专利名称：用于减灾应急决策知识库系统的控制方法
用于减灾应急决策知识库系统的控制方法所属领域本发明涉及计算机和人工智能应用领域，特别涉及用于减灾应急决策知识库系统的控制方法。
背景技术：
自然灾害是全人类面临的自然现象，近年来全球频发的自然灾害给人类社会造成了巨大的生命和财产损失，自然灾害成为世界各国面临的共同挑战。中国是世界上自然灾害最为严重的国家之一，伴随着全球气候变化以及中国经济快速发展和城市化进程不断加快，中国的资源、环境和生态压力加剧，自然灾害防范应对形势更加严峻复杂。自然灾害种类多、分布地域广、发生频率高、造成损失重是中国自然灾害的特点，其中 1990-2008年十九年间，平均每年因各类自然灾害造成约三亿人次受灾，倒塌房屋三百多万间，紧急转移安置人口九百多万人次，直接经济损失二千多亿元人民币。当前和今后一个时期，在全球气候变化背景下，出现地震、洪涝、干旱、滑坡、泥石流、台风、低温雨雪冰冻、森林草原火灾、农林病虫害等自然灾害可能性增多。进入二十一世纪后，随着社会经济的发展， 人口和财富的聚集，中国面对自然灾害的形势更加严峻，自然灾害发生频繁，所造成的重大损失已形成了不断扩大的趋势。为了积极应对自然灾害，最大程度地减少自然灾害对人民群众的生命和财产带来的损失，促进社会全面、协调、可持续发展，专家系统、决策支持系统、基于知识的系统(knowledge-based system)等智能系统已经应用于减灾应急救助中，如日本建筑署建设研究所等政府机构建立了防震减灾应急系统；俄罗斯科学院地震中心等单位开发了 EXTREMUM防震减灾系统；美国国家建筑科学研究所研制的HAZUS系统等。智能系统在应用过程中表现为以下几个特征领域知识类型繁多，知识表示方法各有优缺点；问题求解所需领域知识表现为异构性和复杂性；例如机械设计既要依靠领域知识来求解问题，同时也依靠其丰富的设计经验来推理；智能应用系统日益综合和集成化。目前广泛应用的产生式表示法、框架表示法、语义网络表示法、案例推理表示法、面向对象表示法和描述逻辑表示法等知识表示方法在描述过程中都有各自的缺陷，单一的知识表示与建模方法已不能满足智能系统应用的需要。基于混合知识表示与建模方法将多种知识类型融合，建立复杂、异构知识源环境下面向用户的自适应知识管理系统，对于克服单一知识表示与建模方法的局限性，发挥多种知识表示方法的长处具有重要作用。检索得出，中国专利号CN200910115809. 8，授权公告日2011. 12. 21，发明人王家
耀等公开了用于综合管网地理信息系统的一体化三维数据建模方法。该方法包括步骤为 (I)对城市综合管网要素进行抽象；(2)构建城市综合管网的变化事件；(3)构建城市综合管网要素拓扑关系；(4)根据城市综合管网本质特征与规律建立城市综合管网要素语义关系模型；(5)建立城市综合管网物理数据模型，通过城市综合管网数据的物理组织，实现上述集合数据模型与属性数据、关系的关联。不足之处在于系统建模所需数据的获取缺乏基于用户交互的规则知识获取、案例知识获取、模型知识获取以及方案知识获取；系统建模缺乏对多种结构的知识源进行语义融合以及知识一致性检验；数据服务缺乏与用户交互，根据用户背景资料提供自适应知识检索服务；通过查新检索，2011年南通大学机械工程学院的李丽英等，在《机械设计》，Vol. 28, No. 4中，分析了目前常用的单一知识表示及混合知识表示存在的不足，提出了把几种单一知识表示方法按照本体的原理组成一种基于本体混合型的知识表示方法。将该方法应用于组合机床夹具设计系统中，提高了产品的设计效率。目前复杂、异构知识源的混合知识表示与知识建模方法适用面窄，难以与领域专家、用户形成良好的互动；缺乏混合知识模型的统一共享存储模型。随着我国各行业对于知识服务需求的不断加强，亟待集成现有各种知识表示方法在描述能力和建模方面的优势， 建立面向用户多种需求的混合知识表示及其建模机制。
发明内容
发明目的针对减灾应急领域的规则知识、方案知识、模型知识和案例知识的混合知识表示与建模，提出一种用于减灾应急决策知识库系统的控制方法，该方法能够提高减灾应急决策领域知识的管理能力，为我国各级民政部门提供智能化、个性化、专业化知识服务，有效解决减灾应急服务“知识管理”问题。同时，该方法对建立其它行业的知识库系统也具有指导意义。本发明的技术方案是一种用于减灾应急决策知识库系统的控制方法，包括获取子系统、建模子系统、索引子系统、服务子系统和减灾知识数据库，用于减灾应急决策知识库系统支持的减灾知识数据库，实现减灾知识的形式化表达；特别是，用于减灾应急决策知识库系统的控制方法执行步骤是a、知识库初始化将与执行任务的顺序控制或伺服控制程序存入系统的程序存储器；启动该用于减灾应急决策知识库系统工作，CPU按系统的程序存储器内容读取指令、执行操作，并根据所执行指令的内容更新程序计数器；b、系统向子系统扩展当所执行的指令为打开指令时，程序计数器更新与通用计算机相同，在获取子系统的系统控制器上设一个以上分布接口，使用于减灾应急决策知识库系统向获取子系统、 建模子系统、索引子系统和服务子系统进行扩展；C、建立减灾知识平台通过获取子系统中系统控制器的主控接口建立多层次多主体联盟，即通过多个主体协作组以星型层次进入多主体分类联盟，建立减灾知识平台；d、知识获取，数据处理获取子系统中的人机交互知识获取面向用户，通过主控接口建立知识获取主体联盟，知识获取主体联盟通过规则知识获取主体、方案知识获取主体、模型知识获取主体和案例知识获取主体获取知识，获取子系统中的系统控制器由主控接口、数据处理模块和知识提取模块组成，主控接口根据HTTP协议与减灾知识数据库建立连接，数据处理模块对人机交互知识获取输出的知识进行数据处理；e、知识形式化提取将获取子系统中数据处理模块输出的知识，通过知识提取模块进行结构化特征及相关信息进行知识形式化提取，得到多种知识单元；f、知识单元导入减灾知识数据库
将获取子系统中知识提取模块输出的知识单元，通过系统控制器的主控接口导入减灾知识数据库；g、知识建模、知识一致性检验建模子系统基于知识建模与用户、索引子系统以及减灾知识数据库交互，通过知识建模主体联盟获取建模信息，同时接收索引子系统传递的知识单元索引和知识描述，构建多级知识，建模子系统中的检验器对多级知识进行知识一致性检验，知识检验主体联盟将检验通过的多级知识导入减灾知识数据库中，并反馈到索引子系统中；h、建立索引数据库索引子系统中的索引器与建模子系统中的知识建模以及减灾知识数据库交互，将减灾知识数据库中五种知识库的知识再通过索引子系统中索引器的分析，即通过词典、多级知识索引、知识单元索引、知识描述的分析，建立索引数据库；i、用户检索得到减灾知识结果服务子系统基于知识服务主体联盟建立面向用户的自适应检索服务，基于用户接口获取检索条件，检索器根据用户的需要和兴趣自适应调整检索意向，获取减灾知识数据库中五种知识库的索引信息，用户接口反馈给用户检索结果。作为对现有技术的进一步改进知识获取主体联盟，包括星型层次的知识获取主体协助组、规则知识获取主体、方案知识获取主体、模型知识获取主体、案例知识获取主体；知识建模主体联盟，包括星型层次的知识建模主体协助组、框架建模主体、知识单元建模主体、单元关联建模主体；知识检验主体联盟，包括星型层次的矛盾检验主体、冗余检验主体、推理环路检验主体、规则从属检验主体；其中，对建模子系统中知识建模输出的多级知识进行树状图表示，通过检查树林中是否存在叶节点相同的树，建立矛盾检验主体；通过检查各节点的子节点集合与其超子节点集合，即子节点的子节点，是否存在相同的元素，建立冗余检验主体；通过检查各节点的子节点集合与其父节点以及超父节点集合，即父节点的父节点，交集是否为空，建立推理环路检验主体；通过检查各节点的子节点集合，包括复合子节点，元素间是否存在包含关系，建立规则从属检验主体；知识服务主体联盟，包括星型层次的知识服务主体协助组、领域专家服务主体、知识工程专家服务主体、知识建模用户服务主体；减灾知识数据库包括多级知识库、规则库、模型库、案例库和方案库；多级知识库是由多个知识单元组成的多层次知识模型，其中知识单元是对知识建模主体联盟中框架建模主体或知识单元建模主体或单元关联建模主体的框架作进一步分解，分别包括规则知识、模型知识、案例知识和方案知识的形式化表示，还包括索引子系统中索引器的知识单元索引和知识描述。本发明的有益效果是现有技术中面向复杂、异构知识源的知识库系统多以一种知识表示方法为混合知识表示主体，知识建模方法适用面窄，难以与领域专家、用户形成良好互动，目前没有面向减灾应急领域并且集成案例库、方案库、模型库和规则库的具有混合知识表示与建模的知识库系统。本发明方法中建立减灾知识数据库，实现减灾知识的形式化表达，知识获取主体联盟不断获取案例知识、方案知识、模型知识和规则知识等多种知识，最后将多种知识导入减灾知识数据库中，知识建模主体联盟对减灾知识数据库中的多种知识进行多级知识建模，建模结果通过知识检验主体联盟进行知识一致性检验，最后导入减灾知识数据库中，在多级知识建模过程中，通过索引子系统的索引器分析，建立多级知识库、案例库、方案库、模型库和规则库的索引，知识服务主体联盟与用户交互，根据用户的不同需要和兴趣自适应调整检索意向，反馈给用户知识索引的结果排序。本发明将减灾应急领域的规则知识、方案知识、模型知识和案例知识进行混合知识表示与建模，从复杂适应系统这一全新的角度，以减灾应急决策知识服务为应用背景，建立减灾应急知识获取、知识建模、知识检验与知识服务主体联盟，即通过多个主体协作组以星型层次进入多主体分类联盟，并组成多主体联盟实验环境，从而建立减灾知识平台。目前国内减灾应急决策知识库系统，特别是个性化、自适应的减灾知识库系统还处于技术突破的前沿，因此用于减灾应急决策知识库系统的控制方法为提高减灾应急决策领域知识的管理能力，为我国各级民政部门提供智能化、个性化专业化的知识服务，能够有效解决减灾应急服务“知识管理”问题。同时，该方法对建立其它行业的知识库系统也具有指导意义。
图I是用于减灾应急决策知识库系统的控制方法流程图；图2是用于减灾应急决策知识库系统的控制方法实施方框图；图3是本发明的减灾知识平台示意图；图4是本发明的多级知识树状图。
具体实施例方式下面结合附图和方法流程对本发明的具体实施方式
作进一步解释图I是用于减灾应急决策知识库系统的控制方法的流程图。减灾应急决策知识库系统开始启动(步骤100);知识库系统初始化(步骤110)； 然后，在获取子系统的系统控制器上设一个以上分布接口，实现系统向子系统扩展(步骤 120);通过多个主体协作组以星型层次进入多主体分类联盟，建立减灾知识平台(步骤 130);知识获取，数据处理通过获取子系统中主控接口建立与减灾知识数据库的连接，将人机交互知识获取输入的规则知识、方案知识、模型知识和案例知识等多种知识进行数据处理(步骤140);知识形式化提取对多种知识进行结构化特征及相关信息的知识形式化提取 (步骤150);通过获取子系统中主控接口将将提取的知识单元导入减灾知识数据库(步骤 160);知识建模、知识一致性检验实现与用户交互获取建模信息，同时与索引子系统交互获取获取规则知识、方案知识、模型知识和案例知识等多种知识的索引信息，对多种知识构建减灾应急决策的多级知识模型，多级知识模型经过知识一致性检验后导入到减灾知识数据库中(步骤170);索引子系统在与建模子系统的知识建模以及减灾知识数据库的交互过程中，建立包括规则知识、方案知识、模型知识和案例知识的多种知识索引库以及多级知识模型的索引库，从而建立索引数据库(步骤180);服务子系统中的用户接口通过用户检索 (步骤190)，获取检索条件，服务子系统的检索器接收检索条件，结合用户背景信息，挖掘出用户兴趣模式，自适应调整知识检索意向，返回检索信息(步骤200);如果用户继续检索信息(步骤210);是则重复步骤190至步骤210，若否，则检索结束(步骤220)。图2是用于减灾应急决策知识库系统的控制方法实施方框图，图3是本发明的减灾知识平台示意图，图4是本发明的多级知识树状图。在图2中包括获取子系统、建模子系统、索引子系统和服务子系统，在图3中包括知识获取主体联盟、知识建模主体联盟、知识检验主体联盟和知识服务主体联盟。首先，获取子系统建立知识获取主体联盟，获取子系统中的人机交互知识获取与用户交互，获取子系统中的系统控制器由主控接口、数据处理模块和知识提取模块组成，其中主控接口基于规则知识获取主体、方案知识获取主体、模型知识获取主体和案例知识获取主体建立知识获取主体联盟，实现规则知识、方案知识、模型知识和案例知识等多种知识的获取，同时实现数据处理模块和知识提取模块的通信，根据HTTP协议与减灾知识数据库建立连接，数据处理模块对人机交互知识获取输出的多种知识进行数据处理，知识提取模块将数据处理模块输出的多种知识进行结构化特征及相关信息的知识形式化提取，通过主控接口将知识数据导入减灾知识数据库中。其次，建模子系统基于知识建模与用户、索引子系统交互，通过可视化界面获取建模信息通过框架建模主体、知识单元建模主体和单元关联建模主体建立知识建模主体联盟，基于索引子系统传递的知识单元索引和知识描述构建多级知识，同时建模子系统中的检验器对多级知识进行知识一致性检验，基于矛盾检验主体、冗余检验主体、推理环路检验主体和规则从属检验主体建立知识检验主体联盟，将检验通过的多级知识导入减灾知识数据库中，同时多级知识索引反馈到索引子系统中；然后，索引子系统中的索引器与建模子系统中的知识建模以及减灾知识数据库交互，对减灾知识数据库中规则知识、模型知识、案例知识和方案知识等多种知识，通过索引子系统中索引器的分析，即通过词典、多级知识索引、知识单元索引、知识描述的分析，建立多种知识单元的索引数据库，并将多种知识单元索引和知识描述传递给建模子系统中的知识建模，同时对知识建模传递的多级知识通过索引器的分析，建立多级知识索引数据库；最后，服务子系统基于用户接口与用户交互，基于领域专家服务主体、知识工程专家主体和知识建模用户服务主体建立知识服务主体联盟，同时通过服务子系统中检索器与索引子系统交互，检索器根据用户的需要和兴趣自适应调整检索意向，反馈给用户规则知识单元、模型知识单元、案例知识单元、方案知识单元和多级知识的索引排序结果。索引子系统包括索引器和索引数据库，索引器包括如下四部分一、词典词典是知识单元实现特征项、存储记录地址和其对应编码的工具。对于知识库系统而言，特征项和存储记录地址是中文或英文的不定长字符串。显然这不利于系统的存储和运算。通过词典，将这些不定长的数据转换成系统唯一的整型编码，能够节省系统的存储空间，同时提高了检索中最常用的运算——比较运算的运行效率。二、多级知识索引通过词典，一个多级知识单元特征项被翻译为系统唯一的编码。利用这个编码，可以找到这个特征项对应的多级知识单元的一级索引的入口。一级索引中包含两个数据，一是该特征项对应的知识单元索引的入口地址偏移量，二是各级知识单元索引项的个数。三、知识单元索引知识单元索引是一个索引项列表，它通过多级知识索引获得。 知识单元索引表中每一项代表检索特征项对应的一个结果知识单元概要描述，包括该知识单元的编码，特征项与该单元的可信度权值。四、知识描述是检索到的知识单元信息，用户通过知识单元编码获得它。知识单元用于对规则知识、方案知识、模型知识和案例知识的形式化描述，由获取子系统导入减灾知识数据库。系统控制器还实现规则知识获取主体、方案知识获取主体、模型知识获取主体和案例知识获取主体协议及IP地址解析高速缓存功能，多主体分类联盟的多个获取主体按照HTTP协议负责通过用户交互获取多种知识，为提高知识获取速度和效率，通常可以启动上百个获取主体同时工作。多主体分类联盟的多个获取主体同时对搜集回来的信息内容进行分析处理。在获取子系统的系统控制器上设一个以上分布接口，使用于减灾应急决策知识库系统向获取子系统、建模子系统、索引子系统和服务子系统进行扩展；在图4中多级知识是由框架和多个知识单元组成，其中框架是复杂问题，复杂问题包括多个子问题组合，每个子问题对应求解所需的知识单元，每个知识单元包括索弓I子系统中索引器的知识单元索引和知识描述，每个知识单元用于对规则知识、方案知识、模型知识和案例知识的形式化描述。多主体分类联盟中的知识检验主体联盟，以星型结构建立并设有矛盾检验主体、 冗余检验主体、推理环路检验主体、规则从属检验主体；其中，对建模子系统中知识建模输出的多级知识进行树状图表示，通过检查树林中是否存在叶节点相同的树，建立矛盾检验主体；通过检查各节点的子节点集合与其超子节点集合(即子节点的子节点)，是否存在相同的元素，建立冗余检验主体；通过检查各节点的子节点集合与其父节点以及超父节点集合(即父节点的父节点)，交集是否为空，建立推理环路检验主体；通过检查各节点的子节点集合(包括复合子节点)的元素间是否存在包含关系， 建立规则从属检验主体。
权利要求
1.一种用于减灾应急决策知识库系统的控制方法，包括获取子系统、建模子系统、索引子系统、服务子系统和减灾知识数据库，用于减灾应急决策知识库系统支持的减灾知识数据库，实现减灾知识的形式化表达；其特征在于，用于减灾应急决策知识库系统的控制方法执行步骤是a、知识库初始化将与执行任务的顺序控制或伺服控制程序存入系统的程序存储器；启动该用于减灾应急决策知识库系统工作，CPU按系统的程序存储器内容读取指令、执行操作，并根据所执行指令的内容更新程序计数器；b、系统向子系统扩展当所执行的指令为打开指令时，程序计数器更新与通用计算机相同，在获取子系统的系统控制器上设一个以上分布接口，使用于减灾应急决策知识库系统向获取子系统、建模子系统、索引子系统和服务子系统进行扩展；C、建立减灾知识平台通过获取子系统中系统控制器的主控接口建立多层次多主体联盟，即通过多个主体协作组以星型层次进入多主体分类联盟，建立减灾知识平台；d、知识获取，数据处理获取子系统中的人机交互知识获取面向用户，通过主控接口建立知识获取主体联盟， 知识获取主体联盟通过规则知识获取主体、方案知识获取主体、模型知识获取主体和案例知识获取主体获取知识，获取子系统中的系统控制器由主控接口、数据处理模块和知识提取模块组成，主控接口根据HTTP协议与减灾知识数据库建立连接，数据处理模块对人机交互知识获取输出的知识进行数据处理；e、知识形式化提取将获取子系统中数据处理模块输出的知识，通过知识提取模块进行结构化特征及相关信息进行知识形式化提取，得到多种知识单元；f、知识单元导入减灾知识数据库将获取子系统中知识提取模块输出的知识单元，通过系统控制器的主控接口导入减灾知识数据库；g、知识建模、知识一致性检验建模子系统基于知识建模与用户、索引子系统以及减灾知识数据库交互，通过知识建模主体联盟获取建模信息，同时接收索引子系统传递的知识单元索引和知识描述，构建多级知识，建模子系统中的检验器对多级知识进行知识一致性检验，知识检验主体联盟将检验通过的多级知识导入减灾知识数据库中，并反馈到索引子系统中；h、建立索引数据库索引子系统中的索引器与建模子系统中的知识建模以及减灾知识数据库交互，将减灾知识数据库中五种知识库的知识再通过索引子系统中索引器的分析，即通过词典、多级知识索引、知识单元索引、知识描述的分析，建立索引数据库；i、用户检索得到减灾知识结果服务子系统基于知识服务主体联盟建立面向用户的自适应检索服务，基于用户接口获取检索条件，检索器根据用户的需要和兴趣自适应调整检索意向，获取减灾知识数据库中五种知识库的索引信息，用户接口反馈给用户检索结果。
2.根据权利要求I所述用于减灾应急决策知识库系统的控制方法，其特征是所述知识获取主体联盟，包括星型层次的知识获取主体协助组、规则知识获取主体、方案知识获取主体、模型知识获取主体、案例知识获取主体。
3.根据权利要求I所述的用于减灾应急决策知识库系统的控制方法，其特征是所述知识建模主体联盟，包括星型层次的知识建模主体协助组、框架建模主体、知识单元建模主体、单元关联建模主体。
4.根据权利要求I所述用于减灾应急决策知识库系统的控制方法，其特征是所述知识检验主体联盟，包括星型层次的矛盾检验主体、冗余检验主体、推理环路检验主体、规则从属检验主体；其中，对建模子系统中知识建模输出的多级知识进行树状图表示，通过检查树林中是否存在叶节点相同的树，建立矛盾检验主体；通过检查各节点的子节点集合与其超子节点集合，即子节点的子节点，是否存在相同的元素，建立冗余检验主体；通过检查各节点的子节点集合与其父节点以及超父节点集合，即父节点的父节点，交集是否为空，建立推理环路检验主体；通过检查各节点的子节点集合，包括复合子节点，元素间是否存在包含关系，建立规则从属检验主体。
5.根据权利要求I所述用于减灾应急决策知识库系统的控制方法，其特征是所述知识服务主体联盟，包括星型层次的知识服务主体协助组、领域专家服务主体、知识工程专家服务主体、知识建模用户服务主体。
6.根据权利要求I所述的用于减灾应急决策知识库系统的控制方法，其特征是所述将减灾知识数据库中五种知识库的知识再通过索引子系统中索引器的分析，其中减灾知识数据库中五种知识库包括多级知识库、规则库、模型库、案例库和方案库。
7.根据权利要求6所述的用于减灾应急决策知识库系统的控制方法，其特征是所述多级知识库是由多个知识单元组成的多层次知识模型，其中知识单元是对知识建模主体联盟中框架建模主体或知识单元建模主体或单元关联建模主体的框架作进一步分解，分别包括规则知识、模型知识、案例知识和方案知识的形式化表示，还包括索引子系统中索引器的知识单元索引和知识描述。
全文摘要
本发明涉及用于减灾应急决策知识库系统的控制方法，包括获取子系统、建模子系统、索引子系统、服务子系统和减灾知识数据库。知识库系统控制方法的执行步骤包括知识库初始化，系统向子系统扩展，知识获取、数据处理，知识形式化提取，知识单元导入减灾知识数据库，知识建模、知识一致性检验、建立索引数据库和用户搜索得到减灾方法结果。系统通过多个主体协作组进入多主体分类联盟，建立减灾知识平台；知识一致性检验具体包括矛盾检验、冗余检验、推理环路检验和规则从属检验。本发明实现减灾知识的混合知识表达，提高知识库系统对用户建模需求的动态适应能力，解决减灾知识服务“知识贫乏”问题，最终提供给用户满意的减灾知识搜索结果和服务。
文档编号G06F17/30GK102609777SQ201210037339
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者孙丙宇, 李文波, 王儒敬, 蒋庆, 黄河 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院