[發(fā)明專利]基于本體的污水決策-支持系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110201156.2
• 申請日: 2011-07-18
• 公開（公告）號: CN102254102A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 易建軍;范劍剛;程應(yīng);丘文桂;邢福能;姜輝;馬竹茂
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué);深圳寶德科技集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 上海翼勝專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽;曾人泉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及污水管理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種基于本體的污水決策-支持系統(tǒng)(ontoWEDSS)和方法。

背景技術(shù)

污水處理系統(tǒng)由于其處理過程具有多變量、非線性、時變性和隨機(jī)性等特點(diǎn)，呈現(xiàn)出不穩(wěn)定性和不確定性，采用常規(guī)簡單的模型難以實(shí)現(xiàn)理想的控制效果。現(xiàn)有的污水處理假設(shè)污水管理系統(tǒng)是一個穩(wěn)定的狀態(tài)，沒有考慮到真實(shí)的污水處理的因素相當(dāng)復(fù)雜，所以這種傳統(tǒng)控制還是有很多局限性的。

為了解決以上的污水管理問題，國內(nèi)外學(xué)者探索將專家系統(tǒng)應(yīng)用于污水處理系統(tǒng)的過程評價、自動控制和故障診斷等問題中。然而在污水控制過程中獲取的知識越來越豐富的今天，傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)知識庫面臨著許多困難。主要困難包括：污水知識表示、污水知識組織管理、污水知識的共享和重用，特別是怎樣在已有知識體系上，更簡單、有效的創(chuàng)建新的污水專家系統(tǒng)。為了更好地解決這些問題，本體論(Ontology)作為一種能在語義和知識層次上描述信息系統(tǒng)的概念模型建模工具，被引入了人工智能領(lǐng)域，并在專家系統(tǒng)中發(fā)揮了重要的作用。

本發(fā)明就污水本體在專家系統(tǒng)知識庫的應(yīng)用進(jìn)行了深入的探討和研究。給出了如何結(jié)合本體論與專家系統(tǒng)，并對其作用進(jìn)行了探討。最后通過在專家系統(tǒng)中污水本體的構(gòu)建和污水知識庫的建立等方面，就本體論在專家系統(tǒng)知識庫具體應(yīng)用進(jìn)行了揭示。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有污水處理技術(shù)的不足，提供一種基于本體的污水決策-支持系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明首先一種基于本體的污水決策-支持系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集層、診斷層，和決策-支持層；所述的數(shù)據(jù)采集層包括在線傳感器和實(shí)驗(yàn)室，該數(shù)據(jù)采集層通過在線傳感器和實(shí)驗(yàn)室得到在線傳感器數(shù)據(jù)、離線測量數(shù)據(jù)和經(jīng)過計(jì)算的數(shù)據(jù)：在線傳感器數(shù)據(jù)包括各種從機(jī)械設(shè)備上采集的數(shù)字信號和污水信息數(shù)據(jù)；離線數(shù)據(jù)有定量和定性之分，通過分析抽樣數(shù)據(jù)來提供定量描述符，通過就地微觀監(jiān)視和實(shí)驗(yàn)室微觀檢查來提供定性描述符；經(jīng)過計(jì)算的數(shù)據(jù)包括在污水處理過程中對眾多定量數(shù)據(jù)計(jì)算后的得到的數(shù)據(jù)；所述的診斷層，包含基于規(guī)則的推理模塊和基于案例的推理模塊，分別對來自數(shù)據(jù)采集層的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理診斷，如果兩個推理模塊的診斷結(jié)果相同的，則將結(jié)果發(fā)送到?jīng)Q策-支持系統(tǒng)，如果診斷結(jié)果不相同，而基于案例的推理模塊的得到的案例相似度高于定義域閾值，那么基于案例的推理成立，反之則是基于規(guī)則的推理成立，所述診斷結(jié)果是污水本體類和明確的處理子類，如果兩個推理模塊無法得出診斷結(jié)果，則采用污水本體模塊進(jìn)行處理診斷，所述定義域閾值是指來自數(shù)據(jù)采集層的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫里面案例的數(shù)據(jù)的相似度，所述診斷結(jié)果是污水本體類和明確的處理子類；以及所述的決策-支持層，包括用戶界面和監(jiān)控模塊，所述監(jiān)控模塊根據(jù)來自診斷層的診斷結(jié)果提供完整的診斷信息和相應(yīng)的本體類，所述用戶界面用于使用戶激活污水處理系統(tǒng)來選擇污水處理方式，用戶還可以查詢污水處理方式的具體原因。

所述的數(shù)據(jù)采集層還包括基于污水本體的知識庫，其將基于污水本體的知識表示方式同專家系統(tǒng)的知識庫相結(jié)合，包含四個部分：污水本體庫、污水規(guī)則庫、污水語義關(guān)系庫、污水實(shí)例庫；污水本體庫用來存放抽象的本體類型，包括類、方法、屬性的定義，所述污水本體是一個準(zhǔn)確定義污水領(lǐng)域所有術(shù)語的模型，該污水本體里最基礎(chǔ)的分類是表現(xiàn)特殊屬性及關(guān)系的對象，該對象包括涉及的污水領(lǐng)域、決策支持，以及詳細(xì)的微生物類別；污水規(guī)則庫存放的是以用于專家系統(tǒng)推理的條件規(guī)則表示的知識；污水語義關(guān)系庫存放的是知識之間的語義關(guān)系；污水實(shí)例庫存放的是本體具體化后的知識點(diǎn)；污水本體庫、污水語義關(guān)系庫、污水規(guī)則庫和污水實(shí)例庫都單獨(dú)存放，并相互鏈接起來，以通過該機(jī)制表示的知識，實(shí)現(xiàn)污水知識的共享和重用。

所述以用于專家系統(tǒng)推理的條件規(guī)則表示的知識中，所述規(guī)則是通過污水語義關(guān)系的映射，將以條件規(guī)則形式的污水知識進(jìn)行分解，形成一些有聯(lián)系的關(guān)鍵字，這些關(guān)鍵字和他們之間的關(guān)系存放在污水語義關(guān)系數(shù)據(jù)庫中；關(guān)鍵字在污水本體庫中找到相應(yīng)的本體，通過污水本體的實(shí)例化形成包含相關(guān)語義、屬性和方法的知識點(diǎn)，存放在污水實(shí)例庫中；通過以上語義處理，污水規(guī)則庫中的規(guī)則就包含了語義；由于污水知識點(diǎn)是污水本體的實(shí)例化，污水知識庫中的知識有了明確的語義定義。