一种农业领域知识本体的表示方法
【专利摘要】一种农业领域知识本体的表示方法包括步骤：确定本体构建领域；获取相关知识体系；构建基于本体思想构建农业体系；确定农业本体的属性；构建农业本体的关系和函数；建立农业本体的公理；构造农业本体的实例。通过本发明，有效利用这些知识支持农业问题求解和决策支持，有利于构建专家系统，从而实现农业的智能化。
【专利说明】 一种农业领域知识本体的表示方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及人工智能【技术领域】，具体涉及一种农业领域知识本体的表示方法。
【背景技术】
[0002]农业信息化的快速发展给农业生产经营者带来了丰富的信息资源，但随着互联网技术的日新月异和农业信息资源的海量倍增，农业信息资源因庞杂、分散、异构而呈现出了相对孤立和难于满足生产经营者对信息需求的状况。为有效解决农业信息资源整合和为信息需求者提供便捷、准确的信息服务，建立科学、规范且能得到广泛认同的的农业信息分类体系，自20世纪80年代以来一直是学术界关注的焦点问题。
[0003]随着本体论(Ontology)思想在农业信息研究领域的兴起，许多学者共识到能科学表述并组织领域固有属性概念体系的本体将在农业信息分类、信息/知识库构建以及实现农业全程信息化和信息协同服务等方面具有广泛的应用前景。农业科学作为一门复杂的系统科学，其知识系统包含了大量的概念和关系，要从复杂的农业知识系统中抽象出易于重用的领域知识，需要进行有效的概念建模，以便更好地支持基于知识的分布式检索、类比推理和数据挖掘。本体作为一种精粹的知识理论，能够帮助解决这些知识表达问题。
【发明内容】
[0004]本发明是鉴于上述技术问题而产生的。本发明的一个目的是提出一种农业领域知识本体的表示方法。
[0005]在一个方面中，根据本发明的农业领域知识本体的表示方法包括步骤:确定本体构建领域；获取相关知识体系；构建基于本体思想构建农业体系；确定农业本体的属性；构建农业本体的关系和函数；建立农业本体的公理；构造农业本体的实例。
[0006]在这个方面中，其中农业本体种关系有:
[0007]①part_of关系:表达概念之间部分与整体的关系；
[0008]②kind_of关系:表达概念之间的继承关系，类似于面向对象中父类与子类之间的关系;
[0009]③instance_of关系:表达概念的实例与概念之间的关系，类似于面向对象中的对象与类之间的关系；
[0010]④attribute_of关系:表达某个概念是另一个概念的属性。如“价格”是经济作物咖啡的属性；
[0011]⑤is_a关系:表达概念的实例与概念之间的关系，将类与实例联系起来，从而形成一个树状的层次结构；
[0012]⑥cause_by关系:表达概念之间的起因关系，如作物盛产状态是由施某种肥引起;
[0013]⑦result_in关系:表达概念之间的结果关系，如某种病源导致作物病变；
[0014]⑧distribute关系:表达概念之间的分布关系，如疾病分布在作物的哪些部位；[0015]⑨is_symptom关系:表达概念实例发生病变的症状,如叶子发黄；
[0016]⑩has_color关系:表达某个实例与属性之间的关系,如水稻成熟呈金黄色。
[0017]在这个方面中，其中农业本体中函数有:倒数(A)、基数(A)、等于(A，B)、属于(X，A)、大于/小于(A，B)、早于/晚于(A，B)、同义(A，B)、真包含(A，B)、正增长(A，B)、相似于(A, B) ο
[0018]在这个方面中，其中获取相关知识体系包括:农业叙词表、生产过程相关资料、以及网络资源及其他途径。
[0019]通过本发明，有效利用这些知识支持农业问题求解和决策支持，有利于构建专家系统，从而实现农业的智能化。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]结合随后的附图，从下面的详细说明中可显而易见的得出本发明的上述及其他目的、特征及优点。在附图中:
[0021]图1示出了根据本发明的农业领域知识本体的表示方法的流程图；
[0022]图2示出了根据本发明的农业本体体系的示意图；
[0023]图3示出了根据本发明的作物属性分类的示意图。
【具体实施方式】
[0024]为了更全面地理解本发明及其优点，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细地说明。
[0025]首先，对本发明中所采用的术语进行简单说明。
[0026]农业本体是一个包含农业术语、定义以及术语间规范关系说明的体系，是农业学科领域内概念、概念与概念间的互相关系的形式化表达。它是一个强有力的农业主题词表，除处理能够提供农业主题词表中内在的基础关系外，还能够创造更多更正式的特殊关系。形式化的农业本体定义为:
[0027]AgriOnto = (0nto_Info, Agri_Concept, Agr i Con_Re I at i on, Axiom)
[0028]其中0nto_Info表述对本体基本信息描述，包括本体名称、创建者、设计时间、修改时间、目的和知识来源等本体的元数据信息；
[0029]Agri_Concept就是农业知识概念的集合，AgriCon_ReIation就是本体中概念的关系集合，包括层次关系和非层次关系；AXiom包含本体中存在的公理集合。
[0030]接下来，参考图1，对根据本发明的农业领域知识本体的表示方法的流程图进行详细地说明。
[0031]如图1所示，对根据本发明的农业领域知识本体的表示方法进行详细地说明。
[0032]如图1所示，根据本发明的农业领域知识本体的表示方法包括:
[0033]步骤一:确定本体构建领域
[0034]考虑到我国正处于由传统农业到现代农业的转变过程中。以机械、化工、电气等技术为基础的“工业化农业”虽然提高了农产品的产量，但是忽略了其带来的环境、资源以及生态等方面的影响，不适应农业可持续发展的要求。虽然研究和建设农业知识库已经成为农业信息技术发展的一个重要方向，但是现有的农业知识库都有很强的区域性；虽然国内外部分组织和机构已经建立和发布了一些农业本体论和术语表，但是更多地还是集中在建立通用的、层次化术语系统，而没有形成能够直接支持农业问题求解和决策支持的形式化知识库系统。很多农业生产多还是经验型的，迫切需要建立面向精细农业生产的知识库实现生产支持。本方法选取农业领域来建立本体，以期为精细农业提供一定借鉴。
[0035]步骤二:获取相关知识体系
[0036]通过农业叙词表，生产过程相关资料，网络资源及其他途径来收集信息，获取农业相关知识，充分了解领域知识。
[0037]步骤三:构建基于本体思想构建农业体系
[0038]根据本体思想和不同农业体系出发，根据农业知识确定领域概念分类标准，提出了基于本体的、便于计算机理解的农业知识体系结构。
[0039]基于本体思想建立农业体系，将农业知识按照某种标准进行分类，该分类集合构成农业知识的一个划分。本方法将农业知识分为三大部分:农业劳动对象、农业劳动资料和农业生产过程，如图2。其中农业劳动对象是本体体系的中心，一般来说是一种静态知识，不易改变。农业劳动资料是指农业劳动生产过程中，会改变和影响劳动对象的物质资料和物质条件。农业生产过程可以看作是农业劳动对象的生产周期不同阶段的组合。
[0040]首先，农业劳动对象按照不同用途，可分为粮食作物、经济作物、工业原料作物、饲料作物、药用作物等，经济作物下还可分为油料作物、蔬菜作物、嗜好作物等。对于其中每一类依照品种不同进行划分，如粮食作物可以划分为谷类作物、豆类、薯类等，谷类作物又分为水稻、小麦、大麦和玉米等。
[0041]劳动资料主要分为技术劳动资料和非技术劳动资料两类，作物技术劳动资料又分为作物育种、作物栽培和农产品加工与存贮技术三大类。对于非技术劳动资料按照存在形式和用途分为机械设备、农业环境、肥料、种子、土壤和饲料。而依据土壤物理和化学性质还可将土壤划分为黑土、潮土和红壤土等。
[0042]生产过程是农业劳动对象生产周期中不同生产阶段集合，通常是一种时间系列。作物生产过程依据成长过程主要分为育种、栽培、产品加工和贮藏等，最后一层分类是依据劳动对象不同进行划分，如小麦育种、稻谷育种、大蒜育种等等。
[0043]以劳动对象为体系中心，其它农业知识通过关系与之连通，也就是说，从劳动对象出发，都能找到相关的知识，比如相应的政策、法规和知名专家等。
[0044]步骤四:确定农业本体的属性
[0045]农业本体的属性是用来描述农业本体中的概念，具有限制概念和实例的功能。农业本体的属性类就是从这些不同的知识总结出来的:首先作物属于植物，它继承植物相关属性，包括遗传属性类、形态与结构属性类、分布属性类、分类属性类、进化属性类、构成属性类、物种状况属性类等；另外作物还有自己的特有属性，如作物生长属性类，作物生产过程技术关系属性和生境属性类(主要对作物良好的环境条件，包括天气、土壤条件等)等。每个属性类包含若干属性，形成作物某一方面的完整描述。
[0046]为了本体管理的方便以及反应属性之间固有的层次关系，将作物的属性及关系也描述为一个本体体系，称为作物属性本体，作物属性类的分类结构如图3所示。在具体实现某个属性类时，除了在本领域来考虑该属性类的定义，还有必要从整个本体库中考虑属性类关系，有助于重用属性类、属性类细分、整合和归类。[0047]步骤五:构建农业本体的关系和函数
[0048]本体中的关系表示概念之间的一类关联，典型的二元关联如子类关系形成概念类
的层次结构，一般情况下用R A1X C2 X...X Cn表示概念类C1X2.....Cn之间存在n元关系
R0而函数是一种特殊的关系，其中的第n个元素相对于前面n-1个元素是唯一的，一般情况下，函数用F =C1XC2X...XClri — Cn表示。函数中规定的映射关系，可以使得推理从一个概念指向另一个概念。
[0049]在农业本体种关系主要有:
[0050]①part_of关系:表达概念之间部分与整体的关系；
[0051]②kind_of关系:表达概念之间的继承关系，类似于面向对象中父类与子类之间的关系;
[0052]③instance_of关系:表达概念的实例与概念之间的关系，类似于面向对象中的对象与类之间的关系；
[0053]④attribute_of关系:表达某个概念是另一个概念的属性。如“价格”是经济作物咖啡的属性；
[0054]⑤is_a关系:表达概念的实例与概念之间的关系，将类与实例联系起来，从而形成一个树状的层次结构；
[0055]⑥cause_by关系:表达概念之间的起因关系，如作物盛产状态是由施某种肥引起;
[0056]⑦result_in关系:表达概念之间的结果关系，如某种病源导致作物病变；
[0057]⑧distribute关系:表达概念之间的分布关系，如疾病分布在作物的哪些部位；
[0058]⑨is_symptom关系:表达概念实例发生病变的症状,如叶子发黄；
[0059]⑩has_color关系:表达某个实例与属性之间的关系，如水稻成熟呈金黄色。
[0060]在农业本体中函数主要有:
[0061]表I农业本体中的函数
[0062]
函数_含义_
倒数(A )_求A的倒数_
基数(A )求A的取值集合中含有的元素个数
等于(A,B)A、B的值相等，其中A、B的取值可以是数量、集合等
属于(X，A )X属于集合A
大于/小于(A，B) 数量A大于/小于数量B
早于/晚于(A，B) 时间A早于/晚于时间B
同义(A，B)表示A与B的含义相同
真包含(A，B)集合A真包含集合B
正增长(A, B )表示A正增长于B
相似于(A, B )_表示A与B在某一方面相似_
[0063]步骤六:建立农业本体的公理
[0064]在建立了农业本体和农业知识库之后，还有一个非常重要的任务，就是对知识进行检查和推理，而这些仅依据现有的本体是无法实现的，这就需要建立一个满足一致性的公理库。[0065]农业本体的公理是无须再进行证明的逻辑永真式。农业本体中的公理很多，有些公理可以组成集合用来集中说明学科中某些特定的类、关系、属性之间的联系和制约，有些公理是用来对知识库中的知识进行检验和推理。
[0066]表2农业本体中的公理
[0067]
【权利要求】
1.一种农业领域知识本体的表示方法包括步骤: 确定本体构建领域； 获取相关知识体系； 构建基于本体思想构建农业体系； 确定农业本体的属性； 构建农业本体的关系和函数； 建立农业本体的公理； 构造农业本体的实例。
2.根据权利要求1所述的方法，其中农业本体种关系有: ①part_of关系:表达概念之间部分与整体的关系； ②kind_of关系:表达概念之间的继承关系，类似于面向对象中父类与子类之间的关系; ③instance_of关系:表达概念的实例与概念之间的关系，类似于面向对象中的对象与类之间的关系； ④attribute_of关系:表达某个概念是另一个概念的属性。如“价格”是经济作物咖啡的属性； ⑤is_a关系:表达概念的实例与概念之间的关系，将类与实例联系起来，从而形成一个树状的层次结构； ⑥cause_by关系:表达概念之间的起因关系，如作物盛广状态是由施某种肥引起； ⑦result_in关系:表达概念之间的结果关系，如某种病源导致作物病变； ⑧distribute关系:表达概念之间的分布关系，如疾病分布在作物的哪些部位； ⑨is_symptom关系:表达概念实例发生病变的症状,如叶子发黄； ⑩has_C0l0r关系:表达某个实例与属性之间的关系，如水稻成熟呈金黄色。
3.根据权利要求2所述的方法，其中农业本体中函数有:倒数(A)、基数(A)、等于(A，B)、属于(1，六)、大于/小于(A，B)、早于/晚于(A，B)、同义(A，B)、真包含(A，B)、正增长(A, B)、相似于(A, B) ο
4.根据权利要求3所述的方法，其中获取相关知识体系包括:农业叙词表、生产过程相关资料、以及网络资源及其他途径。
【文档编号】G06F17/30GK103678430SQ201210369767
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2012年9月26日
【发明者】宋革联, 王茂华, 丁然, 杨蕊, 张彬筠 申请人:浙江省公众信息产业有限公司