基于贝叶斯网络的语义地理信息服务组合方法研究

来源 :中国科学院遥感应用研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jaky111
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地理信息服务已经前所未有的走进人们的生活,影响着人们生活的方方面面,甚至改变着人们的生活方式,但如果经常使用这些服务,就会发现它们或多或少还不能很好的满足人们的个性化和人性化的需求,因为它们还不能很好的理解人们的自然语言,人们的需求也是千变万化,纷繁复杂的,可能需要组合不同服务提供商的服务才能完成人们的一个请求。因此,对于语义信息的理解与处理和对地理信息服务的自动发现与组合成为目前地理信息服务研究的热点方向。   Goodchild曾指出“地理信息系统的发展是被需求牵引的”,这个需求包括科学上的需求和应用上的需求,地理信息科学的发展,日积月累的遥感影像和海量空间数据使人们逐渐被淹没在空间信息的浩渺烟波之中,更多的数据并没有为人们带来更多的信息和知识,越来越多的数据自从被接收或者生产出来以后,就没有被发现或使用,成了信息垃圾,因此空间数据的知识发现和应用是人们目前面临的重要问题,而如何来发现和挖掘空间信息,则牵引了地理信息服务的发展,地理信息服务使空间数据的发现和应用从研究机构走向社会大众,这无疑大大促进了空间信息的应用。   语义地理信息服务是地理信息服务和语义Web两大先进技术发展趋势的融合,语义地理信息服务一方面保留和发展了地理信息服务的功能,同时又吸收了语义Web的特点,引入本体来标记地理信息服务的语义信息,促进地理信息服务发现和组合的自动化,进一步促进了地理信息服务走向普通社会大众,进一步服务社会和企业。   本文针对某烟草企业面临的地理信息服务与业务流程整合的实际需求,同时又希望基本保留现有的系统架构,因此,本文提出以SOA架构为基础的整合思路,以建立地理信息服务为基础,结合语义Web技术和贝叶斯网络技术,构建企业内部的地理信息服务整合框架,基本实现了企业所面临的地理信息服务与业务逻辑进行无缝整合的要求。完成的主要工作有:   1、提出了建立企业地理信息服务库,实现与企业业务流程逻辑的无缝整合的解决方案。   数字烟草项目在原有业务系统与地理信息系统整合的过程中,提出融为一体、无缝整合的目标,因此本文作者在设计之初,就决定采用地理信息服务的方式,来整合地理信息服务。本文作者在项目实践中,以ESRI公司的ArcGIS Engine和ArcIMS软件为基础,建立了企业业务流程中所需求的包括地理地图服务、地理数据服务、地理编码服务和地理处理服务等完整的地理信息服务库,很好的满足了项目提出的地理信息无缝整合到业务流程中的需求。   2、建立了地理信息服务的OWL-S本体。   由于企业在调用地理信息处理的过程中,经常会需要组合不同的包括地理信息服务和普通Web服务在内的各种服务来形成服务链,已完成某项复杂的业务流程,因此需要考虑到服务自动组合的需求,因此本文作者在实践中采用OWL-S服务本体描述语言建立了地理信息服务的语义描述。为实现地理信息服务的自动组合打下良好的基础。   3、建立了地理本体、地理信息服务质量和地理信息服务的贝叶斯网络推理框架。   烟草企业采用了农业、国土和水利等多个行业的分类体系,形成了对烟草体系内各种地物的不同描述,因此建立的地理本体之间存在着概念上和范围上的重叠、包含、泛化、部分相交等复杂的关系,而这些关系如果采用基于逻辑推理的本体映射方式,就不能描述这种不确定关系的定量信息。本文在实验中采用贝叶斯网络工具来对这种不确定性进行概率推理,取得了较好的效果。   在互联网上提供相同功能的地理信息服务已经越来越多,因此服务质量就在服务选择中起着越来越重要的作用,企业内部更加重视服务质量,因为优质高效的服务能够给企业带来时间和效益上的提升,通常基于服务质量的服务选择模型,都是根据服务质量各个要素的描述、根据不同的权重来计算一个服务质量的归一化值来表示服务质量的高低。本文在两个方面提出了改进的方案:一是通过服务监测代理来周期性的监测服务质量的部分要素,这样可以形成非常可靠的,并且是针对用户的、个性化的服务质量数据库;二是根据监测代理得到的数据,采用贝叶斯网络推理工具来推理未知的部分要素,并进一步得出服务质量的总体评价。并且可以通过记录服务执行过程中的结果和过程数据,来影响和更新服务质量数据库。   互联网的Web2.0正进行的如火如荼,各种面向用户的个性化服务扑面而来,而企业信息化领域还处于传统的Web1.0时代,所有的信息查询和业务流程都是统一的和明确层次化的,而较少考虑到用户的个性化需求。本文在充分调研用户需求的基础上,提出根据用户的身份和历史习惯,来提供给用户个性化的服务方案,同样本文作者也采用了贝叶斯网络的推理方式,来给用户推荐最接近和最可能的下一步服务链接。   本文的主要创新点有:   1、初步分析了地理信息服务在组合过程中存在的一系列不确定和不完全问题。   地理概念之间各种复杂的关系对于地理本体集成造成了非常大的困难,引起了很多研究者的注意,但如何处理这类问题,却一直是从事地理本体研究的学者还没有彻底解决的问题。而地理本体是语义地理信息服务在组合过程中的语义基础,而同时地理信息服务本身也存在着服务质量、服务能力、服务组合等方面的不确定性和不稳定性。本文在这些方面进行了初步的探讨。   2、建立了基于贝叶斯网络的地理信息服务组合的框架与模型。   本文提出了根据贝叶斯网络来进行地理本体概念分类映射的基本方法和思路。   在地理信息服务组合过程中,面临着需要根据服务质量来选择服务,本文采用服务监测代理来测量和统计部分服务质量要素的准确数据,然后通过贝叶斯网络工具来推理其他要素的质量和服务质量的总体优劣程度,以使服务组合代理在根据服务质量选择服务时,可以更快的做出选择,这在服务数量日趋膨胀的今天,具有非常重要的意义。同时贝叶斯网络还具有学习和自动更新的能力,这可以促进服务选择的准确率的进一步提高。   企业信息系统中传统的层次模式,限制了用户在所需要的服务之间进行个性化选择的需求,并可能造成用户效率的降低,本文在采用贝叶斯网络工具分析用户上下文信息和服务使用历史记录的基础上,给用户列出他可能感兴趣的服务链接,实现服务的动态交互组合,避免了用户在业务操作中的反复转向,可以使用户的思路保持连贯从而提高工作效率。   3、实现对地理信息服务的高效整合,促进企业应用个性化服务的发展,提高了服务质量。   本文在项目实践的需求引导下,将贝叶斯网络工具在多个层面应用到地理信息服务与企业业务流程的整合过程中,以不确定性理论支持地理信息服务的企业融合,不仅可以促进企业业务系统在面临复杂的不完全信息和不确定信息时,实现对地理信息服务的高效整合,还可以通过对用户上下文信息和服务调用历史记录的分析和推理,促进企业地理信息服务的个性化发展,有效提高服务质量,改善用户体验。对于企业地理信息整合,具有一定的参考价值。
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