基于语义网的农业知识本体研究

基于语义网的农业知识本体研究摘要：随着农业信息技术的发展，“信息孤岛”成为了农业信息技术进一步发展的一个障碍，而资源的组织与描述是解决这一问题的前提。

基于语义网构建农业元数据和农业知识本体，从而实现农业信息资源的透明共享。

另外还根据面向服务的系统开发方法，研究分析了农业数据资源、农业软件资源和农业硬件资源的服务化方法。

关键词：语义网；农业信息资源；知识本体农业信息技术是农业科学和信息科学相互交叉渗透而产生的新的学科领域。

经过半个多世纪的发展，农业信息技术已产生了包括农业专家系统、精准农业、虚拟农业、管理信息系统、决策支持系统、信息化自动控制技术、农业信息网络、农业数据库系统等多个应用领域，这些成果在农业科研和农业生产中都取得了很大的经济效益和社会效益。

但是现有的系统都是独立的，同样的数据，需要这一数据的不同部门可能要分别去采集；同样的处理软件，每个系统都要开发自己的版本；许多昂贵的仪器设备，本单位并不经常使用，而需要的人却无法得到。

这就导致了不同领域之间、领域内部的各个系统之间资源是分散的、功能是独立的、结构是异构的，系统之间无法实现信息资源的共享，造成了大量的人力、物力和财力的浪费，这就使得解决农业信息资源共享问题成了当务之急。

要实现农业信息资源共享，首要难题是资源的组织与描述。

一、农业信息资源的组织农业信息资源来源复杂，类型异构，分布在不同的地理位置。

这些农业信息资源如果不能进行有效的组织，就很难保证资源之间的兼容性和互操作性，对资源的使用效率就很难达到应有的要求。

要实现资源的兼容性和互操作性，就必需达到三个基本的要求：资源的服务化、虚拟化和层次化。

（一）农业信息资源的服务化农业信息资源的服务化就是为了实现用户对农业信息资源的透明访问，由资源提供者事先将资源封装并以服务的形式发布，用户可以通过访问封装过的服务使用相关的农业资源。

（二）农业信息资源的虚拟化资源虚拟化将使分散在不同地理位置上的、异构的资源融合在一起，对用户提供透明服务。

在访问信息的时候，资源使用者不需要考虑其所在的位置，只需提交问题请求，然后得到的就是问题解决后的结果，这一过程都是自动完成的，对用户来说都是透明的。

农业信息资源的服务化是农业信息资源虚拟化的基础。

（三）农业信息资源的层次化在资源服务化的时候，首先要进行资源的元子化，然后将每个元子化的资源再封装成元服务，资源共享系统可以根据不同的应用组合元服务以满足需求。

农业信息资源可以采用资源树的组织方式，实现资源的层次化访问。

二、农业信息资源的描述（一）农业信息资源的语义化资源描述本身不仅要让人能够无歧义地理解所描述的资源，要实现资源的共享，更重要的是要让机器也能相互理解所描述的资源信息。

当前，互联网信息量大且增长速度惊人，但由于计算机不理解网页内容的语义，信息的处理无法通过计算机自动完成，即使通过搜索引擎也很难保证数据查找的准确性。

这是由于互联网是按“地址”，而非“语义”来定位信息资源，语义网的出现很好地解决了这一问题。

所谓“语义网”，通俗地说，是按照能表达网页内容的“词语”链接起来的全球信息网，或者说是用机器很容易理解和处理的方式链接起来的全球数据库。

语义网有助于信息与智能的共享，使网络有能力提供动态与主动的服务，从而更利于人机之间的对话和协同工作。

语义网的实现需要以下三个层次。

1、元数据（Metadata）。

是描述数据及其环境的数据，元数据能很好地解决资源描述、资源发现、认证、互操作、数据管理、访问控制、数字化保藏、内容分级等问题。

2、“资源描述框架”RDF（Reso-urce Description Framework）。

采用“资源-属性-属性值”三元组来提供一种框架容器，并通过XML定义一套形式化的方法，为机器语义的理解提供结构基础。

3、知识本体（ontology）。

可以被看成是领域知识规范的抽象和描述，以及表达、共享、重用知识的方法。

知识本体的目标是捕获相关领域的知识，提供对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认可的词汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇和词汇间相互关系的明确定义。

为了便于计算机理解和处理，知识本体需要用一定的编码语言明确表达并形成体系。

（二）农业元数据为了实现语义化的资源描述，它的第一层次就是要定义一套元数据，以描述资源。

为此，我们结合农业的实际情况将农业资源元数据分为标识元数据，履历元数据，内容元数据，数据集元数据和服务元数据。

其中标识元数据包括标题（Title）、标签（Ticker）、标识（Identifier）；履历元数据包括发布者（Publisher）、发布者标识（PublisherID）、创建者（Creator）、主题（Subject）、描述（Description）、贡献者（Contributor）、日期（Date）、版本（Version）、资源参考（ReferenceURL）、联系方式（Contact）；内容元数据包括类型（Type）、范畴（Coverage）、内容等级（ContentLevel）、机构（Facility）、设备（Instrument）、格式（Format）、权限（Rights）；服务元数据（接口元数据）包括服务接口URL（ServiceInterfaceURL）、服务基准URL （ServiceBaseURL）、HTTP服务接口返回结果（ServiceHTTPResults）；服务元数据（功能元数据）包括服务标准URI（ServiceStandardURI）、服务标准URL（ServiceStandardURL）、服务最大搜索范围（ServiceMSR）等。

（三）农业知识本体农业知识本体就是刻画农业领域实体、属性、关系和过程的一种模型，目的是让农业知识更好的重用、共享和处理。

农业知识可分为三部分：农业劳动对象、农业劳动资料和农业生产过程，其中劳动对象又可以进一步分为作物、经济动物、土壤等，劳动资料可以分为农业工程、生产技术、农业生态环境和营养与保护等，生产过程可以分为作物生产过程和动物生产过程。

根据这种农业知识划分和本体的思想可以构建农业知识本体体系，该体系以劳动对象为体系中心，其他农业知识通过关系与之连通，也就是可以从劳动对象出发找到相关的知识，比如，相应的政策、法规和知名专家等。

三、农业信息资源服务化的实现资源服务化是农业信息资源共享的基础，根据农业资源的特点，我们将农业信息资源分成三类来实现。

（一）农业数据资源服务化数据资源是农业科研和农业生产中应用最为广泛的一类资源，在农业信息资源共享中首先要实现农业数据资源的服务化。

服务化将完成对农业数据资源的服务化封装，用户通过服务接口使用服务。

农业数据资源的服务化过程为：首先将农业数据资源划分为元资源，然后将元资源封装为元服务，那么任何对农业数据资源的服务请求都可以转化为多个元服务的组合，从而实现复杂的农业数据资源服务请求。

（二）农业软件资源服务化农业软件资源服务化就是解决现存的农业应用系统的共享问题，可以根据农业软件资源的特点采用两种方法来实现农业软件资源的服务化：一是对软件本身进行改造，使得它本身成为一个共享服务，这种方法主要针对开源软件；二是软件本身不动，通过给软件加一个代理，负责软件与用户之间的交互。

第一种方法具有针对性，对每个不同的软件都得重做一次，而对于第二种方法，具有一定的通用性，很多软件可以共用一个代理，但不足就是不太适用于与用户交互太多的软件和图形界面的软件。

（三）农业硬件资源服务化农业的硬件资源主要是农业仪器设备，由于农业仪器设备个体的独特性，对农业硬件资源的服务封装可以分以下两个步骤完成。

第一，把农业硬件资源的静态属性及动态属性抽象出来，描述成服务数据。

首先采用标准的XML规范来定义语义字典，语义字典为资源属性定义提供了统一的规范，使服务和用户之间对服务描述没有歧义，为服务搜索和发现提供保障。

然后根据语义字典，确定各种设备的属性，包括静态属性（如，设备名称、设备类型等）和动态属性（如，使用费用、当前设备工作状态、完成任务百分比等）。

第二，用网络服务描述文件，描述农业硬件资源服务接口。

网络服务描述语言用于描述服务各个方面，包括服务所在的位置、支持的传输协议、其中包含的接口、接口中的方法以及方法的参数类型等。

网络服务描述语言首先对访问的操作和访问时使用的请求/响应消息进行抽象描述，然后将其绑定到具体的传输协议和消息格式上，以最终定义具体部署的服务访问点。

相关的具体部署的服务访问点通过组合就成为抽象的仪器服务。

由于网络服务描述语言是以XML作为语法基础的，因此，各种开发环境能够采取程序化的手段来分析农业硬件资源服务，并在开发环境中生成相应的程序接口，以实现开发的无缝链接。

四、总结与展望基于语义网的农业知识本体的研究有利于农业信息资源的组织与描述，下一步需要对农业元数据、农业知识本体进行进一步细化，并结合物联网技术的发展，建设农业物联网，实现农业信息资源共享的透明化，充分发挥资源的经济效益和社会效益，为农业现代化服务。

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