基于本体和规则的立体交通查询模型设计

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1、资源与环境科学学院2005级地图制图学与地理信息工程博士班程钢基于本体和规则的立体交通查询模型设计程钢（1武汉大学资源与环境科学学院，武汉，430079）摘要：本文将基于本体和规则的定性推理和实时计算结合起来，设计了包含公路、铁路、水运、航空等交通方式的全国范围内的多尺度立体交通模型。该方法遵循人对空间的认知规律，用地名、交通领域的概念、关系建立本体与规则库作为基本知识进行定性推理，发现隐含的语义信息，消除了不必要的歧义，为查询算法提供了辅助信息，减少了运算量，同时实时运算保证数据精确性，提高了查询的准确率和效率，增强了查询服务的易用性和改善了Web用户感受。关键词：本体规则定性推

2、理多尺度立体交通1引言随着地理信息系统相关技术的飞速发展与应用的普及，GIS系统正逐渐从行业应用走向普[1]通大众，然而如何让非专业用户有效利用GIS平台仍然是个有很多问题有待解决。如何构建一个既符合普通用户认知规律又能高效解决用户实际问题的GIS平台成为当前GIS噬待解决的问题。目前，GIS技术的有效利用还依赖于GIS工程培训或练习中获取的专业知识，然而这种培训或练习需要花费很多的时间和精力。本文在交通领域利用本体方法和技术建立了知识库为非专家用户弥补专业知识的空缺，使交通知识查询与使用，符合人类空间认知规律，提供了人性化界面，同时将基于本体的定性推理和定量计算结合起来，减少了运

3、算量，提高了查询的准确率和效率。2本体与规则知识库的建立本体（Ontology）和规则（Rule）是语义知识表示与推理的重要组成部分。本体最早是作为哲学概念出现的，现在逐步的被引入到人工智能、计算逻辑以及数据库理论中来[2]。“本体是共享概念化的形式化说明”作为本体的定义已经被计算机学界广泛接受[3]。它作为显式的的概念化规范，具有共享性，常用于描述共同认可的结构化知识。规则不同于本体，侧重于陈述性知识演绎，通过逻辑程序设计LP（LogicProgramming）实现基于规则的知识系统[4]。随着本体在各个领域的广泛研究，虽已初具形态，但存在一些未解决的问题，如知识表示不够丰富、推

4、理不够实效等。规则的参与，能够弥补本体表达能力的不足，提高实际应用的运行效率。本文将交通查询中涉及的各种知识进行规范描述，对各种概念、关系以及交通领域的规则进行了精确的形式化定义。该本体及规则能比较真实完整得再现该领域的知识，实现知识的共享和重用。2.1本体及规则的设计文章参考交通领域等各种现行的标准，建立了交通本体、地名要素本体、空间信息本体、行政区划本体等。本体间的各种概念及实例间的各种语义和空间关系都给予明确的定义，为后续的推理奠定基础。2.1.3空间信息本体空间本体的存在是地理本体有别于一般的信息本体的根本区别。地理本体与一般信息本体差别很大，如它有复杂的位置关系、拓扑关系

5、、量度关系以及部分-整体关系，而一般本体主要是子类-父类这种继承关系[5]。本文设计的空间本体根据查询模型的需要，仅对部分空间属性和空间关系进行形式化描述，如下图1所示。1资源与环境科学学院2005级地图制图学与地理信息工程博士班程钢空间本体几何形状空间关系点状面状现状相邻重叠包含被包含穿过图1空间本体空间本体是建立其他几个本体之间关系的重要组件，通过空间本体可以描述交通本体、地名要素本体、行政本体中的概念和实例的空间属性及它们之间的空间关系，推理组件可以利用这些关系发现隐含的交通知识，用于给路径查询提供辅助信息。比如利用行政区域和道路之间的关系可以发现通过某一级行政区域的高速公路

6、的信息。2.1.1交通本体交通本体主要描述水、陆、空三种交通方式相关的线路、港口和站点等在不同尺度范围下的概念及之间可能的关系进行形式化表达。由于交通的出行会遇到天气等因素的影响，故将天气相关的概念引入到该本体当中，以便将实时的天气信息用于辅助决策。交通本体主要概念的层次关系如下图2所示，概念、实例之间的空间关系可以借助于空间关系进行描述。交通本体线路道路车站/港口铁路公路街巷火车站汽车站地铁站航空港水运港列车车次航空班次公路客运船次图2交通本体2.1.2地名要素本体地名作为最常用的社会公共信息之一，是间接空间地位的有利工具，是人类在空间定位时最自然的语汇，因此本文利用本体方法论将

7、地名与行政区域，交通领域的线路、车站、港口等各种概念的关系进行形式化描述，借助基于本体的定性推理，用户只需知道始发和终点的地名就可以方便的对水陆空等各种交通方式的信息进行查询。基于目前的地名建设的成果，进一步建立地名本体，将为地名服务的建设提供更加便利的条件。由于地名本体设计的概念广泛，下图3仅将本体的最高层次的结构展示出来。地名本体人文地理实体自然地理实体海域陆地水系陆地地形其他图3地名要素本体2.1.4行政区划本体2资源与环境科学学院2005级地图制图学与地理信息