張麗娟

(遼寧省供水局工程處，沈陽(yáng) 110002)

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基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的水利工程管理分析

張麗娟

(遼寧省供水局工程處，沈陽(yáng) 110002)

在水利工程管理中，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠在海量數(shù)據(jù)中及時(shí)發(fā)現(xiàn)有價(jià)值、潛在的知識(shí)特點(diǎn)技術(shù)，并對(duì)其進(jìn)行提煉，讓水利工程管理趨向于科學(xué)化、專業(yè)化。文章主要從數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)含義與常用方法出發(fā)，闡述了數(shù)據(jù)挖掘的實(shí)施步驟與水利工程管理數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)模型建立，對(duì)基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的水利工程管理要點(diǎn)進(jìn)行分析，希望能為水利工程管理提供借鑒。

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)；水利工程；管理分析

0 引 言

近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在現(xiàn)代化背景下，與水利工程有關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也得到相應(yīng)的完善。尤其是在水利工程管理與建設(shè)活動(dòng)中，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)廣泛運(yùn)用，能夠在海量數(shù)據(jù)中建立數(shù)據(jù)挖掘模型，及時(shí)發(fā)現(xiàn)有價(jià)值和潛在的知識(shí)并進(jìn)行提煉，以此提升水利工程管理系統(tǒng)功能，讓水利工程管理趨向于科學(xué)化和專業(yè)化。

1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)含義與常用方法

1.1 含義

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)即是將已有的含量分散數(shù)據(jù)信息作為挖掘資源，從而形成一種新的知識(shí)技術(shù)。從數(shù)據(jù)挖掘角度來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是指以數(shù)據(jù)挖掘索引工具為挖掘依據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和其他相關(guān)信息庫(kù)中隨機(jī)、相對(duì)模糊和不完全的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，從而挖掘出海量數(shù)據(jù)中潛在的、有價(jià)值的信息，為決策者提供參考[1]。

1.2 常用方法

在水利工程項(xiàng)目管理活動(dòng)中，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，要求員工必須掌握相應(yīng)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，才能在龐大的數(shù)據(jù)信息中挖掘出有價(jià)值的信息數(shù)據(jù)。一般情況下，在水利工程管理中較為常見(jiàn)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)主要有以下幾種：

1)檢測(cè)部分異常的信息數(shù)據(jù)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果和參照數(shù)據(jù)之間的數(shù)據(jù)偏差進(jìn)行分析，然后按照存在的偏差對(duì)全部數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，從而發(fā)現(xiàn)潛在的、有價(jià)值新信息。

2)按照數(shù)據(jù)信息的預(yù)見(jiàn)性進(jìn)行挖掘。由于數(shù)據(jù)信息會(huì)隨著事物發(fā)展產(chǎn)生不同程度的變化，因此，在利用技術(shù)挖掘技術(shù)進(jìn)行挖掘過(guò)程中，可根據(jù)這一變化規(guī)律對(duì)全部數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢測(cè)，然后按照檢測(cè)結(jié)果在海量數(shù)據(jù)中挖掘出接近的數(shù)據(jù)信息，達(dá)到數(shù)據(jù)挖掘的目的。

3)對(duì)于關(guān)聯(lián)性方面而言，在面對(duì)龐大的數(shù)據(jù)信息過(guò)程中，關(guān)聯(lián)性分析只能分析到個(gè)別數(shù)據(jù)，查找出數(shù)據(jù)信息之間存在的關(guān)聯(lián)性，然后按照這一關(guān)聯(lián)性來(lái)分析處理數(shù)據(jù)信息，從而提升數(shù)據(jù)信息處理的準(zhǔn)確性。

4)數(shù)據(jù)分類(lèi)和整合方法。在龐大的數(shù)據(jù)信息挖掘活動(dòng)中，處理上述挖掘方法外，還可通過(guò)分類(lèi)整合方法，根據(jù)數(shù)據(jù)信息的特征，將條件相同和規(guī)律相同的數(shù)據(jù)集中起來(lái)進(jìn)行挖掘。而對(duì)于不規(guī)律數(shù)據(jù)信息，必須單獨(dú)進(jìn)行分類(lèi)整合，當(dāng)全部數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對(duì)應(yīng)分類(lèi)以后，在分析數(shù)據(jù)時(shí)可避免盲目性，加快數(shù)據(jù)信息挖掘的速度[2]。

2 數(shù)據(jù)挖掘的實(shí)施步驟

2.1 信息收集

在了解掌握水利工程項(xiàng)目管理需求和目標(biāo)的背景下收集數(shù)據(jù)信息，也就是按照分析獲得的數(shù)據(jù)信息需求與目標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)信息特征進(jìn)行分析，然后選取與數(shù)據(jù)情況相對(duì)應(yīng)的收集方法，并將收集到的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)到信息數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2.2 數(shù)據(jù)集成

集成數(shù)據(jù)又稱為數(shù)據(jù)共享，主要是通過(guò)物理和邏輯整理方式，對(duì)來(lái)源、格式、性質(zhì)特點(diǎn)等不同的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理。

2.3 數(shù)據(jù)規(guī)約

數(shù)據(jù)規(guī)約的主要目的是為了提升數(shù)據(jù)信息挖掘效率，對(duì)數(shù)據(jù)信息來(lái)源進(jìn)行預(yù)處理。如果信息數(shù)據(jù)來(lái)源不規(guī)約，即使存在較少的數(shù)據(jù)也可通過(guò)挖掘方法對(duì)不同數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算，但計(jì)算時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，這時(shí)可通過(guò)數(shù)據(jù)規(guī)約對(duì)數(shù)據(jù)來(lái)源進(jìn)行約束，以此提升挖掘數(shù)據(jù)信息的效率,為小容量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)規(guī)約奠定扎實(shí)基礎(chǔ)[3]。

2.4 數(shù)據(jù)整理

由于數(shù)據(jù)信息庫(kù)中會(huì)存在屬性值與表達(dá)方式不同的數(shù)據(jù)信息，需要對(duì)其進(jìn)行加工處理。因此，必須利用合適的處理方式來(lái)填補(bǔ)丟失的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)存在噪音的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，確保數(shù)據(jù)信息的完整性和一致性。

2.5 數(shù)據(jù)變換

交換數(shù)據(jù)即是通過(guò)科學(xué)統(tǒng)計(jì)和數(shù)學(xué)方式，對(duì)參與分析的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后轉(zhuǎn)變成與數(shù)據(jù)挖掘符合的數(shù)據(jù)模式。

2.6 數(shù)據(jù)挖掘

在分析數(shù)據(jù)過(guò)程中，應(yīng)選取合理的數(shù)據(jù)分析工具，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊集、決策樹(shù)、規(guī)則推理和統(tǒng)計(jì)方法等數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)信息庫(kù)中的全部信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

2.7 模式評(píng)估

為了確保獲得的數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確，必須在評(píng)估基礎(chǔ)上對(duì)已經(jīng)挖掘的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行反復(fù)提取，從而獲得有效的信息數(shù)據(jù)。

2.8 成果表示

成果表示需要通過(guò)專業(yè)化儲(chǔ)存、傳遞、輸出等方式，實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)信息挖掘的成果[4]。

3 水利工程管理數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)模型建立

由于水利工程管理相對(duì)比較繁雜，在挖掘數(shù)據(jù)過(guò)程中需要工作人員從科學(xué)多方面出發(fā)，利用專業(yè)人員的隱性知識(shí)分析挖掘數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確性，以此查找有價(jià)值的數(shù)據(jù)知識(shí)。因此，在水利工程管理數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程中，建立人機(jī)對(duì)話的半自動(dòng)化層次型系統(tǒng)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘已經(jīng)成為必經(jīng)途徑。該數(shù)據(jù)系統(tǒng)模型的建立主要由以下幾個(gè)層次組成：

1)用戶界面層。主要是通過(guò)用戶實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，以此挖掘查詢和結(jié)構(gòu)，并將輸出結(jié)果顯示出來(lái)。

2)OLAP/OLAM層。該層設(shè)置功能即是將多維數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的全部數(shù)據(jù)集中到OLAP/OLAM中，并對(duì)其進(jìn)行分析，是數(shù)據(jù)信息挖掘潛在的、有價(jià)值的知識(shí)核心。

3)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存層。作為構(gòu)建水利工程數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)基礎(chǔ)，除了儲(chǔ)存數(shù)據(jù)信息外，還負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集成、過(guò)濾機(jī)清理。

4)多維數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)層。數(shù)據(jù)信息在經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存處理后，對(duì)需要的數(shù)據(jù)來(lái)源進(jìn)行分析[5]。

4 基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的水利工程管理要點(diǎn)分析

4.1 空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)應(yīng)用

空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的建立是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作，而空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)用主要是為了收集來(lái)自不同數(shù)據(jù)源與系統(tǒng)空間的數(shù)據(jù)，達(dá)到快速、靈活聯(lián)機(jī)分析處理的目的。在水利工程建設(shè)與管理決策中，影響數(shù)據(jù)信息來(lái)源的因素主要包括水旱災(zāi)情數(shù)據(jù)庫(kù)、氣象數(shù)據(jù)庫(kù)、雨情與水情數(shù)據(jù)庫(kù)及蓄滯洪區(qū)空間分布式社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，主要存在異構(gòu)環(huán)境中，來(lái)自不同數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)系統(tǒng)，加之?dāng)?shù)據(jù)格式和特定的結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，例如矢量格式、光柵格式和特定供應(yīng)商有關(guān)，為了能夠分析處理空間數(shù)據(jù)，需要先清洗、變換和集成存在的異構(gòu)數(shù)據(jù)信息庫(kù)，在數(shù)據(jù)信息庫(kù)中存儲(chǔ)格式相同的數(shù)據(jù)信息，然后借用相同的數(shù)據(jù)挖掘算法查找有用的知識(shí)，對(duì)異構(gòu)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾、綜合，以此完善采集水情工程信息、工情信息和防汛抗旱信息接收處理的自動(dòng)化功能，實(shí)時(shí)分析汛情、旱情，對(duì)災(zāi)情進(jìn)行評(píng)估。

4.2 數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)結(jié)合水利工程GIS系統(tǒng)

4.2.1 嵌入式

在空間信息挖掘過(guò)程中，GIS系統(tǒng)具有較強(qiáng)的分析處理能力，能有效結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，組成一個(gè)完整的系統(tǒng)。而嵌入式耦合的運(yùn)用，能夠通過(guò)GIS系統(tǒng)對(duì)空間不完整信息進(jìn)行處理，減少數(shù)據(jù)挖掘過(guò)程中的工作量和處理數(shù)據(jù)的難度。其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)運(yùn)用必須在規(guī)定的GIS系統(tǒng)中進(jìn)行，不能移植到其他的GIS系統(tǒng)，而這種方式會(huì)因?yàn)橛脩粜枨?，?dǎo)致另一部分用戶的需求受到限制，給系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)帶來(lái)影響[6]。

4.2.2 松散耦合式

基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)的建立實(shí)際上是兩個(gè)不相連的系統(tǒng)，對(duì)于GIS中空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)主要是借助清晰、變換與過(guò)濾方式對(duì)已經(jīng)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)信息庫(kù)和數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)匯總的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘。而松散耦合式的運(yùn)用不需要使用特殊GIS系統(tǒng)，能夠單獨(dú)使用空間數(shù)據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行挖掘；但是也具有其自身缺陷，即是在數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)中需要結(jié)合較為復(fù)雜的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度較大。例如在某水文模型構(gòu)建上，運(yùn)用松散耦合式在每個(gè)水文單元或者是子流域上設(shè)置物理概念模型對(duì)凈雨進(jìn)行計(jì)算，將分布式輸入模塊連接在GIS系統(tǒng)與RS接口中，為子流域水文過(guò)程之間的模擬提供空間輸入數(shù)據(jù)，然后在每一段河道上建立河流模型，并設(shè)置模型建立的參數(shù)信息，按照單元水文模型、不同水文過(guò)程模擬模塊及河網(wǎng)匯流模型對(duì)流域產(chǎn)流進(jìn)行計(jì)算以此演算河網(wǎng)匯流，最后獲得出口斷面流量。

4.2.3 緊密耦合式

緊密耦合式的運(yùn)用，是嵌入式和松散耦合式的結(jié)合，不僅能夠充分利用已有的GIS處理空間數(shù)據(jù)的作用，降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)難度，而且不受GIS系統(tǒng)已有用戶需求的影響，具有較強(qiáng)的靈活性，為水利工程管理提供單獨(dú)的數(shù)據(jù)挖掘功能。但由于受已有系統(tǒng)影響，開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)對(duì)GIS系統(tǒng)依賴性較大[7]。例如在某水利工程管理過(guò)程中，由于管理內(nèi)容主要包括水庫(kù)、水閘、堤防、引水工程和灌溉工程等方面管理，挖掘有關(guān)數(shù)據(jù)能夠獲得龐大的、有價(jià)值數(shù)據(jù)信息，相關(guān)管理部門(mén)與員工在掌握空間數(shù)據(jù)后，有利于提升水利工程管理能力與決策水平。但是如果只是單獨(dú)挖掘該水利工程管理數(shù)據(jù)信息，那么其挖掘數(shù)據(jù)信息結(jié)果和目前數(shù)據(jù)挖掘理論系統(tǒng)基本構(gòu)想不符。因此，必須在利用已有的水利工程管理成果條件上，按照該水利工程管理的基本情況，靈活運(yùn)用緊密耦合式數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)，借助GIS系統(tǒng)對(duì)地形地質(zhì)和水文環(huán)境進(jìn)行處理，從而開(kāi)發(fā)出該水利工程獨(dú)有的管理數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)。

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上，在水利工程管理過(guò)程中，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)水利工程數(shù)據(jù)信息分析時(shí)，必須采取適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法，按照具體操作步驟，建立水利工程管理數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)模型，充分利用空間數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)及水利工程GIS系統(tǒng)，找出有價(jià)值的、潛在的數(shù)據(jù)信息，從而提升數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確性為決策者提供有效管理決策，讓水利工程充分發(fā)揮應(yīng)有作用，防洪防澇，確保國(guó)家、人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，更好的服務(wù)于人民。

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1007-7596(2017)01-0172-03

2016-12-20

張麗娟(1966-)，女，遼寧撫順人，高級(jí)工程師，從事水利工程管理工作。

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