[发明专利]基于本体的国际海上避碰规则知识建模方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于本体的国际海上避碰规则知识建模方法及装置，该方法包括以下步骤：获取海上避碰规则知识；根据不同的粒度将规则知识按照其结构特征进行划分，并进行实体与关系筛选；将具有相同属性的实体聚为一类，并确定类的层级结构；用关系将不同的类连接起来构建规则本体。本发明利用本体理论对国际海上避碰规则知识表达，可以弥补智能船舶在避碰算法上难以考虑COLREGs的缺陷，能够让规则知识清晰化，且易于知识的共享，其次本发明利用可视化的方法表达规则知识，有助于智能船舶提高自主避碰能力。

技术领域

本发明属于国际海上避碰规则知识表达技术领域，具体涉及一种基于本体的国际海上避碰规则知识建模方法及装置。

背景技术

国际海上避碰规则(COLREGs)是保障海上生命财产安全的重要法规，同时也为船舶的避碰及安全提供了依据。其规则语句来源于海上避碰实践与船舶碰撞事故的教训总结，运用了大量的具有语义性的语句，为智能船舶实现依据规则的自主避碰带来了困难。

避碰规则知识的准确表达对船舶避碰、航行安全有重大影响，知识的结构表示很关键，所以需要选择一种机器易于理解的、实用的表达模式。避碰规则知识的表达模式考虑因素有：1)表达的准确性、有效性，推理规则简单明确，符合人类思维模式；2)知识的易扩充性，更新方便；3)是否易于机器的使用。

知识的表达方法目前存在五种：

(1)谓词逻辑表示法：此方法将知识中的对象、性质、状况和关系等符号化后，利用谓词合式公式和谓词描述前提条件以及定理，然后利用逻辑公式证明新问题是否可从前提条件中推理出。谓词逻辑表示法适合表示事物的状态、属性、概念等事实性知识以及事物间确定的因果关系，但是不能表示不确定性知识，且容易导致组合爆炸与推理效率低等问题。

(2)产生式规则表示：它是依据人类大脑记忆模式中的各种知识之间的大量存在的因果关系，并以“IF-THEN”的形式来表示事物。这种形式的规则捕获了人类求解问题的行为特征，并通过认识--行动的循环过程求解问题。一个产生式规则系统由规则库、综合数据库和控制机构三个基本部分组成。但存在产生式规则效率不高、不能表达具有结构性的知识等缺点。

(3)框架表示法：此表示法用框架和槽分别表示事物对象和对象的属性。一个框架由一组槽组成，每个槽表示对象的一个属性，槽的值就是对象的属性值。框架表示法对于知识的描述非常完整和全面；基于框架的知识库质量非常高；且框架允许数值计算，这一点优于其它知识表示语言。但框架的构建成本非常高，对知识库的质量要求非常高；框架的表达形式不灵活，很难同其它形式的数据集相互关联使用。

(4)语义网络法：语义网络利用节点和带标记的边结构的有向图描述事件、概念、状况、动作及客体之间的关系。带标记的有向图能十分自然的描述客体之间的关系。但这种方法推理规则不明朗，不能充分保证网络操作所得推论的严格性和有效性。

(5)本体表示法：将知识以三元组的形式存储且语法规则采用RDFS或XML，本体表示法具有较强的共享性和泛用性，且推理能力较其他的方法要强，但缺点是随着实例的扩充也易造成数据爆炸。

避碰规则知识具有隐形知识的特点，使用了大量的描述性语言，对过程的量化描述充满语义性，且需要推理的知识也没量化与对象化，容易造成推理结果模糊。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于本体的国际海上避碰规则知识建模方法及装置，以解决避碰规则知识在避碰算法领域表达与推理困难的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于本体的国际海上避碰规则知识建模方法，包括以下步骤：

获取海上避碰规则知识；

根据不同的粒度将规则知识按照其结构特征进行划分，并进行实体与关系筛选；

将具有相同属性的实体聚为一类，并确定类的层级结构；