基于本体的强对流天气推理系统的研究与实现

论文摘要

强对流天气的生命史短并带有明显的突发性,破环性强。传统人工预报具有严重的滞后性,对于突发性灾害天气不能作出有效预报。本论文在前期模式识别工作的基础上,引入本体理论,研究并实现强对流天气推理系统。论文通过结合气象专业知识,对模式识别工作所取得的特征信息进行分析,抽象出符合一定气象意义的概念,建立领域本体库,并在此基础上研究和设计强对流领域推理规则,首次建立起基于本体理论的强对流天气推理系统,以提高强对流气象预报领域的计算机化、快速化和实时化。本文针对强对流预报领域应用场景设计并实现了一个基于本体理论的原型推理系统。主要的研究工作和创新点如下。一,建本体库。本文在参考大量气象文献和在气象领域专家的参与下,首次利用protégé本体开发工具开发出强对流领域本体库,用以描述该领域中的知识概念和概念间的约束和联系。二,定义规则。本文在本体库开发的基础上,定义了基于强对流本体库的SWRL规则库。文中详细分析了待解决的气象问题,设计出气象推理流程,并在推理流程的基础上开发出swrl规则中Atom和Imp,最后完成强对流规则库的整体开发。三,格式转换。本文采用Jess引擎来作为该系统的推理引擎。由于Jess引擎不能直接推理以OWL本体语言和SWRL表示的知识与规则,所以文中采用了SWRL解析器为Jess引擎的事实库和规则库实现相应的格式转换。四,Jess推理。本文在综合利用本体库、规则库以及jess推理机的基础上,构建相应的推理系统,完成推理要求,并以实验验证规则的正确性和系统的有效性。五,专家系统构建。构建了基于前期模式识别工作和本文推理系统上的强对流天气专家系统框架。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 相关研究现状
• 1.3 研究目标和内容
• 1.4 本文结构安排
• 第二章 强对流本体的建立
• 2.1 本体的定义和描述语言
• 2.2 构建领域本体的方法
• 2.2.1 构建领域本体的知识工程方法
• 2.2.2 定义类和分类的等级体系的原则
• 2.2.3 属性定义
• 2.2.4 命名
• 2.3 强对流本体的设计及构建
• 2.3.1 强对流预报推理问题的分析
• 2.3.2 强对流本体建立
• 2.4 小结
• 第三章 基于SWRL的推理规则建立
• 3.1 SWRL
• 3.1.1 SWRL架构
• 3.1.2 SWRL的表示方式
• 3.1.3 Built-Ins
• 3.2 The SWRL Editor
• 3.3 SWRL推理流程图
• 3.4 建立Atom
• 3.5 建立Imp
• 3.6 小结
• 第四章 SWRL解析器的分析与建立
• 4.1 OWL本体到Jess事实库的转换
• 4.1.1 使用描述逻辑推理机对本体库分类
• 4.1.2 将本体实例导入Jess事实库
• 4.2 SWRL规则到Jess规则库的转换
• 4.3 JESS推理过程
• 4.3.1 预测类问题的推理实验
• 4.3.2 查询类问题推理实验
• 4.3.2 统计类问题推理实验
• 4.4 小结
• 第五章 强对流专家系统框架设计
• 5.1 强对流专家系统框架设计概述
• 5.2 强对流气候下卫星云图特征体系构建方法研究
• 5.3 强对流推理预报系统的研究与构建
• 5.4 强对流数据与强对流本体知识库的对应
• 5.5 小结
• 第六章 总结
• 6.1 本文完成的研究内容
• 6.2 设想及展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文和参加科研项目情况
• 致谢