本体理论在城市智能交通系统语义集成中的应用研究

【摘要】： 智能交通系统(ITS)是目前世界交通运输领域的前沿研究课题。我国政府已提出将ITS作为我国未来交通运输领域发展的重要方向和优先领域予以重点支持。因此,越来越多的交通运输企业和相关的职能部门都在不断地构建各种交通应用信息系统来管理运输资源。这些系统的运行效率很大程度上依赖于各子系统的资源共享与协同工作能力,为了更好地发挥这些系统在交通管理中的作用,实现出行者、车辆、道路和交通管理更大范围的高效管理,系统之间的信息共享和互操作的需求也越来越强烈。为了达到这一目的,必须解决ITS系统间信息的语义集成问题,只有这样,智能交通各系统之间信息才能相互理解、相互操作,实现“智能化”,提高交通信息的增值服务能力,延伸ITS的服务内容。 系统间要求信息互操作的同时也带来诸多新的问题,Kent指出“当一些通用的概念在不同的领域中用不同的方法处理时,会出现理解上的误差”。本体作为一种有效的语义建模方法,可以用来描述计算机处理数据的语义信息,并可对领域知识作无歧义的语义解释,因此,本体为ITS实现语义集成和应用提供了必要的条件,为智能交通领域信息的语义交互提供了关键的使能技术。 为此,本文将本体理论全面运用到ITS中,根据中国智能交通特色,以“九五”国家重点科技攻关项目“中国智能运输系统体系框架”的研究成果为依据,以智能交通应用系统为研究对象,以系统间能实现互操作和提高智能交通信息增值服务为目标开展本文的研究工作,本文的主要研究内容如下： (1)研究了中国ITS现有的业务应用和体系结构,提出了基于本体的ITS集成框架OITSIF。该框架为领域本体的构建提供了所需知识来源的依据,为基于本体的ITS语义集成的实现提供了信息、方法和技术的宏观指导。 (2)研究了智能交通领域本体的构建,提出了智能交通领域本体构建的方法论。领域本体的构建是实现系统语义集成的重要前提。本文分析了中国智能交通的特点,进行了智能交通领域本体模型构建的研究,提出了智能交通领域中服务本体和应用本体的构建模型和方法,定义了从ITS中抽取本体的规则,可通过算法实现本体的自动抽取,这为本体在ITS中的应用奠定了基础。 (3)研究了智能交通系统中的本体映射,提出了关系模式与本体的映射模型。关系模式与本体的映射是实现ITS语义集成的关键。本文提出的模型对关系模式采用特征提取并对本体进行候选映射处理,以提高映射效率；对可利用的信息采用多策略映射机制,以挖掘映射的语义关系；对属性映射问题将其转换成加权二部图的最优匹配问题,以提高映射的准确度,从而有效地提高了映射效率和准确度。 (4)研究了智能交通系统语义集成的应用,提出了基于语义搜索树的串并行Web服务自动组合方法。Web服务的自动组合是实现智能交通信息增值服务的关键技术。本文提出的方法通过构建语义搜索树将服务通过语义关联度进行关联组合,在构建语义搜索树的过程中采用组合优化方法,能快速发现部分满足服务请求的服务分散服务,并能将这些服务自动串并行组合成为大粒度的服务,且能较好的满足用户需求,这对于本体在ITS中的应用是一种有益的尝试。 (5)设计开发了从智能交通系统中抽取本体以及本体映射的原型系统,实现了文中提出的智能交通领域本体的构建和本体映射的方法。为本体在ITS语义集成中应用研究提供了解决思路。