ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRI THỨC TRONG QUẢN LÝ NGUỒN TÀI NGUYÊN LÂM NGHIỆP CẤP HUYỆN

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN CÔNG BẰNG H D oc ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRI THỨC D TRONG QUẢN LÝ NGUỒN TÀI NGUYÊN an aN LÂM NGHIỆP CẤP HUYỆN g Chuyên ngành : KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số : 60.48.01 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2012 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN HUY KHÁNH D Phản biện 1: TS TRƯƠNG NGỌC CHÂU D oc H Phản biện 2: TS.TRƯƠNG CÔNG TUẤN an aN Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tháng 03 năm 2012 g tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 03 Có thể tìm hiểu luận văn tại: • Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng • Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn ñề tài Các hệ sinh thái rừng đóng vai trị quan trọng ñối với người ñặc biệt trì mơi trường sống, đóng góp vào phát triển bền vững quốc gia tồn trái đất Rừng khơng cung cấp ngun liệu gỗ, củi, lâm sản gỗ cho số ngành sản xuất mà quan trọng lợi ích rừng việc trì bảo vệ mơi trường, điều hồ khí hậu, hạn chế xói mịn bồi lắng, bảo vệ bờ biển, ñiều tiết nguồn nước hạn D chế lũ lụt Mặc dù lợi ích mơi trường rừng đem lại ñáng kể việc quản lý bền vững tài nguyên rừng thách H thức Nạn chặt phá rừng chuyển ñổi rừng sang mục đích khác oc diễn mức báo ñộng [22] Hiện nay, rừng phòng hộ tỉnh Phú n có chiều hướng D giảm, mật độ rừng bị chặt phá, sói mịn thiên tai, lâm aN tặc hàng năm tăng cao Tại phía tây huyện Sơn Hịa-Phú n độ che phủ rừng cịn lại 46% khơng cịn đủ chức phịng an hộ Đây vùng núi có độ dốc cao từ 16-250, phân bổ từ 400m1000m lưu vực sông lớn có nhiều cơng trình quan g trọng Ngun nhân thực trạng nhu cầu sử dụng gỗ, khai thác gỗ trái phép, nhu cầu sử dụng ñất sản xuất chủ quyền ñất chưa rõ ràng dẫn đến việc quản lý cịn lỏng lẻo việc ñầu tư vào rồng, chăm sóc bảo vệ chưa cao [9] Để việc TrCSBV rừng thật có hiệu quả, BQLR cần có kế hoạch phân cấp chiến lược, chiến thuật phải lập kế hoạch hoạt ñộng chi tiết theo lịch trình BQLR cần xác định rõ loại phù hợp với loại đất khí hậu khu ñồi núi dự kiến trồng rừng số tiền dự toán cho việc trồng rừng Hiện tại, việc lập kế hoạch quản lý nguồn tài ngun lâm nghiệp cịn mang tính thủ cơng, thiếu xác Vì cần có hệ thống thơng tin hỗ trợ tư vấn BQLR lãnh đạo cấp huyện việc nên trồng loại khu ñất rừng ñược ñánh mã số, số tiền dự tính cần đầu tư bao nhiêu? Đồng thời khai thác thơng tin trồng, chăm sóc bảo vệ rừng Xuất phát từ điều mà tơi chọn đề tài "ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ TRI THỨC TRONG QUẢN LÝ NGUỒN TÀI NGUYÊN LÂM NGHIỆP CẤP HUYỆN” với mục D đích xây dựng hệ thống liệu để hỗ trợ cho ngành cơng tác lập kế hoạch trồng, chăm sóc bảo vệ rừng khai thác hệ H thống thông tin TrCSBV năm qua oc Mục đích – nhiệm vụ ñề tài Đề tài ”ứng dụng công nghệ tri thức quản lý nguồn tài D nguyên lâm nghiệp cấp huyện” nhằm nghiên cứu tạo kho aN liệu tri thức lâm nghiệp với mục đích cung cấp hỗ trợ cho BQLR lãnh đạo cấp huyện (LĐ) biết thơng tin thơng tin mơi an trường, khí hậu, độ cao ứng với khu số liệu năm trước trồng, chăm sóc bảo vệ rừng (TrCSBV) năm g trước Từ đó, BQL LĐ đưa kế hoạch nên trồng ? ứng với khu đất dự định trồng dự tốn cần tiền cho việc TRCSBV Mục tiêu đề tài ngun cứu cơng nghệ hệ chuyên gia ñể tạo kho liệu chứa tri thức xây dựng hệ thống cho phép cập nhật, khai thác liệu cách dễ dàng, ñồng thời tư vấn chọn loại trồng phù hợp nhằm giúp cho huyện quản lý nguồn tài nguyên rừng hiệu Nhiệm vụ cụ thể ñề tài : Ngun cứu cơng nghệ tri thức Tìm hiểu quy định, thu thập số liệu việc TrCSBV rừng năm gần ñây dự án TrCSBV (Số liệu lấy từ huyện Sơn Hịa-Phú n) Xây dựng sở liệu thành luật kiện Tạo thành kho liệu có khả cập nhật truy xuất thơng minh liệu có liên quan ñến việc TrCSBV Xây dựng hệ thống có giao diện người dùng thân thiện, cho phép người dùng cập nhật liệu thường xuyên ñể làm giàu kho D liệu Kiểm tra ñánh giá kết thực ñược H Đối tượng phạm vi nghiên cứu oc 3.1 Đối tượng nghiên cứu Tri thức biểu diễn tri thức, hệ chuyên gia D Công tác TrCSBV rừng 3.2 Phạm vi nghiên cứu aN Cây trồng phù hợp với khu đất Hịa- Phú n g an Nghiên cứu cách thức TrCSBV rừng phòng hộ huyện Sơn Nghiên cứu cách tạo luật, chế suy diễn, cách biểu diễn lưu trữ tri thức Phương thức sử dụng, vận hành quản lý kho tri thức Nghiên cứu vận hành quản lý liệu theo hệ chun gia Ngơn ngữ lập trình liên quan Phương pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp tài liệu Thu thập số liệu quy cách việc TrCSBV rừng huyện Sơn Hịa-Phú n, từ phân tích tài liệu thu thập Nghiên cứu cơng nghệ tri thức, áp dụng CNTT vào tài liệu thu thập ñược ñể xây dựng sở tri thức Tìm hiểu cách tạo luật kỹ thuật suy luận CNTT Ứng dụng ñể tạo tiền ñề ñầu vào kết đầu Nghiên cứu ngơn ngữ để xây dựng hệ chuyên gia 4.2 Phương pháp thực nghiệm Liên hệ với BQLR huyện Sơn Hịa- Phú n để lấy thơng tin, tài liệu liên quan đến việc TrCSBV rừng Dựa vào thơng tin tài liệu có, vận dụng lý thuyết ñể xây D dựng hệ thống Phân tích thiết kế hệ thống chương trình H Triển khai xây dựng chương trình cơng cụ hỗ trợ oc Kiểm thử, nhận xét ñánh giá kết hệ thống Ý nghĩa khoa học thực tiễn D 5.1 Ý nghĩa khoa học aN Khả ứng dụng CNTT vào thực tiễn Đề tài vận dụng CNTT vào xây dựng hệ thống theo cách 5.2 Ý nghĩa thực tiễn g an thức hệ chuyên gia ñể ứng dụng vào việc cụ thể Có khả ứng dụng huyện Sơn Hịa-Phú n Trợ giúp cho BQLR LĐ công tác lập kế hoạch quản lý nguồn tài nguyên huyện Đề tài mở rộng để ứng dụng cho nhiều huyện có rừng phịng hộ Bố cục luận văn Ngồi phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục, bố cục luận văn chia làm ba chương viết tóm lược sau : Chương TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG Chương BÀI TOÁN QUẢN LÝ NGUỒN TÀI NGUYÊN LÂM NGHIỆP Chương CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM HỆ TƯ VẤN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN LÂM NGHIỆP CHƯƠNG TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ TRI THỨC VÀ ỨNG DỤNG 1.1.Cơ sở tri thức D 1.1.1.Cơ sở tri thức ? Cơ sở tri thức chứa tri thức chuyên sâu lĩnh vực H chuyên gia Cơ sở tri thức bao gồm : kiện, luật, khái oc niệm quan hệ [4] Cơ sở tri thức chứa tri thức để từ đó, máy suy diễn tạo câu trả lời cho người sử dụng qua hệ thống giao D tiếp [3] aN Ví dụ : kỹ sư tri thức (Knowledge Engineer) người thiết kế, xây dựng thử nghiệm hệ chuyên gia an 1.1.2 Phân loại quản trị tri thức Tri thức phân thành hai loại tri thức g tri thức ẩn: - Tri thức - Tri thức ẩn.Ví dụ: chuyên gia trồng rừng biết phân tích đất đai, đất, thời tiết chun nghiệp, họ có cảm nhận vấn đề tốt tư vấn cho người trồng rừng nên trồng loại gì?, trồng tốt? Đây dạng tri thức ẩn nằm chun gia mà khơng thể mã hóa thành văn hay chuyển giao mà có cách tự luyện tập 1.1.3 Ứng dụng công nghệ tri thức vào phát triển số hệ chuyên gia 1.1.3.1 Sự phát triển công nghệ hệ chuyên gia Lịch sử phát triển hệ chuyên gia trải qua nhiều thăng trầm, ta phân làm hai hệ sau: Thế hệ thứ Thế hệ thứ hai 1.1.3.2 Một số lĩnh vực ứng dụng hệ chun gia Chính cần có chun gia trợ giúp thường xuyên, ñiều D làm ảnh hưởng ñến lớn ñến tiến ñộ công việc công việc Để giải vần đề cần có hệ thống thơng tin hỗ trợ cơng tác tìm H kiếm số liệu TrCSBV, tư vấn công tác chọn lựa giống trồng 1.2 Hệ chuyên gia D oc khu đất rừng dự tính số tiền 1.2.1 Khái niệm hệ chuyên gia aN Một hệ chuyên gia gồm ba thành phần sở tri thức (knowledge base) máy suy diễn hay mô tơ suy diễn an (inference engine), hệ thống giao tiếp với người sử dụng (user interface) Cơ sở tri thức chứa tri thức để từ máy suy điễn tạo g câu trả lời cho người sử dụng thông qua hệ thống giao tiếp 1.2.2 Biểu diễn tri thức hệ chuyên gia 1.2.2.1 Tri thức ñược biểu diễn 1.2.2.2 Tri thức biểu diễn thông qua luật Các luật sản xuất thường ñược viết dạng sau : Dạng : IF THEN Dạng : IF THEN DO Phần IF THEN phần trái luật (LHS : Left-HardSide), có nội dung ñược gọi theo nhiều tên khác, tiền ñề (antecedent), ñiều kiện (conditional part), mẫu so khớp (pattern) Phần sau THEN kết luận hay hậu (consequent) Một số hệ chun gia có thêm phần hành động (action) ñược gọi phần phải luật (RHS : Right –Hand-Side) [2] Minh họa thể phát biểu (cột bên trái) dạng vị từ (cột bên phải) Bảng 1.1 Bảng biểu diễn tri thức mệnh ñề logic D Phát biểu Vị từ Lượng mưa chứa oc kiện mơi sinh COND(luongmua) H Lượng mưa điều CONTAIN(luongmua, luat) D luật aN COND(X) - RESULT(X) với quy ước Tất luật cho COND(X) có nghĩa «X ñiều kiện»và an loại trồng RESULT(X) có nghĩa «X loại câytrồng» COND, g RESULT vị từ ñối với biến X 1.2.2.3 Kỹ thuật suy luận hệ chuyên gia Phương thức suy diễn tiến Phương thức suy diễn lùi 1.2.3 Những sai sót thường gặp thiết kế hệ chuyên gia 1.2.3.1 Kiến trúc tổng quát hệ chuyên gia Những thành phần hệ chuyên gia Một hệ chuyên gia mẫu cấu tạo bảy thành phần sau : 10 Bộ nhớ làm việc Cơ sở tri thức luật Máy suy diễn Lịch cơng tác Khả giải thích Khả thu nhận tri thức Giao diện người sử dụng D Hình 1.7 Mô tả thành phần hệ chuyên gia H 1.2.4 Các ñặc trưng ưu ñiểm ñể ứng dụng oc 1.2.4.1 Các ñặc trưng hệ chuyên gia 1.2.4.2 Một số ưu ñiểm hệ chuyên gia 1.3.1 Cấu trúc kho tri thức aN D 1.3 Kho tri thức Theo W.H.Inmon, nhà kiến trúc hàng ñầu việc xây an dựng data warehouse, DW định nghĩa “tập hợp liệu hướng đối tượng, tích hợp, có tính ổn ñịnh, thay ñổi theo thời g gian hỗ trợ cho xử lý thực ñịnh quản trị” [13] 1.3.2 Hệ thống cập nhật, quản lý kho tri thức 1.3.3 Hệ thống quản lý kho tri thức 12 - Xây dựng hệ thống tri thức lĩnh vực cụ thể 2.1.2.2 Mơ hình hệ chun gia cho toán 2.1.2.3 Các bước triển khai xây dựng hệ chun gia Bước : Xác định mục đích, yêu cầu người sử dụng Tại bước ta cần xác định rõ ràng câu hỏi Mục đích sử dụng ñể làm gi ? Tại cần thiết phải xây dựng ? Đối tượng sử dụng ? Bước : Thu thập tài liệu liên quan ñến lĩnh vực xây dựng, số liệu thống kê có từ nhiều năm trước Xử lý D liệu xây dựng thành sở tri thức Bước : Nắm bắt kỹ thuật xây dựng hệ chuyên gia H Ở bước xây dựng luật dựa vào nguồn tri thức thu oc thập ñược, gồm bước sau : - Xác ñịnh số khái niệm quan trọng mối liên hệ - Xây dựng tập luật aN D chúng với - Phân tích thiết kế tốn theo hướng ñối tượng an - Xây dựng lớp mối quan hệ ràng buộc lớp Bước : Thiết kế giao diện cho hệ chuyên gia g Bước : chọn ngơn ngữ để lập trình cho toán Bước : chạy thử cải tiến Bước 7: Đánh giá sản phẩm 2.2 Vận dụng công nghệ thơng tin giải vấn đề 2.2.1 Vấn đề nguồn liệu tư vấn lập dự án kế hoạch TrCSBV 2.2.2 Một số khó khăn truy xuất nguồn liệu Cán BQLR chưa có nhiều kinh nghiệm công tác tư vấn 13 Công việc nhiều nên khơng đủ thời gian thống kê số liệu Nên việc đưa định nên trồng ? mật độ trồng bao nhiêu? cần kinh phí chưa mang tính khoa học Một số cán chưa nắm vững qui cách TrCSBV rừng Dữ liệu nằm rãi rác nhiều văn bản, dẫn đến khó khăn việc thống kê phân tích Từ liệu có, việc phân tích, xếp có logic để tư vấn nhiều bất cập 2.2.3 Nhu cầu trợ giúp người quản lý lâm nghiệp D 2.2.3.1 Trợ giúp quản lý liệu Quản lý liệu nơi tra cứu số liệu TrCSBV H điều kiện mơi sinh khu đất rừng Từ đó, người sử oc dụng làm ñể tư vấn chọn loại trồng phù hợp 2.2.3.2 Tư vấn chọn giống trồng đưa dự tốn D Tư vấn chọn giống trồng 2.2.3.3 Các chức aN 2.Tư vấn dự toán tiền Chức quản trị hệ thống Chức Quản lý liệu g an Chương trình thiết kế thành chức sau : Chức dùng ñể tra cứu liệu TrCSBV rừng nhiều năm qua, dự kiến cung cấp liệu từ năm 2001 ñến năm 2010 Trong chức có chức : Trồng, chăm sóc, bảo vệ ;Hiện trạng khu ñất;Đặc ñiểm tài nguyên Chức tư vấn loại trồng Chức dùng ñể tư vấn cho người sử dụng nên trồng loại cho phù hợp với điều kiện mơi sinh lượng mưa, nhiệt ñộ, ñộ cao, ñộ dốc, tầng ñất , hàm lượng mùn khu ñất muốn 14 trồng Khi người sử dụng nhập thông số hệ thống dựa vào luật ñể so khớp chọn ñưa tư vấn loại trồng phù hợp Chức tư vấn dự toán Chức tư vấn số tiền cần thiết để chi phí cho việc trồng rừng bao nhiêu? Người sử dụng nhập thông số loại cây, mật độ, tiểu khu(hay diện tích) Hệ thống cho số tiền ñầu tư ban ñầu hai năm 2.3 Mô tả ứng dụng mơ hình liệu hoạt động 2.3.1 Mơ tả ứng dụng D 2.3.1.1 Mô tả lớp Chức quản trị hệ thống H Trong toán xây dựng hệ thống quản trị chương oc trình Hệ thống giúp người quản trị cập nhật thông tin người dùng cập nhật sở liệu cho chương trình D Trong chức có lớp sau: aN Lớp NGUOIDUNG lớp chứa thông tin người dùng ñã ñược cấp quyền ñã ñăng ký chưa ñược cấp quyền an người sử dụng Trong lớp chứa thơng tin tên đăng nhập, mật khẩu, email, ñịa chỉ, số ñiện thoại người sử dụng hệ thống g Lớp CAYTRONG lớp chứa thông tin loại Trong lớp chứa trường mã loại cây, tên cây, hình ảnh loại Lớp DIEUKIEN lớp chứa ñiều kiện lượng mưa, nhiệt ñộ, ñộ cao, ñộ dốc Trong lớp chứa trường tên ñiều kiện, ghi đơn vị tính trường thơng tin Lớp BANGLUAT chứa thơng tin qui định luật cụ thể Trong lớp chứa trường mã luật, mã ñiều kiện, ñiều kiện cụ thể 15 Lớp DIEUKIEN_CUTHE lớp chứa thơng tin mức điều kiện Trong lớp chứa trường mã ñiều kiện, ñiều kiện ñiều kiện Lớp TENLUAT lớp chứa tên luật hệ thống Trong lớp chứa trường mã, tên luật ghi 2.Quản lý liệu Tư vấn chọn loại trồng Tư vấn dự tốn 2.3.1.2 Xây dựng thuộc tính cá thể D 2.3.2 Thiết kế mơ hình liệu hệ tư vấn 2.3.3 Xây dựng qui trình hoạt động hệ thống H 2.3.3.1 Biểu đồ chức quản lý liệu oc 2.3.3.2 Biểu ñồ chức tư vấn loại 2.3.3.3 Biểu ñồ chức tư vấn dự toán D 2.4.Xây dựng luật câu truy vấn aN 2.4.1 Xây dựng hệ thống luật kiện 2.4.1.1 Tập luật xét chọn ñịnh mức an Xếp mức lượng mưa g Nếu lượng mưa > 1800 mm, xếp mức lớn 1800 MucLuongMua (?X) ^ swrlb : greaterThan (X, 1800) -> Lonhon1800(X) Nếu lượng mưa nằm khoảng 1500-1800mm, xếp 1500-1800 MucLuongMua (?X) ^ swrlb:greaterThan (X, 1499) ^ swrlb:lessThan(X, 1799) -> 1500-1700(X) 16 Nếu lượng mưa nhỏ 300mm, xếp nhohon300 MucLuongMua (?X) ^ swrlb:lessThan (X, 299) -> nhohon300 Chúng ta xếp mức chọn tùy ý, mức chọn có tên mức(gọi tiêu đề : lớn 1800, 1500-1800, nhohon300) ñiều kiện Giá trị chúng ñược xác ñịnh ñiều kiện ñiều kiện D Ví dụ : luật ñược thể logic vị từ IF LM(>1800) THEN MucLM(lonhon1800) H IF LM (1500-1800) THEN MucLM(dieukien 1500- oc 1800) D IF LM ( Lonhon1700(X) 17 Nếu độ cao nằm khoảng 1500-1700m, xếp 1500-1700 MucDoCao (?X) ^ swrlb:greaterThan (X, 1499) ^ swrlb:lessThan(X, 1699) -> 1500-1700(X) Nếu ñộ cao nhỏ 300mm, xếp nhohon300 MucDoCao (?X) ^ swrlb:lessThan (X, 299) -> nhohon300 Tương tự tập luật xét chọn mức lượng mưa, giá trị D ñộ cao ñược xác ñịnh ñiều kiện ñiều kiện Luật thể dạng logic vị từ oc H IF DC(>1700) THEN MucDC(lonhon1700) IF DC(1500-1700) THEN MucDC(dieukien 1500- D 1700) aN IF DC(