能力建模工具-Protege插件ICCTab

Posted 2020-09-29

一、系统功能概述

1系统功能概述

本软件针对本体建模工具Protege设计出了一种基于语义的能力建模平台，并将其以Protege插件的形式应用到本体建模工具Protege中。该能力建模平台使用Java Swing进行界面设计，并利用Jena技术，在Java开发平台对能力元模型进行添加和修改，建立目标能力模型；根据建好的能力模型，利用Jena技术进行语义查询，形成一个从初始状态到目标状态的规划，并利用Graphviz生成规划图。首先，通过Protege建立能力元模型，然后通过该能力建模平台扩展和完善能力元模型，例如添加Agent、给Agent添加能力等，生成目标能力模型；给定初始状态和目标状态，通过对能力模型进行语义查询，利用规划算法，寻找一个规划过程，并显示规划图。本文提出的基于语义的能力建模平台应用到Protege中使得该工具能被对OWL语言并不熟悉的人用来操作OWL，并能很方便的使用语义查询来生成规划图，使之为Agent能力协作做有效铺垫。

1.2.系统功能结构

能力建模平台的结构图如图1.1所示，界面主要分为三个模块：对能力模型添加或删除Agent和Capability实例；对Agent添加能力属性和对Capability添加或删除InConstraint和OutConstraint属性；根据给定的初始状态和目标状态，生成规划图。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1、对能力模型添加或删除Agent和Capability实例：

界面中对owl文件内容是以树的形式呈现，最底层的节点都代表的是实例。可以对每一类Agent添加或者删除实例，也可以对Capability类添加或者删除实例。

2、对实例添加属性：

Agent实例有hasCapability属性，因此可以给Agent实例添加或删除capability。Capability实例有hasInConstraints和hasOutConstraints两个属性，因此可以给Capability属性添加或删除InConstraints和OutConstraints。InConstraints和OutConstraints都是由一些ContextState组成，而ContextState则是由类似“a_b_c”字符串形式构成，从语义的角度来说，a和c都代表argument，b代表predicate。                                                                                                                                                           

3、生成规划图：

规划图显示的规划过程，需要先输入初始状态和目标状态。在点击按钮触发后，系统会根据所输入的初始状态和目标状态来运行后台的规划算法，若存在一个从初始状态到目标状态的规划，系统就会以弹出框的形式显示规划图。通过规划图，可以对规划过程一目了然。

二、系统要求

2.1.开发和运行环境

1、硬件环境

本系统的硬件开发环境比较低，CPU为AMD A6-3670．2.70GHZ以上，内存为4GB。

2、软件环境

软件环境主要包括计算机系统Windows 7旗舰版，程序编写软件Eclipse 4.5，本体开发工具Protégé 3.4.8 Windows 64位，还有绘图工具Graphviz 2.28，这个是以dot作为脚本语言来绘制图形的软件，以及JDK1.8。

3、开发语言

本系统的开发语言主要涉及到Java，OWL和Dot三种语言。OWL是一种处理WEB信息的语言，Dot是Graphviz中编写绘图脚本的语言。

4、运行环境

由于是Protege插件，所以需先安装Windows 64位的Protege3.4.8，在Protege工具中运行。生成规划图利用了Graphviz软件，因此也需要安装Graphviz 2.28。电脑离线或者在线都可运行。

2.2.软件配置

软件开发平台为：eclipse4.5  JDK1.8  Protege 3.4.8  Graphviz 2.28。

说明：搭建环境时首先确认JDK的版本要换成1.8；安装Graphviz 2.28时，要安装在C:ProgramFiles(x86)下；在特定位置存放owl文件（E：/AGVsModel/AGV1.owl），并在E盘新建文件夹temp，用于存放生成的规划图。此外，Protege3.4.8需要安装64位的，安装好后，需将能力建模插件包RP-Plugin.jar放到Protege安装路径下的plugins\\edu.stanford.smi.protegex.owl中。

三、软件操作说明

3.1对能力模型OWL文件进行修改

3.1.1打开能力建模平台主界面

在对软件操作前，需用Protege建立一个能力元模型的owl文件，并将其放在E：/AGVsModel/目录下。

运行该Protege插件，如图3.1所示：

图3.1  运行界面

选择“Open Other”，出现选择owl文件路径的对话框，如图3.2所示：

图3.2 选择owl文件界面

选择好owl文件后，就会出现Protege主界面，如图3.3所示：

图3.3 Protege主界面

接下来，需要打开能力建模插件ICCTab了。点击窗口左上角的“Projcet”，选择“Configure”后出现配置选择框，如图3.4所示。然后勾选ICCTab，就会出现RP-Tool选项卡，点击该选项卡就会出现能力建模平台的主界面，如图3.5所示。

图3.4 配置选择框

图3.5 主界面

3.1.2对能力模型进行修改

对能力模型进行修改的操作包括添加和删除Agent实例，添加和删除Capability实例，给Agent实例添加Capability，给Capability实例添加InConstraints和OutConstraints。

(1)添加和删除Agent实例：选择“Agent”下的某一个类（AGV），点击“+Agent”按钮，出现一个输入节点名称对话框，如图3.6所示。点击OK后，新节点“ab”就添加到AGV下，作为AGV的一个实例，如图3.7所示。当选中一个Agent实例“agv”，点击“Delete”，则该实例就会从模型中删除。

(2)添加和删除Capability实例，跟添加和删除Agent实例类似，选中“Capability”类，点击“+Capability”按钮，出现输入名称对话框，如图3.8所示，当输入“acd”，点击OK时，该实例就添加到模型里面了，如图3.9所示。当选中一个Capability实例“acd”，点击“Delete”，则该实例就会从模型中删除。

(3)给Agent实例添加和删除能力：选中一个Agent实例“ab”，点击中间“+Ca...”按钮，出现“Select a capability”弹出框，当选择一个能力“movetoElevator”后，点击OK按钮，则该能力就会显示在列表中，如图3.10所示。

(4)给Capability实例添加或删除InConstraints：选择一个Capability实例“TransportCart”，点击中间模块的“+Inc”按钮，则出现InConstraints编辑框，如图3.12所示。有两种方式，可以从已有的ContextStates下拉列表中选择一个，如图3.13所示，或者自己创建一个新的ContextState。当自己创建一个新的ContextState时，一般按P（C，I）形式创建，即先点击“P”按钮，出现“Choose Predicate”选择框，如图3.14所示，选择一个Predicate,然后点击“（”，再点击“C”按钮，出现“Choose OntClass”选择框，如图3.15所示，选择其中一个节点，点击OK，然后手动输入“，”，在点击“I”按钮，出现“Choose Individual”选择框，如图3.16所示，选择一个Individual，最后点击“）”按钮，那么一个新的ContextState就创建成功了，如图3.17所示，当点击OK后，该ContextState就会以C_P_I的形式添加到InConstraints列表中，如图3.18所示。选中某个InConstraint，点击“-InC”按钮，则该InConstraint便会从能力模型中删除。

(5)给Capability实例添加OutConstraintes:点击中间模块下方的“+OutC”按钮，出现的对话框及接下来的操作都跟添加InConstraints相同；选中某个OutConstraint，点击“-OutC”按钮，则该OutConstraint便会从能力模型中删除。

                   

图3.12  InConstraints editor                                                                                                         图3.13 Choose ContextState                                                                                                图3.14 Choose Predicate

                                                                   

                            

图3.15 Choose OntClass                                                   图3.16 Choose Individual                                                                                     图3.17 Create new ContextState                                                                            图3.18 Create new ContextState效果图

 

3.2生成规划图

生成规划图模块界面如图3.19所示。其过程分为四步：第一步，在文本框输入Available Agent名称；第二部，选择输入Initial States和Goal States，具体操作为：点击Initial States上方的“+”出现“InitialStates editor”选择框，跟“InConstraints editor”相同，选择过程也相同，Goal States的选择输入也是如此，若想删除某个Initial States和Goal States，则只需选中它，然后点击“-”按钮；第三步，点击“Step 4：Run”按钮，运行规划算法；第四步，点击“Step 4：ShowGraph ”按钮，则出现规划图的弹出框，如图3.20所示。

                 

图3.19  生成规划图模块界面                                                                                                                             图3.20 生成规划图

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