基于Eclipse的交通本體查詢系統應用研究

馬苗苗 陳春輝 曾一

摘 要：隨著交通服務工程建設的深入，越來越多的力量投入到交通數據庫的開發和建設中，由于各個部門或組織對交通的需求或認知不同，建立的交通數據庫往往存在不同程度的語義異質問題。本體是指從哲學領域研究世界的本質問題，轉而被引入信息科學中，其初衷就在于建立一個共同認可的規范，為信息共享過程中存在的語義異質問題提供解決方案。本文以交通領域本體為例，通過查詢系統設計將本體推理應用到道路查詢系統中。

關鍵詞：本體;地理本體;交通本體;本體推理;本體查詢

中圖分類號：TP391.41文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）29-0011-03

Abstract： With the deepening of the construction of traffic service projects， more and more forces are invested in the development and construction of the traffic database， due to the different needs or cognitions of various departments or organizations for transportation， the established transportation database often has different degrees of semantic heterogeneity. Ontology refers to the study of the essential issues of the world from the field of philosophy， and then it is introduced into information science， its original intention is to establish a commonly recognized norm to provide solutions to the semantic heterogeneity problems in the process of information sharing. This paper took the ontology in the transportation domain as an example， and applied ontology reasoning to the road query system through query system design.

Keywords： ontology;geographic ontology;traffic ontology;ontology reasoning;ontology query

本研究的主要目的是將日益完善的本體理論和技術引入正在發展的國家交通公共服務建設領域，為交通公共服務信息的建設提供理論和技術支持。它為本體理論開辟了新的應用服務領域，并擴展了新的本體理論。本研究不僅可以借鑒先進的理論和技術為公共交通服務，而且可以通過交通服務建設實踐對本體提出新的問題，從而達到以理論促進實踐、以實踐深化理論的目的。該研究具有重要的理論意義和實用價值。

在使用Protégé建好交通本體，并基于Jena推理機和SWRL推理規則語言自定義推理機制和規則[1-2]后，本文將使用Eclipse開發工具，設計交通本體查詢系統，結合本體OWL文件和推理規則，實現基于本體的交通站點、路線和乘車的查詢，驗證交通本體查詢系統的可行性和效率。

1 交通查詢設計思路

根據對本體構建原則和構建方法的分析，總結前人經驗[3-5]，本文列出了地理本體構建的一般思路，如圖1所示。

2 交通本體查詢系統框架

交通本體查詢系統的總體設計方案如圖2所示，總體可分為三個步驟：第一步是完成交通本體的構建;第二步是完成基于規則的本體推理;第三步是完成用戶的查詢。

2.1 交通本體的建立

首先使用本體構建工具Protégé，構建交通本體，生成OWL文件，作為本體庫。該領域知識包括行政區劃、各種交通設施（道路、站點等）、用于空間定位的各種地名及與交通有關的其他概念及關系。本文主要以鄭州市的公交車實例數據作為研究對象。

2.2 知識本體的推理

用戶通過用戶界面輸入和檢索知識點，并且用戶界面將用戶輸入的值傳遞給查詢模塊。查詢模塊借助Jena的推理規則，根據檢索到的信息在本體數據庫中推斷相關信息，并將信息返回給用戶界面。在該系統中，用戶可以通過本體構造的Jena推理規則來檢索某個知識點類別的所有父類別和子類別，并且可以通過某些屬性來檢索與該類別相關的其他類別。

2.3 用戶界面的建立

本文以Java語言在Eclipse中構建了原型系統，原型系統由三部分組成，即站點查詢、線路查詢、乘車查詢，如圖3所示。

3 交通本體查詢系統實現

3.1 站點查詢

下面進行站點查詢試驗，相關數據如下。測繪學院的對象屬性包括四點：屬于公交1路車、屬于公交900路車、離嵩山路隴海路站點很近、離地理研究所很近。查詢結果如圖4所示。

3.2 線路查詢

下面進行線路查詢試驗，相關數據如下。公交1路車的數據屬性包括三點：首班車時間04：30：00、末班車時間00：00：00、票價1元。對象屬性包括三點：始發站火車站、終點站華山路公交站、站點測繪學院。查詢結果如圖5所示。

3.3 乘車查詢

3.3.1 乘車查詢試驗1。相關數據如下：火車站是公交1路車的一個站點，測繪學院也是公交1路車的一個站點，根據規則1可以推理出從火車站到測繪學院坐公交1路車直達。查詢結果如圖6所示。

3.3.2 乘車查詢試驗2。相關數據如下：火車站是公交1路車的一個站點，測繪學院也是公交1路車的一個站點，測繪學院和地理研究所離得很近，根據規則2可以推理出從火車站到地理所坐公交1路車直達。查詢結果如圖7所示。

3.3.3 乘車查詢試驗3。相關數據如下：鄭州新北站距離花園路劉莊很近，地理研究所距離嵩山路隴海路很近，花園路劉莊是B11路公交車的終點站，嵩山路隴海路也是B11路公交車的一個站點，如果想從鄭州新北站到地理研究所，根據規則3推理出可以從花園路劉莊乘坐B11路公交車到達嵩山路隴海路站，然后步行抵達地理研究所。查詢結果如圖8所示。

4 結論

本文構建了一個以交通本體和規則為基礎的交通本體查詢界面，并建立了原型系統。其間利用交通本體和相應的推理規則進行數據查詢，驗證了基于本體知識查詢的智能性。本文在Eclipse中用Java語言建立了交通本體查詢界面，利用Jena開發包，將構建的交通本體解析到Eclipse中，實現了基于地理本體的空間數據的查詢與推理。最后以公交站點查詢、線路查詢和乘車查詢為例，對不同查詢用到的數據、推理公式和查詢結果進行了說明。

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