一種農業領域知識本體的表示方法
【專利摘要】一種農業領域知識本體的表示方法包括步驟：確定本體構建領域；獲取相關知識體系；構建基于本體思想構建農業體系；確定農業本體的屬性；構建農業本體的關系和函數；建立農業本體的公理；構造農業本體的實例。通過本發明，有效利用這些知識支持農業問題求解和決策支持，有利于構建專家系統，從而實現農業的智能化。
【專利說明】 一種農業領域知識本體的表示方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及人工智能【技術領域】，具體涉及一種農業領域知識本體的表示方法。
【背景技術】
[0002]農業信息化的快速發展給農業生產經營者帶來了豐富的信息資源，但隨著互聯網技術的日新月異和農業信息資源的海量倍增，農業信息資源因龐雜、分散、異構而呈現出了相對孤立和難于滿足生產經營者對信息需求的狀況。為有效解決農業信息資源整合和為信息需求者提供便捷、準確的信息服務，建立科學、規范且能得到廣泛認同的的農業信息分類體系，自20世紀80年代以來一直是學術界關注的焦點問題。
[0003]隨著本體論(Ontology)思想在農業信息研究領域的興起，許多學者共識到能科學表述并組織領域固有屬性概念體系的本體將在農業信息分類、信息/知識庫構建以及實現農業全程信息化和信息協同服務等方面具有廣泛的應用前景。農業科學作為一門復雜的系統科學，其知識系統包含了大量的概念和關系，要從復雜的農業知識系統中抽象出易于重用的領域知識，需要進行有效的概念建模，以便更好地支持基于知識的分布式檢索、類比推理和數據挖掘。本體作為一種精粹的知識理論，能夠幫助解決這些知識表達問題。

【發明內容】

[0004]本發明是鑒于上述技術問題而產生的。本發明的一個目的是提出一種農業領域知識本體的表示方法。
[0005]在一個方面中，根據本發明的農業領域知識本體的表示方法包括步驟:確定本體構建領域；獲取相關知識體系；構建基于本體思想構建農業體系；確定農業本體的屬性；構建農業本體的關系和函數；建立農業本體的公理；構造農業本體的實例。
[0006]在這個方面中，其中農業本體種關系有:
[0007]①part_of關系:表達概念之間部分與整體的關系；
[0008]②kind_of關系:表達概念之間的繼承關系，類似于面向對象中父類與子類之間的關系;
[0009]③instance_of關系:表達概念的實例與概念之間的關系，類似于面向對象中的對象與類之間的關系；
[0010]④attribute_of關系:表達某個概念是另一個概念的屬性。如“價格”是經濟作物咖啡的屬性；
[0011]⑤is_a關系:表達概念的實例與概念之間的關系，將類與實例聯系起來，從而形成一個樹狀的層次結構；
[0012]⑥cause_by關系:表達概念之間的起因關系，如作物盛產狀態是由施某種肥引起;
[0013]⑦result_in關系:表達概念之間的結果關系，如某種病源導致作物病變；
[0014]⑧distribute關系:表達概念之間的分布關系，如疾病分布在作物的哪些部位；[0015]⑨is_symptom關系:表達概念實例發生病變的癥狀,如葉子發黃；
[0016]⑩has_color關系:表達某個實例與屬性之間的關系,如水稻成熟呈金黃色。
[0017]在這個方面中，其中農業本體中函數有:倒數(A)、基數(A)、等于(A，B)、屬于(X，A)、大于/小于(A，B)、早于/晚于(A，B)、同義(A，B)、真包含(A，B)、正增長(A，B)、相似于(A, B) ο
[0018]在這個方面中，其中獲取相關知識體系包括:農業敘詞表、生產過程相關資料、以及網絡資源及其他途徑。
[0019]通過本發明，有效利用這些知識支持農業問題求解和決策支持，有利于構建專家系統，從而實現農業的智能化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]結合隨后的附圖，從下面的詳細說明中可顯而易見的得出本發明的上述及其他目的、特征及優點。在附圖中:
[0021]圖1示出了根據本發明的農業領域知識本體的表示方法的流程圖；
[0022]圖2示出了根據本發明的農業本體體系的示意圖；
[0023]圖3示出了根據本發明的作物屬性分類的示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為了更全面地理解本發明及其優點，下面結合附圖及具體實施例對本發明做進一步詳細地說明。
[0025]首先，對本發明中所采用的術語進行簡單說明。
[0026]農業本體是一個包含農業術語、定義以及術語間規范關系說明的體系，是農業學科領域內概念、概念與概念間的互相關系的形式化表達。它是一個強有力的農業主題詞表，除處理能夠提供農業主題詞表中內在的基礎關系外，還能夠創造更多更正式的特殊關系。形式化的農業本體定義為:
[0027]AgriOnto = (0nto_Info, Agri_Concept, Agr i Con_Re I at i on, Axiom)
[0028]其中0nto_Info表述對本體基本信息描述，包括本體名稱、創建者、設計時間、修改時間、目的和知識來源等本體的元數據信息；
[0029]Agri_Concept就是農業知識概念的集合，AgriCon_ReIation就是本體中概念的關系集合，包括層次關系和非層次關系；AXiom包含本體中存在的公理集合。
[0030]接下來，參考圖1，對根據本發明的農業領域知識本體的表示方法的流程圖進行詳細地說明。
[0031]如圖1所示，對根據本發明的農業領域知識本體的表示方法進行詳細地說明。
[0032]如圖1所示，根據本發明的農業領域知識本體的表示方法包括:
[0033]步驟一:確定本體構建領域
[0034]考慮到我國正處于由傳統農業到現代農業的轉變過程中。以機械、化工、電氣等技術為基礎的“工業化農業”雖然提高了農產品的產量，但是忽略了其帶來的環境、資源以及生態等方面的影響，不適應農業可持續發展的要求。雖然研究和建設農業知識庫已經成為農業信息技術發展的一個重要方向，但是現有的農業知識庫都有很強的區域性；雖然國內外部分組織和機構已經建立和發布了一些農業本體論和術語表，但是更多地還是集中在建立通用的、層次化術語系統，而沒有形成能夠直接支持農業問題求解和決策支持的形式化知識庫系統。很多農業生產多還是經驗型的，迫切需要建立面向精細農業生產的知識庫實現生產支持。本方法選取農業領域來建立本體，以期為精細農業提供一定借鑒。
[0035]步驟二:獲取相關知識體系
[0036]通過農業敘詞表，生產過程相關資料，網絡資源及其他途徑來收集信息，獲取農業相關知識，充分了解領域知識。
[0037]步驟三:構建基于本體思想構建農業體系
[0038]根據本體思想和不同農業體系出發，根據農業知識確定領域概念分類標準，提出了基于本體的、便于計算機理解的農業知識體系結構。
[0039]基于本體思想建立農業體系，將農業知識按照某種標準進行分類，該分類集合構成農業知識的一個劃分。本方法將農業知識分為三大部分:農業勞動對象、農業勞動資料和農業生產過程，如圖2。其中農業勞動對象是本體體系的中心，一般來說是一種靜態知識，不易改變。農業勞動資料是指農業勞動生產過程中，會改變和影響勞動對象的物質資料和物質條件。農業生產過程可以看作是農業勞動對象的生產周期不同階段的組合。
[0040]首先，農業勞動對象按照不同用途，可分為糧食作物、經濟作物、工業原料作物、飼料作物、藥用作物等，經濟作物下還可分為油料作物、蔬菜作物、嗜好作物等。對于其中每一類依照品種不同進行劃分，如糧食作物可以劃分為谷類作物、豆類、薯類等，谷類作物又分為水稻、小麥、大麥和玉米等。
[0041]勞動資料主要分為技術勞動資料和非技術勞動資料兩類，作物技術勞動資料又分為作物育種、作物栽培和農產品加工與存貯技術三大類。對于非技術勞動資料按照存在形式和用途分為機械設備、農業環境、肥料、種子、土壤和飼料。而依據土壤物理和化學性質還可將土壤劃分為黑土、潮土和紅壤土等。
[0042]生產過程是農業勞動對象生產周期中不同生產階段集合，通常是一種時間系列。作物生產過程依據成長過程主要分為育種、栽培、產品加工和貯藏等，最后一層分類是依據勞動對象不同進行劃分，如小麥育種、稻谷育種、大蒜育種等等。
[0043]以勞動對象為體系中心，其它農業知識通過關系與之連通，也就是說，從勞動對象出發，都能找到相關的知識，比如相應的政策、法規和知名專家等。
[0044]步驟四:確定農業本體的屬性
[0045]農業本體的屬性是用來描述農業本體中的概念，具有限制概念和實例的功能。農業本體的屬性類就是從這些不同的知識總結出來的:首先作物屬于植物，它繼承植物相關屬性，包括遺傳屬性類、形態與結構屬性類、分布屬性類、分類屬性類、進化屬性類、構成屬性類、物種狀況屬性類等；另外作物還有自己的特有屬性，如作物生長屬性類，作物生產過程技術關系屬性和生境屬性類(主要對作物良好的環境條件，包括天氣、土壤條件等)等。每個屬性類包含若干屬性，形成作物某一方面的完整描述。
[0046]為了本體管理的方便以及反應屬性之間固有的層次關系，將作物的屬性及關系也描述為一個本體體系，稱為作物屬性本體，作物屬性類的分類結構如圖3所示。在具體實現某個屬性類時，除了在本領域來考慮該屬性類的定義，還有必要從整個本體庫中考慮屬性類關系，有助于重用屬性類、屬性類細分、整合和歸類。[0047]步驟五:構建農業本體的關系和函數
[0048]本體中的關系表示概念之間的一類關聯，典型的二元關聯如子類關系形成概念類
的層次結構，一般情況下用R A1X C2 X...X Cn表示概念類C1X2.....Cn之間存在n元關系
R0而函數是一種特殊的關系，其中的第n個元素相對于前面n-1個元素是唯一的，一般情況下，函數用F =C1XC2X...XClri — Cn表示。函數中規定的映射關系，可以使得推理從一個概念指向另一個概念。
[0049]在農業本體種關系主要有:
[0050]①part_of關系:表達概念之間部分與整體的關系；
[0051]②kind_of關系:表達概念之間的繼承關系，類似于面向對象中父類與子類之間的關系;
[0052]③instance_of關系:表達概念的實例與概念之間的關系，類似于面向對象中的對象與類之間的關系；
[0053]④attribute_of關系:表達某個概念是另一個概念的屬性。如“價格”是經濟作物咖啡的屬性；
[0054]⑤is_a關系:表達概念的實例與概念之間的關系，將類與實例聯系起來，從而形成一個樹狀的層次結構；
[0055]⑥cause_by關系:表達概念之間的起因關系，如作物盛產狀態是由施某種肥引起;
[0056]⑦result_in關系:表達概念之間的結果關系，如某種病源導致作物病變；
[0057]⑧distribute關系:表達概念之間的分布關系，如疾病分布在作物的哪些部位；
[0058]⑨is_symptom關系:表達概念實例發生病變的癥狀,如葉子發黃；
[0059]⑩has_color關系:表達某個實例與屬性之間的關系，如水稻成熟呈金黃色。
[0060]在農業本體中函數主要有:
[0061]表I農業本體中的函數
[0062]
函數_含義_
倒數(A )_求A的倒數_
基數(A )求A的取值集合中含有的元素個數
等于(A,B)A、B的值相等，其中A、B的取值可以是數量、集合等
屬于(X，A )X屬于集合A
大于/小于(A，B) 數量A大于/小于數量B
早于/晚于(A，B) 時間A早于/晚于時間B
同義(A，B)表示A與B的含義相同
真包含(A，B)集合A真包含集合B
正增長(A, B )表示A正增長于B
相似于(A, B )_表示A與B在某一方面相似_
[0063]步驟六:建立農業本體的公理
[0064]在建立了農業本體和農業知識庫之后，還有一個非常重要的任務，就是對知識進行檢查和推理，而這些僅依據現有的本體是無法實現的，這就需要建立一個滿足一致性的公理庫。[0065]農業本體的公理是無須再進行證明的邏輯永真式。農業本體中的公理很多，有些公理可以組成集合用來集中說明學科中某些特定的類、關系、屬性之間的聯系和制約，有些公理是用來對知識庫中的知識進行檢驗和推理。
[0066]表2農業本體中的公理
[0067]
【權利要求】
1.一種農業領域知識本體的表示方法包括步驟: 確定本體構建領域； 獲取相關知識體系； 構建基于本體思想構建農業體系； 確定農業本體的屬性； 構建農業本體的關系和函數； 建立農業本體的公理； 構造農業本體的實例。
2.根據權利要求1所述的方法，其中農業本體種關系有: ①part_of關系:表達概念之間部分與整體的關系； ②kind_of關系:表達概念之間的繼承關系，類似于面向對象中父類與子類之間的關系; ③instance_of關系:表達概念的實例與概念之間的關系，類似于面向對象中的對象與類之間的關系； ④attribute_of關系:表達某個概念是另一個概念的屬性。如“價格”是經濟作物咖啡的屬性； ⑤is_a關系:表達概念的實例與概念之間的關系，將類與實例聯系起來，從而形成一個樹狀的層次結構； ⑥cause_by關系:表達概念之間的起因關系，如作物盛廣狀態是由施某種肥引起； ⑦result_in關系:表達概念之間的結果關系，如某種病源導致作物病變； ⑧distribute關系:表達概念之間的分布關系，如疾病分布在作物的哪些部位； ⑨is_symptom關系:表達概念實例發生病變的癥狀,如葉子發黃； ⑩has_C0l0r關系:表達某個實例與屬性之間的關系，如水稻成熟呈金黃色。
3.根據權利要求2所述的方法，其中農業本體中函數有:倒數(A)、基數(A)、等于(A，B)、屬于(1，六)、大于/小于(A，B)、早于/晚于(A，B)、同義(A，B)、真包含(A，B)、正增長(A, B)、相似于(A, B) ο
4.根據權利要求3所述的方法，其中獲取相關知識體系包括:農業敘詞表、生產過程相關資料、以及網絡資源及其他途徑。
【文檔編號】G06F17/30GK103678430SQ201210369767
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月26日 優先權日:2012年9月26日
【發明者】宋革聯, 王茂華, 丁然, 楊蕊, 張彬筠 申請人:浙江省公眾信息產業有限公司