（模式识别与智能系统专业论文）基于本体的预案数字化研究.pdf

u n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yo fc h i n a adi s s er t a t i o nf orm a s t er sd e g r e e on t olo g y b a s e d p r e p l a nd i g i t a lr e s e a r c h a u t h o r sn a m e ：y u a n m i a og u i s p e c i a l i t y p a t t e r nr e c o g n i t i o na n di n t e l l i g e n ts y s t e m s u p e r v i s o r ：r e s e a r c h e r r u j i n gw a n g f i n is h e dt i m e ：d e c e m b e f1 5 鹏。2 0 1 0 中国科学技术大学学位论文原创性声响 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确 的说明。 作者签名：扭 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入中国学 位论文全文数据库等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 口公开口保密( 年) 摘要 摘要 自然灾害等突发事件的高频率发生及其危害程度的日益严重促使应急信息 系统的建设成为中国发展的重要战略之一。历经多年的发展，我国已经初步建成 国家突发公共事件应急预案体系，在我国减灾防灾工作中发挥了重大作用。自然 灾害应急救助应急预案是针对有可能发生的重大事故和( 或) 灾害，为保证迅速 高效地开展应急救援行动、降低事故的损失而事先制定的科学的计划和方案，是 应急处置管理工作的重要基础和依据。当前的应急系统建设存在了诸多问题，其 关键在于缺少一种有效的知识表示理念作为指导。为此提出将本体工程方法引入 应急领域的自然灾害应急救助应急预案知识表示，在指导和规划应急系统建设的 同时实现对自然灾害应急救助应急预案知识的管理。 文章重点研究了自然灾害应急救助应急预案知识的表示，对于怎样实现自然 灾害应急救助应急预案知识管理的终极目标提出了相应的解决方案。在理论和技 术上取得了如下研究成果： 1 、采用目前比较成熟的本体工程方法构建了预案知识本体结构模型。在分 析预案知识本体结构的特点的基础上将该模型分拆成两层的组织元素应急 预案静态本体和应急处置业务流程本体，分别表示应急领域中预案知识的静态事 实知识和在处理应急事务时使用的动态推理知识，形式化地描述了应急领域内的 概念及概念之间的关联关系。 2 、在借鉴国内外知识表示模型的基础上，针对应急预案知识本体结构模型 的特点，提出了用知识框架超图和产生式表示应急领域内的预案知识的方法。知 识框架超图描述了应急预案中涉及到的所有概念以及概念之间的关系，产生式则 描述了概念之间关系的种类和具体表现形式。该方法在减少对专家的依赖性和利 用现有成果，以及便于业务人员和技术人员相互沟通和人机对模型的共同理解实 现等方面具有良好效果。 3 开发了应急领域中预案知识数字化管理系统原型，验证了预案知识本体模 型的有效性，并为应急领域中的预案知识的抽取、存储、表示、共享和创新提供 一个平台。 关键词：应急预案本体数字化知识表示知识管理 a b s t r a c t na t u r a ld l s a s t e r sa n do t h e re m e r g e n c i e so c c u r i n g w i t hh i g hf r e q u e n c va n dt h e g r o w i n gl e v e lo fh a r mt oo u rs o c i e t yf a c i l i t a t e de m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e mi n t om e 1 m p o n a ms t r a t e g i cd e v e l o p m e n to fo u r c o u n t r y a f t e ry e a r so fd e v e l o p m e n t ，c h i n ah a s p r e l i m i n a r i l ye s t a b l i s h e dt h en a t i o n a ls y s t e mo fp u b l i ce m e r g e n c yc o n t i n g e n c y p l a n s u l s a 8 t e rp r e v e n t i o nw o r ki nc h i n ah a s p l a y e dam a j o rr o l e a sa l li m p o r t a n tb a s i sa i l d t o u n d a t l o n ，e m e r g e n c yp l a ni sp l a n sa n dp r o g r a m sf o ram a j o ra c c i d e n ta i l d 衙1 d l s a s t e rt h a tm i g h t o c c u r ，t oe n s u r er a p i da n de f f i c i e n tc o n d u c to fe m e r g e n c yr e s c u e 叩e r a t i o n s ，a n dt or e d u c ea c c i d e n t sa n dl o s s o fs c i e n t i f i ca d v a n c et o d e v e l o d o o n s t r u c t i o no ft h ec u r r e n te m e r g e n c ys y s t e mh a sm a n yp r o b l e m s t h ek e vo f t h i s p r o b j 锄i st h el a c ko fa ne f f e c t i v ek n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o nc o n c e p ta sag u i d e t k s p r o p o s e dt h ei n t r o d u c t i o no fo n t o l o g ye n g i n e e r i n gf o rk n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o no f t n ea r e ao fc o n t a n g e n c yp l a n si ng u i d i n ga n d p l a n n i n gt h ec o n s t r u c t i o no fe m e r g e n c y s y s t e mw h i l ea c h i e v i n gt h ee m e r g e n c yp l a nf o rt h ea r e ao f k n o w l e d g em a n a g e m e n t 上j a p e rf o c u s e so nk n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o na n dp l a nr e u s e t h ec o r r e s p o n d i n g s o l u t i o nw a s p u tf o r w a r df o rp l a nf o rh o wt oa c h i e v et h eu l t i m a t eg o a lo fk n o w l e d g e m a n a g e m e n t t h ef o l l o w i n gf i n d i n g sh a v eb e e nm a d e i nt h e o r ya n dt e c h n 0 1 0 9 v ： 1 ，u s m gc u r r e n tm o r em a t u r eo n t o l o g ye n g i n e e r i n gm e t h o d s ，t h ep l a no n t o l o g y m o d e lw a sc o n s t r u c t e di nt h ea n a l y s i so ft h e c h a r a c t e r i s t i c so ft h es t r u c t u r e p l a i l o n t o l o g ym o d e ls p l i ti n t ot w oe l e m e n t so nt h eo r g a n i z a t i o n c o n t i n g e n c y p l a n ss t a t i c o n t o l o g ya n de m e r g e n c yr e s p o n s eb u s i n e s sp r o c e s so n t o l o g y , r e s p e c t i v e l yp r e s e n t i n g t h ef i e l do fe m e r g e n c y r e s p o n s ep l a n sf o rt h es t a t i cf a c t so fk n o w l e d g ea n dk n o w l e d g e md e a l l n gw i t he m e r g e n c ym a t t e r su s eo f d y n a m i cr e a s o n i n gk n o w l e d g e t h ep l a n o n t o j o g ym o d e lf o r m a l l yd e s c r i b e st h ec o n c e p to fe m e r g e n c yi nt h ef i e l da n dm e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o n c e p t s 2 ，o nt h eb a s i so fk n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o nm o d e lf r o mh o m ea i l da b r o a d a n d t h ec h a r a c t e r i s t i c so f o n t o l o g ys t r u c t u r em o d e lo fc o n t i n g e n c yp l a n s ，p a p e rp r o p o s e d m em e t h o da b o u tt h e f r a m e w o r ko fh y p e r g r a p h sw i t ht h e k n o w l e d g ea n dt h e p r o d u c t i o np l a no fk n o w l e d g ee m e r g e n c ya r e a h y p e r g r a p hk n o w l e d g ef r a m e w o r k d e s c n b e da l lt h e c o n c e p t si nt h ec o n t i n g e n c yp l a na n dp r o d u c t i o nd e s 嘶b e st 1 1 e r e 上a t i o n s h l pb e t w e e nt h et y p ea n ds p e c i f i cm a n i f e s t a t i o n sr e l a t e dt ot h ec o n c 印to f t h e r e l a t l o n s n i pb e t w e e nt h ec o n c e p t s t h em e t h o dh a sg o o dr e s u l t st or e d u c ed e p e n d e n c e o nt h ee x p e r t sa n dt h eu s eo f e x i s t i n gr e s u l t s ，a n dt of a c i l i t a t eb u s i n e s sa n dt e c h n i c a l h i j i i 4 目 i 曼 意 # a b s t r a c t s t a f ft oc o m m u n i c a t ea n dm a c h i n et oa c h i e v eac o m m o nu n d e r s t a n d i n go ft h em o d e l a n ds o 3 d e v e l o p e d ac o n t i n g e n c yp l a n d i g i t a lk n o w l e d g em a n a g e m e n ts y s t e m p r o t o t y p ef o r t h ef i e l dt o v e r i f yt h ev a l i d i t yo ft h ep l a no n t o l o g ym o d e l ，a n d k n o w l e d g eo fc o n t i n g e n c yp l a n si nt h ef i e l do fe x t r a c t i o n ，s t o r a g e ，s a i dt op r o v i d ea p l a t f o r mf o rs h a r i n ga n di n n o v a t i o n k e yw o r d s ：e m e r g e n c yp l a n ，o n t o l o g y , d i g i t a l ，k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o n ， k n o w l e d g em a n a g e m e n t i v 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录v 第1 章绪论l 1 1问题的背景1 1 2 研究的目的与意义4 1 3 研究思路、方法与手段5 1 3 1 研究思路5 1 3 2 研究方法5 1 3 3 实验手段5 1 4 研究特色及创新点6 1 5 论文结构体系6 第2 章本体相关研究9 2 1 本体的定义及作用9 2 2 本体的建模原语9 2 3 本体的表示语言1 0 2 4当前本体研究的特点1 1 2 5 本章小结1 2 第3 章预案知识结构分析与表示方法1 3 3 1 预案知识结构分析1 3 3 1 1 预案知识的定义和特点1 3 3 1 2 预案知识结构模型1 5 3 1 3 预案知识的核心要素1 7 v 。j 铅4 i 啊v 骘蝴目瓤 目录 3 2 预案知识表示方法1 8 3 2 1 选择预案知识表示方法的原则1 8 3 2 2 预案知识的本体表示方法的优势2 0 3 3 本章小结2 1 第4 章预案知识本体及实现2 3 4 1 预案知识本体2 3 4 1 1 预案知识本体形式定义2 3 4 1 2 预案本体知识库形式定义2 4 4 1 3 预案知识本体o w l 实现2 5 4 1 4 预案知识本体曼彻斯特描述2 8 4 1 5 预案知识本体无圈性检验3 0 4 2 预案知识本体实现3 1 4 2 1 系统组成3 l 4 2 2 系统层次划分3 1 4 2 3 系统工作流程3 2 4 2 4 预案知识提取与管理3 3 4 2 5 预案模板管理4 2 4 2 6 预案制修4 7 4 2 7 预案版本管理4 9 4 2 8 界面总体结构5 l 4 3 应用与评价5 3 4 4 本章小结5 4 第5 章结论与展望5 5 5 1 研究结论5 5 5 2 后续研究5 6 参考文献5 9 致谢6 l v i 6 2 目录 v m 冻自 然灾害，2 0 0 9 年海地发生的“1 1 2 ”8 0 级特大地震自然灾害以及智利发生的 “2 2 7 ”8 8 级特大地震自然灾害都是人类当前面临的非常规的特大的自然灾 害。当前，中国已经是全世界上受自然灾害的影响最严重的国家之一，据国际灾 害数据库中统计结果显示，在2 0 世纪全球范围内死亡人口数最多及直接经济损 失量最大的1 0 0 次自然灾害当中，分别有2 4 次自然灾害和1 7 次自然灾害发生在 中国境内n 1 。中国在1 9 0 0 至1 9 4 9 年间自然灾害就造成了至少3 3 0 万人死亡，平 均情况下每年死亡2 1 万人数以上，平均情况下每年受灾人口数在2 2 亿左右， 大约占同期全国总人口数的4 9 乜1 。新中国成立以后，尽管加强了减灾能力方面 的建设，但自然灾害问题仍然是影响中国经济建设及社会发展的重大问题之一。 建国初期( 1 9 5 0 - 1 9 7 9 年) ，平均情况下每年的全国自然灾害的总受灾人口数约 有为1 1 亿，约占全国总人口数的1 5 ，造成的直接经济损失量达到1 2 0 0 0 亿元 ( 按1 9 9 0 年的价格来核算) ，平均约每年4 1 4 亿元，大约相当于同期内全国国内 生成总值以及全国财政收入总量的8 8 和2 9 o 乜1 。1 9 8 0 2 0 0 0 年，全国范围内 平均每年受灾人口数3 3 亿，共造成1 2 0 0 4 2 人口死亡，平均每年死亡人口达6 6 6 9 人，造成的直接经济损失量约平均每年9 0 1 亿元，大致相当同期全国国内生成总 值以及全国财政值的5 2 并1 13 0 2 。进入2 1 世纪后，中国所面对自然灾害形势 愈加严峻乜1 。近几年来( 2 0 0 0 - 2 0 0 8 年) ，中国范围内平均每年各类自然灾害造成 约4 2 3 亿人( 次) 受灾，死亡约1 2 1 5 1 人，紧急转移安置人口约1 0 6 1 8 4 万人， 倒塌房屋约2 8 7 9 万间，直接经济损失约3 2 8 7 9 9 亿元。特别是中国2 0 0 8 年发 生的“5 1 2 ”汶j | l 特大地震造成了四川、甘肃、陕西、重庆等1 6 个省( 市区) 、 4 1 7 个县( 市区) 、4 6 2 6 个乡镇、4 6 5 7 4 个村庄受灾，受灾面积大约4 4 万k m 2 ， 据统计数据显示汶川特大地震造成直接经济损失量为8 4 51 亿元，遇难人1 3 数为 6 9 1 4 2 人，失踪人1 3 数约1 7 5 5 1 人，受灾人1 3 数高达4 6 1 6 万人以上，重灾区域 内房屋倒塌大约有6 5 2 5 万间，房屋损坏大约有2 3 1 4 3 万间。从自然灾害的 角度分析，当前中国的应急管理工作所面临的形势已经“进入突发事件高危期”， 并且在未来很长一段时间内，中国都将面临自然灾害所带来的严峻考验。 当前的自然灾害形势对中国政府的应急管理工作提出了新的要求。党中央和 国务院高度重视自然灾害应急管理工作，已经把防灾和减灾作为实现当前经济社 会的可持续发展的总体目标的重要保障。面对新时期内突发事件的依然严峻的形 第1 章绪论 势，中国已经把完善自然灾害应急管理工作作为构建社会主义和谐社会的重要任 务之一。从党“十六大”开始，中国政府全面地加强了自然灾害应急管理的工作。 党十六届三中、四中全会中明确地提出“要建立健全社会预警体系，提高保障公 共安全和处置突发事件的能力”。国务院分别在2 0 0 6 年1 月和2 0 0 7 年8 月相继 颁布实施了国家突发公共事件总体应急预案及突发事件应对法。2 0 0 7 年 党“十七大”的报告中提出了“坚持安全发展，完善突发事件应急管理机制” 的要求。2 0 0 8 年3 月，温家宝总理在政府的工作报告中指出“要加强应急体系 和机制建设，提高预防和处置突发事件的能力：加强对现代条件下自然灾害特点 和规律的研究，提高防灾减灾能力”。针对当前自然灾害的严峻的形势，胡锦涛 总书记于2 0 0 8 年6 月在两院院士大会上提出“必须把自然灾害预测预报、防灾 减灾工作作为关系经济社会发展全局的一项重大工作进一步抓紧抓好”的要求， 并在全国抗震救灾总结表彰大会上，再次提出了“要进一步加强防灾减灾工作， 显著提高防灾减灾能力。提高防灾减灾能力，是保护人民生命财产安全、保卫改 革开放和社会主义现代化建设成果的必然要求”口，。 从全球应急管理理念的演进过程以及研究现状来看，各国的应急管理工作都 建立在各国自身的不同国情之上，公共安全的发展也据各国自身不同的发展时期 而有其特定的发展模式以及发展历程h 3 。中国政府在加强自然灾害应急管理工作 中，突出重点，抓住核心，建立制度，打牢基础，围绕应急预案、应急管理体制、 机制和法制建设( 即“一案三制 ) ，初步形成了具有中国特色的自然灾害应急管 理体系崎。自然灾害应急管理是中国的4 大公共安全领域中的重要组成部分。近 几年来，中国的基于“一案三制”的自然灾害的应急救助体系逐步得到完善。中 国出台了突发事件应对法等一系列法律法规，逐步完善了与自然灾害应急管 理工作相适应的法制法规建设；确立了自然灾害应急管理的“政府主导、分级管 理、社会互助、生产自救”机制，并明确了政府在减灾救灾工作中的主要义务和 责任h 1 ；组建了国家减灾委，建立了由国务院统一领导、国家减灾委综合协调、 有关部门分工协作和负责的自然灾害应急管理的综合协调体制，减灾委成员单位 之间的协调机制已初步建成。在中国的自然灾害应急管理工作的“一案三制”体 系中，应急预案是自然灾害应急管理工作的龙头，是自然灾害应急管理工作的起 点。国务院于2 0 0 5 年5 月颁布了国家自然灾害救助应急预案。民政部门在各 级政府的领导下，积极开展自然灾害救助应急预案( 简称救助应急预案) 制定工 作。目前，中国已经开展了国家级、省级( 直辖市、自治区) 、地市级( 自治州、 盟) 、县区级和乡镇( 街道) 级救助应急预案的基础建设工作，至此五级的自然 灾害应急预案体系已初步形成，与各个涉灾部门的涉灾自然灾害应急预案相结合 初步够成了“纵向到底、横向到边”的自然灾害救助应急预案体系口3 。在应对近 2 第1 章绪论 年来发生的重特大自然灾害，特别是在应对2 0 0 8 年年初发生的南方低温冷冻雨 雪冰冻自然灾害和2 0 0 8 年发生的“5 1 2 ”汶川特大地震自然灾害两次巨大自然灾 害过程中，自然灾害应急管理工作的实践结果再次表明，自然灾害救助应急预案 在实际减灾救灾工作中发挥了至关重要的作用。 但是，目前中国的部分市级、县级和城乡级等基层的自然灾害救助应急预案 的制定工作尚未彻底完成，现有的自然灾害救助应急预案的质量也参差不齐，制 定和修订自然灾害救助应急预案的任务仍然十分艰巨。中国的自然灾害救助应急 预案目前存在的问题主要有8 | ：实用性较差，没有结合本地区发生及可能发生 的实际自然灾害的时空分布等特点，针对性地提出适合本地区自然灾害的自然灾 害救助应急预案，而是采取“拿来主义”借鉴它人的自然灾害救助应急预案， 甚至是一抄了之；衔接紧密性较差，自然灾害救助应急预案的启动条件指标、响 应等级指标和响应措施的设置不完善，与同级的涉灾应急预案及上下级的自然灾 害救助应急预案的衔接不科学，缺乏此预案和彼预案之间必要的预案衔接，在不 同程度上影响了应急处置工作的效果；可操作性较低，自然灾害救助应急预案的 部分条文原则性过强，缺乏必要的细节设计，没有在本区域自然灾害发生的条件 背景下制定自然灾害救助应急预案，导致自然灾害发生后许多救灾情况需要依赖 临时发布行政命令的方式来处理和临时建立必要的协调机制去运行；预案的更新 较慢，自然灾害救助应急预案的编制过程是一个长期性的繁重工作，自然灾害救 助应急预案的体系结构及具体的内容都需要随着本地区社会的发展、自然灾害发 生环境的变化和减灾救灾经验的积累而不断进行变化调整，从这个角度出发，有 必要对目前的应急救助应急预案体系进行分门别类的管理，并实现版本等方面的 控制，记录并体现出自然灾害救助应急预案编制的演迸过程。因此，必须对该类 应急救助应急预案进行充实、调整和修订1 。 由于中国目前的自然灾害应急救助预案多是以文本形式编制的，对于编制完 成的文本形式的自然灾害应急预案，我们常用预案演习的手段去检验自然灾害应 急预案的实用性、衔接性以及可操作性。但是，预案演习的手段在实际应用过程 中实施难度较大，这就要求将数字化概念引入到应急管理工作中，构建数字化的 应急预案体系。数字预案是在现有预案的基础上发展起来的，利用人工智能、数 字、信息、计算机、网络和数据库等现代技术将文本形式的应急预案进行标准化、 形式化和结构化的表示口3 。数字化预案可以被计算机正确的识别解析并处理，进 而生成可执行的具体应急处理方案。数字化预案可以根据应急预案的应急处置流 程，在自然灾害事态发展的即时信息的基础上，形成全面、具体、具有较强针对 性的直观高效的灾害应急执行方案，使应急预案的制订和执行能够达到规范化、 可视化的水平。和文本形式的预案相比，数字化形式的预案的优点有以下几点： f 洲“ 实现文本形式的自然灾害救助应急预案的标准化、结构化、自动化和智能化的信 息系统处理。 研究成果可以直接应用于当前的应急管理工作和应急信息系统建设的设计 与实现当中，具有较强的针对性和实用性，具有广阔的应急管理应用背景和巨大 4 第1 章绪论 的应急管理应用需求，对于进步提高各项应急处置工作的效率及应急管理的水 平有着极其重要的实际意义。同时，将本体知识表示方法和本体知识管理理念应 用于应急领域中，对于应急领域中知识的语义表示的复用和创新进行相关研究， 在理论研究上带有一定的前沿性。 1 3 研究思路、方法与手段 1 3 1研究思路 以国内外自然灾害救助应急预案数字化管理研究的最新成果与成功应用实 践的分析为基础，针对国内乃至世界范围内普遍存在的应急处置管理工作和应急 信息系统建设中的难题，围绕如何实现文本形式的自然灾害救助应急预案的标准 化、结构化、自动化和智能化的信息系统识别和处理这一主线，进行理论、方法 和技术改善等方面的研究。以文本形式的自然灾害救助应急预案为研究用例，以 人工智能领域内的本体知识表示方法等研究手段为应急处置管理工作及应急信 息系统建设中的设计和实现提供自然灾害救助应急预案数字化支持，并通过自然 灾害救助应急预案数字化管理系统原型验证研究目标。 1 3 2 研究方法 从应急处置管理工作的业务流程中抽象出应急预案知识本体结构模型，在进 行应急预案知识本体知识表示等处理的基础上，进行面向应急处置管理工作和应 急信息系统建设中设计和实现的文本形式的自然灾害救助应急预案的标准化、结 构化、自动化和智能化的信息系统识别和处理的研究与设计，并以实现应急预案 数字化管理系统原型为检验的手段。研究和设计过程中采用的方法如下： 1 规范、实证相结合：实证研究作为规范研究的基础，规范研究的成果指导 实证研究。采用理论方法和系统原型实现相结合的技术路线，通过系统原型的设 计和研制，验证并推动相关的理论和方法的变革以及创新。 2 多学科的知识技术结合：运用本体知识表示、本体知识管理、应急管理等 多学科的技术和方法来解决当前应急处置管理工作和信息系统建设的设计和实 现中遇到的难题。 1 3 3 实验手段 针对应急处置管理工作和应急信息系统建设的设计和实现中文本形式的自 第1 章绪论 。然灾害救助应急预案的标准化、结构化、自动化和智能化的信息系统识别和处理 中应急预案的数字形式化表示难题，采用以下实验手段来保证研究成果的开放 性、实用性和可行性。 1 对国内外相关文献进行检索，结合国内外人工智能领域中最新的本体知识 表示方法的成功应用实践不断完善研究的理论体系。采用国内外最新本体技术， 综合已有的本体研究成果，高起点地实施数字化预案管理的研究，同时紧跟国际 标准，保证研究成果的开放性。 2 以民政部门拥有的自然灾害救助应急预案文本资料和数据库为典型，进行 实证研究，并利用实证研究成果对其进行实证分析，检验研究成果的实用性。 3 以自然灾害救助应急预案的标准化、结构化、自动化和智能化的信息系统 识别和处理为重点，从民政部门拥有的自然灾害救助应急预案文本资料和数据库 中选择1 0 0 , - - - 2 0 0 个文本形式的应急预案作为研究目标，利用统计软件、模拟仿 真等试验手段分析相关数据。根据分析结果，完善研究内容，保证研究成果的可 行性。 1 4 研究特色及创新点 本文的研究特色及创新点主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 以本体知识表示和本体知识管理方法为指导，对自然灾害救助应急预 案的知识结构进行分析，构建了自然灾害救助应急预案的本体知识表示结构模 型。 ( 2 ) 结合应急处置管理工作的业务流程和应急信息系统建设的设计和实现 中自然灾害救助应急预案数字化需求的特点，在分析比较现有的知识表示方法的 基础上，选择出适合于自然灾害救助应急预案数字形式化的本体知识表示方法。 ( 3 ) 根据自然灾害救助应急预案知识模型结构的分析结果，建立基于本体 知识表示方法的自然灾害救助应急预案知识模型的基本框架，并针对所建模型的 结构特点分析基于本体知识表示方法的自然灾害救助应急预案知识模型的验证 问题，以使模型在逻辑上保持一致性。此外，对自然灾害救助应急预案知识本体 模型在应急信息系统的设计和实现中的应用做了初步的探索。 1 5 论文结构体系 第一章绪论阐述了本文的问题背景、研究目的及意义、研究思路方法和 手段、研究特色及创新点。 6 第1 章绪论 第二章本体相关研究对本体及相关概念、本体知识表示、本体知识管理 等，特别是对国内外本体技术在自然灾害救助应急预案数字形式化中的应用的相 关研究情况进行了综述，重点分析了自然灾害救助应急预案知识表示方法等相关 研究的进展及其不足，作为论文研究的起点。 第三章预案知识结构分析及其表示方法根据应急处置管理工作的业务 流程和应急信息系统建设的设计和实现中自然灾害救助应急预案数字化需求的 特点，对自然灾害救助应急预案相关的知识进行梳理，构建了自然灾害救助应急 预案的知识结构模型，并分析了自然灾害救助应急预案的核心知识要素。结合自 然灾害救助应急预案知识结构的特点和现有各种知识表示方法的优缺点分析，确 定自然灾害救助应急预案的本体知识表示方法。 第四章预案知识本体及实现构建了自然灾害救助应急预案的本体知识 模型，给出了自然灾害救助应急预案本体知识模型的实例。基于所建立的自然灾 害救助应急预案本体知识模型开发了自然灾害救助应急预案数字化管理系统原 型，通过实际应用检验所建自然灾害救助应急预案本体知识模型的科学性和有效 性。 第五章结论与展望对全文进行了总结。阐述了已经完成的主要工作，即 分析了自然灾害救助应急预案知识结构及其特点，构建了自然灾害救助应急预案 的本体知识模型，开发了自然灾害救助应急预案数字化管理系统原型，通过实际 应用对研究成果进行实证。 7 8 第2 章本体相关研究 第2 章本体相关研究 从前文分析可知，构建数字化应急救助应急预案体系的前提是将文本形式的 自然灾害救助应急预案进行形式化的描述。本体理论和技术的发展应用为应急处 置管理工作和应急信息系统建设的设计和实现中的应急预案数字化形式表示提 供了一条崭新的途径。本章节主要介绍有关本体的相关研究。 2 。1 本体的定义及作用 本体( o n t o l o g y ) 的概念来自于哲学领域，是对客观存在的物质的抽象描述， 其主要关心于客观存在的事实的本质抽象n 3 1 ，n e c h e s 等人于1 9 9 1 年把本体的概 念引入人工智能领域n 引。1 9 9 3 年，美国斯坦福( s t a n f o r d ) 大学知识系统实验室 ( k s l ) 的g r u b e r 博士提出了目前为止较为流行的本体定义，“本体是用来帮助程 序和人共享知识的相关概念的规范描述，本体论是概念模型的明确的规范说明” 【1 5 o 目前，在人工智能领域内被广为接受的本体定义是由s t u d e r 等人给出的：“本 体是共享概念模型的明确的形式化规范说明”，该定义含有4 个方面的含义：“概 念模型”中的概念用于抽象客观现实中发生的独立于具体的环境状态的现象 ( p h e n o m e n o n ) 的本质；“明确”表示所涉及到的概念、概念间的关系及使用该概 念及其关系的约束条件具有明确的语义说明；“形式化 意味着本体中的概念及 概念间关系的语义是计算机可识别并处理的：“共享”则表示本体中描述的知识 是共同认可的，其反映的是相关领域中普遍公认的概念集合n 副。 本体的目标在于捕获领域相关的知识并提供共同理解该领域内知识的语义 基础。本体用形式化地方式明确确定该领域内普遍认可的词汇，并明确给出词汇 ( 或术语) 间关联关系的语义定义和使用限制条件的说明。从应用角度来看，本体 是领域内不同主体之间进行交流的语义基础。本体在知识表示和共享等方面的作 用体现在以下几个方面：不同组织或领域间的信息交流；系统集成及互操作时的 语义交流等1 7 】。 2 2 本体的建模原语 p e r e z 等人在有关文献中按分类法中的方法组织并归纳出本体的5 个基本建 模元语( m o d e l i n gp r i m i t i v e s ) ：类( c l a s s e s ) ，关系( r e l a t i o n s ) ，函数( f u n c t i o n s ) ， 9 第2 章本体相关研究 公理( a x i o m s ) 以及实例( i n s t a n c e s ) u 副。 概念可以用以描述如工作、功能、行为、推理策略等任何客观存在的事物。 关系代表领域中概念间的关联关系，形式定义为1 3 维笛卡儿积的子集 尺c 。c ：c 。函数是关系中较为特殊的一类，其前面n 一1 个概念元素可 以决定并惟一决定后面一个概念元素；函数可以形式化地定义为 f ：c 。c ：c h c 。公理描述了推理时需要使用的永真断言，形式化地 定义为厂：c ，c ，c 。- - - ) t r u e 。实例描述概念外延中包含的元素。 概念之间有4 种基本的关系：p a r t o f ，k i n d o f ，i n s t a n c e o f 和a t t r i b u t e 。o f 。 p a r t o f 描述概念之间的部分和整体的关联关系；k i n d o f 描述概念之间的父子 继承关系，和面向对象编程模型中的父子类间的继承关系相类似；i n s t a n c e o f 描 述实例和概念之间的关系，与面向对象编程模型中的对象与类间的关系相类似； a t t r i b u t e o f 描述某个概念是另一个概念的属性，对应于面向对象编程模型中的类 的属性成员类型。 2 3 本体的表示语言 本体的表示方式主要分成形式化、半形式化、半非形式化和非形式化4 大类 u 引。目前，常见的本体描述语言有d l 、r d f 、r d f s 、o n t o l i n g u a 、o k b c 、o c m l 、 f l o g i c ，l o o m ，x o l ，s h o e 、o i l ，d a m l ，d a m l + o i l 、t m ，c y c l ，o w l 由莹 2 0 寸 。 在众多描述本体的语言中，基于x m l 的本体描述语言是目前使用最普遍的语 言，如o n t o l i n g u a 2 1 。、c y c l 2 2 1 和l o o m 1 以及w 3 c 推荐的面向w e b 应用的本体 描述语言o w l 等。 1 、o n t o l i n g u a 主要用于在本体服务器上提供创建本体的功能。o n t o l i n g u a 为构造和维护本体提供了统一的、计算机可识别并处理的方式。o n t 0 1 i n g u a 基 于k i f ( k n o w l e d g ei n t e r c h a n g ef o r m a t ) 提供规范的统一格式来构建本体。使用 o n t o l i n g u a 构造的本体能够方便地转换到p r o l o g 、i d l 、c l i p s 、l o o m 、e p i k i t 和a l g e m o n 等其他知识表示方式的推理系统中，将本体的维护系统与具体使用 本体的目标系统分离开来。其缺点是弱小的推理功能。 2 、c y c l 是c y c 系统的体系庞大而非常灵活的本体描述语言，其以一阶谓词 演算为基础，扩充等价推理、缺省推理等推理功能，使其自身具有二阶谓词演算 的部分功能。c y c l 语言的环境配有较强功能逻辑推理的推理机。但是，c y c l 不 是w e b 上的推荐标准，很难作为全部网络资源的本体语言规范来使用。 3 、l o o m 是o n t o s a u r u s 的基于一阶谓词逻辑演算的定义最完备、功能最齐 1 0 絷2 章本体相关研究 全的本体描述语毒。它楚科，高级编程语畜，隶膦攒述逻辑( d e s c r i p t i o nl o g i c ) 体系。l o o m 提供声明性的表达能力强的规范说明语骞，提供强大的演绎接理 能力，提供多种编程风格和知识库服务。l o o m 发展蔚的p o w c r l o o m 语言魁 k i f 的变体，采孀前后链觌燹l ( b a c k w a r da n df o r w a r dc h a i n e r ) 作为其推理蛇概捌 提供逻辑推理筢力。l o o m 的缺点在于二阶谓词逻辑的表达能力弱小和缺乏囱 命名公理的定义以及实例声明的支持。 4 、w 3 c 提跬 的包含o w ll 琏 w e b 语言堆栈如图2 】所示。虽然在推理功 能方蕊o w l 不及c y c l ，但o w l 作为w 3 c 的推荐标准、与其他本体攒述语亩 的兼容性和交互性以及底层语法符合x m l 标准格式等决定了o w l 在对网络资 源标注及本体构建等方藤具有7 阔的应用| j 最。 从曼j 前已有的本体描述语言及其优缺点来看o w l 是目前较好的本体描述爵 i i | e 圈2 1 面向语义网的语育栈 2 4 当前本体研究的特点 目前，被，。”泛成功使用的本体应用系统包括国外的w o r d n e t 、f r a m e n e t 、 g u m 、m i k r o k o s m o s 、o n t o s e e k 、c y c 和国内的知网( h o w n e t ) 。通过对这热本体 应用系统的分析，可以归纳出以下几个当前本体研究的特点： ( 1 ) 早期的本体研究工作豳绕词典、叙词表等领域词汇资源开展。面向的领 域主要是机器翻译和低级的自然语言处理等。 ( 2 ) o n t o s e e k 稚c y c 产生和发展标志着真正意义上基于本体的应用系统的出 现。o n t o s e e k 采取客广= 端! j l 委务器( c s ) 结构作为其推理机结构，进行与綦于关 第2 露本体相关研究 键词检索有本质上区别的基于内容的语义捡索。