上下文感知的智慧城市空间信息服务组合

第４１卷第７期２０１６年７月武汉大学学报·信息科学版

Ｇｅｏｍａｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．７

Ｊｕｌｙ　

２０１６收稿日期：２０１６－０３－

０９项目资助：国家重大设备专项（２０１２ＹＱ１６０１８５０５）；国家科技支撑计划（２０１３ＢＡＨ４２Ｆ０３）；国家教育部新世纪优秀人才资助计划（ＮＣＥＴ－

１２－

０４２６）；国家国土资源部地理国情监测专项基金。第一作者：李德仁，教授，中国科学院院士，中国工程院院士，国际欧亚科学院院士。现主要从事以ＲＳ、ＧＰＳ和ＧＩＳ为代表的空间信息

科学与多媒体通讯技术的科研和教学工作。ｄｒｌｉ＠ｗ

ｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ通迅作者：柳来星，博士生。ｌ

ｘｌｉｕ＠１２６．ｃｏｍＤＯＩ：１０．１３２０３／ｊ．ｗｈｕｇｉｓ２０１６００８９文章编号：１６７１－８８６０（２０１６）０７－０８５３－

０８上下文感知的智慧城市空间信息服务组合

李德仁１　柳来星１

１　武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北武汉，４

３００７９摘　要：智慧城市的功能之一是构建可智能感知的、泛在化的空间信息服务，并将这些服务按需求进行组合提供灵活的服务，这就要求空间信息服务能更好地适应不断变化的地理上下文环境。设计了上下文感知的空间信息服务的语义模型，该模型扩展了ＯＷＬ－Ｓ本体，增加了地理上下文类、上下文前提条件类、上下文效果类和上下文绑定类以支持地理上下文和地理上下文适应性，并使用智能规划技术和语义增强技术，将上下文感知的空间信息服务组合转化为智能规划的求解过程，提高了服务组合精度。最后通过智慧旅游验证了上下文感知的空间信息服务组合方法的可行性和有效性。

关键词：上下文感知计算；上下文本体建模；空间信息服务；服务组合；语义Ｗｅｂ服务；智能规划中图法分类号：Ｐ２０８ 文献标志码：Ａ

智慧城市是利用物联网、

云计算、大数据技术将虚实世界融合，实现对人和机器的感知、分析、

计算、控制和服务［１］

。因此，智慧城市需要构建智

能感知的、泛在的空间信息服务，并将这些服务组

合在一起提供给用户［

２，３］

。要实现这些服务的语义描述和智能感知，需要自动感知不同需求的上下文时空信息，譬如，通过手机记录的时间、位置、姿态、速度、加速度等时空连续数据的上下文信息感知，可以判断手机持有人的状态和异常行为（如马路上摔倒等）

，从而提供必要的应急服务。这类的空间感知和认知服务，本文称为上下文感知的空间信息服务。如何构建上下文感知的空间信息服务以及如何组合这些服务是本文研究的重点。

构建上下文感知的空间信息服务，目前主要的研究思路是将上下文跟Ｗｅｂ服务结合。具体

结合方法有多种，其中具有代表性的方法包括采用切面描述上下文，切面与Ｗｅｂ服务之间是松耦

合的链接关系［

４，５］

，在运行的时候可以动态关联在一起；通过对ＯＷＬ－

Ｓ［６］

进行扩展以加入上下文信息。Ｍｏｋｈｔａｒ等提出了一个上下文感知服务组

合系统［７］

，此系统扩展ＯＷＬ－

Ｓ来加入对上下文的支持，上下文作为ＯＷＬ－

Ｓ的Ｐｒｏｆｉｌｅ（概要）类的参数属性。Ｆｕｒｎｏ等提出了基于上下文的语义

模型［

８］

，此模型使用上下文条件和自适应规则扩展ＯＷＬ－

Ｓ中的Ｐｒｏｆｉｌｅ、Ｐｒｏｃｅｓｓ（过程）和Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ（绑定）类；最后一类方法是加入配置规则，代表性成果包括薛宵等利用配置建立上下

文信息与服务之间的关系［９］

。本文采用对ＯＷＬ－

Ｓ扩展的方法。

单个的上下文感知空间信息服务提供的功能有限，现实中需要将多个上下文感知的空间信息服务进行组合形成一个更复杂、功能更加强大的服务，以满足用户的个性化需求。因为Ｗｅｂ服务组

合与人工智能（ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，ＡＩ）规划两个学科问题间存在着很多相似之处，研究人员提出了

很多基于ＡＩ规划的Ｗｅｂ服务组合方法［１

０－

１３］，但这些方法并没有考虑上下文信息。目前，基于上下文感知的空间信息服务组合的研究很少［

１４－

１７］。本文首先创建了智慧城市中的地理上下文本体；其次设计了上下文感知的空间信息服务的语义表示模型，此模型扩展ＯＷＬ－Ｓ本体以支持上下文；最后使用智能规划技术和语义增强技术，将上下文感知的空间信息服务组合转化为智能规划的求解过程，即将上下文感知的空间信息服务的领域服务集和目标服务转换为规划领域定义语言（ｐ

ｌａｎｎｉｎｇｄｏｍａｉｎ　ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　ｌａｎｇｕａｇ

ｅ，ＰＤＤＬ）［１８

］的领域和问

武汉大学学报·信息科学版２０１６年７月

题，然后将ＰＤＤＬ文件输入满足ＰＤＤＬ规范的智能规划器进行规划，将规划结果转换为Ｗｅｂ服务业务流程执行语言（ｗｅｂ　ｓｅｒｖｉｃｅｓ　ｂｕｓｉｎｅｓｓ　ｐ

ｒｏｃｅｓｓ　ｅｘｅ－ｃｕｔｉｏｎ　ｌａｎｇｕａｇ

ｅ，ＷＳ－ＢＰＥＬ）［１９

］工作流语言，并将其输入到工作流引擎上运行。

１　智慧城市中的地理上下文

描述用户所处的各种地理环境或情景，寻找适合地理上下文感知计算的上下文模型，是构建地理上下文感知空间信息服务的基础性问题。

智慧城市中的地理上下文信息是任何刻划城市情景的信息，主要包括地理空间位置、任务领域及其用户等方面的信息。目前主要的上下文建模方法有实体关系（ｅｎｔｉｔｙ　ｒｅｌａｔｉｏｎ，ＥＲ）模型、键值对模型、基于逻辑的模型、面向对象模型以及基于本体的上下文模型等。其中基于本体的上下文模型由于其开放性、可扩展性，易于知识共享，而且支持本体推理和上下文重用的特点是目前研究的重点。智慧城市中涉及的地理空间信息是一个开放的集合，不可能一次性考虑到所有的地理上下文信息，采用本体上下文模型更容易扩展。

智慧城市中较为常用的上下文信息有地图与兴趣点信息（ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒｅｓｔ，ＰＯＩ）、ＧＰＳ数据、客流数据、手机数据、位置服务数据（ｌｏｃａｔｉｏｎｂａｓｅｄ　

ｓｅｒｖｉｃｅ，ＬＢＳ）、视频监控数据、环境与气象数据、社会活动数据等［２０］

。本文在参考普适计算、城市计算、语用Ｗｅｂ等方面上下文本体研究

成果的基础上［２１－

２４］，提出了空间因素、时间因素、社会因素、环境因素、技术因素、用户因素、任务因素等７大类地理上下文因素。其中空间因素是地理上下文的特有因素，包括位置、空间对象、空间关系等；时间因素包含相对时间和绝对时间等；用户因素包含身份信息、职业信息、偏好信息等；环境因素包含天气、温度、湿度、污染、环境安全、交通状况等；技术因素包含硬件、软件、数据、人机交互、信息技术安全等；社会因素包含文化（语言和习俗及规范）

、社会资源、社会机构等。本文采用分层的思想，将地理上下文本体（ＯＷＬ－Ｇ

Ｃｔ）划分为上层通用上下文本体和下层领域上下文本体。上层通用上下文本体主要负责地理上下文的基本概念和关系的实体；下层领域上下文负责具体领域相关的概念及关系。本文构建的地理上下文本体的上层通用上下文本体结构如图１所示。本文的地理上下文本体使用Ｗｅｂ

本体语言（ｏｎｔｏｌｏｇｙ　

ｗｅｂ　ｌａｎｇｕａｇｅ，ＯＷＬ）［２５］

语言表示

。

图１　地理上下文本体Ｆｉｇ．１　ＧｅｏＣｏｎｔｅｘｔ　Ｏｎｔｏｌｏｇｙ

２　上下文感知的空间信息服务的语

义表示

目前，已经有ＯＷＬ－Ｓ、ＷＳＭＯ、ＷＳＤＬ－

Ｓ、ＳＡＷＳＤＬ、ＳＷＳＦ等语义网络服务技术。ＷＳＭＯ和ＳＷＳＦ的逻辑表达不局限于描述逻辑。ＷＳ－ＤＬ－Ｓ和ＳＡＷＳＤＬ侧重于对ＷＳＤＬ元素进行扩展，而没有提供一个描述服务的完整本体框架。由于ＯＷＬ－Ｓ建立在Ｗ３Ｃ推荐的标准ＯＷＬ的基础上，已经有不少软件工具支持ＯＷＬ－Ｓ。本文采用ＯＷＬ－Ｓ来表达空间信息服务的语义。ＯＷＬ－

Ｓ分为服务概要、服务模型、服务绑定３个部分。其中服务概要描述服务的功能；服务模型实现服务如何运行；服务绑定是服务如何被访问。服务模型建模服务的内部模型，定义了过程的输入、输出、前提条件和效果。ＯＷＬ－Ｓ中定义的前提条件和效果是由输入、输出和内部的一些参数定义，无法表达外部信息定义的前提条件和效果。

上下文感知的空间信息服务（ＯＷＬ－ＳＧＣ）利用地理上下文本体扩展ＯＷＬ－Ｓ本体使其具有感知地理上下文的能力。其具体方法就是建立ＯＷＬ－Ｓ中的Ｓｅｒｖｉｃｅ对象和ＯＷＬ－ＧＣｔ中Ｇｅｏ－Ｃｏｎｔｅｘｔ对象之间的关系。

上下文感知的空间信息服务也需要对地理上下文的变化作出响应，包括输入、输出值对地理上下文的变化的响应，前提条件是对地理上下文变化的响应、效果和地理上下文的变化的响应。

４

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