馬苗苗 陳春輝 曾一

摘 要：隨著交通服務(wù)工程建設(shè)的深入，越來越多的力量投入到交通數(shù)據(jù)庫的開發(fā)和建設(shè)中，由于各個(gè)部門或組織對(duì)交通的需求或認(rèn)知不同，建立的交通數(shù)據(jù)庫往往存在不同程度的語義異質(zhì)問題。本體是指從哲學(xué)領(lǐng)域研究世界的本質(zhì)問題，轉(zhuǎn)而被引入信息科學(xué)中，其初衷就在于建立一個(gè)共同認(rèn)可的規(guī)范，為信息共享過程中存在的語義異質(zhì)問題提供解決方案。本文以交通領(lǐng)域本體為例，通過查詢系統(tǒng)設(shè)計(jì)將本體推理應(yīng)用到道路查詢系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞：本體;地理本體;交通本體;本體推理;本體查詢

中圖分類號(hào)：TP391.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）29-0011-03

Abstract： With the deepening of the construction of traffic service projects， more and more forces are invested in the development and construction of the traffic database， due to the different needs or cognitions of various departments or organizations for transportation， the established transportation database often has different degrees of semantic heterogeneity. Ontology refers to the study of the essential issues of the world from the field of philosophy， and then it is introduced into information science， its original intention is to establish a commonly recognized norm to provide solutions to the semantic heterogeneity problems in the process of information sharing. This paper took the ontology in the transportation domain as an example， and applied ontology reasoning to the road query system through query system design.

Keywords： ontology;geographic ontology;traffic ontology;ontology reasoning;ontology query

本研究的主要目的是將日益完善的本體理論和技術(shù)引入正在發(fā)展的國家交通公共服務(wù)建設(shè)領(lǐng)域，為交通公共服務(wù)信息的建設(shè)提供理論和技術(shù)支持。它為本體理論開辟了新的應(yīng)用服務(wù)領(lǐng)域，并擴(kuò)展了新的本體理論。本研究不僅可以借鑒先進(jìn)的理論和技術(shù)為公共交通服務(wù)，而且可以通過交通服務(wù)建設(shè)實(shí)踐對(duì)本體提出新的問題，從而達(dá)到以理論促進(jìn)實(shí)踐、以實(shí)踐深化理論的目的。該研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

在使用Protégé建好交通本體，并基于Jena推理機(jī)和SWRL推理規(guī)則語言自定義推理機(jī)制和規(guī)則[1-2]后，本文將使用Eclipse開發(fā)工具，設(shè)計(jì)交通本體查詢系統(tǒng)，結(jié)合本體OWL文件和推理規(guī)則，實(shí)現(xiàn)基于本體的交通站點(diǎn)、路線和乘車的查詢，驗(yàn)證交通本體查詢系統(tǒng)的可行性和效率。

1 交通查詢?cè)O(shè)計(jì)思路

根據(jù)對(duì)本體構(gòu)建原則和構(gòu)建方法的分析，總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)[3-5]，本文列出了地理本體構(gòu)建的一般思路，如圖1所示。

2 交通本體查詢系統(tǒng)框架

交通本體查詢系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案如圖2所示，總體可分為三個(gè)步驟：第一步是完成交通本體的構(gòu)建;第二步是完成基于規(guī)則的本體推理;第三步是完成用戶的查詢。

2.1 交通本體的建立

首先使用本體構(gòu)建工具Protégé，構(gòu)建交通本體，生成OWL文件，作為本體庫。該領(lǐng)域知識(shí)包括行政區(qū)劃、各種交通設(shè)施（道路、站點(diǎn)等）、用于空間定位的各種地名及與交通有關(guān)的其他概念及關(guān)系。本文主要以鄭州市的公交車實(shí)例數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象。

2.2 知識(shí)本體的推理

用戶通過用戶界面輸入和檢索知識(shí)點(diǎn)，并且用戶界面將用戶輸入的值傳遞給查詢模塊。查詢模塊借助Jena的推理規(guī)則，根據(jù)檢索到的信息在本體數(shù)據(jù)庫中推斷相關(guān)信息，并將信息返回給用戶界面。在該系統(tǒng)中，用戶可以通過本體構(gòu)造的Jena推理規(guī)則來檢索某個(gè)知識(shí)點(diǎn)類別的所有父類別和子類別，并且可以通過某些屬性來檢索與該類別相關(guān)的其他類別。

2.3 用戶界面的建立

本文以Java語言在Eclipse中構(gòu)建了原型系統(tǒng)，原型系統(tǒng)由三部分組成，即站點(diǎn)查詢、線路查詢、乘車查詢，如圖3所示。

3 交通本體查詢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 站點(diǎn)查詢

下面進(jìn)行站點(diǎn)查詢?cè)囼?yàn)，相關(guān)數(shù)據(jù)如下。測(cè)繪學(xué)院的對(duì)象屬性包括四點(diǎn)：屬于公交1路車、屬于公交900路車、離嵩山路隴海路站點(diǎn)很近、離地理研究所很近。查詢結(jié)果如圖4所示。

3.2 線路查詢

下面進(jìn)行線路查詢?cè)囼?yàn)，相關(guān)數(shù)據(jù)如下。公交1路車的數(shù)據(jù)屬性包括三點(diǎn)：首班車時(shí)間04：30：00、末班車時(shí)間00：00：00、票價(jià)1元。對(duì)象屬性包括三點(diǎn)：始發(fā)站火車站、終點(diǎn)站華山路公交站、站點(diǎn)測(cè)繪學(xué)院。查詢結(jié)果如圖5所示。

3.3 乘車查詢

3.3.1 乘車查詢?cè)囼?yàn)1。相關(guān)數(shù)據(jù)如下：火車站是公交1路車的一個(gè)站點(diǎn)，測(cè)繪學(xué)院也是公交1路車的一個(gè)站點(diǎn)，根據(jù)規(guī)則1可以推理出從火車站到測(cè)繪學(xué)院坐公交1路車直達(dá)。查詢結(jié)果如圖6所示。

3.3.2 乘車查詢?cè)囼?yàn)2。相關(guān)數(shù)據(jù)如下：火車站是公交1路車的一個(gè)站點(diǎn)，測(cè)繪學(xué)院也是公交1路車的一個(gè)站點(diǎn)，測(cè)繪學(xué)院和地理研究所離得很近，根據(jù)規(guī)則2可以推理出從火車站到地理所坐公交1路車直達(dá)。查詢結(jié)果如圖7所示。

3.3.3 乘車查詢?cè)囼?yàn)3。相關(guān)數(shù)據(jù)如下：鄭州新北站距離花園路劉莊很近，地理研究所距離嵩山路隴海路很近，花園路劉莊是B11路公交車的終點(diǎn)站，嵩山路隴海路也是B11路公交車的一個(gè)站點(diǎn)，如果想從鄭州新北站到地理研究所，根據(jù)規(guī)則3推理出可以從花園路劉莊乘坐B11路公交車到達(dá)嵩山路隴海路站，然后步行抵達(dá)地理研究所。查詢結(jié)果如圖8所示。

4 結(jié)論

本文構(gòu)建了一個(gè)以交通本體和規(guī)則為基礎(chǔ)的交通本體查詢界面，并建立了原型系統(tǒng)。其間利用交通本體和相應(yīng)的推理規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，驗(yàn)證了基于本體知識(shí)查詢的智能性。本文在Eclipse中用Java語言建立了交通本體查詢界面，利用Jena開發(fā)包，將構(gòu)建的交通本體解析到Eclipse中，實(shí)現(xiàn)了基于地理本體的空間數(shù)據(jù)的查詢與推理。最后以公交站點(diǎn)查詢、線路查詢和乘車查詢?yōu)槔?，?duì)不同查詢用到的數(shù)據(jù)、推理公式和查詢結(jié)果進(jìn)行了說明。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊桂喜，王開鋒.基于語義的查詢擴(kuò)展研究[J].微計(jì)算機(jī)信息，2008（30）：177-178.

[2]葛文.地理信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法研究[D].鄭州：信息工程大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，2012.

[3]李宏偉.基于Ontology的地理信息服務(wù)研究[D].鄭州：信息工程大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，2007.

[4]安楊，邊馥苓，關(guān)佶紅.基于Ontology的網(wǎng)絡(luò)地理服務(wù)描述與發(fā)現(xiàn)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2004（12）：1063-1066.

[5]黃茂軍.地理本體的形式化表達(dá)機(jī)制及其在地圖服務(wù)中的應(yīng)用研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2005.