基于本体的建筑结构设计案例表示与检索研究

摘要

建筑设计是一个多层次、多阶段、多步骤的过程，属于典型的知识密集型复杂产品设计。在实际的设计过程中，设计人员往往需要借助于历史大量相似设计文件中包含的知识和经验进行工作。设计人员只凭记忆不可能快速准确地回忆起所有相似的设计文件，必须借助企业的设计档案管理系统来实现设计知识的重用。然而当前国内的建筑设计企业在设计档案管理方面存在诸多弊端，欠缺结构化的设计知识管理方法，使得设计文件的检索难以有效地实施，造成了不必要的重复设计，进而导致建筑设计企业整体效率低下。因此，改变传统的工程设计档案管理模式，在数字化、网络化的环境下研究基于信息技术的设计知识重用势在必行。
　　建筑设计过程包含了大量的知识和经验，并且相当复杂，无法用简单的规则或者模型进行表示。基于案例的推理(Case-based Reasoning，CBR)是一种基于知识的问题求解和学习方法，能够将以往的经验和具体问题情境（案例）下的特定的知识重用于新的问题情境，从而解决新的问题，特别适用于难以用统一的规则或模型表示而对经验要求较高的领域。因此，采用CBR方法管理建筑设计的案例知识具有天然的优势。另外，随着语义网的发展，本体(Ontology)在知识重用和信息检索领域的优势愈发明显。应用本体对案例知识进行表示与组织可有效弥补传统CBR系统的缺陷。
　　基于上述原因，本文将本体引入CBR方法，研究了建筑结构设计案例的表示与检索方法。首先阐述了本文的研究背景与意义，剖析了采用基于领域本体的CBR方法进行设计知识管理的重要性与可行性。其次详细介绍了CBR与本体的相关理论知识，为后续研究提供了理论基础。然后在已有的本体构建方法基础上，结合本文的研究目的和建筑结构设计领域的特点，构建了建筑结构设计本体框架，并实现了Protégé平台的本体建模。最后，提出一种设计案例的表示和检索方法:一方面采用本体化的特征向量表示方法对案例特征和设计实例进行了形式化定义，另一方面采取了二级案例检索的策略，即先用SPARQL查询语句对案例进行筛选，再针对数据型与对象型属性分别计算属性相似度，采用层次分析法进行属性权重确定，依据最近邻法计算案例的全局相似度并排序，从而实现设计案例的检索功能为设计工作提供支持。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 本体与CBR的结合

1．3 本文研究内容

2 CBR基本理论概述

2．1 CBR的起源与发展

2．2 CBR的基本原理

2．3 CBR的关键技术

2．3．1 案例的表示

2．3．2 案例的检索

2．3．3 案例的重用

2．3．4 案例的修正与学习

2．4 本章小结

3 基于本体的建筑结构设计知识建模

3．1 本体论

3．1．1 本体的含义

3．1．2 本体的形式化定义

3．1．3 本体的分类

3．1．4 本体的描述语言

3．1．5 本体的构建工具

3．2 建筑结构设计本体构建方法

3．2．1 确定本体的领域和范畴

3．2．2 构建领域本体框架

3．3 基于Protégé的建筑结构设计本体建模

3．3．1 类的创建

3．3．2 属性的创建

3．3．3 类的描述和定义

3．3．4 实例的创建

3．4 本章小结

4 基于CBR的建筑结构设计知识重用

4．1 建筑结构设计的特点

4．2 基于本体的案例表示

4．2．1 案例特征向量定义

4．2．2 案例实例定义

4．3 基于本体的案例检索

4．3．1 案例筛选

4．3．2 案例相似度计算

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢