[发明专利]基于本体的污水决策-支持系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及污水管理技术领域，具体地说，是一种基于本体的污水决策-支持系统(ontoWEDSS)和方法。

背景技术

污水处理系统由于其处理过程具有多变量、非线性、时变性和随机性等特点，呈现出不稳定性和不确定性，采用常规简单的模型难以实现理想的控制效果。现有的污水处理假设污水管理系统是一个稳定的状态，没有考虑到真实的污水处理的因素相当复杂，所以这种传统控制还是有很多局限性的。

为了解决以上的污水管理问题，国内外学者探索将专家系统应用于污水处理系统的过程评价、自动控制和故障诊断等问题中。然而在污水控制过程中获取的知识越来越丰富的今天，传统的专家系统知识库面临着许多困难。主要困难包括：污水知识表示、污水知识组织管理、污水知识的共享和重用，特别是怎样在已有知识体系上，更简单、有效的创建新的污水专家系统。为了更好地解决这些问题，本体论(Ontology)作为一种能在语义和知识层次上描述信息系统的概念模型建模工具，被引入了人工智能领域，并在专家系统中发挥了重要的作用。

本发明就污水本体在专家系统知识库的应用进行了深入的探讨和研究。给出了如何结合本体论与专家系统，并对其作用进行了探讨。最后通过在专家系统中污水本体的构建和污水知识库的建立等方面，就本体论在专家系统知识库具体应用进行了揭示。

发明内容

本发明的目的在于克服现有污水处理技术的不足，提供一种基于本体的污水决策-支持系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明首先一种基于本体的污水决策-支持系统，包括数据采集层、诊断层，和决策-支持层；所述的数据采集层包括在线传感器和实验室，该数据采集层通过在线传感器和实验室得到在线传感器数据、离线测量数据和经过计算的数据：在线传感器数据包括各种从机械设备上采集的数字信号和污水信息数据；离线数据有定量和定性之分，通过分析抽样数据来提供定量描述符，通过就地微观监视和实验室微观检查来提供定性描述符；经过计算的数据包括在污水处理过程中对众多定量数据计算后的得到的数据；所述的诊断层，包含基于规则的推理模块和基于案例的推理模块，分别对来自数据采集层的数据进行处理诊断，如果两个推理模块的诊断结果相同的，则将结果发送到决策-支持系统，如果诊断结果不相同，而基于案例的推理模块的得到的案例相似度高于定义域阈值，那么基于案例的推理成立，反之则是基于规则的推理成立，所述诊断结果是污水本体类和明确的处理子类，如果两个推理模块无法得出诊断结果，则采用污水本体模块进行处理诊断，所述定义域阈值是指来自数据采集层的数据与数据库里面案例的数据的相似度，所述诊断结果是污水本体类和明确的处理子类；以及所述的决策-支持层，包括用户界面和监控模块，所述监控模块根据来自诊断层的诊断结果提供完整的诊断信息和相应的本体类，所述用户界面用于使用户激活污水处理系统来选择污水处理方式，用户还可以查询污水处理方式的具体原因。

所述的数据采集层还包括基于污水本体的知识库，其将基于污水本体的知识表示方式同专家系统的知识库相结合，包含四个部分：污水本体库、污水规则库、污水语义关系库、污水实例库；污水本体库用来存放抽象的本体类型，包括类、方法、属性的定义，所述污水本体是一个准确定义污水领域所有术语的模型，该污水本体里最基础的分类是表现特殊属性及关系的对象，该对象包括涉及的污水领域、决策支持，以及详细的微生物类别；污水规则库存放的是以用于专家系统推理的条件规则表示的知识；污水语义关系库存放的是知识之间的语义关系；污水实例库存放的是本体具体化后的知识点；污水本体库、污水语义关系库、污水规则库和污水实例库都单独存放，并相互链接起来，以通过该机制表示的知识，实现污水知识的共享和重用。

所述以用于专家系统推理的条件规则表示的知识中，所述规则是通过污水语义关系的映射，将以条件规则形式的污水知识进行分解，形成一些有联系的关键字，这些关键字和他们之间的关系存放在污水语义关系数据库中；关键字在污水本体库中找到相应的本体，通过污水本体的实例化形成包含相关语义、属性和方法的知识点，存放在污水实例库中；通过以上语义处理，污水规则库中的规则就包含了语义；由于污水知识点是污水本体的实例化，污水知识库中的知识有了明确的语义定义。