專利名稱：基于本體和位置服務(wù)的交互式信息輔助系統(tǒng)的實現(xiàn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于接收信號強度的無線定位技術(shù)，以及領(lǐng)域本體和本體知識庫的構(gòu) 建和知識表達(dá)技術(shù)。
背景技術(shù)：
基于位置的服務(wù)(LBS)，是指一種能夠根據(jù)移動用戶當(dāng)前的位置，提供相關(guān)信息的 服務(wù)。從更廣義的角度來看，為用戶提供與位置相關(guān)的信息服務(wù)也被稱為基于位置的服務(wù)。 LBS在實際生活中的許多領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景，如安全和緊急服務(wù)；社會網(wǎng)絡(luò)；智 能交通系統(tǒng)；基于位置的服務(wù)收費；兒童和老人監(jiān)護(hù)；獲取興趣點；醫(yī)療保健等。目前，在應(yīng)用領(lǐng)域，基于位置的服務(wù)的發(fā)展主要由移動通信網(wǎng)絡(luò)的運營商、服務(wù)商 等來推動，他們希望通過利用遍布全球的移動通訊網(wǎng)絡(luò)，為手機用戶提供個性化的服務(wù)，并 獲取商業(yè)利潤。然而基于位置的服務(wù)在其他移動終端，如掌上電腦中的使用還不夠普遍。隨 著移動設(shè)備和無線網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，這些移動終端的成本趨于合理，同時在處理能力、用戶體 驗、能耗方面介于手機和計算機之間，在這種平臺上基于LBS的交互式信息輔助系統(tǒng)應(yīng)用 范圍更廣，支持的功能更強，將具有良好的市場需求和發(fā)展前景?；跓o線接收信號強度和位置指紋的定位技術(shù)由于使用范圍廣，具有能夠以純軟 件的方式實現(xiàn)、定位系統(tǒng)成本低等優(yōu)點，成為近年來位置感知領(lǐng)域的一個研究熱點。由于受 復(fù)雜環(huán)境里噪聲的干擾，位置指紋數(shù)據(jù)中常含有不確定性因素，提高定位準(zhǔn)確度是當(dāng)前研 究的重點之一。在計算機科學(xué)技術(shù)與應(yīng)用不斷發(fā)展的同時，許多困難也隨之產(chǎn)生，包括知識的表 示、信息 的組織、軟件的復(fù)用等。特別是因特網(wǎng)的快速發(fā)展，面對信息的海洋，如何組織、管 理和維護(hù)海量信息并為用戶提供有效的服務(wù)成為一項重要的研究內(nèi)容。本體作為一種能在 語義和知識層次上描述信息系統(tǒng)的概念模型建模工具，一經(jīng)被提出就引起了國外眾多科研 人員的興趣和關(guān)注，并在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如知識工程、數(shù)字圖書館、軟件復(fù)用、 信息檢索和Web上異構(gòu)信息的處理、語義Web等。本體不僅可以清晰地描述領(lǐng)域中的概念 及其關(guān)系，還可以實現(xiàn)領(lǐng)域知識的共享和重用，基于本體的知識檢索具有更高的信息查準(zhǔn) 率和查全率，且有利于領(lǐng)域知識庫的管理和維護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是融合基于接收信號強度的定位技術(shù)和本體庫技術(shù)構(gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)， 實現(xiàn)交互式輔助的功能。研制了一套基于位置服務(wù)的交互式信息輔助系統(tǒng)。本發(fā)明對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了較深入、系統(tǒng)的研究，并針對定位準(zhǔn)確度、移動設(shè)備能耗 方面存在的問題，采用人工智能和數(shù)據(jù)挖掘理論，提出了相應(yīng)的方法(1)根據(jù)多源信息融合的思想，提出了一種基于Dempster-Shafer證據(jù)理論的定 位方法。該方法將接入點作為提供接收信號強度數(shù)據(jù)的信息源，能夠為不同的信息源賦予不同的信任度，詳細(xì)地描述和區(qū)分了不同接入點對定位結(jié)果的貢獻(xiàn)能力。(2)提出了一種基于高斯混合模型(GMM)的位置指紋聚類算法。用高斯混合模型表示位置指紋的簇，通過考慮接收信號強度的概率分布，克服了 現(xiàn)有聚類算法只考慮接收信號強度大小的相似性的不足，從而減小聚類對于含噪聲數(shù)據(jù)的 敏感性。結(jié)果表 明，該聚類算法能更好地降低定位算法的計算量，減小移動設(shè)備的能耗。在定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過使用無線網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器端能夠迅速地獲取客戶的位置 信息，和客戶端能及時地進(jìn)行通信，以達(dá)到信息的交互。同時，本體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， 可以對于領(lǐng)域知識進(jìn)行分析、明確，并使其形式化，使領(lǐng)域知識可以重用和共享，可以實現(xiàn) 基于語義的知識檢索。本發(fā)明應(yīng)用東海魚類分類本體論的理論和方法構(gòu)建東海魚類本體 庫，進(jìn)行漁業(yè)信息資源的知識組織與構(gòu)造，為構(gòu)建面向漁業(yè)信息的專業(yè)智能搜索工具提供 信息分類、組織和智能推理基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明的軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為無線網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明采用的通訊原理圖；圖4為本發(fā)明使用的移動終端和信號模塊的運行界面；圖5為基于無線局域網(wǎng)和位置指紋的定位技術(shù)原理圖；圖6為本發(fā)明采用的本體構(gòu)建過程；圖7為本發(fā)明的本體庫模型結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述(1)系統(tǒng)架構(gòu)圖1展示了本發(fā)明的交互式功能中數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程在交互式信息輔助系統(tǒng)中， 采用MVC框架來組織，分為展現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)持久層三部分。服務(wù)器端通過定位算 法獲取移動終端的位置信息，或者用戶向服務(wù)器端發(fā)送服務(wù)請求信息；然后與數(shù)據(jù)持久層 進(jìn)行交互；根據(jù)移動終端的位置信息，從魚類本體知識庫中返回相應(yīng)的魚類信息數(shù)據(jù)，或者 從系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫中針對用戶的服務(wù)請求返回相應(yīng)的服務(wù)信息。最終，完成服務(wù)器端和用 戶端的信息交互過程。(2)信號采集采用的無線網(wǎng)由AP和多個功能相同的移動終端組成，其中AP提供無線信號發(fā)射 的功能(如圖2所示)。在訪問接入點覆蓋范圍內(nèi)的客戶端，即移動終端依靠與接入點的 交互進(jìn)行通訊。在某一時間里，如果沒有手工指定信號源，無線網(wǎng)卡首先自動發(fā)現(xiàn)附近信號 最強的無線路由器或接入點，然后向其發(fā)送建立連接的請求。一旦連接建立，除非當(dāng)前AP 的信號強度很弱，才需要執(zhí)行切換。與此不同的是，定位系統(tǒng)需要連續(xù)地從客戶端獲取來 自所有可感測到的接入點的信號強度。因此，本發(fā)明采用IEEE 802. 11協(xié)議支持的主動掃 描(Active Scanning)工作方式來實現(xiàn)。圖3描述了主動掃描的整個過程。采集信號時，由應(yīng)用程序強制無線網(wǎng)卡掃描所有可能的802. 11信道。在每一個信道上，對應(yīng)一個特定 的頻率，網(wǎng)卡發(fā)出一個ProbeRequest幀并等待工作在該信道上的那些接入點返回的Probe Response幀。當(dāng)網(wǎng)卡收到ProbeResponse幀后，它將從中讀取信號強度等信息，報告給上層 的應(yīng)用程序。無線網(wǎng)卡在每個信道上用的時間都有一定的限制。這樣，當(dāng)整個主動掃描過 程結(jié)束后，定位系統(tǒng)就能夠獲得一個可觀測到的所有接入點及其相關(guān)信號信息的列表。本發(fā)明采用較為輕便的掌上電腦(Pocket PC)作為移動用戶端的通訊工具，并以 此為平臺研制采集無線信號信息的模塊。具體地，Pocket PC的型號為ASUS MyPal A716，處 理器為Intel PXA255 400MHz，內(nèi)存64MB，基于Windows Mobile 2003操作系統(tǒng)，內(nèi)置無線 網(wǎng)卡，支持802. Ilb無線局域網(wǎng)協(xié)議。WRAPI是一個開源的庫函數(shù)，允許應(yīng)用程序調(diào)用它以 查詢關(guān)于IEEE 802. 11網(wǎng)絡(luò)的信息。WRAPI 1.0在Windows XP平臺下實現(xiàn)且能夠與許多廠 商的網(wǎng)卡兼容，目前已推出WRAPI 2.0。基于此，本發(fā)明通過參考開源的WRAPI，以Embedded ViSUalC++4.0環(huán)境為軟件平臺，開發(fā)了可運行在MyPal A716的無線信號信息采集程序。如下圖4所示，左邊是本發(fā)明使用的掌上電腦，右圖是在EVC++平臺下采用Pocket PC2003 SDK提供的模擬器運行無線信號信息采集程序時的圖形化用戶界面。實際采樣時， 先從屏幕上邊的左側(cè)下拉列表框里選擇采樣點的標(biāo)識，程序預(yù)置了一部分采樣點標(biāo)識符， 但也可以按照實際需求錄入容易記憶的名字，比如，r237或者位置坐標(biāo)。右邊的下拉框顯示 了在Pocket PC中安裝的無線網(wǎng)卡，當(dāng)有多個無線網(wǎng)卡時，可以選擇從哪個網(wǎng)卡中讀取無線 信號的信息。屏幕下方有三個功能按鈕，分別是“Start”、“PaUse”、“EXit”。點擊“Start” 將創(chuàng)建一個以采樣點為名稱的文本發(fā)明件并啟動程序讀取相關(guān)信息。程序獲得信息后將顯 示在屏幕的中間區(qū)域里同時以添加的方式寫入已經(jīng)創(chuàng)建的文件里。(3)定位基于位置指紋的無線局域網(wǎng)定位大致分為兩個階段離線采樣階段和在線定位階 段(或者實時定位階段)。離線采樣階段的目標(biāo)是構(gòu)建一個關(guān)于信號強度與采樣點位置間 關(guān)系的數(shù)據(jù)庫，也就是位置指紋的數(shù)據(jù)庫或無線電地圖。為了生成該數(shù)據(jù)庫，操作人員需要 在被定位環(huán)境里確定若干采樣點，然后遍歷所有采樣點，記錄下在每個采樣點測量的無線 信號特征，即來自所有接入點的信號強度，最后將它們以某種方式保存在數(shù)據(jù)庫中。在第二 階段，當(dāng)用戶移動到某一位置時，根據(jù)他實時收到的信號強度信息，利用定位算法將其與位 置指紋數(shù)據(jù)庫中的信息匹配、比較，計算出該用戶的位置。整個過程如圖5所示?；贒empster-Shafer證據(jù)理論的定位方法，將接入點作為提供接收信號強度數(shù) 據(jù)的信息源，能夠為不同的信息源賦予不同的信任度，詳細(xì)地描述和區(qū)分了不同接入點對 定位結(jié)果的貢獻(xiàn)能力。與目前常用的一些定位方法相比，本發(fā)明所提的方法能夠更加有效 地估計用戶的位置，準(zhǔn)確度更高。本發(fā)明采用的算法用高斯混合模型表示位置指紋的簇，通 過考慮接收信號強度的概率分布，克服了現(xiàn)有聚類算法只考慮接收信號強度大小的相似性 的不足，從而減小聚類對于含噪聲數(shù)據(jù)的敏感性。此外，該算法中的參數(shù)含義明確，易于使 用。
(4)本體知識庫的構(gòu)建這里以魚類本體庫的構(gòu)建為例。本體不僅可以清晰地描述領(lǐng)域中的概念及其關(guān) 系，還可以實現(xiàn)領(lǐng)域知識的共享和重用，且有利于領(lǐng)域知識庫的管理和維護(hù)。本發(fā)明在已有 東海魚類科技文獻(xiàn)知識的基礎(chǔ)上，構(gòu)建魚類本體，建立規(guī)范化的東海海域魚類知識概念體系，確定概念間的各種邏輯關(guān)系和屬性，為漁業(yè)信息和知識的組織以及基于漁業(yè)信息和知 識的智能搜索提供先決條件。因此本發(fā)明使用基于本體技術(shù)構(gòu)建的魚類本體庫，替代普通 關(guān)系數(shù)據(jù)庫來組織領(lǐng)域知識。本體的構(gòu)建是一個不斷反復(fù)、不斷修正、不斷完善的疊代過程，因此提出了基于循 環(huán)的領(lǐng)域本體構(gòu)建過程，通過本體的評價發(fā)現(xiàn)問題，再進(jìn)行進(jìn)一步的需求分析解決問題，反 復(fù)循環(huán)，不斷改善本體知識庫。構(gòu)建過程如圖6所示首先進(jìn)行需求分析，明確領(lǐng)域本體構(gòu)建的范圍(即所處領(lǐng) 域)、應(yīng)用目的、使用群體(即目標(biāo)用戶)并進(jìn)行可行性分析；然后進(jìn)行知識獲取，通過收集 領(lǐng)域信息充分了解領(lǐng)域知識。信息來源包括專家、書籍、網(wǎng)絡(luò)、甚至是其他的本體。在本體開 發(fā)階段，完成知識體系的選取、類框架的確定、屬性、實例填充工作。構(gòu)建本體之后，根據(jù)正 確性、一致性、完整性、可擴(kuò)展性、本體的規(guī)模及描述能力等本體評價指標(biāo)來進(jìn)行本體評價， 本體進(jìn)化的方式可以是集成新的本體、由專家補充定義新的概念和關(guān)系或者通過機器學(xué)習(xí) 等 方法發(fā)現(xiàn)新的知識。這五方面循環(huán)進(jìn)行，不斷填充、完善所建魚類本體。本體庫采用斯坦福醫(yī)學(xué)院開發(fā)的pr0tege3. 4版本來生成。本體庫中存放了多種 適合養(yǎng)殖的魚類本體數(shù)據(jù)，包括魚類的養(yǎng)殖階段(產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后)，產(chǎn)前養(yǎng)殖成本和品 種選擇，產(chǎn)中養(yǎng)殖技術(shù)、增殖技術(shù)、生物學(xué)特性和病敵害，產(chǎn)后價值和市場本體。如圖7所示。
權(quán)利要求
基于本體和位置服務(wù)的交互式信息輔助系統(tǒng)的實現(xiàn)，其特征至少包括1.一個移動終端信號捕獲模塊，該模塊能夠接收無線網(wǎng)絡(luò)中的信號強度；2.一種基于接收信號強度的無線定位技術(shù)，包括基于Dempster Shafer證據(jù)理論的定位方法以及基于高斯混合模型(GMM)的位置指紋聚類算法；3.一種基于循環(huán)的領(lǐng)域本體構(gòu)建和本體知識庫生成技術(shù)；4.一個本體知識庫，該本體庫存有特色信息。本發(fā)明中涉及的是東海魚類的相關(guān)信息，包括魚的生活習(xí)性、觀賞價值等；5.一個位置信息數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)存儲由定位算法計算出的各個移動終端在無線網(wǎng)絡(luò)中的位置信息；6.一個和用戶交互的前端展示系統(tǒng)，根據(jù)定位算法獲取的用戶位置信息，圖形化地向用戶顯示輔助信息，如地圖，當(dāng)前位置，輔助信息等。
2.一種基于接收信號強度的無線定位技術(shù)，包括基于Dempster-Shafer證據(jù)理論的定 位方法以及基于高斯混合模型(GMM)的位置指紋聚類算法；
3.一種基于循環(huán)的領(lǐng)域本體構(gòu)建和本體知識庫生成技術(shù)；
4.一個本體知識庫，該本體庫存有特色信息。本發(fā)明中涉及的是東海魚類的相關(guān)信息， 包括魚的生活習(xí)性、觀賞價值等；
5.一個位置信息數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)存儲由定位算法計算出的各個移動終端在無線網(wǎng)絡(luò)中 的位置信息；
6.一個和用戶交互的前端展示系統(tǒng)，根據(jù)定位算法獲取的用戶位置信息，圖形化地向 用戶顯示輔助信息，如地圖，當(dāng)前位置，輔助信息等。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于本體和位置服務(wù)的交互式信息輔助系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，服務(wù)器端監(jiān)測到移動終端發(fā)出的無線電信號后，快速確定用戶的位置，通過與位置指紋數(shù)據(jù)庫和本體知識庫交互，即時地向前端展示系統(tǒng)傳輸與移動用戶位置相關(guān)的特色信息，能夠為用戶的活動提供幫助。另一方面，用戶也能夠使用移動終端向后臺系統(tǒng)發(fā)送服務(wù)請求或?qū)で髱椭到y(tǒng)自動計算出用戶的位置并對其請求作出響應(yīng)。為準(zhǔn)確獲取用戶的位置信息，采用了一種基于Dempster-Shafer證據(jù)理論的定位方法以及一種基于高斯混合模型(GMM)的位置指紋聚類算法。本發(fā)明有機地融合基于無線接收信號強度(RSS)和位置指紋的定位技術(shù)，結(jié)合本體豐富的知識表達(dá)和組織技術(shù)，實現(xiàn)了一種交互式的信息輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，易于部署，使用方便，能夠基于位置給用戶發(fā)送相關(guān)信息，并能迅速地接收到用戶發(fā)出的服務(wù)請求，實現(xiàn)交互。該系統(tǒng)可在海洋漁業(yè)生產(chǎn)、休閑漁區(qū)、旅游景點、大型購物等場所使用，實現(xiàn)信息交互、緊急救助。同時，高效的定位技術(shù)還解決了定位準(zhǔn)確度、移動設(shè)備能耗方面存在的問題。
文檔編號G01S5/02GK101988962SQ200910198469
公開日2011年3月23日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者于慶梅, 何盛琪, 張明華, 張永偉, 徐健寧, 方錢, 裴軍峰, 趙明, 鄭小羅, 高靜霞, 黃冬梅 申請人:上海海洋大學(xué)