基于GIS的專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)在林業(yè)中的應(yīng)用研究綜述

王建明，張 雁，尹繼庭，趙 南

(1.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，昆明 650224 ； 2.西南林業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，昆明 650224)

基于GIS的專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)在林業(yè)中的應(yīng)用研究綜述

王建明1，張 雁2，尹繼庭1，趙 南1

(1.西南林業(yè)大學(xué)林學(xué)院，昆明 650224 ； 2.西南林業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院，昆明 650224)

基于GIS的專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)應(yīng)用研究，極大地提高了數(shù)字林業(yè)信息化水平。介紹和評(píng)述了當(dāng)前地理信息系統(tǒng)(GIS)、專家系統(tǒng)(ES)、決策支持系統(tǒng)(DSS)在森林防火、營(yíng)造林、森林病蟲(chóng)害防治和森林資源管理等領(lǐng)域的應(yīng)用；分析了GIS，ES和DSS在林業(yè)中應(yīng)用所存在或面臨的主要問(wèn)題；提出了在林業(yè)應(yīng)用中的發(fā)展前景。

地理信息系統(tǒng);專家系統(tǒng);決策支持系統(tǒng);林業(yè)

引言

隨著全球信息化的發(fā)展，各行各業(yè)都不可避免地面臨數(shù)字化問(wèn)題。同樣，在林業(yè)上也提出了數(shù)字化林業(yè)的概念。林業(yè)數(shù)字化是將各行業(yè)、各領(lǐng)域以及林業(yè)系統(tǒng)各部門的信息通過(guò)數(shù)字化、計(jì)算機(jī)處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸，最大限度地集成和利用各類信息源，快速、完整、便捷地提供各種信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)林業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部之間及其他部門行業(yè)之間經(jīng)濟(jì)、管理和社會(huì)信息的互通與共享，為林業(yè)及整個(gè)社會(huì)的發(fā)展建設(shè)提供理論依據(jù)和決策基礎(chǔ)[1]。隨著林業(yè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)(GIS)、專家系統(tǒng)(ES)、決策支持系統(tǒng)(DSS)在林業(yè)上的應(yīng)用研究也正在興起。

1 GIS，ES和DSS概述

1.1 相關(guān)概念

GIS是由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和不同的方法組成的系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問(wèn)題。它把地理位置及其相關(guān)屬性有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，可以根據(jù)用戶的需要，將空間及其屬性信息準(zhǔn)確地、真實(shí)地、圖文并茂地輸出給用戶，以滿足城市建設(shè)、企業(yè)管理、居民生活等對(duì)空間信息的要求，借助其獨(dú)有的空間分析功能和可視化表達(dá)功能，進(jìn)行各種輔助決策[2]。

ES是人工智能的重要分支，其最重要的目的是使計(jì)算機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域中起到人類專家的作用。它是一種智能程序子系統(tǒng)，具有大量專家水平的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，能利用人類專家的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法來(lái)解決某一領(lǐng)域的問(wèn)題。其本質(zhì)是一種結(jié)合專家水平、實(shí)際知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成模仿人類的、一般的解題策略的計(jì)算機(jī)程序。

DSS是以管理科學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、控制論和行為科學(xué)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、模擬技術(shù)和信息技術(shù)為手段，面對(duì)半結(jié)構(gòu)化的決策問(wèn)題，支持決策活動(dòng)的具有智能作用的人機(jī)系統(tǒng)。它能為決策者提供決策所需要的數(shù)據(jù)、信息和背景資料，幫助明確決策目標(biāo)和進(jìn)行問(wèn)題的識(shí)別，建立或修改決策模型，提供各種備選方案，并對(duì)各種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和優(yōu)選，通過(guò)人機(jī)對(duì)話進(jìn)行分析、比較和判斷，為正確決策提供有益幫助[3]。

1.2 三者關(guān)系概述

GIS與ES的結(jié)合，實(shí)際上是ES在GIS 中的一種應(yīng)用：一是ES為GIS 提供智能型界面，即按功能需要，設(shè)計(jì)有效的操作程序，以驅(qū)動(dòng)GIS進(jìn)行空間分析[4]；二是ES主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的啟發(fā)式推理分析和控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行；三是GIS主要負(fù)責(zé)空間信息操作，管理和提供空間分析功能。二者的結(jié)合能夠加強(qiáng)和完善GIS及ES的系統(tǒng)功能，拓寬GIS 的適用范圍，即為 GIS 的應(yīng)用提供科學(xué)的決策和咨詢，也為 ES 的應(yīng)用提供完善的空間數(shù)據(jù)信息。

GIS和DSS都基于數(shù)據(jù)庫(kù)原理，相同點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理過(guò)程相近，設(shè)計(jì)方法近似；不同點(diǎn)是應(yīng)用層次、對(duì)應(yīng)對(duì)象不同。具體不同表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：一是信息處理功能的側(cè)重面不同。GIS處理空間數(shù)據(jù)能力較強(qiáng)，但數(shù)據(jù)的組織應(yīng)用能力較差；DSS不但可處理空間信息，還可處理各種數(shù)值信息，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)組織應(yīng)用能力。二是應(yīng)用范圍不同。DSS的應(yīng)用范圍較GIS更為廣泛，凡是與信息處理技術(shù)有關(guān)的各種行業(yè)部門均不同程度地使用了DSS。三是發(fā)展程度不同。GIS目前發(fā)展較為成熟，特別是3S集成已經(jīng)成為目前發(fā)展的一大熱點(diǎn)[5]。GIS與DSS的結(jié)合使得決策向空間信息處理發(fā)展，在林業(yè)中的應(yīng)用更加實(shí)用、智能和高效，提高了林業(yè)現(xiàn)代化的科學(xué)性和工作效益。

DSS與ES的結(jié)合形成智能決策系統(tǒng)(IDSS)，綜合了ES以知識(shí)推理形式定性分析問(wèn)題以及DSS以模型計(jì)算為核心的定量分析問(wèn)題兩大特點(diǎn)，提高和擴(kuò)大了解決問(wèn)題的能力和范圍[6]?；贕IS的DSS和ES應(yīng)用研究，將極大地提高了我國(guó)林業(yè)信息化水平。

2 GIS，ES和DSS在林業(yè)中的應(yīng)用

針對(duì)我國(guó)林業(yè)的特點(diǎn)，GIS，ES和DSS在林業(yè)中的綜合應(yīng)用主要從森林防火、營(yíng)造林、森林病蟲(chóng)害防治和森林資源管理四個(gè)方面進(jìn)行闡述。

2.1 森林防火

隨著世界各國(guó)對(duì)森林資源保護(hù)力度的加大，對(duì)森林火災(zāi)預(yù)防和撲救工作的重視，結(jié)合GIS，DSS和ES的森林火災(zāi)撲救指揮系統(tǒng)逐漸被廣泛開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。這些系統(tǒng)一方面能對(duì)可能發(fā)生火災(zāi)的時(shí)間和區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，另一方面能為消防指揮員作出滅火決策提供重要依據(jù)，還能為指揮員提供輔助決策支持，從而使火災(zāi)損失減到最少。

在國(guó)外，加拿大于1987年就已建立起了加拿大森林火險(xiǎn)等級(jí)系統(tǒng)(Canadian Forest Fire Danger Ration System)和地理信息模擬系統(tǒng)(Geo-graphical Information and Modeling System)，用以實(shí)時(shí)模擬火場(chǎng)狀況來(lái)幫助林火管理人員制定最佳滅火方案[7]。美國(guó)于1972年研制出國(guó)家級(jí)火險(xiǎn)預(yù)報(bào)系統(tǒng)(NFDRS)；1988年又在微型機(jī)上研制出了野外火災(zāi)管理輔助決策系統(tǒng)；上世紀(jì)90年代開(kāi)始推廣使用森林防火高級(jí)系統(tǒng)技術(shù)(Forest Fire Advanced System Technology，F(xiàn)FAST)，取得了良好效果[8]；2003年International Fire Sciences Laboratory[9]又設(shè)計(jì)并完成了模擬林火空間蔓延動(dòng)態(tài)的Farsite軟件。

2010年，Kaloudis S T等[10]提出了FMP-ES(Forest Management Planning-Expert systems)。該系統(tǒng)使用了模糊邏輯理論和基于規(guī)則的知識(shí)庫(kù)，主要應(yīng)用于低地松樹(shù)林，為森林管理和防火提供智能決策支持。Krishna Prasad Vadrevu等[11]針對(duì)印度熱帶落葉林，在GIS框架中結(jié)合模糊集合理論和決策算法，繪制森林火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域，并預(yù)測(cè)可能會(huì)發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域，量化火災(zāi)危害等級(jí)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了能預(yù)測(cè)森林火災(zāi)“何時(shí)何地”發(fā)生的專家決策支持系統(tǒng)，對(duì)森林火災(zāi)預(yù)防與撲救具有重要的指導(dǎo)意義。2011年，美國(guó)農(nóng)業(yè)部落基山研究站的Robert E. Keane等[12]在研究報(bào)告中指出，今后的森林將面臨氣候變化、火災(zāi)、荒漠化和城市發(fā)展等諸多因素更深遠(yuǎn)的影響，如何發(fā)現(xiàn)森林的潛在危險(xiǎn)和準(zhǔn)確預(yù)測(cè)森林的各種情況是當(dāng)前研究的一大熱點(diǎn)和難點(diǎn)。并成功設(shè)計(jì)出用于森林生態(tài)模擬和森林火災(zāi)預(yù)測(cè)的軟件FireBGCv2。針對(duì)森林防火指揮部的選址和防火路徑的最佳選擇問(wèn)題，Abdullah E. Akay等[13]開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于GIS的DSS系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行輔助決策，成功應(yīng)用于土耳其地中海區(qū)域的卡拉曼馬拉斯林區(qū)。

我國(guó)在建立森林防火指揮決策支持系統(tǒng)方面比發(fā)達(dá)國(guó)家起步晚。原林業(yè)部(現(xiàn)國(guó)家林業(yè)局)于20世紀(jì)90年代初與日本合作開(kāi)發(fā)了一套基于GIS的全國(guó)性森林火災(zāi)管理信息系統(tǒng)，并應(yīng)用到小興安嶺的森林防火中[14]。近年來(lái)，我國(guó)很多地區(qū)根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶攸c(diǎn)也在研制各種基于GIS，ES和DSS的森林防火指揮決策支持系統(tǒng)，在一定程度上提高了森林防火工作水平。但是，這些系統(tǒng)都有很多缺陷和不足。有的系統(tǒng)占用計(jì)算機(jī)資源太多，運(yùn)行效率低下；有的開(kāi)發(fā)成本大；有的是受制于開(kāi)發(fā)技術(shù)的局限，系統(tǒng)功能不夠靈活全面[15]。

我國(guó)現(xiàn)有的大部分林火撲救指揮系統(tǒng)，沒(méi)有引入機(jī)器學(xué)習(xí)、知識(shí)獲取以及滅火資源合理利用等機(jī)制，這使滅火決策完全依靠程序設(shè)計(jì)，導(dǎo)致程序死板、擴(kuò)展性差。趙剛等[16]提出了一種利用資源競(jìng)爭(zhēng)的決策方法，通過(guò)對(duì)以往滅火案例所轉(zhuǎn)化的知識(shí)的可行性評(píng)估，合理利用現(xiàn)有的滅火資源，達(dá)到智能化的目的。王阿川、曹琳等[17]首次將人工智能的方法應(yīng)用到森林防火中，并在系統(tǒng)中應(yīng)用了軟構(gòu)件等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了森林防火技術(shù)的信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。

2.2 營(yíng)造林

營(yíng)造林決策不僅需要處理大量的空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)，而且需要專家的技術(shù)指導(dǎo)和規(guī)范的造林設(shè)計(jì)方案及后期的管理措施。GIS，ES和DSS 具有這樣的能力，不僅對(duì)于管理和分析地理空間信息和非空間信息方面具備非常強(qiáng)大的功能，而且能設(shè)計(jì)出不同需求的造林方案和進(jìn)行合理的規(guī)劃管理。

在國(guó)外，1987 年Reisinger T W等[18]就已利用GIS與DSS 的集成來(lái)解決木材收獲規(guī)劃問(wèn)題；Herrington L P 等[19]研究了DSS在造林、采伐等森林管理方面的應(yīng)用；Carter D R等[20]研究GIS與木材收獲計(jì)劃模型的集成系統(tǒng)；Davis R G等[21]應(yīng)用DSS與GIS的結(jié)合幫助評(píng)價(jià)短期的基于立地的造林規(guī)劃，并且與長(zhǎng)期的戰(zhàn)略規(guī)劃相結(jié)合，制定整個(gè)林分可持續(xù)收獲的造林、收獲和更新計(jì)劃。

在國(guó)內(nèi)，有不少學(xué)者也在嘗試?yán)孟嚓P(guān)技術(shù)解決造林問(wèn)題。趙鵬祥等[22]應(yīng)用Maptitude-GIS 繪制造林規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)字化圖，建立造林規(guī)劃設(shè)計(jì)屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)造林地的相關(guān)屬性信息進(jìn)行有效管理；張曉麗等[23]以RS，GIS 和ES 為技術(shù)手段，對(duì)北京市森林進(jìn)行立地類型劃分以及在此基礎(chǔ)上的立地質(zhì)量評(píng)價(jià)和多目標(biāo)動(dòng)態(tài)決策。吳保國(guó)等[6]利用現(xiàn)代信息技術(shù)，集成森林培育與管護(hù)、森林病蟲(chóng)害防治、林木收獲利用等整個(gè)森林經(jīng)營(yíng)管理全過(guò)程的相關(guān)技術(shù)手段和知識(shí)，研建了森林培育專家決策支持系統(tǒng)，為森林培育全過(guò)程提供專業(yè)技術(shù)支持。海占廣[24]針對(duì)河北省楊樹(shù)速生林培育決策問(wèn)題，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)速生林培育知識(shí)規(guī)則進(jìn)行提取，為決策知識(shí)的獲取提供了一種新的思路和方法。Tim R. McVicar等[25]針對(duì)中國(guó)黃土高原，設(shè)計(jì)了一款與水文學(xué)有關(guān)的植被恢復(fù)決策支持的工具ReVegIH，對(duì)植被恢復(fù)的地域和物種選擇進(jìn)行輔助決策，對(duì)我國(guó)黃土高原的植被恢復(fù)有重要的促進(jìn)作用。

2.3 病蟲(chóng)害防治

森林病蟲(chóng)害的診斷、預(yù)測(cè)工作是進(jìn)行病蟲(chóng)害綜合防治的必要前提。通過(guò)專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)對(duì)森林病蟲(chóng)害診斷、防治、預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，才能經(jīng)濟(jì)有效地減少病蟲(chóng)害的發(fā)生量，保證森林的高質(zhì)、穩(wěn)產(chǎn)。

美國(guó)提倡對(duì)病蟲(chóng)害實(shí)施早期和現(xiàn)代化技術(shù)監(jiān)測(cè)，利用航天遙感技術(shù)建立大范圍的森林生態(tài)圖和森林健康指數(shù)圖，對(duì)森林的生物、環(huán)境因子和森林的健康狀況進(jìn)行連續(xù)、動(dòng)態(tài)的研究和監(jiān)測(cè)[26]。美國(guó)研制了云杉蚜蟲(chóng)決策支持系統(tǒng)，幫助森林管理者預(yù)測(cè)病蟲(chóng)害爆發(fā)的影響，預(yù)測(cè)森林長(zhǎng)勢(shì)和可持續(xù)水平。英國(guó)利用GIS與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合對(duì)夜蛾進(jìn)行預(yù)測(cè)和繪制地理分布圖。1989年加拿大國(guó)家森林研究所利用GIS與DSS相結(jié)合，為鐵杉尺蠖的管理提供決策支持[27]。

在國(guó)內(nèi)，森林病蟲(chóng)害領(lǐng)域的研究和應(yīng)用主要集中在防治決策支持、病蟲(chóng)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和輔助診斷等方面。諸如王淑芬等[28]建立的馬尾松毛蟲(chóng)防治決策專家系統(tǒng)。王阿川等[29]結(jié)合人工智能技術(shù)、GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開(kāi)發(fā)了基于Web的森林病蟲(chóng)害防治決策專家系統(tǒng)。王霓虹等[30]設(shè)計(jì)了一個(gè)基于WebGIS的森林病蟲(chóng)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)專家系統(tǒng)，能對(duì)森林病蟲(chóng)害的發(fā)生期、發(fā)生量和發(fā)生區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。李龍龍等[31]首次將模糊技術(shù)和案例推理相融合，引入到蟲(chóng)害診斷專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，開(kāi)發(fā)了基于案例和模糊推理的農(nóng)業(yè)蟲(chóng)害專家系統(tǒng)。吳文浩等[32]開(kāi)發(fā)了基于WebGIS的具有病蟲(chóng)害信息查詢、潛在生境空間分析、病蟲(chóng)害疫情上報(bào)、發(fā)生點(diǎn)地圖標(biāo)注等交互式功能的江蘇省外來(lái)森林病蟲(chóng)害基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，為防治外來(lái)病蟲(chóng)害提供數(shù)據(jù)和決策支持。吳志剛等[33]設(shè)計(jì)了一個(gè)基于多分支結(jié)構(gòu)的天津植物害蟲(chóng)輔助診斷專家系統(tǒng)TPPADS，多分支結(jié)構(gòu)比二叉式結(jié)構(gòu)能更精確和快速的進(jìn)行輔助診斷。

2.4 森林資源管理

森林資源管理的對(duì)象是森林資源，目的是實(shí)現(xiàn)森林資源的可持續(xù)發(fā)展。它是對(duì)森林資源進(jìn)行調(diào)查、區(qū)劃、分析、評(píng)價(jià)、決策、信息管理等一系列工作的總稱。集成領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)的專家系統(tǒng)、支持決策系統(tǒng)等智能系統(tǒng)為資源管理提供了現(xiàn)代化的工具。基于GIS，ES，DSS和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的森林資源管理系統(tǒng)，是當(dāng)前森林資源管理決策應(yīng)用需求和技術(shù)發(fā)展的要求，是森林資源管理的發(fā)展趨勢(shì)。

在國(guó)外，利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持的森林資源管理研究，技術(shù)發(fā)展較為成熟的主要是北美、西歐和東亞。美國(guó)在森林資源管理中，建立了大量的地理信息系統(tǒng)及其輔助決策系統(tǒng)，并已在森林資源調(diào)查和監(jiān)測(cè)方面突破了傳統(tǒng)的范圍，滲透到全球環(huán)境變化監(jiān)測(cè)和森林保健監(jiān)測(cè)的研究中。加拿大林業(yè)部在上世紀(jì)90年代開(kāi)始建立國(guó)家林業(yè)信息系統(tǒng)(National Forestry Information System，NFIS)，聯(lián)邦、省和州政府一起合作，為用戶提供基于WebGIS的森林資源信息，用戶可在授權(quán)范圍內(nèi)獲取全國(guó)森林資源信息，并可以從分布式數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取授權(quán)的信息，實(shí)現(xiàn)森林資源監(jiān)測(cè)、綜合統(tǒng)計(jì)報(bào)表等功能[34]。德國(guó)利用計(jì)算機(jī)五級(jí)網(wǎng)絡(luò)建立了森林資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在基層林場(chǎng)借助生長(zhǎng)模型對(duì)未來(lái)采伐林分進(jìn)行生長(zhǎng)預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)更新和收集進(jìn)入成林的林分，以獲得年度森林資源動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)[35]，實(shí)現(xiàn)了森林資源的網(wǎng)絡(luò)化和信息化管理。總體來(lái)說(shuō)，國(guó)外的森林資源管理主要體現(xiàn)為多功能、多層次的軟件包及工具的應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

我國(guó)上世紀(jì)60年代將計(jì)算機(jī)技術(shù)引入到森林資源管理領(lǐng)域，但只是進(jìn)行個(gè)別的科學(xué)計(jì)算研究，直到80年代初才開(kāi)始了系統(tǒng)的應(yīng)用和實(shí)踐。從90年代開(kāi)始引進(jìn)了GIS、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，并將這些技術(shù)運(yùn)用到了森林資源管理領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和GIS技術(shù)的飛速發(fā)展，森林資源管理也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步[36]。李庭波[37]首次把本體概念引入森林資源經(jīng)營(yíng)決策知識(shí)庫(kù)技術(shù)研究中，分析了本體在森林資源經(jīng)營(yíng)決策知識(shí)庫(kù)中的意義，首次提出從森林資源數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中獲取森林資源核心本體的本體學(xué)習(xí)方法。張茂震等[38]提出了基于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)共享的森林資源信息系統(tǒng)構(gòu)架和基于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的資源整合的綜合模型。郭振等[39]針對(duì)傳統(tǒng)森林資源調(diào)查周期長(zhǎng)、精度低、工作量大問(wèn)題，提出一種基于PDA 的嵌入式地理信息系統(tǒng)解決方案，對(duì)森林資源調(diào)查進(jìn)行嵌入式GIS研究與開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了外業(yè)數(shù)據(jù)采集和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理的無(wú)紙化和一體化。謝小魁等[40]在GIS平臺(tái)中集成森林動(dòng)態(tài)模型，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了森林生長(zhǎng)率模型、景觀采伐模型和矩陣模型，開(kāi)發(fā)了森林經(jīng)營(yíng)決策支持系統(tǒng)，為提高我國(guó)森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)管理的數(shù)字化水平提供了一定的技術(shù)支持。

隨著我國(guó)森林資源管理及其應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的技術(shù)水平不斷提高，出現(xiàn)了許多功能比較完善的森林資源管理及相關(guān)的獨(dú)立業(yè)務(wù)系統(tǒng)。但總體上看，森林資源管理信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀還不能適應(yīng)林業(yè)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變新形勢(shì)的要求，主要表現(xiàn)在這些系統(tǒng)針對(duì)某一具體業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)、信息共享和綜合分析能力不夠，不能充分利用當(dāng)前豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享和聯(lián)機(jī)分析處理等綜合管理決策[37]。

3 討論

雖然地理信息系統(tǒng)、專家系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)在林業(yè)中已成為當(dāng)前信息化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，但還面臨以下主要問(wèn)題：一是現(xiàn)有的研究還不能很好地契合各領(lǐng)域、各學(xué)科的知識(shí)。學(xué)科交叉是創(chuàng)新思想的源泉，應(yīng)進(jìn)行多學(xué)科交叉研究，進(jìn)行廣泛的多學(xué)科之間的合作。可以針對(duì)林業(yè)領(lǐng)域的某一個(gè)具體問(wèn)題，綜合運(yùn)用各學(xué)科的知識(shí)進(jìn)行深入處理。如在森林病蟲(chóng)害防治領(lǐng)域，可結(jié)合GIS方面的專家、計(jì)算機(jī)專家、森林昆蟲(chóng)專家和植物病理學(xué)專家等專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)針對(duì)性的專家決策支持系統(tǒng)。二是現(xiàn)有的研究多側(cè)重于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，而其中專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)的知識(shí)來(lái)源范圍狹窄。應(yīng)在注重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的同時(shí)，還要注意各種先進(jìn)算法、理論的研究與應(yīng)用；同時(shí)需要擴(kuò)大知識(shí)庫(kù)的知識(shí)來(lái)源范圍，主要包括書(shū)本、專家和國(guó)內(nèi)外科學(xué)研究的成果等。正確的決策是建立在對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)汲取的基礎(chǔ)之上的，掌握的知識(shí)越完整、越豐富、越可靠，構(gòu)建的知識(shí)庫(kù)就越健壯，決策的正確性就越大。可以使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)處理量大的信息，從中發(fā)現(xiàn)隱含的知識(shí)和規(guī)律，以彌補(bǔ)人類在大量信息處理方面的不足。三是現(xiàn)有的研究多是針對(duì)單一林業(yè)問(wèn)題給出定性分析結(jié)果，而沒(méi)有定量分析結(jié)果，決策的科學(xué)性和準(zhǔn)確性有待提高。定量分析是建立在定性預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上的，要根據(jù)定性分析的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)行統(tǒng)計(jì)，建立數(shù)學(xué)模型，并用數(shù)學(xué)模型計(jì)算出分析對(duì)象的各項(xiàng)指標(biāo)及其數(shù)值。四是現(xiàn)有的研究中決策結(jié)果的表達(dá)方式不夠完整、形象。比如可用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬森林生態(tài)系統(tǒng)，為決策者提供更為直觀的表達(dá)，使決策者能夠?qū)ι值母黜?xiàng)生態(tài)指標(biāo)有更準(zhǔn)確、完整的了解。

云計(jì)算與GIS的融合已成為地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，并將帶動(dòng)地理信息產(chǎn)業(yè)的深刻變革。云GIS將實(shí)現(xiàn)地理空間信息和非空間信息的全面整合，而結(jié)合了云GIS、遙感(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、決策支持系統(tǒng)(DSS)、專家系統(tǒng)(ES)的新的“5S”體系將是未來(lái)主要的多學(xué)科交叉支柱概念。在林火、造林、森林病蟲(chóng)和森林資源管理領(lǐng)域，集成新的“5S”體系的各類決策，將以云服務(wù)的方式提供，能夠把相關(guān)平臺(tái)、軟件和地理空間信息方便、高效地部署到“云”基礎(chǔ)設(shè)施之上，能夠以彈性的、按需獲取的方式提供最廣泛的基于 Web 的服務(wù)。在林業(yè)中，新的“5S”概念體系必將是新的研究熱點(diǎn)。

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SurveyofExpertSystemandDecisionSupportSysteminForestryBasedonGIS

WANG Jianming1,ZHANG Yan2,YIN Jiting1,ZHAO Nan1

(1.Forestry College, Southwest Forestry University,Kunming 650224,Yunnan,China； 2.Computer and Information College，Southwest Forestry University,Kunming 650224, Yunnan,China)

The application research of Expert System and Decision Support System in forestry based on GIS has greatly improved the development level of digital forestry. This paper introduces the Geographic Information System(GIS)，Expert System(ES), Decision Support System(DSS), and analyzes their application in four aspects such as forest fire, afforestation, forest pest and forest resources management. The paper also discusses the main problems faced by or existing in the application of the system in the forestry and prospects on the application are made as well.

GIS(Geographic Information System);ES(Expert System);DSS(Decision Support System);forest

2012-04-23

2012-05-14

王建明(1986-)，男，云南大理人，碩士研究生，研究方向：地理信息系統(tǒng)。

TP 39

A

1003-6075(2012)03-0034-05