)算速度和人的智慧集成起來(lái)構(gòu)成專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)使用人類專家推理的模型來(lái)處理現(xiàn)實(shí)世界中需要專家作出解釋的復(fù)雜問(wèn)題，并得出與專家相同的結(jié)論[6]。
在氣象預(yù)測(cè)中，我們要處理大量的氣象數(shù)據(jù)。使用傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)處理方式，我們還要對(duì)計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果做大量的分析。但是通過(guò)專家系統(tǒng)，不僅給出處理的數(shù)據(jù)結(jié)果，還可以給出分析的結(jié)果，以便研究人員輔助研究使用。這樣可以減少大量的人力耗費(fèi)。
總結(jié)
戈?duì)柨偨y(tǒng)所提出的數(shù)字地球，不僅僅是數(shù)字化的地球，其未來(lái)的發(fā)展跟應(yīng)該是在數(shù)字化的基礎(chǔ)之上的智慧地球，正如2008年IBM所提出的“智慧地球”。未來(lái)，電子設(shè)備將會(huì)更加智能化，人機(jī)交互將會(huì)更友好化。
同時(shí)在面對(duì)海量的地理空間數(shù)據(jù)時(shí)，使用人工智能技術(shù)可以拓寬我們隊(duì)這些數(shù)據(jù)的處理能力。加快數(shù)據(jù)的處理速度、精確性等。通過(guò)智能搜索，可以快速精準(zhǔn)的找到我們所需要的信息。就像google公司所做的智能周邊搜索一樣，當(dāng)人們走在城市街道上的時(shí)候，系統(tǒng)可以搜索并顯示周邊我們感興趣的一些商店、景觀、飯店等信息。并且人工智能技術(shù)還能提供智能導(dǎo)航、人機(jī)自然語(yǔ)言交互、專家系統(tǒng)等。未來(lái)人工智能技術(shù)將在數(shù)字地球的發(fā)展中起到更大的作用。
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