CN103336715B - 基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法，该方法的具体步骤如下：（1）将任务、资源、调度时间范围、约束、目标、偏好、调度需求作为成像卫星调度问题关联项；（2）将上述任务、资源、调度时间范围、约束、目标、偏好、调度需求关联项与具体应用知识结合进行相互关系的实例化，从而生成具体应用模型；（3）使用本体工具构造上述具体应用模型，并以标准格式描述上述具体应用模型的本体。本发明所公开的基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法，能通过对目标、约束和问题参数的构建来确定问题域，从而对成像卫星调度问题进行一般化描述。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天成像卫星调度技术领域，尤其涉及一种基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法。
背景技术
关于本体目前没有一个统一的定义。Chandrasekaran等人认为本体是人工智能领域的研究内容，其研究特定领域知识的对象分类、对象属性和对象之间的关系，为领域知识的描述提供规范。语义网的研究者则认为本体是一种定义语词关系的形式化规范说明。虽然定义不统一但是普遍认可的是本体具有形式化、知识共享和互操作的含义。本体具有一套分类体系和一系列推理规则，能在不同建模方法、语言之间进行映射，实现不同模型之间的知识共享，为模型知识库的构建提供结构基础。
成像卫星调度方法推荐框架要基于对成像卫星调度问题的分类，而成像卫星多样化的成像模式和复杂的约束使得不同卫星的调度模型不尽相同，因此需要基于本体理论对成像卫星调度问题进行一般化的描述，实现不同模型之间的相互映射，从而建立问题的分类知识库。
因此，提供一种能对成像卫星调度问题进行一般化描述的基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能对成像卫星调度问题进行一般化描述的基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法，该方法的具体步骤如下：
（1）将任务、资源、调度时间范围、约束、目标、偏好、调度需求作为成像卫星调度问题关联项；
（2）将上述任务、资源、调度时间范围、约束、目标、偏好、调度需求关联项与具体应用知识结合进行相互关系的实例化，从而生成具体应用模型；
（3）使用本体工具构造上述具体应用模型，并以标准格式描述上述具体应用模型的本体。
优选地，调度需求主要包括需求的开始时间、需求的结束时间，所需成像区域，所需图像类型和分辨率，具体的需求本体模型如下：
其中：：需求的唯一标识，：需求的属性集合，：需求之间的关系集合。
优选地，将需求通过预处理后得到任务，其中，预处理是根据参与调度的卫星轨道特征和载荷属性对需求的区域目标进行条带划分，从而将任务转换为卫星单景可覆盖的任务，并计算各任务对卫星的可见时间窗口和对卫星的姿态机动需求，任务的本体模型如下：
其中：：任务的唯一标识，：任务的属性集合，：任务之间的关系集合。
优选地，一个任务包括多个活动，基本的两个活动是观测和回传活动，观测活动是卫星对任务的信息采集，回传活动则是将采集的数据回放至地面站，活动的本体模型如下：
其中：：活动的唯一标识，：活动的属性集合，：活动之间的关系集合。
优选地，将资源分为实体资源和虚拟资源，实体资源是指卫星，虚拟资源是指卫星与地面目标的可见时间窗，卫星的属性集包括轨道特性、机动能力、固存容量、能量、卫星使用约束。
优选地，偏好体现在调度规则的制定上，将规则的内容作为其主要属性，上述调度规则包括优先选择优先级高的任务规则。
与现有技术相比，本发明所提供的基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法，具有以下优点：
将任务、资源、调度时间范围、约束、目标、偏好、调度需求作为成像卫星调度问题关联项，其中，任务是由一个个活动组成，如一个成像任务的完成至少需要包括观测和下传两个活动。活动的一个重要属性就是持续时间，并且活动的持续时间根据所执行的资源的不同而不同。作为调度的一个重要的属性特征，时间范围在任务和资源上也分别实例化成任务的需求时间和资源的可用时间，作为成像卫星调度问题，资源就是卫星，资源的可用时间是指卫星对任务的可见时间。由于任务需求与卫星能力的多样性，卫星资源可执行的任务只是任务集中的一个子集，因此，在资源的属性特征中还需要说明其能完成的任务类型。同时，调度问题作为一种优化问题需要指明优化目标和约束条件，其中约束条件又分为硬约束和软约束。硬约束是指必须满足的约束，如成像时间必须包含在卫星对目标的可见时间窗内，而软约束更多的体现决策者的偏好，要求在资源能满足的情况下尽量满足但不是硬性的。在上述基础上构建出任务、资源、调度时间范围、约束、目标、偏好、调度需求的本体模型，从而得到卫星调度本体模型，为问题域的构建提供了一个规范化的建模框架，即通过对目标、约束和问题参数的构建来确定问题域。
综上所述，本发明所提供的基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法，能通过对目标、约束和问题参数的构建来确定问题域，从而能对成像卫星调度问题进行一般化描述。
附图说明
图1是成像卫星调度本体模型示意图。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种能对成像卫星调度问题进行一般化描述的基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
在一种实施例中，如图1所示，本发明提供一种基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法，该方法的具体步骤如下：
（1）将任务、资源、调度时间范围、约束、目标、偏好、调度需求作为成像卫星调度问题关联项；
（2）将上述任务、资源、调度时间范围、约束、目标、偏好、调度需求关联项与具体应用知识结合进行相互关系的实例化，从而生成具体应用模型；
（3）使用本体工具构造上述具体应用模型，并以标准格式描述上述具体应用模型的本体；
其中，调度需求主要包括需求的开始时间、需求的结束时间，所需成像区域，所需图像类型和分辨率，具体的需求本体模型如下：
其中：：需求的唯一标识，：需求的属性集合，：需求之间的关系集合；
将需求通过预处理后得到任务，其中，预处理是根据参与调度的卫星轨道特征和载荷属性对需求的区域目标进行条带划分，从而将任务转换为卫星单景可覆盖的任务，并计算各任务对卫星的可见时间窗口和对卫星的姿态机动需求，任务的本体模型如下：
其中：：任务的唯一标识，：任务的属性集合，：任务之间的关系集合；
一个任务包括多个活动，基本的两个活动是观测和回传活动，观测活动是卫星对任务的信息采集，回传活动则是将采集的数据回放至地面站，活动的本体模型如下：
其中：：活动的唯一标识，：活动的属性集合，：活动之间的关系集合；
将资源分为实体资源和虚拟资源，实体资源是指卫星，虚拟资源是指卫星与地面目标的可见时间窗，卫星的属性集包括轨道特性、机动能力、固存容量、能量、卫星使用约束；偏好体现在调度规则的制定上，将规则的内容作为其主要属性，上述调度规则包括优先选择优先级高的任务规则。
与现有技术相比，本实施例所提供的基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法，具有以下优点：
将任务、资源、调度时间范围、约束、目标、偏好、调度需求作为成像卫星调度问题关联项，其中，任务是由一个个活动组成，如一个成像任务的完成至少需要包括观测和下传两个活动。活动的一个重要属性就是持续时间，并且活动的持续时间根据所执行的资源的不同而不同。作为调度的一个重要的属性特征，时间范围在任务和资源上也分别实例化成任务的需求时间和资源的可用时间，作为成像卫星调度问题，资源就是卫星，资源的可用时间是指卫星对任务的可见时间。由于任务需求与卫星能力的多样性，卫星资源可执行的任务只是任务集中的一个子集，因此，在资源的属性特征中还需要说明其能完成的任务类型。同时，调度问题作为一种优化问题需要指明优化目标和约束条件，其中约束条件又分为硬约束和软约束。硬约束是指必须满足的约束，如成像时间必须包含在卫星对目标的可见时间窗内，而软约束更多的体现决策者的偏好，要求在资源能满足的情况下尽量满足但不是硬性的。在上述基础上构建出任务、资源、调度时间范围、约束、目标、偏好、调度需求的本体模型，从而得到卫星调度本体模型，为问题域的构建提供了一个规范化的建模框架，即通过对目标、约束和问题参数的构建来确定问题域。
综上所述，本发明所提供的基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法，能通过对目标、约束和问题参数的构建来确定问题域，从而能对成像卫星调度问题进行一般化描述。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括哪些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：
（1）将任务、资源、调度时间范围、约束、目标、偏好、调度需求作为成像卫星调度问题关联项；
（2）将上述任务、资源、调度时间范围、约束、目标、偏好、调度需求关联项与具体应用知识结合进行相互关系的实例化，从而生成具体应用模型；
（3）使用本体工具构造上述具体应用模型，并以标准格式描述上述具体应用模型的本体；
调度需求主要包括需求的开始时间、需求的结束时间，所需成像区域，所需图像类型和分辨率，具体的需求本体模型如下：
其中：：需求的唯一标识，：需求的属性集合，：需求之间的关系集合；
将需求通过预处理后得到任务，其中，预处理是根据参与调度的卫星轨道特征和载荷属性对需求的区域目标进行条带划分，从而将任务转换为卫星单景可覆盖的任务，并计算各任务对卫星的可见时间窗口和对卫星的姿态机动需求，任务的本体模型如下：
其中：：任务的唯一标识，：任务的属性集合，：任务之间的关系集合；
一个任务包括多个活动，基本的两个活动是观测和回传活动，观测活动是卫星对任务的信息采集，回传活动则是将采集的数据回放至地面站，活动的本体模型如下：
其中：：活动的唯一标识，：活动的属性集合，：活动之间的关系集合。
2.根据权利要求1所述的基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法，其特征在于，将资源分为实体资源和虚拟资源，实体资源是指卫星，虚拟资源是指卫星与地面目标的可见时间窗，卫星的属性集包括轨道特性、机动能力、固存容量、能量、卫星使用约束。
3.根据权利要求1所述的基于本体的成像卫星调度问题模型构建方法，其特征在于，偏好体现在调度规则的制定上，将规则的内容作为其主要属性，上述调度规则包括优先选择优先级高的任务规则。
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