基于本体知识库的近岸海域环境监测站点选址与优化研究

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近岸海域环境监测站点的布局设计是海洋环境监测工作开展的基础。目前,监测站点布局设计多根据历史站位以及传统的抽样思想进行点位布设,对专家经验依赖程度高,未充分利用监测站点领域丰富的知识,缺乏与相关地理要素的联系。另外,布局过程智能化不显著,布局效率低。因此,针对站点布局中知识表示不足以及智能化程度低的问题,本文尝试将本体理论应用于近岸海域环境监测站点选址与优化中,结合逻辑推理解决设计过程中存在的不足。具体研究内容和成果如下:(1)总结海洋环境监测站点的选址与优化的方法,研究本体知识库的现状并概述本体的相关理论知识;借鉴七步法,构建近岸海域环境监测站点布局领域本体,详细概述资料来源、枚举出关键术语、建立概念层次结构,明确概念间的属性关系以及分析实例添加特点,搭建本体知识库的核心框架;另外,以标准规范文件为基础,参考大量文献和借鉴专家经验,分阶段地抽取监测站点布局领域中隐含的选址和优化规则,以Jena规则语法进行形式化处理并存储。(2)以福州市近岸海域为研究区域,分别应用网格布点法、空间分析以及遥感技术获取近岸海域监测站点布局领域的监测站点实例与相关地理要素实例;通过对水质指标的筛选,利用BP神经网络水质评价模型,分析出近岸海域五月、八月和十月的水质状况;参考分层抽样布点思想,提出了近岸海域监测性代表单元的划分方式,获得区域生物生态状况,区分出区域主要污染因子。(3)利用protégé本体开发平台构建福州市近岸海域环境监测站点布局的本体模型,具体包括91个类、18条对象属、16条数据属性和171个本体实例;采用Jena推理机,结合规则库中的选址阶段规则,绑定本体的概念、属性关系以及站点实例到推理机,完成智能化的选址;利用动态贴近度法对选址阶段站点进行冗余识别,结合优化规则完成监测网络优化;采用T检验法对优化效果进行检验。结果表明优化前后差异性不显著,具有可行性,一定程度上提高了监测站点布局优化的智能化程度,增强了布局过程的逻辑性和客观性。(4)构建福州市近岸海域环境监测站点布局可视化系统,实现了领域知识空间信息的可视化、监测的网络本体信息的查询以及阶段性布局的过程展示;最后对现有监测网络与本文优化结果进行对比分析,并提出相应的实施建议,增强本体的复用程度,为解决同类问题提供决策支持。
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