一种基于本体的茶树虫害知识表示和共享方法技术

本发明专利技术将本体引入茶树虫害知识表示和共享模型，提出一种基于本体的茶树虫害知识表示与共享方法，首先通过需求分析获取领域知识，然后利用本体技术及OWL语言解决领域知识有效表达地问题，最后基于ProtégéAPI接口提供领域知识的复用和共享。该方法实现了茶树虫害领域知识规范的形式化的表达，提高了茶树虫害领域知识共享重用效率，为茶树虫害防治、茶农生产决策等提供更有成效的知识服务平台，对于茶业生产质量的提高、茶产业信息化的发展具有一定的促进作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是计算机信息技术在农业领域的应用，主要是提出一种茶学领域虚拟本体建模方法。
技术介绍
茶是世界上广为流行的饮品，对人体具有延年益寿的作用。近年来，随着茶饮市场份额的提高、茶产业的飞速发展，对茶产业知识服务提出了更高要求。其中，茶树虫害防治，更是市场关注的研究热点。茶树虫害防治涉及茶学、生物学、植物保护学等多个学科交叉领域，知识系统内包含有大量、复杂的概念和关系。而有效的表达茶树虫害领域知识是诊断、防治茶树虫害，实现茶产业知识服务的基础和前提。领域知识表达方法主要有逻辑表示法、产生式表示法、框架表示法、语义表示法、XML表示法、本体表示法等等。逻辑表示法以谓词形式表示动作主客体，使用逻辑公式描述事物对象、性质、关系等，但不易实现不确定推理；产生式表示法，即IF-THEN表示法，IF后面描述规则的先决条件，THEN后面描述规则的结论，多用于陈述各种过程知识之间的控制及其相互作用机制，但难以表达结构性知识。本体是共享概念模型的明确的形式化规范说明，通过确定共同认可的领域内概念及概念间关系，在语义和知识层面上描述知识的模型。本体通常由概念、关系、实例、公理、函数五个建模元语组成，即O＝(C,R,I,A,F)。其中，C表示概念集合，R是关系集合，I代表实例，A代表公理集合，F则表示函数集合。
技术实现思路
针对茶树虫害领域规模庞大的知识体系，本专利技术在已有研究的基础上，将本体技术引入茶产业知识服务，提出一种基于本体的茶树虫害知识表示和共享方法，从庞大复杂的茶树虫害知识系统中抽象出易于重用的领域知识，确定领域内共同认可的概念和概念间关系，表达茶树虫害领域知识，构建领域知识本体库，生成领域知识共享平台，实现茶树虫害领域知识的有效表达、共享重用、组织管理等，是开展茶产业知识服务如茶树虫害诊断防治、茶树生产问题决策的基础工作。1、一种基于本体的茶树虫害知识表示和共享方法，其特征是步骤包括：1)知识获取：首先，通过需求分析确定知识表达为茶树虫害领域的所有相关知识；然后，通过茶树虫害领域的多个知识来源，搜集整理领域知识，充分获取领域相关的概念和概念间关系；最后，基于整理过的领域知识搭建本体逻辑框架即O＝(C,R,I,A,F)，定义知识表示本体的类C、属性R、实例I、公理A和规则F；知识表示本体以生物学分类法为标准，对茶树害虫概念进行分类；茶树虫害领域概念和概念间关系包括父子类关系、等价类关系、对象属性、数据属性；2)知识表达：2.1)类的构建茶树虫害领域中，将茶树害虫、茶树部位、茶区、危害方式、危害程度、形态特征、生态防治和害虫天敌定义为本体的顶层类；再分别设置子类或实例；2.2)属性构建本体属性包括对象属性和数据属性；对象属性用于关联两个实例，表达概念之间的非分类关系，具有反逆性、对称性和传递性约束；对象属性的定义域与值域分别确定关联的两个类；茶树虫害领域中定义茶树害虫与茶区、茶树部位、危害方式、危害程度、害虫天敌、害虫和害虫形态特征为关联的类，即对象属性设置为liveIn(茶区)、harm(茶树部位)、harmMode(危害方式)、harmDegree(危害程度)、eated(害虫天敌)、eat(茶树害虫)、pestMorphology(害虫形态特征)，其中pestMorphology(害虫形态特征)属性设置有子属性；数据属性使用基本数据类型来描述实例本身的特性；茶树虫害领域数据属性包括茶区特征、世代生活史、生活习性、危害症状、防治方法、害虫图片和天敌形态特征，各种防治方法则设置为数据属性的子属性；2.3)实例创建本体实例是类的成员，具有原子性；创建实例需要充分列举出各子类所包含的成员，并分别设置其数据属性和对象属性，完善每个实例的具体特性以及实例与实例之间的客观联系；茶树虫害领域实例集中在茶树害虫种类及形态特征两个概念；2.4)公理构建公理规则进一步阐述了概念和概念间关系；本体公理包括类的公理、属性公理、实例公理、约束公理和自定义规则；类的公理有DisjiontClasses、SubClassOf、EquivalentClasses，分别表达互斥类、父子类、等价类的定义；在构建类的同时定义类的三个公理；属性公理包括属性定义域、值域限定以及对称性和传递性约束；实例公理则指本体实例声明；约束公理分为值约束和基数约束，用于定义类的必要和充要条件；值约束包括AllvaluesSomevalues用于限制属性的值域；基数约束包括Maxcardinality(≤)、Mincardinality(≥)以及Exactcardinality(＝)，用于限制属性取值的个数；2.5)知识编码本体通过建模语言形式化地表达概念和关系，采用OWL语言对确定的茶树虫害领域知识进行编码，实现领域知识语义的形式化的表达，生成用户友好的茶树虫害本体库；编码过程是参照由万维网联盟W3C发布的OWL语法规则进行手工编码，或者是利用由斯坦福大学开发的protégé软件通过面向对象的形式进行编码。2.6)本体推理通过集成在protégé软件中的FaCT++推理机对茶树虫害领域本体进行推理检测；若检测出存在逻辑或实例冲突，则根据提示进行改正，并再次推理检查直至无误；2.7)本体评价本体评价包括概念评价和概念间关系评价：②概念评价，包括：概念完整性评价，即概念应该尽量包含该领域内的大多数基本和重要的概念；概念准确性评价，本体中定义的概念不但需要具有完整性，而且需要正确性；采用基于语料库的概念评价方法对茶树虫害领域本体分别进行完整性检测和准确性检测，测得准确率与召回率；②概念间关系评价，包括：关系准确性评价，即判断概念间关系的分类是否正确，符合客观事实；关系一致性检测，指判断本体中概念、断言以及与其它各种概念间的关系，前后定义是否有语义冲突；关系简洁性检测，指判断本体中概念间关系是否出现重复、冗余错误；采用基于概念语义相似度算法对茶树虫害领域本体概念间关系的一致性、准确性、简洁性等分别进行评价；概念通过其之间的关系相关联，因此，要评价概念间的关系是否正确，就要先评价该关系所关联的概念是否正确，本方案首先评价与关系相关联的概念与语料库中概念的语义相似度，若该语义相似度超过阈值，则说明关系所关联的概念是正确的，从而推导出关联这些概念的关系也是正确的。根据本体概念评价及关系评价所得结果判断为茶树虫害领域本体建模是否良好，领域知识表示是否达到原有目标，是否实现知识的共享和重用；3)知识共享通过茶树虫害本体实现领域知识有效的表达，并将领域知识作为茶树虫害领域知识库，添加ProtégéAPI接口，实现基于本体库的茶树虫害领域知识共享和重用平台；ProtégéAPI是为Web本体语言OWL和RDF(S)而实现的开源Java类库，该API提供了加载和保存OWL文件、查询和操作OWL数据模型。茶树虫害本体通过添加ProtégéAPI接口，能够更好的为茶树虫害知识服务提供支持，从而实现基于本体库的茶树虫害领域知识共享和重用。在本体库投入知识服务的过程中，对旧有的概念进行修改并增加新的概念知识，形式化地定义以及完善本体逻辑框架，最后对修改的知识进行编码，实现茶树虫害领域本体库相应的持续性的调整、维护和升级。进一步说，还包括茶树虫害领域知识获取模块、茶树虫害领域知识表达模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于本体的茶树虫害知识表示和共享方法，其特征是步骤包括：1)知识获取：首先，通过需求分析确定知识表达为茶树虫害领域的所有相关知识；然后，通过茶树虫害领域的多个知识来源，搜集整理领域知识，充分获取领域相关的概念和概念间关系；最后，基于整理过的领域知识搭建本体逻辑框架即O＝(C,R,I,A,F)，定义知识表示本体的类C、属性R、实例I、公理A和规则F；知识表示本体以生物学分类法为标准，对茶树害虫概念进行分类；茶树虫害领域概念和概念间关系包括父子类关系、等价类关系、对象属性、数据属性；2)知识表达：2.1)类的构建茶树虫害领域中，将茶树害虫、茶树部位、茶区、危害方式、危害程度、形态特征、生态防治和害虫天敌定义为本体的顶层类；再分别设置子类或实例；2.2)属性构建本体属性包括对象属性和数据属性；对象属性用于关联两个实例，表达概念之间的非分类关系，具有反逆性、对称性和传递性约束；对象属性的定义域与值域分别确定关联的两个类；茶树虫害领域中定义茶树害虫与茶区、茶树部位、危害方式、危害程度、害虫天敌、害虫和害虫形态特征为关联的类，即对象属性设置为liveIn(茶区)、harm(茶树部位)、harmMode(危害方式)、harmDegree(危害程度)、eated(害虫天敌)、eat(茶树害虫)、pestMorphology(害虫形态特征)，其中pestMorphology(害虫形态特征)属性设置有子属性；数据属性使用基本数据类型来描述实例本身的特性；茶树虫害领域数据属性包括茶区特征、世代生活史、生活习性、危害症状、防治方法、害虫图片和天敌形态特征，各种防治方法则设置为数据属性的子属性；2.3)实例创建本体实例是类的成员，具有原子性；创建实例需要充分列举出各子类所包含的成员，并分别设置其数据属性和对象属性，完善每个实例的具体特性以及实例与实例之间的客观联系；茶树虫害领域实例集中在茶树害虫种类及形态特征两个概念；2.4)公理构建公理规则进一步阐述了概念和概念间关系；本体公理包括类的公理、属性公理、实例公理、约束公理和自定义规则；类的公理有DisjiontClasses、SubClassOf、EquivalentClasses，分别表达互斥类、父子类、等价类的定义；在构建类的同时定义类的三个公理；属性公理包括属性定义域、值域限定以及对称性和传递性约束；实例公理则指本体实例声明；约束公理分为值约束和基数约束，用于定义类的必要和充要条件；值约束包括All valuesSome values用于限制属性的值域；基数约束包括Max cardinality(≤)、Min cardinality(≥)以及Exact cardinality(＝)，用于限制属性取值的个数；2.5)知识编码本体通过建模语言形式化地表达概念和关系，采用OWL语言对确定的茶树虫害领域知识进行编码，实现领域知识语义的形式化的表达，生成用户友好的茶树虫害本体库；编码过程是参照由万维网联盟W3C发布的OWL语法规则进行手工编码，或者是利用由斯坦福大学开发的protégé软件通过面向对象的形式进行编码。2.6)本体推理通过集成在protégé软件中的FaCT++推理机对茶树虫害领域本体进行推理检测；若检测出存在逻辑或实例冲突，则根据提示进行改正，并再次推理检查直至无误；2.7)本体评价本体评价包括概念评价和概念间关系评价：①概念评价，包括：概念完整性评价，即概念应该尽量包含该领域内的大多数基本和重要的概念；概念准确性评价，本体中定义的概念不但需要具有完整性，而且需要正确性；采用基于语料库的概念评价方法对茶树虫害领域本体分别进行完整性检测和准确性检测，测得准确率与召回率；②概念间关系评价，包括：关系准确性评价，即判断概念间关系的分类是否正确，符合客观事实；关系一致性检测，指判断本体中概念、断言以及与其它各种概念间的关系，前后定义是否有语义冲突；关系简洁性检测，指判断本体中概念间关系是否出现重复、冗余错误；采用基于概念语义相似度算法对茶树虫害领域本体概念间关系的一致性、准确性、简洁性等分别进行评价；评价方法为：首先评价与关系相关联的概念与语料库中概念的语义相似度，若该语义相似度超过阈值，则说明关系所关联的概念是正确的，从而推导出关联这些概念的关系也是正确的；若该语义相似度不超过阈值，则说明关系所关联的概念不是正确的，从而推导出关联这些概念的关系也不是正确的；根据本体概念评价及关系评价所得结果判断为茶树虫害领域本体建模是否良好，领域知识表示是否达到原有目标，是否实现知识的共享和重用；3)知识共享通过茶树虫害本体实现领域知识有效的表达，并将领域知识作为茶树虫害领域知识库，添加ProtégéAPI接口，实现基于本体库的茶树虫害领域知识共享和重用平台；在本体库投入知识服务的过程中，对旧有的概念进行修改...

【技术特征摘要】
1.一种基于本体的茶树虫害知识表示和共享方法，其特征是步骤包括：1)知识获取：首先，通过需求分析确定知识表达为茶树虫害领域的所有相关知识；然后，通过茶树虫害领域的多个知识来源，搜集整理领域知识，充分获取领域相关的概念和概念间关系；最后，基于整理过的领域知识搭建本体逻辑框架即O＝(C,R,I,A,F)，定义知识表示本体的类C、属性R、实例I、公理A和规则F；知识表示本体以生物学分类法为标准，对茶树害虫概念进行分类；茶树虫害领域概念和概念间关系包括父子类关系、等价类关系、对象属性、数据属性；2)知识表达：2.1)类的构建茶树虫害领域中，将茶树害虫、茶树部位、茶区、危害方式、危害程度、形态特征、生态防治和害虫天敌定义为本体的顶层类；再分别设置子类或实例；2.2)属性构建本体属性包括对象属性和数据属性；对象属性用于关联两个实例，表达概念之间的非分类关系，具有反逆性、对称性和传递性约束；对象属性的定义域与值域分别确定关联的两个类；茶树虫害领域中定义茶树害虫与茶区、茶树部位、危害方式、危害程度、害虫天敌、害虫和害虫形态特征为关联的类，即对象属性设置为liveIn(茶区)、harm(茶树部位)、harmMode(危害方式)、harmDegree(危害程度)、eated(害虫天敌)、eat(茶树害虫)、pestMorphology(害虫形态特征)，其中pestMorphology(害虫形态特征)属性设置有子属性；数据属性使用基本数据类型来描述实例本身的特性；茶树虫害领域数据属性包括茶区特征、世代生活史、生活习性、危害症状、防治方法、害虫图片和天敌形态特征，各种防治方法则设置为数据属性的子属性；2.3)实例创建本体实例是类的成员，具有原子性；创建实例需要充分列举出各子类所包含的成员，并分别设置其数据属性和对象属性，完善每个实例的具体特性以及实例与实例之间的客观联系；茶树虫害领域实例集中在茶树害虫种类及形态特征两个概念；2.4)公理构建公理规则进一步阐述了概念和概念间关系；本体公理包括类的公理、属性公理、实例公理、约束公理和自定义规则；类的公理有DisjiontClasses、SubClassOf、EquivalentClasses，分别表达互斥类、父子类、等价类的定义；在构建类的同时定义类的三个公理；属性公理包括属性定义域、值域限定以及对称性和传递性约束；实例公理则指本体实例声明；约束公理分为值约束和基数约束，用于定义类的必要和充要条件；值约束包括AllvaluesSomevalues用于限制属性的值域；基数约束包括Maxcardinality(≤)、Mincardinality(≥)以及Exactcardinality(＝)，用于限制属性取值的个数；2.5)知识编码本体通过建模语言形式化地表达概念和关系，采用OWL语言对确定的茶树虫害领域知识进行编码，实现领域知识语义的形式化的表达，生成用户友好的茶树虫害本体库；编码过程是参照由万维网联盟W3C发布的OWL语法规则进行手工编码，或者是利用由斯坦福大学开发的protégé软件通过面向对象的形式进行编码。2.6)本体推理通过集成在protégé软件中的FaCT++推理机对茶树虫害领域本体进行推理检测；若检测出存在逻辑或实例冲突，则根据提示进行改正，并再次推理检查直至无误；2.7)本体评价本体评价包括概念评价和概念间关系评价：①概念评价，包括：概念完整...

【专利技术属性】
技术研发人员：李绍稳，张筱丹，刘超，耿凡凡，许高建，李景霞，徐济成，杨阳，沈杰，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34