Σχεδιασμός και ανάπτυξη συστημάτων αποφάσεων βασισμένων σε ολοκληρωμένα έμπειρα γεωγραφικά συστήματα βάσεων δεδομένων

Abstract

The main goal of this dissertation is the description of the design and implementation of an Integrated Geographical Expert System (IGES) on a Database which integrates under a common environment the Expert Systems with the Geographical Information Systems, taking advantage of the capabilities of Databases.The proposed ΙGES, is implemented by using the following structural elements: a. the Database Management System (DBMS), b. the Expert System (ES), c. the Geographical Information System (GIS) and d. the appropriate Graphical User Interface (GUI).Current research’s effort basic motive is to present the possibility of independent and ostensi-bly heterogeneous environments (the mentioned before structural elements) to interoperate, by utilising data and knowledge, with final objective the projection of the results with the most suitable way.Aim of the developed IGES is the information provision and solution proposal in all the activi-ties of basic agricultural applications to the involved in the respective subjects researchers, consultants, producers (professionals and amateurs) as well as to all end users. IGES has been fully applied in a significant for Greece agricultural sector, as is the apiculture. The un-abridged implementation covers all the apiarian activities. Concretely, the system helps in the determination of optimal conditions (space, time, remaining parameters) for the beehive shift-ing aiming at the qualitative and highest honey production.In knowledge area, we describe the architecture, representation and operation of a Hybrid Expert System (HybES) in the sense of incorporating methodologies of Expert Systems, relational databases, fuzzy logic data sets and criteria. More specifically, the introduced HybES is a Rule Based Expert System, deployed on a relational database with its rules based on the Object-Attribute-Value (O-A-V) triplet representation model. Every rule is valid for a specific time period and, consequently, the whole system is valid at that certain time periods, using different valid-time versions of knowledge. The values of the rules (O-A-V triplets) are related to fuzzy sets, handling linguistic variables. Each one of these linguistic variables has the ability to depend on one or more criteria affecting it. The system infers using either the forward chaining (applying ‘rules forward’) or the backward chaining (a bottom-up method, applying the rules in the opposite way). Using a simple technique, the working memory of the system is split into two parts (Conditions’ and Rules’ Working Memory), which are used according to system’s needs.The developed IGES uses an embedded ES for the utilization of knowledge, while the devel-opment using HybES constitutes a future work aiming at the obtainment of independence, but contemporaneously the interoperability of miscellaneous structural parts.We notice that the most part of this dissertation has been published in the scientific journals and proceedings referred in page 28.

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η περιγραφή του σχεδιασμού και της υλοποίησης ενός Ολοκληρωμένου Γεωγραφικού Εμπείρου Συστήματος (ΟΓΕΣ) σε Βάση Δεδομένων, το οποίο ενοποιεί κάτω από ένα ενιαίο περιβάλλον τα Έμπειρα Συστήματα με τα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα, εκμεταλλευόμενο τις δυνατότητες των Βάσεων Δεδομένων. Το προτεινόμενο ΟΓΕΣ, υλοποιείται κάνοντας χρήση των εξής δομικών στοιχείων: α. του Συστήματος Διαχείρισης Βάσης Δεδομένων (ΣΔΒΔ), β. του Εμπείρου Συστήματος (ΕΣ), γ. του Γεωγραφικού Πληροφοριακού Συστήματος (ΓΠΣ) και δ. του κατάλληλου Συστήματος Διεπαφής με το Χρήστη (ΣΔΧ).Βασικό κίνητρο της παρούσας ερευνητικής προσπάθειας είναι να παρουσιαστεί η δυνατότητα να διαλειτουργούν ανεξάρτητα και φαινομενικά ετερογενή περιβάλλοντα (τα προαναφερθέντα δομικά στοιχεία), εκμεταλλευόμενα δεδομένα και γνώση, με απώτερο στόχο την προβολή των αποτελεσμάτων με τον καταλληλότερο τρόπο.Σκοπός του υλοποιημένου ΟΓΕΣ είναι η παροχή πληροφόρησης και η πρόταση λύσεων σε όλες τις δραστηριότητες βασικών γεωργικών εφαρμογών στους εμπλεκόμενους στους αντίστοιχους κλάδους ερευνητές, συμβούλους, παραγωγούς (επαγγελματίες και ερασιτέχνες) και λοιπούς τελικούς χρήστες. Το ΟΓΕΣ εφαρμόστηκε, σε πλήρη ανάπτυξη, σε ένα σημαντικό για την Ελλάδα τομέα της Γεωργίας, όπως είναι η Μελισσοκομία. Η πλήρης υλοποίηση του συστήματος καλύπτει το σύνολο των μελισσοκομικών δραστηριοτήτων. Συγκεκριμένα, το σύστημα βοηθά στον προσδιορισμό των βέλτιστων συνθηκών (χώρος, χρόνος, λοιπές παράμετροι) για τη μετακίνηση των μελισσιών με σκοπό την ποιοτική και μέγιστη παραγωγή μελιού.Στον τομέα της γνώσης, περιγράφεται η αρχιτεκτονική, η αναπαράσταση και η λειτουργία ενός υβριδικού Εμπείρου Συστήματος από την άποψη της ενοποίησης μεθοδολογιών συστημάτων βασισμένων στη γνώση, σχεσιακών Βάσεων Δεδομένων, ασαφών συνόλων και κριτηρίων. Πιο συγκεκριμένα, το παρουσιαζόμενο Υβριδικό Έμπειρο Σύστημα (ΥβρΕΣ) είναι ένα Έμπειρο Σύστημα βασισμένο σε κανόνες (Rule Based Expert System) το οποίο λειτουργεί αποθηκεύοντας τους κανόνες του σε μορφή τριπλέτας ‘Αντικείμενο – Ιδιότητα – Τιμή’ (Α-Ι-Τ) σε μία σχεσιακή Βάση Δεδομένων. Κάθε κανόνας ισχύει για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα οπότε το όλο μοντέλο είναι έγκυρο για αυτά τα χρονικά διαστήματα χρησιμοποιώντας έγκυρες εκδόσεις γνώσης. Οι τιμές των κανόνων συσχετίζονται με ασαφή σύνολα και χρησιμοποιούνται ως γλωσσικές μεταβλητές (linguistic variables). Καθεμία δε από αυτές τις γλωσσικές μεταβλητές έχουν τη δυνατότητα να εξαρτώνται από ένα ή περισσότερα κριτήρια που να τις επηρεάζουν. Το σύστημα συμπεραίνει χρησιμοποιώντας το συλλογισμό είτε της Ορθόδρομης είτε της Οπισθόδρομης Αλυσίδας. Χρησιμοποιώντας μια απλή τεχνική, η Μνήμη Εργασίας του συστήματος χωρίζεται σε Μνήμη Εργασίας Συνθηκών (Conditions’ Working Memory) και Μνήμη Εργασίας Κανόνων (Rules’ Working Memory) και αυτές χρησιμοποιούνται σύμφωνα με τις ανάγκες του συστήματος.Το υλοποιημένο ΟΓΕΣ χρησιμοποιεί ένα ενσωματωμένο ΕΣ για την εκμετάλλευση της γνώσης, ενώ η υλοποίηση με χρήση του προαναφερθέντος υβριδικού ΕΣ αποτελεί μελλοντική εργασία με στόχο των πλήρη ανεξαρτητοποίηση, αλλά ταυτόχρονα διαλειτουργικότητα διαφορετικών δομικών στοιχείων.Σημειώνεται ότι το μεγαλύτερο μέρος της παρούσας διατριβής δημοσιεύτηκε στα επιστημονικά περιοδικά και πρακτικά συνεδρίων που παρατίθενται στη σελίδα 28.