Архітектура онтологічного програмного модуля для знання-орієнтованої геоінформаційної системи смарт землеробства
Розроблено клієнт-серверну архітектуру одного з основних компонентів знання-орієнтованої ГІС смарт землеробства – онтологічного програмного модуля, за рахунок якого забезпечується розв’язання нових класів задач....
Збережено в:
| Дата: | 2016 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2016
|
| Назва видання: | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122878 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Архітектура онтологічного програмного модуля для знання-орієнтованої геоінформаційної системи смарт землеробства / А.М. Касім // Комп’ютерні засоби, мережі та системи.— 2016.— № 15.— С. 162-166.— Бібліогр.: 8 назв.— укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-122878 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1228782017-07-22T03:04:03Z Архітектура онтологічного програмного модуля для знання-орієнтованої геоінформаційної системи смарт землеробства Касім, А.М. Розроблено клієнт-серверну архітектуру одного з основних компонентів знання-орієнтованої ГІС смарт землеробства – онтологічного програмного модуля, за рахунок якого забезпечується розв’язання нових класів задач. Разработана клиент-серверная архитектура одного из основных компонентов знание-ориентированной ГИС смарт земледелия – онтологического программного модуля, обеспечивающего решение новых классов задач. Client-server architecture of one of the main components of knowledge-oriented GIS of smart agriculture– ontological software module that provides solving new classes of problems is developed. 2016 Article Архітектура онтологічного програмного модуля для знання-орієнтованої геоінформаційної системи смарт землеробства / А.М. Касім // Комп’ютерні засоби, мережі та системи.— 2016.— № 15.— С. 162-166.— Бібліогр.: 8 назв.— укр. 1817-9908 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122878 004.9 uk Комп’ютерні засоби, мережі та системи Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Розроблено клієнт-серверну архітектуру одного з основних компонентів знання-орієнтованої ГІС смарт землеробства – онтологічного програмного модуля, за рахунок якого забезпечується розв’язання нових класів задач. |
| format |
Article |
| author |
Касім, А.М. |
| spellingShingle |
Касім, А.М. Архітектура онтологічного програмного модуля для знання-орієнтованої геоінформаційної системи смарт землеробства Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| author_facet |
Касім, А.М. |
| author_sort |
Касім, А.М. |
| title |
Архітектура онтологічного програмного модуля для знання-орієнтованої геоінформаційної системи смарт землеробства |
| title_short |
Архітектура онтологічного програмного модуля для знання-орієнтованої геоінформаційної системи смарт землеробства |
| title_full |
Архітектура онтологічного програмного модуля для знання-орієнтованої геоінформаційної системи смарт землеробства |
| title_fullStr |
Архітектура онтологічного програмного модуля для знання-орієнтованої геоінформаційної системи смарт землеробства |
| title_full_unstemmed |
Архітектура онтологічного програмного модуля для знання-орієнтованої геоінформаційної системи смарт землеробства |
| title_sort |
архітектура онтологічного програмного модуля для знання-орієнтованої геоінформаційної системи смарт землеробства |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2016 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122878 |
| citation_txt |
Архітектура онтологічного програмного модуля для знання-орієнтованої геоінформаційної системи смарт землеробства / А.М. Касім // Комп’ютерні засоби, мережі та системи.— 2016.— № 15.— С. 162-166.— Бібліогр.: 8 назв.— укр. |
| series |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| work_keys_str_mv |
AT kasímam arhítekturaontologíčnogoprogramnogomodulâdlâznannâoríêntovanoígeoínformacíjnoísistemismartzemlerobstva |
| first_indexed |
2025-07-08T22:39:29Z |
| last_indexed |
2025-07-08T22:39:29Z |
| _version_ |
1837120222291558400 |
| fulltext |
Комп'ютерні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 162
A. Qasem
ARCHITECTURE OF ONTOLO-
GICAL SOFTWARE MODULE
FOR KNOWLEDGE-ORIENTED
GEOINFORMATION SYSTEM
OF SMART AGRICULTURE
Client-server architecture of one of
the main components of knowledge-
oriented GIS of smart agriculture–
ontological software module that
provides solving new classes of
problems is developed.
Key words: knowledge base, smart
farming, modularity, ontology,
hierarchical structure.
Разработана клиент-серверная
архитектура одного из основных
компонентов знание-ориентиро-
ванной ГИС смарт земледелия –
онтологического программного
модуля, обеспечивающего решение
новых классов задач.
Ключевые слова: база знаний,
смарт земледелие, модульность,
онтология, иерархическая струк-
тура.
Розроблено клієнт-серверну архі-
тектуру одного з основних ком-
понентів знання-орієнтованої ГІС
смарт землеробства – онтологіч-
ного програмного модуля, за раху-
нок якого забезпечується розв’я-
зання нових класів задач.
Ключові слова: база знань, смарт
землеробство, модульність, онто-
логія, ієрархічна структура.
А.М. Касім, 2016
УДК 004.9
А.М. КАСІМ
АРХІТЕКТУРА ОНТОЛОГІЧНОГО
ПРОГРАМНОГО МОДУЛЯ
ДЛЯ ЗНАННЯ-ОРІЄНТОВАНОЇ
ГЕОІНФОРМАЦІЙНОЇ СИСТЕМИ
СМАРТ ЗЕМЛЕРОБСТВА
Вступ. На сьогодні існує велика кількість
інформаційних систем, розроблених для
розв’язання низки задач прецизійного (висо-
коточного) землеробства. Як правило, біль-
шість подібних програмних систем орієнто-
вана на задачі одного класу. Однак серед них
є й такі [1, 2], що використовують гетероген-
ні бази даних (БД), які включають значення
різноманітних характеристик базових і тема-
тичних картографічних об’єктів, а також ди-
намічних параметрів різнотипних рухомих
об’єктів, задіяних в агротехнологічному про-
цесі. Інформація для змістовного наповнення
цих БД здобувається сучасними засобами
геоінформаційних і супутникових техноло-
гій. Акумульовані в зазначених БД фактичні
відомості використовуються різними катего-
ріями користувачів під час автоматизованого
розв’язання прикладних задач даної галузі.
Подальший розвиток ідей точного земле-
робства втілився в смарт (розумному) земле-
робстві, що потребує створення і реалізації
інтелектуальних систем, заснованих на знан-
нях, які б дозволяли при вирішенні задач ви-
користовувати змінювані (динамічні) знання
даної предметної області (ПрО). Важливим
компонентом окреслених смарт систем є база
знань (БЗ), представлена у вигляді онтології,
що містить, окрім ієрархії об'єктів-понять і їх
відношень, ще й екземпляри об'єктів. Інтеле-
ктуальні системи мають істотну перевагу пе-
ред програмними системами інших класів,
оскільки дають можливість розширювати БЗ,
АРХІТЕКТУРА ОНТОЛОГІЧНОГО ПРОГРАМНОГО МОДУЛЯ ДЛЯ ЗНАННЯ-ОРІЄНТОВАНОЇ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 163
не змінюючи ядро програмної системи, охоплюючи нові розділи ПрО і нові кла-
си задач. Для створення знання-орієнтованих інформаційних систем необхідний
теоретичний фундамент у вигляді моделей онтологій ПрО.
Роль онтології у побудові бази знань знання-орієнтованої системи.
У загальному вигляді комп’ютерну онтологію визначають як БЗ спеціально-
го виду, що представляє заданою формальною мовою знання про ПрО (домен,
середовище, світ). Невід’ємним атрибутом онтології є непорожня множина кон-
цептів, що характеризують визначену область інтересів. Найчастіше ця множина
виражається за допомогою концептуалізації – визначення базових і утилітарних
об’єктів (процесів, атрибутів) і відношень між ними. Кожна БЗ, а відтак система,
що базується на знаннях, агент знань прямо або побічно використовують конце-
птуалізацію. Онтології дозволяють формувати моделі ПрО, інтегруючи деклара-
тивні описи та визначення, у тому числі тексти на предметній мові експертів.
Під формальною моделлю [1–4] комп’ютерно-інтерпретованої онтології O
розуміється впорядкована трійка вигляду
FRCO ,, , (1)
де C – скінченна множина концептів (понять, термінів, квантів знань) ПрО, яку
задає онтологія O ; R – скінченна множина відношень між визначеними конце-
птами заданої ПрО; F – скінченна множина функцій інтерпретації (аксіомати-
зація), заданих на концептах чи відношеннях онтології O .
Інтерпретація як логічний прийом по встановленню значення термінологіч-
них виразів концепції, гарантує її несуперечливість, але не забезпечує змістовної
істинності цієї концепції. Тому модель (1) розширюють до четвірки за рахунок
введення окремого додаткового компонента ),( RsDA , що тлумачиться так: A –
скінченна множина аксіом, які використовуються для запису завжди істинних
висловлювань (визначень і обмежень); D – множина додаткових визначень по-
нять; Rs – множина обмежень, що скорочують область дії понятійних структур.
В рамках даного дослідження предметна онтологія розглядається як сукуп-
ність: класів, що описують поняття ПрО; відношень, що виникають між сутнос-
тями (екземплярами класів); слотів, які фіксують різні властивості та атрибути
класів, і обмежень, накладених на слоти або відношення. Виходячи з вищеви-
кладеного, розробка онтології для знання-орієнтованої геоінформаційної систе-
ми (ГІС) смарт землеробства має включати в себе визначення класів і відно-
шень, створення ієрархії класів (клас – підклас), визначення слотів і опис їх до-
пустимих значень, накладення обмежень на зв'язування конкретних сутностей
відношеннями заданого типу з метою контролю рівня залежності (слабка, силь-
на) між об'єктами. Більше про онтологію цієї ПрО можна знайти в [2].
Модульна організація багаторівневої онтології ГІС смарт землеробства.
У роботі пропонується будувати багаторівневу онтологію ПрО ГІС смарт
землеробства за модульним принципом. Кожен модуль онтології визначає пов'я-
зані між собою терміни, які належать до одного тематичного розділу даної ПрО.
Водночас час окремий модуль багаторівневої онтології утворює систему взає-
мопов'язаних понять ПрО, яка може використовуватися при визначенні інших
А.М. КАСІМ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 164
систем понять тієї самої ПрО. Це зумовлює побудову онтології наступного рівня
з онтології попереднього рівня. Онтологія високого рівня визначає всі множини
термінів, які існують в ПрО, і задає властивості термінів з цих множин.
Групування онтології з тематичних модулів дозволяє отримати структуро-
ваний опис онтології заданої складної ПрО. Звідси випливає, що інтелектуальні
програмні системи, які розробляються на основі розділених на модулі багаторів-
невих онтологій та їх моделей, набувають нових властивостей.
Зручність використання модульної архітектури багаторівневої онтології по-
лягає у можливості зміни (оновлення, заміни) модуля пов'язаних класів-понять
без необхідності зміни іншої частини системи понять. Крім того, додавання но-
вих класів-понять, які семантично чи функціонально не пов’язані з існуючими
модулями, відбувається за допомогою приєднання нових модулів. Додавання
нових розділів ПрО також зводиться до внесення нових модулів у відповідну
онтологію. Модульність онтології ПрО тягне за собою модульність знань ПрО.
Причому одному модулю онтології може відповідати один модуль знань цієї
ПрО [5]. Така властивість онтології дозволяє створювати інтелектуальні систе-
ми, в яких можуть динамічно і незалежно змінюватися як знання, так і онтології.
Визначення проблем, пов’язаних з розробленням онтологічного модуля.
Розробка знання-орієнтованої ГІС смарт землеробства породжує ряд про-
блем. Першою проблемою є визначення способів інтеграції знань різних розділів
(модулів) всередині однієї програмної системи. Використання онтології ПрО для
розробки програмної системи такого типу дозволяє вирішити дану проблему в
силу того, що онтологія структурує знання різних модулів. Це дозволяє інтегру-
вати знання різних модулів у рамках однієї системи понять [3, 5].
Друга проблема полягає в тому, що системи понять, які використовуються в
різних модулях, відрізняються одна від одної. Тому потрібні способи інтеграції
вже цих систем понять (онтологій). Дослідження показали [3, 5], що інтеграція
онтологій може виконуватися в термінах інших систем понять, які визначаються
онтологіями верхніх рівнів і успадковуються онтологіями нижчих рівнів.
Суть третьої проблеми в тому, що знання-орієнтована ГІС смарт землеробс-
тва має забезпечувати спільне і водночас розподілене створення та редагування
онтологій і знань відповідними категоріями користувачів, тобто має задовольня-
ти вимогам веб-орієнтованої системи.
Клієнт-серверна архітектура онтологічного програмного модуля для
знання-орієнтованої ГІС смарт землеробства.
Онтологічний модуль ГІС смарт землеробства є її інтелектуальною части-
ною. Він має склад і структуру, які забезпечують інтелектуалізацію функціоналу
системи, а його архітектура реалізована за прототипом системи, описаної в [5].
Архітектура онтологічного програмного модуля для знання-орієнтованої
ГІС смарт землеробства складається з рівня представлення й рівня об'єднаних
логіки і даних, рисунок, та включає наступні програмні компоненти [6, 7]: сер-
вер, який виконує запити клієнта; клієнт, що надає інтерфейс користувача, який
надсилає запити до сервера і отримує відповіді від нього; мережне комунікацій-
не програмне забезпечення, що здійснює взаємодію між клієнтом і сервером.
АРХІТЕКТУРА ОНТОЛОГІЧНОГО ПРОГРАМНОГО МОДУЛЯ ДЛЯ ЗНАННЯ-ОРІЄНТОВАНОЇ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 165
РИСУНОК. Компоненти клієнт-серверної архітектури онтологічного програмного модуля у
складі знання-орієнтованої ГІС смарт землеробства
Серверна частина запропонованого онтологічного модуля, яка реалізує рі-
вень даних і логіки, складається з інформаційного сховища і програмного напов-
нення. Інформаційне сховище містить базову метаонтологію, модулі предметної
онтології, об’єднані в єдину багаторівневу онтологію, та організовані в базу знан-
ня даної ПрО, що можуть виражатися в термінах інших моделей представлення
знань, наприклад, продукційного типу. Останні задають правила, які використо-
вуються бібліотекою методів вирішення задач. Програмне наповнення включає,
поряд з редакторами та візуалізатором онтологій і знань, програмний блок для
розв’язання різних інтелектуальних задач. В свою чергу, клієнтська частина
(«тонкий клієнт» або термінал), яка підключена до єдиного сервера додатків та
інформаційного сховища і реалізує рівень представлення, містить інтерфейси:
конструктора онтологій, редактора БЗ, візуалізатора сцен і розв’язувача задач.
При цьому рівень представлення не має прямих зв'язків з інформаційним схови-
щем (за вимогами безпеки), не навантажений основною бізнес-логікою (за вимо-
гами масштабованості) і не зберігає стан додатка (за вимогами надійності).
Основний режим роботи системи передбачає наявність Інтернет-з'єднання.
У цьому випадку немає необхідності в інсталяції додаткового програмного за-
безпечення на робочому комп'ютері користувача, оскільки запропонована сис-
тема має веб-інтерфейс, що відображається у вікні браузера.
За аналогією з системами, що реалізують механізми міркування (експертні
системи, інтелектуальні роботи, системи керування та ін.), створення знання-
орієнтованої ГІС смарт землеробства припускає реалізацію засобів формування
пояснень на базі онтологічного підходу [8], що дозволяє істотно знизити рівень
помилок, спричинених людським фактором. При прийнятті рішення і при пояс-
ненні має враховуватися семантика як окремих термінів, так і складених з них
висловлювань та їх композицій.
А.М. КАСІМ
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2016, № 15 166
Інформаційне наповнення використовується розв’язувачем задач знання-
орієнтованої ГІС, який дозволяє вирішувати основні класи задач, відображені у
відповідних блоках на рисунку. Специфікація кожної задачі визначає вхідні й
вихідні параметри задачі та їх зв'язки з термінами онтології ПрО. Метод
розв’язання задачі будується на основі онтологічних угод, зафіксованих онтоло-
гією, які визначають зв'язок вхідних і вихідних даних задачі.
Ряд прикладних задач ПрО смарт землеробства зводяться до завдань пошуку
й вилучення інформації з БЗ. Організація ефективного пошуку в БЗ також вима-
гає використання онтології, яка дозволяє точніше інтерпретувати зміст термінів,
що присутні в запиті, з можливістю доповнювати або розширювати запит понят-
тями, які пов'язані з термінами запиту різними відношеннями. Більше того, за-
лучення у процес пошуку онтології для уточнення семантики запитів шляхом
«фільтрації» їх змісту сприяє зменшенню інформаційного шуму [2, 8].
Висновки. Включення до складу знання-орієнтованої ГІС смарт землеробс-
тва онтологічного модуля, побудованого на базі розробленої архітектури, не
лише забезпечить змістовний доступ користувачів до різнорідних джерел інфо-
рмації, а й дозволить з урахуванням семантики даної предметної області
розв’язувати нові класи задач за рахунок використання композиції онтологій
різного рівня, як по вертикалі, так і по горизонталі.
1. Васюхін М.І., Ткаченко О.М., Касім А.М., Іваник Ю.Ю., Долинний В.В., Шелухін А.М.
Підходи побудови геоінформаційної навігаційної системи прецизійного землеробства.
Безпека життєдіяльності на транспорті і виробництві – освіта, наука, практика
(SLA-2014): зб. матеріалів Міжнар. наук.-практ. конф. Херсон: ХДМА, 2014. С. 23–27.
2. Васюхін М.І., Ткаченко О.М., Касім А.М., Іваник Ю.Ю., Долинний В.В. Онтологічний
підхід до побудови бази картографічних даних ГІС прецизійного землеробства. Науко-
вий вісник Херсонської державної морської академії. 2014. № 2 (11). С. 228–234.
3. Палагин А.В., Крывый С.Л., Петренко Н.Г., Величко В.Ю. Знание-ориентированные ин-
формационные системы с обработкой естественно-языковых объектов: онтологический
подход. УСиМ. 2010. № 4. С. 3–14.
4. Palagin O.V., Qasem A.M., Tkachenko O.M., Kasim M.M. Information support for software
projects of multidomain geoinformation systems using ontologies, agent-based and cals
technologies. Proceedings ІX annual scientific conference «Information technology and auto-
mation – 2016» (Odessa, October 11-14, 2016). Одеса: ОНАХТ, 2016. С. 22–24.
5. Артемьева И.Л., Рештаненко Н.В. Специализированный компьютерный банк знаний
предметной области «Химия». Искусственный интеллект. 2004. № 4. С. 235–245.
6. Касім А.М., Касім М.М. Стратегії організації клієнт-серверної взаємодії у web-
орієнтованих геоінформаційних системах. Зб. матеріалів IV наук.-практ. конф.
«Глушковські читання», 02 грудня 2015р. – К.: Вид-во «Політехніка», 2015. С. 73–75.
7. Касім А.М., Касім М.М. Трирівнева архітектура web-базованої геоінформаційної систе-
ми відображення різнотипних рухомих об’єктів. Сучасні проблеми і досягнення в галузі
радіотехніки, телекомунікацій та інформаційних технологій: тези доповідей VIII
Міжнар. наук.-практ. конф. (21–23 вересня 2016). Запоріжжя: ЗНТУ, 2016. С. 149–151.
8. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Интеллектуальные информационные технологии: учеб.
Пособие: А.И. Башмаков. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 304 с.
Одержано 07.11.2016
|