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人工智能技術在數(shù)字地球中的應用論文
人工智能和數(shù)字地球是計算機科學及信息科學發(fā)展中的重要領域。本文簡述了人工智能的概念及其在計算機上的實現(xiàn)方式，并提出了人工智能技術在數(shù)字地球發(fā)展中幾個方面的應用，最后總結(jié)了人工智能技術為數(shù)字地球的發(fā)展帶來的好處。
1 前言
1998年，美國副總統(tǒng)阿爾.戈爾在加利福尼亞科學中心作的演講中提出了“數(shù)字地球”這一新概念，并對其作了比較全面和通俗的說明[1]。演講中戈爾總統(tǒng)給出數(shù)字地球可能的無比廣闊的應用前景，人們可以通過數(shù)字地球技術指導仿真外交，打擊和監(jiān)測犯罪，保護生態(tài)多樣性，預測氣候變化，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，即讓它們能過被人們所理解。但是，在面對這些海量的數(shù)據(jù)時，我們處理的手段卻是有限的。而且這些數(shù)據(jù)都是由計算機來處理的，在面對大量數(shù)據(jù)中的無用數(shù)據(jù)時，計算機是很難將其識別出來的。所以我們需要讓計算機具有人類一樣的智慧，將這些數(shù)據(jù)進行有效的處理。如今，人工智能技術在數(shù)字地球中有著廣泛的應用。通過這一技術，人們可以高效的處理和分析這些海量數(shù)據(jù)。
2人工智能的實現(xiàn)方式
人工智能在計算機上有兩種不同的實現(xiàn)方式。一種是采用傳統(tǒng)的編碼技術，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物機體所用的方法相同。另一種是模擬法(modeling approach)，它要求實現(xiàn)方法也和人或動物機體所用的方法相同或相似。模擬法有兩種實現(xiàn)的算法：遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡算法。
遺傳算法借鑒生物進化論，將要解決的問題模擬成一個生物體，通過復制、交叉、突變等操作產(chǎn)生下一代解空間[3]，并通過適應函數(shù)度來淘汰那些不良的個體，這樣迭代進化幾代之后就很有可能得到適應度函數(shù)值較高的個體。遺傳算法通常用在求解問題最優(yōu)解的情況下，如函數(shù)優(yōu)化、組合優(yōu)化等。
神經(jīng)網(wǎng)絡算法通過模擬人或動物的神經(jīng)網(wǎng)絡傳遞和處理信息的行為特征，進行分布式并行信息處理的算法數(shù)學模型[4]。使用神經(jīng)網(wǎng)絡算法使系統(tǒng)具有像人一樣學習的特征。初始時，系統(tǒng)模塊跟初生嬰兒一樣什么也不懂，而且會經(jīng)常犯錯，但是它可用通過學習，從錯誤中吸取教訓，下一次運行時就可能改正。
3人工智能技術在數(shù)字地球中的應用
人工智能能夠使我們的計算機具有人能解決問題的能力，使得計算機工作起來更加的高效。而且通過人工智能的學習機制，降低其出錯的幾率。人工智能在數(shù)字地球中可以有以下幾個方面的應用：
3.1智能導航
當前我們主要使用GPS技術來做定位和導航的。但是GPS只能在室外及衛(wèi)星信號不被遮擋或反射的地方才能使用。因此，在室內(nèi)、茂密的樹木覆蓋處和高層建筑地下GPS就很難使用了[5]。
使用人工智能技術進行智能導航，當不能獲得GPS衛(wèi)星信號時，系統(tǒng)會智能的使用基于通信基站定位、互聯(lián)網(wǎng)定位等來提供導航。同時，人工智能系統(tǒng)還可以實現(xiàn)最優(yōu)路徑規(guī)劃，周邊信息搜索等功能。
3.2智能的人機交互
數(shù)字地球的建設依賴于互聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等技術，但是現(xiàn)在我們能做的僅僅是通過這些技術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題。我們通常是通過人肢體來交互，而不能像現(xiàn)實生活中人們通過對話的形式交互。
3.3 專家系統(tǒng)
計算機較人強的地方在于它的計算速度快，將計算機的高運算速度和人的智慧集成起來構(gòu)成專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)使用人類專家推理的模型來處理現(xiàn)實世界中需要專家作出解釋的復雜問題，并得出與專家相同的結(jié)論[6]。
在氣象預測中，我們要處理大量的氣象數(shù)據(jù)。使用傳統(tǒng)的計算機處理方式，我們還要對計算機的處理結(jié)果做大量的分析。但是通過專家系統(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。
總結(jié)
戈爾總統(tǒng)所提出的數(shù)字地球，不僅僅是數(shù)字化的地球，其未來的發(fā)展跟應該是在數(shù)字化的基礎之上的智慧地球，正如2008年IBM所提出的“智慧地球”。未來，電子設備將會更加智能化，人機交互將會更友好化。
同時在面對海量的地理空間數(shù)據(jù)時，使用人工智能技術可以拓寬我們隊這些數(shù)據(jù)的處理能力。加快數(shù)據(jù)的處理速度、精確性等。通過智能搜索，可以快速精準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，當人們走在城市街道上的時候，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。并且人工智能技術還能提供智能導航、人機自然語言交互、專家系統(tǒng)等。未來人工智能技術將在數(shù)字地球的發(fā)展中起到更大的作用。
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