專利名稱：基于能力匹配和本體推理的開放地理信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地理信息服務(wù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于能力匹配和本體推理的開
放地理信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)信息檢索技術(shù)在生活中扮演者重要的角色，如百度、谷歌等，地理空間信息服務(wù)所扮演的角色也越來越重要，如在電子地圖方面，有g(shù)oogle map、 virtual map、百度地圖、圖行天下、搜狗地圖等，它們能提供地圖搜索、公交乘換、公交路線、自駕出行等功能，給人們的生活帶來極大的方便。 為了實現(xiàn)地理空間信息的共享與互操作，開放地球空間信息聯(lián)盟(0GC)開發(fā)了一系列空間數(shù)據(jù)服務(wù)規(guī)范，主要包含Web地圖服務(wù)(麗S) 、 Web要素服務(wù)(WFS) 、 Web覆蓋服務(wù)(WCS)和傳感器觀測服務(wù)(SOS)，允許用戶在萬維網(wǎng)中通過標(biāo)準(zhǔn)的接口訪問和操作地球空間信息。 目前的信息檢索分為三個層次，即語形搜索、語義搜索和語用搜索。語形搜索是用戶需求表達(dá)在語言表面上的意思，如傳統(tǒng)的關(guān)鍵字搜索。語義搜索是通過本體論挖掘，在元數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層面上，解決對"模擬"的語言編碼解碼的問題，同時通過分詞技術(shù)和語料庫積累，解決關(guān)鍵字與文本的匹配問題。語用搜索是指用戶表達(dá)意義的上下文環(huán)境，這是第三代搜索引擎的理念，智能化、個性化都要建立在這個基礎(chǔ)之上。其中前者比較成熟，后兩者需要結(jié)合行業(yè)的特點和用戶的需求，目前還處于實驗探索階段。語形搜索，如雅虎、微軟的搜索，不必要地擴大了搜索范圍，出現(xiàn)過量無用信息的情況，增加了決策成本。在現(xiàn)階段，語形搜索只適合與大眾媒體型廣告結(jié)合，而不適合與特定領(lǐng)域結(jié)合。第二個層次是語義搜索，如Google等，其關(guān)鍵是采用0ntology。第三個層次是語用搜索，雅虎、Google都在積極努力地進化到這個階段。語用搜索是個性化定制搜索引擎，一旦實現(xiàn)了語用級搜索，就可以實現(xiàn)一對一的信息發(fā)布和一對一的信息定制。 WWW上存在大量的0WS服務(wù)信息，例如采用"麗S"關(guān)鍵字搜索，Baidu、 Yahoo和Google分別有266000、252000和4520000相關(guān)頁面連接，這些連接包含麗S服務(wù)的地址、文章、新聞、規(guī)范等信息。雖然目前有一些地理空間范圍或地名敏感的空間搜索引擎(參見文獻1)，但提取有效的0WS服務(wù)連接信息仍然是一個挑戰(zhàn)。 在信息技術(shù)領(lǐng)域，本體被認(rèn)為是"概念的規(guī)范化"。本體論應(yīng)用在信息檢索中的著名項目包括(onto)2Ageni、 Ontobroker和SKC。 (onto)2Ageni的目的是為了幫助用戶檢索到所需要的WWW上已有的本體論，主要采用了參照本體論。參照本體論是以WWW上已有的本體論為對象建立起來的本體論，它保存有各類本體論的元數(shù)據(jù)。Ontobroker面向的是WWW上的網(wǎng)頁資源，目的是為用戶檢索到所需要的網(wǎng)頁，這些網(wǎng)頁含有用戶所關(guān)心的內(nèi)容。SKC目標(biāo)是解決信息系統(tǒng)語義異構(gòu)的問題，實現(xiàn)異構(gòu)的自治系統(tǒng)之間的互操作。
為了描述數(shù)據(jù)集和科學(xué)概念的語義，美國和歐洲開展了多個地學(xué)本體項目的研究。如美國NASA的地球和環(huán)境術(shù)語語義WEB (SWEET)和NGA的基于語義WEB的地學(xué)知識發(fā)現(xiàn)。SWEET采用OWL語言進行本體建模，涉及地球系統(tǒng)科學(xué)及相關(guān)領(lǐng)域的幾千個術(shù)語(例如NASA的全球變化主目錄GCMD、地球系統(tǒng)建模語言ESML、地球系統(tǒng)建?？蚣蹺SMF、網(wǎng)格計算和開放地理信息聯(lián)盟所包含術(shù)語)，它提供了地球系統(tǒng)科學(xué)高層次語義描述；地理信息元數(shù)據(jù)本體項目遵循ISO 19115和FGDC元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對數(shù)據(jù)提供者、觀測儀器、傳感器和數(shù)據(jù)體本身及之間聯(lián)系增加了語義描述信息，便于對數(shù)據(jù)集統(tǒng)一理解；基于語義WEB的地學(xué)知識發(fā)現(xiàn)，在SWEET基礎(chǔ)上發(fā)展了地球空間數(shù)據(jù)挖掘本體。然而適合于0GC服務(wù)的本體定義還較少。 語義網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(Semantic Web Service, SWS)使用語義網(wǎng)提供的語義表達(dá)手段來描述網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的智能化。SWS主要關(guān)注服務(wù)發(fā)現(xiàn)，調(diào)解，組合，執(zhí)行，評估和有效判斷等。語義網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的研究產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)本體(Web Ontology LanguageforServices, OWL-S)來描述網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的本體。語義web技術(shù)提供了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下空間信息管理和地學(xué)知識發(fā)現(xiàn)的新視角，而服務(wù)本體建模與推理是語義Web開發(fā)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。使用本體來描述空間信息服務(wù)的語義以實現(xiàn)空間信息服務(wù)的智能化，如Raluca研究了滿足地理空間網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的語義執(zhí)行。當(dāng)前對空間信息服務(wù)的語義描述大多以O(shè)WL-S描述，陳建杰等提出了基于語義的空間信息web服務(wù)框架(參見文獻2)，樂鵬等研究了 OGC標(biāo)準(zhǔn)兼容的地理空間網(wǎng)絡(luò)服務(wù)鏈OWL-S描述到BPEL描述的自動轉(zhuǎn)化(參見文獻3)。 空間數(shù)據(jù)搜索目前還主要采用地理范圍或地名數(shù)據(jù)庫匹配的方式，并且只對連接中的HTML頁面內(nèi)容敏感，對連接中的空間信息服務(wù)及其能力的XML內(nèi)容不敏感。例如"CIHU"空間數(shù)據(jù)隱形搜索引擎(參見文獻4)，使用地名從WWW頁面中獲得地圖服務(wù)器中提供的相應(yīng)區(qū)域的柵格地圖；Google展示了在美國境內(nèi)使用地名匹配技術(shù)獲得相應(yīng)區(qū)域的地圖。 文獻1 :白玉琪，楊崇俊.空間信息搜索引擎研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，(1); 文獻2 :陳建杰，楊樹鋒，李長江，一種基于本體的空間信息Web服務(wù)實現(xiàn)方法[J].浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版)，2006， (3); 文獻3:Yue Peng， Gong Jianya， Di Liping， 2008. Automatic transformationfrom semanticdescription to syntactic specification for geo_processing servicechains, Web and WirelessGeographical Information Systems—8th InternationalSymposium, V5373 LNCS， pp50_62，2008 ; 文獻4 :張建兵，楊崇俊，.海量空間信息隱形搜索的研究[J].計算機工程，2006，(22)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種語義化的高精度、高效率地發(fā)現(xiàn)開放地理信息服務(wù)方法。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案 任意設(shè)定分布式地理信息服務(wù)數(shù)據(jù)源，指定Internet上分布的各種地理信息服務(wù)； 使用開放地理信息服務(wù)搜索引擎進行搜索，進一步包括頁面爬行、OWS查詢、頁面分析、連接探測、連接合成和記錄生成六個子步驟； 使用0WS服務(wù)本體實例生成器生成0WL-S本體實例和OWL-S本體實例注冊；
使用基于語義的多協(xié)議OWS客戶端進行搜索查詢，進一步包括解析客戶端請求、推理查詢、查詢結(jié)果返回和可視化三個子步驟。 依據(jù)OWL-S類、0WS能力Schema、OWS和OWL-S映射關(guān)系建立OWS到OWL-S的轉(zhuǎn)換樣式表OWL-S. xsl ; 根據(jù)OWS鏈接得到OWS能力信息； 使用OWL-S. xsl將OWS能力信息轉(zhuǎn)換成OWL-S的實例。 得到OWL-S到ebRM的模型映射； 將OWL-S以映射模型CSW的標(biāo)準(zhǔn)接口存儲到CSW中。 所述推理查詢子步驟依據(jù)客戶端的請求分為寫推理規(guī)則、創(chuàng)建Model 、讀數(shù)據(jù)、綁定推理器、得到In預(yù)odel和得到查詢結(jié)果六個子步驟。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點和積極效果 1)靈活的部署，搜索引擎采用面向服務(wù)的體系來包裝爬行、探測、匹配的過程，有利于服務(wù)的集群； 2)更高的OWS服務(wù)發(fā)現(xiàn)精度，實驗表明服務(wù)鏈接命中率"Detect"方法是"Crawl"方法的10倍，達(dá)到40%，如圖6，圖7 ; 3)更好的OWS服務(wù)發(fā)現(xiàn)效率，實驗表明有效服務(wù)鏈接命中平均響應(yīng)時間"Detect"方法是"Crawl"方法的0. 44倍，達(dá)到39秒獲得一個有效的服務(wù)鏈接，如圖8，圖9 ;
4)實現(xiàn)了從語法搜索到語義搜索的轉(zhuǎn)變。


圖1是本發(fā)明提供的基于能力匹配和本體推理的開放地理信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的流程圖。 圖2是本發(fā)明提供的基于能力匹配和本體推理的開放地理信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的關(guān)系圖。 圖3是本發(fā)明的OWS服務(wù)發(fā)現(xiàn)詳細(xì)步驟圖。 圖4是本發(fā)明的OWS服務(wù)到OWL-S實例自動建立流程圖。 圖5是本發(fā)明的推理查詢步驟圖。 圖6是本發(fā)明的OWS的麗S服務(wù)實例探測深度和探測結(jié)果圖。 圖7是本發(fā)明的OWS的麗S服務(wù)實例探測深度和探測精度圖。 圖8是本發(fā)明的OWS的麗S服務(wù)實例爬行和探測執(zhí)行時間圖。 圖9是本發(fā)明的OWS的麗S服務(wù)實例不同結(jié)果的探測執(zhí)行時間圖。
具體實施例方式
OGC開放地理信息服務(wù)規(guī)范制定了地理信息服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實現(xiàn)了它們的共享與互操作，本體是共享概念模型的形式化規(guī)范說明，所以，以本體的形式形式化OGC開發(fā)地理信息服務(wù)是可行的，能力匹配和二次探測去掉無效的地理信息服務(wù)鏈接，得到有效的地理信息鏈接，再通過本體推理，得到類之間的直接關(guān)系和間接關(guān)系，所以精度得到提高。
下面以具體實施并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明 本發(fā)明提供的基于能力匹配和本體推理的開放地理信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，采用如下的技術(shù)方案，參見圖1 : 步驟SI :任意設(shè)定分布式地理信息服務(wù)數(shù)據(jù)源，指定Internet上分布的各種地理信息服務(wù)； 分布式地理信息服務(wù)數(shù)據(jù)源包含了因特網(wǎng)中未知的大量地理信息服務(wù)(例如麗S、WFS、WCS和SOS)相關(guān)的頁面，只要給定數(shù)據(jù)源的根URL就可以通過搜索引擎得到這些數(shù)據(jù)源Sll。 步驟S2 :使用開放地理信息服務(wù)搜索引擎進行搜索，它包括頁面爬行、OWS查詢、頁面分析、連接探測、連接合成和記錄生成六個子步驟； 下面結(jié)合圖2-3詳細(xì)描述頁面爬行、OWS查詢、頁面分析、連接探測、連接合成和記錄生成六個子步驟 爬行子步驟所示的S22， S17，使用OWS搜索引擎爬行步驟SI給定的分布式地理信息服務(wù)數(shù)據(jù)源的鏈接S21，抓取頁面內(nèi)容，建立索引，并生成鏈接的URL數(shù)據(jù)庫S23 ;
OWS查詢子步驟如S24，使用OWS關(guān)鍵字(如麗S的"麗S"和"Web M即Service"，WFS的"WFS"和"Web Map Service"等等)對爬行子步驟建立的索引進行查詢，獲得潛在的OWS鏈接庫S25 ; 頁面分析子步驟如S26，潛在的OWS鏈接庫中可能還有一些包含OWS關(guān)鍵字的鏈接。使用HTML解析器，對潛在鏈接頁面內(nèi)容進行全文檢索，發(fā)現(xiàn)并存儲這些含有OWS關(guān)鍵字的鏈接到潛在的OWS鏈接庫中S27 ; 連接探測子步驟如S28， S18，根據(jù)潛在的OWS鏈接構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)的OWS的"GetCapabilities"操作請求，并且通過HTTP Get或Post方法獲得操作的響應(yīng)，如果響應(yīng)結(jié)構(gòu)是XML文檔，并且包含有Capabilities元素，則就可以獲得OWS服務(wù)的連接和元數(shù)據(jù)S13 ; 連接合成子步驟如S29，探測子步驟得到的鏈接可能重復(fù)，合并重復(fù)鏈接，可以獲得唯一的OWS列表； 記錄生成子步驟如S30，每個OWS服務(wù)的能力生成一個記錄S13。 步驟S3 :使用OWS服務(wù)本體實例生成器生成OWL-S本體實例和OWL-S本體實例注
冊； OWL-S本體實例生成子步驟如S14，圖4，首先依據(jù)OWL-S類，OWS能力Schema,和OWS和OWL-S映射關(guān)系建立OWS到OWL-S的轉(zhuǎn)換樣式表OWL-S. xsl，接著根據(jù)OWS鏈接得到OWS能力信息，然后使用OWL-S. xsl將OWS能力信息轉(zhuǎn)換成OWL-S的實例；
OWL-S本體實例注冊子步驟S15，使用基于ebRM的目錄服務(wù)實現(xiàn)規(guī)范(CSW)對OWL-S本體實例注冊，其步驟是首先得到OWL-S到ebRM的模型映射，再將OWL-S以映射模型CSW的標(biāo)準(zhǔn)接口存儲到CSW中。 步驟S4 :使用基于語義的多協(xié)議OWS客戶端進行搜索查詢，包括解析客戶端請求、推理查詢、查詢結(jié)果返回和可視化三個子步驟； 解析客戶端請求子步驟客戶端是一個可視化表單界面，用戶在表單中輸入請求條件即可。請求條件包括服務(wù)的類別、空間范圍和名稱等。通過獲取表單信息得到請求條件參數(shù)； 推理查詢子步驟如圖5，依據(jù)客戶端的請求得到結(jié)果查詢結(jié)果分六小步，即寫推 理規(guī)則，創(chuàng)建Model,讀數(shù)據(jù)，綁定推理器，得到In預(yù)odel和得到查詢結(jié)果。其中，推理規(guī)則 如下Rule a至Rule e。 Rule a :創(chuàng)建"Prof ile"禾口 "categoryName"的關(guān)系 〃[rl : ( a http://www.daml.Org/services/owl_s/l.l/Profile. owl#serviceCategory 7 b) ( 7 bhttp://www. daml. org/services/owl_s/l. 1/Profile. owl#categoryNamec)_>( ahttp://swe. whu. edu. cn/ows. owl#tl c)] 〃 ；
Rule b :倉寸建"Profile"禾口 "Thing"的關(guān)系 〃[rl : ( a http://www.daml.0rg/services/owl_s/l.l/Profile. owl#serviceParameter 7 c) ( 7 chttp://www. daml. org/services/owl_s/l. 1/Profile. owl#sParameterd)_>( dhttp://swe. whu. edu. cn/ows. owl#tl b)] 〃 ；
Rule c :創(chuàng)建"Layer", "feature"禾口 "Coverage"至lj "BBox"的關(guān)系
〃 [rl :( a http://swe.whu.edu.en/ows.owl#hasBBox b)_>( ahttp://swe. whu. edu. cn/ows. owl#tl b)]〃 ； Rule d :倉寸建/人"Layer", "feature"禾口 "Coverage"至lj "title"的關(guān)系
〃 [rl : ( a http://swe.whu.edu.en/ows.owl#title b)_>( a http://swe. whu. edu. cn/ ows. owl#tl b)]〃 ； Rule e :倉寸建"categoryName"禾口 "Thing"的關(guān)系 〃 [rl http:,
b) ( b http:, http:, d)( d
http: e_> ( c http:,
(7 a
/www. daml. org/services/owl_s/l. 1/Profile. owl#serviceParameter ww. daml. org/services/owl_s/l. 1/Profile. owl#sParameter c) (ww. daml. org/services/owl_s/l. 1/Profile. owl#serviceCategory /www. daml. org/services/owl_s/l. 1/Profile. owl#categoryName
swe. whu. edu. cn/ows. owl#tl e)) 〃 ；
查詢結(jié)果返回和可視化子步驟推理查詢得到滿足條件服務(wù)的鏈接。根據(jù)鏈接和 請求參數(shù)可以對數(shù)據(jù)進行可視化。
附圖6-9給出了本發(fā)明的執(zhí)行結(jié)果圖。
權(quán)利要求
一種基于能力匹配和本體推理的開放地理信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟任意設(shè)定分布式地理信息服務(wù)數(shù)據(jù)源，指定Internet上分布的各種地理信息服務(wù)；使用開放地理信息服務(wù)搜索引擎進行搜索，進一步包括頁面爬行、OWS查詢、頁面分析、連接探測、連接合成和記錄生成六個子步驟；使用OWS服務(wù)本體實例生成器生成OWL-S本體實例和OWL-S本體實例注冊；使用基于語義的多協(xié)議OWS客戶端進行搜索查詢，進一步包括解析客戶端請求、推理查詢、查詢結(jié)果返回和可視化三個子步驟。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能力匹配和本體推理的開放地理信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于，所述生成OWL-S本體實例進一步包括以下子步驟依據(jù)OWL-S類、0WS能力Schema、0WS和0WL-S映射關(guān)系建立OWS到OWL-S的轉(zhuǎn)換樣式 表OWL-S. xsl ;根據(jù)OWS鏈接得到OWS能力信息；使用OWL-S. xsl將OWS能力信息轉(zhuǎn)換成OWL-S的實例。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于能力匹配和本體推理的開放地理信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)方 法，其特征在于，所述OWL-S本體實例注冊進一步包括以下子步驟得到OWL-S到ebRM的模型映射；將OWL-S以映射模型CSW的標(biāo)準(zhǔn)接口存儲到CSW中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能力匹配和本體推理的開放地理信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，其 特征在于所述推理查詢子步驟依據(jù)客戶端的請求分為寫推理規(guī)則、創(chuàng)建Model、讀數(shù)據(jù)、綁定推 理器、得到In預(yù)odel和得到查詢結(jié)果六個子步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及地理信息服務(wù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于能力匹配和本體推理的開放地理信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法。本發(fā)明包括設(shè)定分布式地理信息服務(wù)數(shù)據(jù)源，使用OWS搜索引擎進行搜索，使用OWS服務(wù)本體實例生成器生成OWL-S本體實例和注冊，使用基于語義的多協(xié)議OWS客戶端進行搜索查詢。本發(fā)明較傳統(tǒng)搜索引擎提高了開放地理信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)精度和效率，實現(xiàn)了從語法搜索到語義搜索的轉(zhuǎn)變，證明它是開放地理信息服務(wù)高精度、高效率發(fā)現(xiàn)和語義化比較實用可靠的方法。
文檔編號G06F17/30GK101706824SQ20091027294
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者何杰, 陳澤強, 陳能成 申請人:武漢大學(xué)