基于本体的多源异构应急信息融合方法研究

发布时间：2017-07-31 15:04

  本文关键词：基于本体的多源异构应急信息融合方法研究

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【摘要】：灾害应对是一类异常复杂的决策管理过程。实施什么样的救援行动,怎样实施,这些重大决策问题都是在所收集到的各类信息的基础上分析得出的。而这些信息总体上说具有多源、异构、不确定的特点,在应急救援过程中,就是要根据具有这些特点的信息进行多方面的应急决策。因此,如何更有效的利用这些信息获得更好的决策结果,提高救援效果,是当前灾害应急管理中亟待解决的主要问题。灾害应对一般具有多阶段、多主体参与的特点。应急救援过程可分为多个阶段,在不同阶段,面临的主要任务不同,所需要的灾情信息种类、要求与处理方法也不同。灾害应急信息的处理方法应该根据具体的决策要求确定。基于这一思路,本文根据应急响应不同阶段所面对的不同任务的特点与要求,研究多源、异构的灾害应急信息的融合方法。本文选择证据组合理论和本体建模理论作为研究的理论基础,并将研究的重点定在灾情态势评估阶段以及多主体应对任务两个规划阶段的多源异构信息融合方法。首先,根据灾情态势推演所依赖数据的多源性、异构性、不完整等特征,确定信息融合的目标是利用多源信息互补特性,将不精确、不完整、不一致的灾情信息转化成对评估目标的一致性解释和描述,进而获得更加准确可靠的灾情态势信息。提出了在此阶段信息融合的体系框架,并确定信息融合的三个层次和主要步骤。针对底层数据的异构问题,采用本体建模方法构建应急信息流的本体模型,在此基础上,对不同来源的基础数据进行集成,构建描述一致的灾情视图,通过知识库抽取评估目标的各类特征属性。在决策层选择可传递信息度模型(TBM)作为数据融合的基本方法。在该方法的基础上,针对灾情信息的时效性问题提出信度更新算法,并对存在的多目标关联评估问题,提出多辨识框架融合算法,最后给出应用示例。其次,研究了应对任务规划的分布式、多主体联合规划中的异构应急信息处理。本文依据各主体在应急规划中的不同任务职责,将其划分为三个主要的决策层次,研究各层次决策所需的信息和处理要求。在此基础上,提出了多主体应对任务规划的体系框架与处理流程。针对规划过程中应急信息的异构问题,构建了应急响应方法和应急计划的本体表示模型,作为规划中多主体间应急响应信息共享与互操作的基础。基于此模型,详细阐述了应急响应方法的融合模式与过程,开发了基于本体语义信息的融合算法。最后给出基于约束满足的应急计划融合的实现算法。最后,基于上述两个阶段信息融合的任务,深入研究了旨在支持以上功能得以实现的底层应急信息知识库的构建问题。从分析应急信息融合处理所需的知识层次入手,研究应急信息知识库的体系结构和内容。首先将支持融合功能的应急信息与知识划分为四个层次。在此基础上,将知识库分为三个子部分,包括应急概本体念库,信息融合规则库和标准应急程序库。应急概念本体库中存储应急领域中的基础概念,在本部分构建了应急领域基本信息的本体模型,作为基础层本体支持第三章内构建的数据流本体模型与第四章内构建的应急响应方法与计划的本体模型,实现应急不同阶段任务操作所需信息的一致性理解,使融合操作成为可能。信息融合规则库中存储用以支持融合实现的各类规则,文中主要讨论了规则的表示形式,并研究了标准应急程序库的主要内容。最后,给出模拟应用示例。
【关键词】：自然灾害 应急管理 信息融合 本体
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：C934
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-14
• 第1章 绪论14-36
• 1.1 课题背景14-15
• 1.2 研究目的与意义15-17
• 1.3 国内外研究现状及评述17-31
• 1.3.1 数据融合的体系概述17-18
• 1.3.2 灾害管理中的信息需求研究18-21
• 1.3.3 信息融合的方法研究21-24
• 1.3.4 多源异构应急信息的表示模型24-28
• 1.3.5 应急信息的研究现状评述28-31
• 1.4 技术路线与研究方法31-33
• 1.4.1 技术路线31-32
• 1.4.2 研究方法32-33
• 1.5 研究内容与论文结构33-36
• 1.5.1 研究内容33-34
• 1.5.2 论文结构34-36
• 第2章 应急决策与信息融合36-58
• 2.1 灾害应急决策的概念模型与典型特征36-39
• 2.1.1 问题引入36
• 2.1.2 灾害应急决策的概念模型36-38
• 2.1.3 应急决策过程的不确定性特征38-39
• 2.2 应急信息的处理约束39-41
• 2.2.1 应急信息的多源性特征39-41
• 2.2.2 应急信息异构性特征41
• 2.3 应急信息融合的概念41-44
• 2.3.1 应急信息融合的基本界定41-42
• 2.3.2 灾情应对中信息融合的主要任务42-43
• 2.3.3 融合思路与关键技术43-44
• 2.4 信息融合中多源证据的组合推理问题44-50
• 2.4.1 多源异构信息组合推理技术与方法44-45
• 2.4.2 数据融合的映射关系描述45-46
• 2.4.3 D-S证据理论46-48
• 2.4.4 可传递信度模型48-50
• 2.5 异构信息的语义融合问题50-57
• 2.5.1 灾害语义信息的表达51-52
• 2.5.2 语义层信息的描述逻辑及本体概述52-54
• 2.5.3 OWL DL及其描述逻辑54-55
• 2.5.4 应急信息的本体描述框架及概念层次55-57
• 2.6 本章小结57-58
• 第3章 灾害态势评估中的多源异构信息融合方法58-80
• 3.1 应急态势评估与信息融合58-62
• 3.1.1 应急态势评估的内容与目标58-59
• 3.1.2 自然灾害应急态势评估中的信息与知识需求59-60
• 3.1.3 应急态势评估的技术与方法60
• 3.1.4 应急态势评估中多源异构信息融合的任务60-62
• 3.2 应急态势评估的融合模型62-65
• 3.2.1 应急态势评估决策的问题描述62-63
• 3.2.2 应急态势评估中信息融合的体系结构63
• 3.2.3 基于融合模型的应急态势评估求解流程63-65
• 3.3 特征级信息融合方法研究65-73
• 3.3.1 灾害报告数据的统一表示65-70
• 3.3.2 数据关联与融合算法分析70-73
• 3.4 态势评估中决策级融合算法研究73-79
• 3.4.1 基于TBM模型的决策级数据融合的主要过程73
• 3.4.2 基于TBM的分布式融合模型73-74
• 3.4.3 动态应急信息的时效性处理74-75
• 3.4.4 基于规则的多辨识框架融合75-76
• 3.4.5 算法示例分析76-79
• 3.5 本章小结79-80
• 第4章 多主体应对任务规划中的信息融合方法80-102
• 4.1 多主体应对任务规划与多源异构信息融合80-85
• 4.1.1 应急任务与应急任务规划的特点80-81
• 4.1.2 多主体应对任务规划中存在的主要问题81-82
• 4.1.3 多主体应对任务规划过程中的信息需求82-84
• 4.1.4 多主体应对任务规划中信息融合的主要任务84-85
• 4.2 多主体协同应急规划模式分析85-87
• 4.2.1 多主体面对任务的协调规划机制85
• 4.2.2 应对任务规划的体系框架85-87
• 4.3 基于本体的应急响应方法与计划的表示87-94
• 4.3.1 应急计划的组成与结构87-88
• 4.3.2 应急计划本体中的概念抽取88-89
• 4.3.3 应急响应方法与计划的本体建模89-94
• 4.4 应急响应方法融合体系框架与算法94-99
• 4.4.1 应急响应方法融合的体系框架与过程描述94-95
• 4.4.2 应急响应方法间的语义关系判定95-96
• 4.4.3 应急响应方法的融合算法96-98
• 4.4.4 算法应用演示98-99
• 4.5 应急计划融合算法99-101
• 4.5.1 基于约束满足的计划融合方法设计99-100
• 4.5.2 多主体计划融合算法100-101
• 4.6 本章小结101-102
• 第5章 支持应急信息融合过程的知识库构建102-120
• 5.1 应急信息知识库的基本问题102-106
• 5.1.1 应急信息融合处理中的分层知识体系102-104
• 5.1.2 应急信息知识库的结构与内容分析104-106
• 5.2 应急信息融合知识库的知识表示106-111
• 5.2.1 应急概念本体库106-109
• 5.2.2 应急信息融合规则库109-111
• 5.2.3 标准应急程序库111
• 5.3 台风灾害决策中的信息融合应用示例111-119
• 5.3.1 灾情信息本体构建111-113
• 5.3.2 基于融合算法的替换方案构建113-115
• 5.3.3 多主体应急计划融合115-119
• 5.4 本章小结119-120
• 结论120-122
• 参考文献122-130
• 附录130-142
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果142-144
• 致谢144

【参考文献】

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本文编号：599719