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基于模糊理论的GIS质量评价与可靠性分析

胡圣武  
【摘要】: GIS的不确定性是当前GIS理论研究的热点和难点,目前国内外对此进行了大量的研究,投入了大量的物力和财力,取得了丰富的成果,但这些成果大部分是基于随机性的不确定性,采取基于概率统计的方法。但随着人们对不确定性的认识,人们发现GIS不仅含有随机性的不确定性而且也含有模糊性的不确定性,因此如何研究削弱和控制GIS的模糊不确定性的理论和方法也成为GIS不确定性理论的一个重要部分。 随着GIS的发展,其应用也得到了推广,GIS及GIS产品已经从科研院所走向千家万户,GIS已经作为一种商品常与人们打交道。要使GIS这种商品真正走向市场化和产业化,提供可靠性指标已成为一个必备条件,如何在模糊不确定性基础之上研究GIS的可靠消息指标,给出GIS产品真正的和科学的可靠性指标对GIS的发展有着深远意义。 本文以模糊理论为主要理论依据,来研究人们还未引起高度重视的模糊性的不确定性在GIS数据以及GIS产品的处理和度量方式,实现两个目的,第一,对GIS质量评价采取基于模糊不确定性的一些不同与基于随机性的方法,以达到对GIS质量更严密控制和科学的评价,尽量削弱和控制模糊不确定性。其次,建立对GIS产品基于模糊随机性的可靠性分析的一套初步理论和基本方法,从而对GIS和GIS产品给出一个用户和开发都满意的、真正的和科学的可靠性分析。 本文详细论证了GIS存在着模糊不确定性,并运用模糊集和粗集两种理论来研究和处理GIS中的模糊不确定性;对GIS产品质量用模糊理论进行评价以体现出GIS产品的模糊不确定性,从而真正得到GIS产品质量,实现GIS产品的质量控制;基于GIS及GIS产品的特性提出了运用可靠性工程理论和模糊理论相结合来研究其可靠性,实现GIS及GIS产品的模糊可靠性分析;本文对GIS及GIS产品主要采用三角模糊数和梯形模糊数以及模糊故障树方法进行了可靠性分析。 本论文研究的主要成果如下: (1)系统归纳和分析了GIS基于随机不确定性的处理。回顾了人类对不确定性的认识,介绍了与不确定性相关的概念;分析了GIS中随机不确定性存在的来源,总结了随机不确定性处理的理论和方法,总结了GIS中点、线、面三种实体的处理概况。 (2)深入地研究了GIS中的模糊不确定性。主要从GIS构成的四个方面即:GIS硬件、GIS软件、GIS数据和GIS的人员,详细地论证GIS存在模糊不确定性,并分析了GIS模糊不确定性的来源,并用实例给以论证。 (3)研究了模糊不确定性实体的表示。主要就点、线、面等三种模糊实体的模糊表示进行了研究,并且研究了模糊实体的性质。 (4)研究随机性与模糊性两种不确定性的关系。虽然随机性和模糊性有着本质的区别,但二者不是截然分开的,而是紧密相联系的。 (5)研究了基于模糊集理论的模糊不确定性处理。一是从GIS中的常见的实体属性应用隶属度来进行模糊不确定性处理,二是从GIS中的模糊语言出发,运用模糊推理进行研究。 (6)研究了基于粗集理论的GIS模糊不确定性处理。用实例分析了用粗集表示GIS模糊不确定性,简单论述了GIS中粗集的操作,用实例分析了粗集对模糊不确定性的处理。 (7)深入地研究了用模糊理论对GIS产品进行质量评价。在分析目前GIS产品质量评价方法存在的问题的基础上提出了用模糊理论来对GIS产品的质量进行评价,主要研究了GIS产品中质量评价隶属度的选择和等级确定的一般原则,并运用模糊关系、模糊多层次综合评判和粗集方法进行GIS的质量评价的实例分析。 (8)探讨了GIS质量控制的方法:主要是提出了GIS产品的多尺度分析的概念以及粗集用于GIS质量控制的思路和方法。 (9)初步建立了GIS模糊可靠性分析的基本理论。主要分析了引入模糊可靠性工程到GIS的理由,并分析了GIS的模糊可靠性,提出了几个基本概念,提出了GIS的模糊可靠性几种基本模型。 (10)GIS的模糊可靠性分析。主要运用三角模糊数和梯形模糊数用基本可靠性模型进行了GIS的可靠性分析。 (11)GIS的模糊故障树分析。主要就模糊故障树的基本理论进行了介绍,并用于GIS的可靠性分析,介绍了分析的步骤,并用实例进行了分析。


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