面向水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)的本體知識(shí)庫構(gòu)建

姚應(yīng)龍， 徐偉銘， 涂 平

(福州大學(xué)空間數(shù)據(jù)挖掘與信息共享教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 福建省空間信息工程研究中心 福建 福州　350002)

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面向水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)的本體知識(shí)庫構(gòu)建

姚應(yīng)龍， 徐偉銘， 涂 平

(福州大學(xué)空間數(shù)據(jù)挖掘與信息共享教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 福建省空間信息工程研究中心 福建 福州350002)

摘要：針對(duì)無法實(shí)現(xiàn)水土保持領(lǐng)域內(nèi)知識(shí)的重用與共享的問題， 研究基于本體的知識(shí)庫構(gòu)建方法， 研發(fā)水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)知識(shí)庫系統(tǒng)， 并以福建省長(zhǎng)汀縣梯田措施的適宜性評(píng)價(jià)為例驗(yàn)證系統(tǒng)的科學(xué)性和有效性. 結(jié)果表明， 本體知識(shí)庫能夠有效實(shí)現(xiàn)水土保持領(lǐng)域知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的重用， 提高水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)的科學(xué)性.

關(guān)鍵詞：水土保持； 適宜性評(píng)價(jià)； 本體知識(shí)庫

0引言

水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)用以衡量某種水土保持措施與一定的水土流失現(xiàn)狀的適合程度， 是水土保持基礎(chǔ)理論研究的重要內(nèi)容之一， 系統(tǒng)分析不同水土保持措施的防蝕機(jī)制和適宜條件， 弄清各種措施的產(chǎn)出效益， 豐富了水土保持措施的理論知識(shí)， 具有十分重要的理論意義[1]. 同時(shí)也是科學(xué)和優(yōu)化實(shí)施水土保持措施的基礎(chǔ)[2]. 正確地分析水土保持措施在特定區(qū)域的適宜性， 對(duì)水土流失治理的成效起著至關(guān)重要的作用. 目前水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)理論與方法尚不成熟， 大多數(shù)的研究都是基于水保法、 多元回歸分析法、 加權(quán)求和法、 模糊評(píng)價(jià)法、 灰色關(guān)聯(lián)分析法、 模型預(yù)測(cè)法等研究水土流失的治理效益[3-8]. 但是這些方法的共同缺點(diǎn)是無法將長(zhǎng)期以來專家學(xué)者們積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)運(yùn)用到評(píng)價(jià)中去， 無法實(shí)現(xiàn)水土保持領(lǐng)域內(nèi)知識(shí)的重用與共享. 因此， 如何提煉、 整理專家知識(shí)， 構(gòu)建水土保持領(lǐng)域知識(shí)庫， 為水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)服務(wù)， 是一個(gè)亟待解決的問題. 本體(ontology)是“概念模型的顯式表示”[9]， 是共享概念模型的明確的形式化、 規(guī)范說明[10]， 是知識(shí)共享、 重用與構(gòu)建的重要工具. 因此本文將本體知識(shí)庫引入水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)領(lǐng)域， 借助本體構(gòu)建面向水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)的要素和要素間的關(guān)系， 提取水土保持措施領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)， 構(gòu)建面向水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)的本體知識(shí)庫系統(tǒng).

1面向水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)的本體模型庫建設(shè)

1.1確定領(lǐng)域知識(shí)范圍

具體領(lǐng)域的研究首先需對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行分析， 確定領(lǐng)域研究的范圍以及涉及到的具體領(lǐng)域知識(shí)[11]. 本研究本體庫構(gòu)建的目的是使選擇出的最優(yōu)水土保持措施在當(dāng)?shù)刈钸m宜. 由于某一特定水土保持措施是否適宜于特定的區(qū)域受諸多因素的影響， 因此構(gòu)建的本體知識(shí)庫必須覆蓋土壤條件、 地形地貌、 社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、 水土流失條件和生態(tài)效益等方面的知識(shí).

1.2領(lǐng)域概念遴選

水土保持措施在特定評(píng)價(jià)單元的適宜性受自身的生態(tài)效益和當(dāng)?shù)亓⒌貤l件的影響. 相同立地條件下， 不同水土保持措施具有不同的適宜性， 相同水土保持措施在不同的立地條件下具有不同的效益. 因此， 本研究從立地條件、 措施自身效益兩個(gè)方面入手， 選取領(lǐng)域概念.

為了使選取的領(lǐng)域概念更規(guī)范更準(zhǔn)確， 選取的概念主要參考文獻(xiàn)[12-16]， 并通過與領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者交流， 構(gòu)建出面向水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)的本體模型庫的類及主要關(guān)系， 如圖1所示.

1.3本體模型庫構(gòu)建

采用Protege本體編輯工具和OWL本體描述語言對(duì)本體進(jìn)行編輯以完成本體模型的形式化表示. 由于OWL DL語言具有良好的知識(shí)表達(dá)和推理能力[11]， 因此本研究以本體模型作為知識(shí)推理的依據(jù)， 選擇OWL DL語言作為本體的描述語言. 如描述本體類 (evaluateCell 評(píng)價(jià)單元)具有對(duì)象屬性(hasMeasure具有治理措施)， 該對(duì)象屬性的值域?yàn)閙easure治理措施， 而某一評(píng)價(jià)單元實(shí)例 (evaluateCell_0) 具有的治理措施類型為梯田(Titian)， 可用OWL語言簡(jiǎn)要描述為：

< evaluateCell rdf: ID="evaluateCell_0">

完成本體模型的形式化表示后， 利用Jena提供的API將本體模型持久化進(jìn)數(shù)據(jù)庫， 以完成領(lǐng)域本體模型的構(gòu)建.

2基于Jena的水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)規(guī)則構(gòu)建

Jean以其強(qiáng)大的基于規(guī)則的推理引擎而被廣泛應(yīng)用， 在其規(guī)則語法中， 每一條規(guī)則都是由規(guī)則名、 規(guī)則頭部和規(guī)則結(jié)論組成， 而規(guī)則中的每一項(xiàng)都是由本體三元組或者Jena規(guī)則內(nèi)置原語Builtin的調(diào)用來形成. 如規(guī)則“如果某研究單元的坡度為40°， 那么該研究單元不宜采取梯田措施”， 采用Jena的規(guī)則語法可以表示為： (?ardf: type ns: evaluateCell)(?brdf: type ns: Slope )(?bhasValue ?v)(?ans: hasMeasure ns: Titian)(?ans: hasEvaluationFactors ?b)ge(?v, 40) -> (?c ns: hasSuitabilityGrade ns: noSuitable). 該規(guī)則由形如(?ardf: type ns: evaluateCell)的term或hterm組成， 其中， “？varname”表示三元組的節(jié)點(diǎn)， “ns”為本體庫的空間名稱， “ns: evaluateCell”為OWL本體文件中定義的類名， “ns: hasEvaluationFactors”為OWL本體文件中定義的屬性名. “ge(?b, 40)”為Jena的內(nèi)置元語， 表示b大于40.

本文知識(shí)庫中的規(guī)則主要有3種， 一是針對(duì)不同評(píng)價(jià)因子確定其權(quán)重的評(píng)價(jià)因子權(quán)重規(guī)則； 二是適宜性評(píng)價(jià)模型構(gòu)建規(guī)則， 三是水土保持措施適宜性分級(jí)規(guī)則.

2.1基于AHP的評(píng)價(jià)因子權(quán)重規(guī)則構(gòu)建

層次分析法(AHP)是一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法[17]. 既包含了主觀的邏輯判斷和分析， 又包含了精確計(jì)算和推演， 從而使決策過程具有很強(qiáng)的條理性和科學(xué)性. 它能以主觀賦權(quán)的方式有效地捕捉專家知識(shí). 如圖2所示為基于AHP法進(jìn)行適宜性和生態(tài)效益評(píng)價(jià)因子權(quán)重確定的界面， 首先設(shè)置準(zhǔn)則層的相對(duì)重要性， 再分別設(shè)置各個(gè)評(píng)價(jià)因子內(nèi)部的相對(duì)重要性. 其過程簡(jiǎn)述如下.

首先建立兩兩比較的判斷矩陣， 即以某一元素Ok為基礎(chǔ)， 對(duì)下層中受其約束的一組元素c1，c2，c3， …，cn之間的兩兩相對(duì)重要性進(jìn)行設(shè)定. 在進(jìn)行比較時(shí)， 采用1-3標(biāo)度(表1)作為比較的標(biāo)準(zhǔn). 為了獲取準(zhǔn)確的知識(shí)， 邀請(qǐng)15位相關(guān)領(lǐng)域的教授和專家分別給出判斷矩陣的元素值， 并取平均數(shù)作為判斷矩陣元素的最終數(shù)值. 然后計(jì)算在元素Ok下的元素c1，c2，c3， …，cn的權(quán)重， 并進(jìn)行一致性檢驗(yàn).

表1　1～3標(biāo)度參考表

效益評(píng)價(jià)因子有徑流系數(shù)、 侵蝕模數(shù)、 林草覆蓋度、 土壤肥力， 以此構(gòu)造出兩兩比較的判斷矩陣(表2). 該判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)結(jié)果為：λmax=4.012 5， RI=0.9， CI=0.004 23， CR=0.004 7. 該判斷矩陣的一致性非常好.

表2　效益評(píng)價(jià)因子的判斷矩陣

同理可計(jì)算出適宜性評(píng)價(jià)因子的權(quán)重， 如表3所示.

表3　適宜性評(píng)價(jià)因子各層權(quán)重

完成表單后點(diǎn)擊“計(jì)算權(quán)重”按鈕， 系統(tǒng)會(huì)計(jì)算出AHP權(quán)重， 即層次總排序. 系統(tǒng)沒有提示錯(cuò)誤則說明判斷矩陣通過一致性檢驗(yàn)， 點(diǎn)擊“生成規(guī)則”系統(tǒng)會(huì)結(jié)合Jena語法規(guī)則和本體知識(shí)庫生成相應(yīng)的評(píng)價(jià)因子賦權(quán)規(guī)則.

2.2適宜性指數(shù)計(jì)算模型創(chuàng)建規(guī)則構(gòu)建

各適宜性評(píng)價(jià)因子的適宜性指數(shù)直接影響到評(píng)價(jià)結(jié)果， 推理規(guī)則庫必須包含各適宜性評(píng)價(jià)因子的適宜性指數(shù)計(jì)算方法的規(guī)則. 由于各適宜性評(píng)價(jià)因子的適宜性具有模糊性， 采用模糊數(shù)學(xué)方法進(jìn)行單項(xiàng)指標(biāo)適宜性評(píng)價(jià)可獲得科學(xué)的評(píng)價(jià)結(jié)果[18]. 因此， 本文采用隸屬函數(shù)來計(jì)算各適宜性評(píng)價(jià)因子的適宜性指數(shù). 依據(jù)適宜性評(píng)價(jià)因子與水土保持措施適宜性之間的關(guān)系， 可將隸屬度函數(shù)分為升半梯形分布的隸屬函數(shù)、 降半梯形分布的隸屬函數(shù)、 近似拋物線形梯形分布的隸屬函數(shù)和特征函數(shù). 對(duì)于前三種我們需要依據(jù)不同的治理措施設(shè)置拐點(diǎn)的值， 以形成特定于不同的治理措施的指標(biāo)適宜性指數(shù)計(jì)算模型. 對(duì)于特征函數(shù)往往是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)用賦值方法來為不同治理措施建立不同的指標(biāo)適宜性指數(shù)計(jì)算模型[18]. 坡度、 土壤肥力、 土壤類型、 水土流失強(qiáng)度通過參考水土保持技術(shù)手冊(cè)[12]以及相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況來確定； 土壤可侵蝕因子取福建省長(zhǎng)汀縣土壤可侵蝕因子的最低值和最高值； 建設(shè)需求投資、 距道路距離、 距居民點(diǎn)距離由長(zhǎng)汀縣多年治理資料確定. 具體取值見圖3.以評(píng)價(jià)單元采取梯田措施坡度規(guī)則的提取為例簡(jiǎn)要說明規(guī)則獲取的方法.

基于現(xiàn)有的研究成果發(fā)現(xiàn)： 在5°～15°范圍內(nèi)坡改梯的水土保持效益隨著坡度的增大而增加， 在18°～23°之間， 坡改梯減輕侵蝕的效果明顯減小[19-20]. 結(jié)合長(zhǎng)汀縣多年治理經(jīng)驗(yàn)坡度在0°～15°坡改梯的水土保持效益隨著坡度的增大而增加； 在15°～20°坡改梯的水土保持效益上下波動(dòng)不大， 基本保持不變； 在20°～30°坡改梯的水土保持效益隨著坡度的增大而迅速減小. 由此便可得出坡度規(guī)則為： 如果某一評(píng)價(jià)單元具有坡度屬性， 并且在該評(píng)價(jià)單元采用的治理措施為梯田， 則該坡度屬性的計(jì)算模型為拋物線型， 各拐點(diǎn)分別為0°, 15°, 20°, 30°.

如圖3所示為各適宜性評(píng)價(jià)因子的適宜性指數(shù)計(jì)算模型構(gòu)建界面， 在填寫完相關(guān)數(shù)據(jù)并確定完成后， 結(jié)合本體知識(shí)庫即可形成單指標(biāo)適宜性指數(shù)計(jì)算模型構(gòu)建規(guī)則.

同樣， 各治理措施在特定評(píng)價(jià)單元的效益指數(shù)也直接影響著評(píng)價(jià)結(jié)果， 因此還需定義關(guān)于效益指數(shù)的計(jì)算規(guī)則. 利用2.1中求出的各效益的權(quán)重與相應(yīng)數(shù)據(jù)加權(quán)求和， 得到各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)具體的效益值， 然后利用該效益值與坡度、 水土保持措施、 植被覆蓋度做多元非線性回歸分析. 得出效益值與坡度、 水土保持措施、 植被覆蓋度的多元非線性回歸模型.

水土保持措施在特定評(píng)價(jià)單元的最終適宜程度是各評(píng)價(jià)因子綜合作用的結(jié)果， 在創(chuàng)建了各指標(biāo)適宜性指數(shù)計(jì)算模型的構(gòu)建規(guī)則、 效益計(jì)算規(guī)則之后還需定義綜合適宜性指數(shù)計(jì)算規(guī)則. 綜合適宜性評(píng)價(jià)模型算法為：

其中: SI表示綜合適宜性指數(shù)；u(x)是各評(píng)價(jià)因子的適宜性指數(shù)；w為各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重；B為該評(píng)價(jià)單元內(nèi)的生態(tài)效益指數(shù).

該模型將水土保持措施的適宜性指數(shù)加權(quán)求和后再與由生態(tài)效益計(jì)算模型得出生態(tài)效益指數(shù)求幾何平均數(shù)， 表示在適宜性評(píng)價(jià)中生態(tài)效益和適宜性同等重要， 不能偏廢其一.

圖4 為生態(tài)效益計(jì)算模型和綜合適宜性計(jì)算模型的選擇界面, 系統(tǒng)根據(jù)用戶選擇即可形成相應(yīng)規(guī)則.

2.3水土保持措施適宜性分級(jí)規(guī)則

水土保持措施適宜性分級(jí)是在某一評(píng)價(jià)單元中的綜合適宜性指數(shù)的基礎(chǔ)上確定的， 它能讓決策者對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果有更明晰、 明確的認(rèn)識(shí). 為了讓決策者既能清晰的認(rèn)識(shí)到各級(jí)別之間的差別， 又不使級(jí)別太多而導(dǎo)致混亂. 為此， 根據(jù)依據(jù)水土保持措施綜合適宜性指數(shù)得分由高到低劃分為高度適宜、 比較適宜、 一般適宜和不適宜4個(gè)級(jí)別， 具體劃分標(biāo)準(zhǔn)如圖5所示， 完成后系統(tǒng)便可生成水土保持措施適宜性分級(jí)規(guī)則.

3知識(shí)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

3.1系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用Java EE結(jié)合ArcGISServer與Jena開發(fā)包， 開發(fā)基于WebGIS的水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)本體知識(shí)庫系統(tǒng). 如圖6所示， 整個(gè)系統(tǒng)主要分為兩大部分： 本體知識(shí)庫與基于Jena的本體知識(shí)推理部分.

本體知識(shí)庫主要存儲(chǔ)水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)領(lǐng)域本體模型及相關(guān)的規(guī)則. 基于Jena的本體知識(shí)推理部分主要依靠Jena推理子系統(tǒng)， 并結(jié)合相關(guān)計(jì)算模型將評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)與本體模型結(jié)合生成水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)本體實(shí)例. 然后， 將規(guī)則庫中的規(guī)則與本體實(shí)例結(jié)合綁定到本體推理機(jī)， 執(zhí)行推理過程， 最后通過對(duì)推理出的RDF三元組模型進(jìn)行查詢即可得到最后的推理結(jié)果. 圖7所示為本體知識(shí)庫推理過程.

3.2系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)以福建省長(zhǎng)汀縣采用梯田措施的適宜性評(píng)價(jià)為案例對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行驗(yàn)證.

3.2.1研究區(qū)及數(shù)據(jù)

長(zhǎng)汀縣位于福建西部， 由于歷史和自然原因， 長(zhǎng)汀是南方花崗巖地區(qū)水土流失最嚴(yán)重的典型區(qū)域， 風(fēng)化劇烈、 表土層薄、 土壤抗蝕能力差、 肥力衰退嚴(yán)重、 水土流失歷史長(zhǎng)、 面積廣、 危害大， 居福建之首. 據(jù)2009年遙感調(diào)查結(jié)果， 長(zhǎng)汀縣現(xiàn)有水土流失總面積為32 249.22 hm2， 占全縣土地總面積的10.41%. 其中， 強(qiáng)度以上的水土流失占全縣水土流失面積的51.73%. 水土流失嚴(yán)重的原因， 主要是由林下流失、 坡耕地、 崩崗侵蝕等水土流失造成.

依據(jù)本體模型與規(guī)則的設(shè)計(jì)， 系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理如下列示， 并利用ArcGISServer將這些數(shù)據(jù)發(fā)布為要素服務(wù)供系統(tǒng)使用.

1) 生態(tài)效益評(píng)價(jià)數(shù)據(jù). 徑流系數(shù)： 用長(zhǎng)汀縣2012年徑流小區(qū)監(jiān)測(cè)的徑流量除以降雨量得到； 侵蝕模數(shù)： 來自長(zhǎng)汀縣水保站2012年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)； 植被覆蓋度： 來自2012年遙感影像解譯； 土壤肥力： 將長(zhǎng)汀縣2012年水土保持措施監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 利AHP法計(jì)算出各指標(biāo)權(quán)重， 再加權(quán)計(jì)算出各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的土壤肥力.

2) 適宜性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù). 坡度： 利用ArcGIS軟件從長(zhǎng)汀縣1 ∶10 000的DEM中提取； 土壤肥力： 先將2012年長(zhǎng)汀縣水保措施監(jiān)測(cè)點(diǎn)的有機(jī)質(zhì)、 全氮、 全磷、 全鉀、 速效磷、 速效鉀在全縣區(qū)域做插值， 然后利用插值后的數(shù)據(jù)， 利用AHP法計(jì)算出各指標(biāo)權(quán)重， 再加權(quán)計(jì)算出全縣的土壤肥力， 然后對(duì)其進(jìn)行等級(jí)劃分[21]. 土壤類型、 土壤可侵蝕因子、 水土流失強(qiáng)度均來自長(zhǎng)汀縣水保站. 距道路的距離、 距居民點(diǎn)的距離： 利用ArcGIS軟件對(duì)從長(zhǎng)汀縣1 ∶10 000 DLG中提取的道路、 居民點(diǎn)(面)數(shù)據(jù)與研究區(qū)做臨近分析； 可用建設(shè)投資： 從長(zhǎng)汀縣2008-2013年治理實(shí)施方案中提取. 再利用ArcGIS軟件以本研究區(qū)為范圍， 生成100×100的格網(wǎng)， 分別與適宜性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)做疊置分析， 并取單元格內(nèi)面積最大屬性作為相應(yīng)數(shù)據(jù)在該單元格中的值.

3.2.2系統(tǒng)應(yīng)用

如圖8所示界面顯示了利用本體知識(shí)庫系統(tǒng)進(jìn)行水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)的流程， 第一步， 鍵入要評(píng)價(jià)區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)的生態(tài)效益數(shù)據(jù)服務(wù)地址， 系統(tǒng)默認(rèn)為福建省長(zhǎng)汀縣2012年監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù). 第二步， 鍵入要評(píng)價(jià)區(qū)域適宜性數(shù)據(jù)服務(wù)， 系統(tǒng)默認(rèn)為福建省長(zhǎng)汀縣2012年數(shù)據(jù). 第三步， 選擇要評(píng)價(jià)的治理措施. 第四步， 點(diǎn)擊評(píng)價(jià)推理， 系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶的數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)目標(biāo)調(diào)用系統(tǒng)的評(píng)價(jià)推理模塊進(jìn)行水土保持措施的適宜性評(píng)價(jià)， 并返回在用戶感興趣區(qū)域中采取用戶指定的措施的適宜性程度圖.

分析返回的適宜性程度圖可發(fā)現(xiàn)， 適宜性好的地方主要分布在距道路和居民點(diǎn)近、 土壤肥力高、 坡度較緩、 水土流失強(qiáng)度高的地區(qū)， 與往年采用梯田措施并且取得了很好效益的地區(qū)吻合. 這驗(yàn)證了本文知識(shí)庫構(gòu)建機(jī)制的有效性.

4結(jié)論

本文將本體知識(shí)庫引入水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)領(lǐng)域. 通過遴選水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)領(lǐng)域的概念與定義， 構(gòu)建了水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)領(lǐng)域本體， 并以Jena規(guī)則語法為基礎(chǔ)， 基于AHP實(shí)現(xiàn)了對(duì)評(píng)價(jià)因子權(quán)重規(guī)則的定義； 基于模糊數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)了適宜性因子的適宜性指數(shù)計(jì)算模型構(gòu)建規(guī)則的定義； 基于多元非線性回歸分析實(shí)現(xiàn)了生態(tài)效益指數(shù)計(jì)算規(guī)則的定義； 基于結(jié)合加權(quán)求和與幾何平均方法實(shí)現(xiàn)了綜合適宜性指數(shù)計(jì)算規(guī)則的定義. 進(jìn)而構(gòu)建了水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)規(guī)則庫， 完成了水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)知識(shí)庫的構(gòu)建， 實(shí)現(xiàn)了水土保持領(lǐng)域?qū)I(yè)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的共享與重用. 最后開發(fā)基于WebGIS的水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)本體知識(shí)庫系統(tǒng)， 以福建省長(zhǎng)汀縣梯田措施的適宜性評(píng)價(jià)為例， 對(duì)系統(tǒng)的科學(xué)性和有效性進(jìn)行驗(yàn)證， 取得了令人滿意的結(jié)果. 由于水土保持措施的多宜性的特點(diǎn)， 本系統(tǒng)評(píng)價(jià)出的多種措施在同一評(píng)價(jià)單元有可能都達(dá)到高度適宜的級(jí)別， 決策者可以權(quán)衡利弊， 采用適當(dāng)?shù)拇胧?可以提高決策的準(zhǔn)確度. 此外， 本系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)均以服務(wù)的形式發(fā)布在GIS服務(wù)器中， 用戶可以根據(jù)自己的興趣來選擇治理措施和評(píng)價(jià)區(qū)域， 只要為系統(tǒng)提供自己的數(shù)據(jù)服務(wù)， 即可完成適宜性評(píng)價(jià)推理.

水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)是一個(gè)非常復(fù)雜的工作， 本文對(duì)面向縣級(jí)水土保持措施適宜性評(píng)價(jià)的本體知識(shí)庫構(gòu)建進(jìn)行了初步的探索， 但由于模型、 知識(shí)的不確定性且不完善， 對(duì)于系統(tǒng)知識(shí)庫知識(shí)的獲取和維護(hù)仍需要進(jìn)一步的研究.

參考文獻(xiàn)：

[1] 代富強(qiáng), 劉剛才. 紫色土丘陵區(qū)典型水土保持措施的適宜性評(píng)價(jià)[J]. 中國(guó)水土保持科學(xué), 2011, 9(4): 23-30.

[2] 劉剛才, 張建輝, 杜樹漢. 關(guān)于水土保持措施適宜性的評(píng)價(jià)方法[J]. 中國(guó)水土保持科學(xué), 2009, 7(1): 108-111.

[3] 王健, 吳發(fā)啟, 孟秦倩. 農(nóng)業(yè)耕作措施蓄水保土效益試驗(yàn)研究[J]. 水土保持通報(bào), 2004, 24(5): 39-41.

[4] 蔣定生, 黃國(guó)俊, 范興科. 黃土高原坡耕地水土保持措施效益評(píng)價(jià)試驗(yàn)研究(Ⅲ)坡耕地水土保持措施綜合效益評(píng)價(jià)[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 1990, 4(4): 8-13, 20.

[5] 張理華, 周秉根, 萬榮榮. 皖南低山丘陵區(qū)水土保持綜合評(píng)價(jià)[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2001, 15(6): 20-23, 77.

[6] 張忠學(xué)， 郭亞芬， 任玉東. 小流域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)研究[J]. 水土保持通報(bào)， 2000， 20(l): 24-27.

[7] 黎鎖平. 水土保持綜合治理效益的灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)[J]. 水土保持通報(bào)， 1994， 14(5): 13-18.

[8] 賈寧鳳， 段建南， 陳煥偉， 等. 黃土高原小流域綜合治理效益多維灰色動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究， 2005,21(2): 156.

[9] GRUBER T R．A translation approach to portable ontology specifications[J]．Knowledge Acquisition， 1993(5)： 199-200．

[10] STUDER R , BENJAMINS V R, FENSEL D. Knowledge engineering, principles and methods[J]. Data and Knowledge Engineering,1998, 25: 161-197.

[11] 謝小華. 本體知識(shí)庫系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的樹木生長(zhǎng)可視化模擬[D]. 福州： 福州大學(xué), 2010.

[12] 王禮先， 孫保平， 余新曉． 中國(guó)水利百科全書: 水土保持分冊(cè)[M]． 北京: 中國(guó)水利水電出版社， 2004: 77-167.

[13] 劉寶元, 劉瑛娜, 張科利, 等. 中國(guó)水土保持措施分類[J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2013, 27(2): 80-84.

[14] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局， 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 水土保持綜合治理效益計(jì)算方法： GB/T 15774-2008[S]. 北京： 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2009.

[15] 關(guān)君蔚. 水土保持原理[M]. 北京： 中國(guó)林業(yè)出版社, 1996: 49-205.

[16] 水利部, 中國(guó)科學(xué)院, 中國(guó)工程院. 中國(guó)水土流失防治與生態(tài)安全： 水土流失影響評(píng)價(jià)卷[M]. 科學(xué)出版社, 2010.

[17] 徐建華. 現(xiàn)代地理學(xué)中的數(shù)學(xué)方法[M]. 北京： 高等教育出版社， 2002.

[18] 王建國(guó)， 楊林章， 單艷紅． 模糊數(shù)學(xué)在土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2001, 38(2) : 176-183.

[19] 李雙喜. 紫色巖區(qū)水土保持綜合治理實(shí)驗(yàn)研究[J].人民長(zhǎng)江, 1996, 27(7): 34-35.

[20] 李秋艷, 蔡強(qiáng)國(guó), 方海燕, 等. 長(zhǎng)江上游紫色土地區(qū)不同坡度坡耕地水保措施的適宜性分析[J]. 資源科學(xué), 2009, 31(12): 2 157-2 163.

[21] 陳海濱. 侵蝕紅壤小流域土壤養(yǎng)分空間變異與肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)[D]. 福州： 福建師范大學(xué), 2011.

(責(zé)任編輯： 林曉)

Construction of ontology knowledge base for water-and-soil conservation measures suitability evaluation

YAO Yinglong， XU Weiming， TU Ping

(Key Lab of Spatial Data Mining and Information Sharing, Ministry of Education， Spatial Information Research Center of Fujian Province， Fuzhou University， Fuzhou， Fujian 350002， China)

Abstract:Because of the existing knowledge was shared rarely which in soil and water conservation field, the function of building knowledge base was studied based on Ontology, the system of ontology knowledge base for water-and-soil conservation measures suitability evaluation was constructed. At the end, effective and scientific results were evaluated though the research of suitability of terrace in Changting County. Results showed that ontology knowledge base can be beneficial to reuse of knowledge and experience, and improve the scientific suitability of these measures.

Keywords:water-and-soil conservation； measures suitability； ontology knowledge base

中圖分類號(hào)：TP181

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

項(xiàng)目基金：國(guó)家科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目(2013BAC08B02)； 福州大學(xué)科技發(fā)展基金資助項(xiàng)目(2013-XY-15)； 福州大學(xué)科技啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目(0460-022500)； 福建省教育廳科技資助項(xiàng)目(JK2014004， JA15070)

通訊作者:徐偉銘(1986-)， 講師， 主要從事地理信息建模與分析技術(shù)研究， xwming2@fzu.edu.cn

收稿日期:2014-10-22

文章編號(hào)：1000-2243(2016)02-0188-08

DOI:10.7631/issn.1000-2243.2016.02.0188