人工智慧技術在數字地球中的應用論文

人工智慧和數字地球是計算機科學及資訊科學發展中的重要領域。本文簡述了人工智慧的概念及其在計算機上的實現方式，並提出了人工智慧技術在數字地球發展中幾個方面的應用，最後總結了人工智慧技術為數字地球的發展帶來的好處。

1 前言

1998年，美國副總統阿爾.戈爾在加利福尼亞科學中心作的演講中提出了“數字地球”這一新概念，並對其作了比較全面和通俗的說明[1]。演講中戈爾總統給出數字地球可能的無比廣闊的應用前景，人們可以通過數字地球技術指導模擬外交，打擊和監測犯罪，保護生態多樣性，預測氣候變化，增加作物產量等。

在數字地球中非常重要的一點是如何使海量的地理空間資料變得有意義，即讓它們能過被人們所理解。但是，在面對這些海量的資料時，我們處理的手段卻是有限的。而且這些資料都是由計算機來處理的，在面對大量資料中的無用資料時，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，將這些資料進行有效的處理。如今，人工智慧技術在數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資料。

2人工智慧的實現方式

人工智慧在計算機上有兩種不同的實現方式。一種是採用傳統的編碼技術，使系統呈現智慧的效果，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。模擬法有兩種實現的演算法：遺傳演算法和神經網路演算法。

遺傳演算法借鑑生物進化論，將要解決的問題模擬成一個生物體，通過複製、交叉、突變等操作產生下一代解空間[3]，並通過適應函式度來淘汰那些不良的個體，這樣迭代進化幾代之後就很有可能得到適應度函式值較高的個體。遺傳演算法通常用在求解問題最優解的情況下，如函式優化、組合優化等。

神經網路演算法通過模擬人或動物的神經網路傳遞和處理資訊的行為特徵，進行分散式並行資訊處理的演算法數學模型[4]。使用神經網路演算法使系統具有像人一樣學習的特徵。初始時，系統模組跟初生嬰兒一樣什麼也不懂，而且會經常犯錯，但是它可用通過學習，從錯誤中吸取教訓，下一次執行時就可能改正。

3人工智慧技術在數字地球中的應用

人工智慧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。而且通過人工智慧的學習機制，降低其出錯的機率。人工智慧在數字地球中可以有以下幾個方面的應用：

3.1智慧導航

當前我們主要使用GPS技術來做定位和導航的。但是GPS只能在室外及衛星訊號不被遮擋或反射的地方才能使用。因此，在室內、茂密的樹木覆蓋處和高層建築地下GPS就很難使用了[5]。

使用人工智慧技術進行智慧導航，當不能獲得GPS衛星訊號時，系統會智慧的使用基於通訊基站定位、網際網路定位等來提供導航。同時，人工智慧系統還可以實現最優路徑規劃，周邊資訊搜尋等功能。

3.2智慧的人機互動

數字地球的建設依賴於網際網路、虛擬現實等技術，但是現在我們能做的僅僅是通過這些技術將我們所獲得的海量資料展現在人們面前。而顯示資訊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互動的問題。我們通常是通過人肢體來互動，而不能像現實生活中人們通過對話的形式互動。

3.3 專家系統

計算機較人強的地方在於它的計算速度快，將計算機的高運算速度和人的智慧整合起來構成專家系統。專家系統使用人類專家推理的模型來處理現實世界中需要專家作出解釋的複雜問題，並得出與專家相同的結論[6]。

在氣象預測中，我們要處理大量的氣象資料。使用傳統的計算機處理方式，我們還要對計算機的處理結果做大量的分析。但是通過專家系統，不僅給出處理的資料結果，還可以給出分析的結果，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

戈爾總統所提出的數字地球，不僅僅是數字化的地球，其未來的發展跟應該是在數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，電子裝置將會更加智慧化，人機互動將會更友好化。

同時在面對海量的地理空間資料時，使用人工智慧技術可以拓寬我們隊這些資料的處理能力。加快資料的處理速度、精確性等。通過智慧搜尋，可以快速精準的找到我們所需要的資訊。就像google公司所做的智慧周邊搜尋一樣，當人們走在城市街道上的時候，系統可以搜尋並顯示周邊我們感興趣的一些商店、景觀、飯店等資訊。並且人工智慧技術還能提供智慧導航、人機自然語言互動、專家系統等。未來人工智慧技術將在數字地球的發展中起到更大的作用。