基于语义关系的高速铁路领域本体集成与推理

摘要

本体作为一种能在语义和知识层次上描述信息系统的类模型建模工具,本质目的是领域知识的共享和重用。本体集成是为了解决不同本体之间的共享和交流,常应用于本体异构的情况,即不同的本体构建者对同一领域构建本体时,对概念进行了不同的语义划分。高速铁路领域由运营调度、通信信号、牵引供电、基础设施、动车组、客运服务等不同的专业领域构成,通用的本体集成方法不适用。
　　 为了将分别构建的各个专业子领域本体集成,本文以高速铁路为研究和应用对象,分析了以高速铁路为代表的技术系统组成,根据系统科学的观点,提取出其中以物质资源为导向,能量资源为动力,人类社会生活为交互的集成关系分类——物质、能量、信息三大关系,并以此为依据确定了高速铁路领域中各个子领域本体之间的关系。
　　 其次,按照本体的组织方式,基于本体信息集成中的单本体方法和多本体方法,本文提出基于本体视图的集成方法并构建高速铁路领域本体集成视图,将动车组本体和牵引供电本体进行集成。
　　 最后,设计了融合文件存储及关系数据库存储的混合本体存储模式,并把所集成的本体应用到文献资料库与专题数据库集成的高速铁路知识服务平台中,实现了五种方式的语义扩展查询及推理,从而实现了高速铁路知识的智能检索,为用户提供了更全面、有效的服务。
　　 本文提出的高速铁路本体集成相关理论和方法可借用于其他类似的多专业构成的技术系统领域,对面向信息资源集成的本体构建与信息服务组合研究具有借鉴参考价值。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 相关研究现状

1.2.1 本体构建

1.2.2 本体语义关系

1.2.3 本体集成

1.2.4 本体知识推理

1.3 本文的研究意义

1.4 研究内容与方法

1.4.1 研究内容与框架

1.4.2 研究方法

2 相关理论概述

2.1 本体及其描述语言

2.1.1 本体基本概念

2.1.2 Protégé

2.1.3 OWL本体描述语言

2.2 本体集成

2.2.1 本体集成理论

2.2.2 本体集成方法

2.3 本体语义检索与推理

2.3.1 语义扩展查询

2.3.2 知识推理

3 高速铁路领域本体语义关系分析

3.1 本体中主要关系类型

3.1.1 上下位关系

3.1.2 整体部分关系

3.1.3 自定义关系

3.2 高速铁路技术系统构成关系分析

3.2.1 高速铁路各子系统分析

3.2.2 高速铁路系统划分

3.2.3 物质系统分析

3.2.4 能量系统分析

3.2.5 信息系统分析

3.3 高速铁路领域本体集成关系分析

3.3.1 高速铁路领域本体构成分析

3.3.2 本体集成关系分类

4 基于语义关系的高速铁路领域本体集成

4.1 领域本体集成原则

4.2 集成本体的构建方案设计

4.2.1 单本体方法

4.2.2 多本体方法

4.2.3 本体集成视图

4.3 集成方案对比

4.4 动车组本体与牵引供电本体集成(片段)

4.4.1 本体集成概念图

4.4.2 本体集成视图构建过程

5 基于混合存储模式的语义检索与推理

5.1 本体存储模式设计

5.1.1 现有存储方法

5.1.2 混合存储模式设计

5.1.3 基于混合存储模式的本体语义检索设计

5.2 语义检索

5.2.1 本体查询

5.2.2 语义扩展检索

5.3 本体推理

5.3.1 本体知识表示的推理

5.3.2 推理工具Jena

5.3.3 语义检索的推理实现

5.4 系统开发与模拟

5.4.1 本体构建与集成工具

5.4.2 开发平台

5.4.3 原型系统展示

5.5 系统对比分析

5.5.1 存储方式对比

5.5.2 查询效率对比

6 结论及展望

6.1 全文工作总结

6.2 进一步工作展望

参考文献

附录A

作者简历

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