基于領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型的業(yè)務(wù)信息平臺(tái)設(shè)計(jì)

摘 要：針對(duì)土地資源管理的業(yè)務(wù)信息平臺(tái)設(shè)計(jì)任務(wù)，本文構(gòu)建了3個(gè)層次的領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型。模型中的中間層包括基礎(chǔ)設(shè)施本體、土地基本信息本體、土地業(yè)務(wù)信息本體以及業(yè)務(wù)流程本體，其下又可以進(jìn)一步細(xì)分為多個(gè)應(yīng)用本體。該文構(gòu)建一種新的數(shù)據(jù)挖掘方法，通過應(yīng)用業(yè)務(wù)的關(guān)聯(lián)性設(shè)置條件概率，進(jìn)而選擇最合適的節(jié)點(diǎn)增加信息熵。測(cè)試結(jié)果表明：新的數(shù)據(jù)挖掘方法構(gòu)建的決策樹更簡(jiǎn)潔、挖掘效率更高、挖掘精度更高，滿足土地資源信息管理的實(shí)際業(yè)務(wù)需求。

關(guān)鍵詞：領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型；業(yè)務(wù)信息平臺(tái)；數(shù)據(jù)挖掘；性能測(cè)試

中圖分類號(hào)：TP 391" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在我國的國土資源中包括耕地、林地、草場(chǎng)、山地、建筑用地以及農(nóng)業(yè)用地等不同類型。土地是各種資源的載體，因此土地信息管理也直接關(guān)系到其他各種資源的信息管理[1]。我國一直致力于國土資源管理的信息化，并致力于構(gòu)建資源整合、信息共享、系統(tǒng)集成的國土資源信息平臺(tái)。從技術(shù)層面看，GIS技術(shù)的發(fā)展為國土資源信息化建設(shè)提供了有力的支撐。但是，從發(fā)展情況看，我國土地資源的信息化建設(shè)存在以下兩類問題[2]。第一，信息孤島的存在，不同地區(qū)、不同系統(tǒng)對(duì)國土資源的描述存在時(shí)間不統(tǒng)一、空間不對(duì)應(yīng)和信息不對(duì)稱的問題，因此，原本同一塊土地卻無法在不同系統(tǒng)中形成對(duì)應(yīng)。第二，業(yè)務(wù)孤島的存在，土地資源的業(yè)務(wù)管理環(huán)節(jié)眾多，從登記、儲(chǔ)備、評(píng)估和規(guī)劃到審批，不同環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)內(nèi)容存在很大差異，這種差異性導(dǎo)致同一土地信息在各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)中無法共享互通。解決該問題的關(guān)鍵是從統(tǒng)一的頂層設(shè)計(jì)出發(fā)，構(gòu)建土地資源信息系統(tǒng)[3]。從技術(shù)層面看，領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)建模方法是解決土地資源信息系統(tǒng)合理化建設(shè)的最佳方法。本文以領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型法為核心研究?jī)?nèi)容，完成土地資源信息系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)，分析數(shù)據(jù)挖掘功能并進(jìn)行試驗(yàn)，研究測(cè)試業(yè)務(wù)信息平臺(tái)的性能。

1 業(yè)務(wù)信息平臺(tái)的領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型創(chuàng)建

國土資源的管理工作涉及多個(gè)層次、多個(gè)環(huán)節(jié)和多個(gè)部門之間的復(fù)雜工作。從管理權(quán)限的差異來看，又分為頂層管理、中層管理和底層管理。為了實(shí)現(xiàn)各層管理之間的有效銜接，頂層管理的設(shè)計(jì)應(yīng)該相對(duì)概括、提綱挈領(lǐng)，而底層管理應(yīng)該相對(duì)具體，直接對(duì)應(yīng)于實(shí)際業(yè)務(wù)。由此可見，國土資源管理業(yè)務(wù)信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)特別適合于采用領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行構(gòu)建。本體是領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)建模過程中的核心概念，不同層次都對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)了自己的本體單元，使整個(gè)信息平臺(tái)成為一個(gè)多層次本體構(gòu)成的本體系統(tǒng)。

根據(jù)本文設(shè)計(jì)的土地管理業(yè)務(wù)信息平臺(tái)的實(shí)際需求，結(jié)合領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)建模及相關(guān)理論，構(gòu)建土地管理業(yè)務(wù)信息平臺(tái)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型體系，如圖1所示。

從圖1中可以看出，土地管理業(yè)務(wù)信息平臺(tái)領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型一共包括3個(gè)層次。處于最頂端的是最高層次，即全局本體層。在全局本體層下是中間層次，即領(lǐng)域本體層次。在這個(gè)層次中一共包括4種角色的本體：基礎(chǔ)設(shè)施本體、土地基本信息本體、土地業(yè)務(wù)信息本體以及業(yè)務(wù)流程本體。

在中間層次下是最底層，即應(yīng)用本體層。每個(gè)領(lǐng)域本體其下，都配置了多個(gè)應(yīng)用本體。在基礎(chǔ)設(shè)施本體下，配置了組織機(jī)構(gòu)本體、角色本體、……、權(quán)限本體。在土地基本信息本體下，配置了土地調(diào)查本體、土地規(guī)劃本體、……、基本農(nóng)田本體。在土地業(yè)務(wù)信息本體下配置了土地征收本體、土地儲(chǔ)備本體、……、土地供應(yīng)本體。在業(yè)務(wù)流程本體下，配置了業(yè)務(wù)過程本體、業(yè)務(wù)活動(dòng)本體、……、實(shí)例本體。

為了有效地避免信息孤島的產(chǎn)生，在本文構(gòu)建的領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型中，要充分實(shí)現(xiàn)本體的共享。這種同一本體的多層共享結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

如圖2所示，在領(lǐng)域本體層構(gòu)建的一個(gè)本體單元，在規(guī)則及語義的控制下，其涵蓋了適用于應(yīng)用本體層不同實(shí)際業(yè)務(wù)需求的特征，在不同業(yè)務(wù)需求中會(huì)演化出一個(gè)個(gè)獨(dú)立的、帶有差異性的應(yīng)用本體。

例如，處于領(lǐng)域本體層中的土地本體，具體到應(yīng)用本體層時(shí)，演變?yōu)橥恋毓?yīng)業(yè)務(wù)、土地報(bào)批業(yè)務(wù)下的2個(gè)應(yīng)用本體，因?yàn)楸仨毞蠈?shí)際業(yè)務(wù)需求所規(guī)定的范式，所以就會(huì)表現(xiàn)出不同的形式和特征。

如果不是采用了領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型的建構(gòu)方法，這2個(gè)業(yè)務(wù)本體就彼此完全獨(dú)立、無法有效共享。在本文的領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型建構(gòu)下，土地本體的內(nèi)核特征從應(yīng)用層面剝離出來，使其無論在土地供應(yīng)還是土地報(bào)批的應(yīng)用中，都可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)核層級(jí)的信息共享。

除了體系結(jié)構(gòu)和內(nèi)核層級(jí)的共享外，本文中有關(guān)業(yè)務(wù)信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)，還充分考慮了其5個(gè)基本配置，以滿足實(shí)際使用時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)化和功能需求，這種配置如圖3所示。

如圖3所示，業(yè)務(wù)信息平臺(tái)作為土地資源管理領(lǐng)域的實(shí)用系統(tǒng)，必須要符合信息技術(shù)行業(yè)的規(guī)范，這里要滿足ISO標(biāo)準(zhǔn)和OGC標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，作為一種依托信息技術(shù)的軟件產(chǎn)品，業(yè)務(wù)信息平臺(tái)必須要滿足版本控制要求，可以根據(jù)市場(chǎng)需求進(jìn)行升級(jí)換代、版本更新。從內(nèi)部功能的實(shí)現(xiàn)來看，業(yè)務(wù)信息平臺(tái)雖然采用了先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、獨(dú)創(chuàng)的體系結(jié)構(gòu)，但以數(shù)據(jù)為核心的機(jī)制沒有改變，所以必須要做好數(shù)據(jù)管理。當(dāng)然，業(yè)務(wù)信息平臺(tái)的功能范疇，必須與土地資源管理的業(yè)務(wù)范疇相適應(yīng)，以土地資源管理的專業(yè)范式呈現(xiàn)出來。

2 領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型中的數(shù)據(jù)挖掘方法設(shè)計(jì)

在土地資源管理的業(yè)務(wù)信息平臺(tái)中，涉及數(shù)量龐大的各類數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)之間彼此又帶有關(guān)聯(lián)，這就需要應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘方法，根據(jù)業(yè)務(wù)需求找到最適合的數(shù)據(jù)，以高效地完成日常工作。因?yàn)轭I(lǐng)取驅(qū)動(dòng)模型中各本體之間的關(guān)聯(lián)性，本體鏈條的不斷延伸會(huì)形成樹狀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以本文構(gòu)建了一種基于決策樹結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)挖掘方法。

決策樹數(shù)據(jù)挖掘的基本思想是在各種可能的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，從源節(jié)點(diǎn)到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建一顆最簡(jiǎn)潔的信息樹。這樣，就可以獲得更簡(jiǎn)單的關(guān)聯(lián)描述，從而更快完成這顆信息樹的訪問，高效地獲得準(zhǔn)確的挖掘結(jié)果。

在土地資源管理信息的龐大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，決策樹節(jié)點(diǎn)的推進(jìn)過程中，可能同時(shí)會(huì)面臨多個(gè)競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)。為了給每次推進(jìn)配置更合理的下一層節(jié)點(diǎn)，這里采取一種信息熵累積的策略。一個(gè)土地資源相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，其信息熵的計(jì)算過程如公式（1）所示。

（1）

式中：M為一個(gè)土地資源相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，它是一個(gè)包括多種成分的復(fù)雜數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以表示為一個(gè)集合分{M1，M2，…，Mn}；pi=P（Mi）表示了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中每個(gè)成分出現(xiàn)的概率。

根據(jù)決策樹數(shù)據(jù)挖掘的基本原理，決策樹每次生長、節(jié)點(diǎn)的深度推進(jìn)，信息熵的更新是有條件的，這樣公式（1）演變?yōu)楣剑?）。

（2）

式中：W為土地資源數(shù)據(jù)的隨機(jī)劃分，同時(shí)其他參數(shù)滿足P（Wj）=kj、。

公式（2）中的條件可能是多種多樣的，這就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)挖掘過程的復(fù)雜度提高。這里只考慮正確和錯(cuò)誤2種情況，進(jìn)而形成一種快速的信息熵累加策略，如公式（3）所示。

（3）

式中：T為正確；F為錯(cuò)誤。

由于土地資源信息在應(yīng)用業(yè)務(wù)中具有復(fù)雜性，一個(gè)土地領(lǐng)域本體對(duì)應(yīng)于多個(gè)應(yīng)用本體，將其劃分為多個(gè)屬性特征后，再對(duì)信息熵進(jìn)行累加，其計(jì)算過程如公式（4）所示。

（4）

式中：A為一個(gè)土地領(lǐng)域本體，它同時(shí)應(yīng)用于m個(gè)可能情況，這多個(gè)應(yīng)用本體對(duì)應(yīng)的屬性特征分別表示為p1、p2、…、pm，{θ1，θ2，…θm}表示了決策樹下一步可以選擇的節(jié)點(diǎn)集合，G（θ1）、G（θ2）、…、G（θm）表示了每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的信息熵。

3 業(yè)務(wù)信息管理的性能測(cè)試試驗(yàn)

在前面的工作中，基于領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型構(gòu)建了土地資源管理的業(yè)務(wù)信息平臺(tái)，并在常規(guī)決策樹方法的基礎(chǔ)上構(gòu)建了一種基于信息熵累加的數(shù)據(jù)挖掘方法。接下來，通過測(cè)試試驗(yàn)對(duì)業(yè)務(wù)信息平臺(tái)的管理效率進(jìn)行測(cè)試。

在測(cè)試過程中，對(duì)于一個(gè)土地本體分別選擇了6種實(shí)際應(yīng)用業(yè)務(wù)，分別用W業(yè)務(wù)、S業(yè)務(wù)、B業(yè)務(wù)、V業(yè)務(wù)、H業(yè)務(wù)、Y業(yè)務(wù)來表示。在領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型下，分別采用常規(guī)的決策樹挖掘方法（ID3）和本文建立的基于信息熵累加的決策樹挖掘方法（IID3）來進(jìn)行信息挖掘。第一組試驗(yàn)，比較兩種方法對(duì)6種土地管理應(yīng)用業(yè)務(wù)所構(gòu)建的決策樹節(jié)點(diǎn)情況，結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，本文構(gòu)建的基于領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型業(yè)務(wù)信息平臺(tái)基于信息熵累加的決策樹挖掘方法，所構(gòu)建的決策樹節(jié)點(diǎn)數(shù)量明顯更少、這樣就可以具有更快的挖掘效率。6類應(yīng)用業(yè)務(wù)的煩瑣程度有所差異，但本文構(gòu)建的數(shù)據(jù)挖掘方法都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

進(jìn)一步比較2種方法對(duì)于6類業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)挖掘精度的不同，結(jié)果如圖5所示。

從圖5中可以看出，對(duì)于W業(yè)務(wù)、S業(yè)務(wù)、B業(yè)務(wù)、V業(yè)務(wù)、H業(yè)務(wù)、Y業(yè)務(wù)，本文構(gòu)建的基于信息熵累加的數(shù)據(jù)挖掘方法，都可以獲得更高的挖掘精度，有助于更好地完成這6類業(yè)務(wù)。

4 結(jié)論

土地資源信息管理是一項(xiàng)多層次、多環(huán)節(jié)、高復(fù)雜性的工作，常規(guī)的信息平臺(tái)構(gòu)建思路并不適用。本文采取了基于領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)理論的業(yè)務(wù)信息平臺(tái)構(gòu)建策略，將土地資源信息管理的系統(tǒng)工作劃分為頂層、中間層、底層三層結(jié)構(gòu)，并通過對(duì)應(yīng)的本體角色單元配置，構(gòu)建完成的領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)常規(guī)決策樹挖掘方法進(jìn)行改進(jìn)，提出一種基于信息熵累加的新的挖掘方法。業(yè)務(wù)信息平臺(tái)的性能測(cè)試結(jié)果顯示，領(lǐng)域驅(qū)動(dòng)模型將多種復(fù)雜業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)在一起，并可以通過數(shù)據(jù)挖掘方法獲得更好的業(yè)務(wù)響應(yīng)，而構(gòu)建的新的挖掘方法在6類業(yè)務(wù)中都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

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