题目：基于本体的航空电子系统需求知识模型构建及软件需求抽取方法研究

软件需求工程对提高软件可靠性、保证软件质量具有重要作用。而需求抽取作为需求工程的基础性工作和重要组成部分，其质量将极大地影响软件的最终质量。随着本体方法在知识工程领域的广泛应用，如何基于本体构建需求知识模型并对需求抽取方法进行研究逐渐引起了人们的关注。本文针对上述问题进行了较为深入的研究。本文首先简要介绍了本体的发展历史及定义，并对其结构、描述语言、类型、建模方法及编辑工具等内容进行了介绍。随后，本文针对目前需求抽取中存在的问题，采用基于对象的本体方法进行了航空电子系统需求知识多本体框架的构建。该框架包含航空电子系统泛化本体、领域本体、任务本体和应用本体，包含了各层本体相关的共享概念集、概念属性及概念关联。该框架为需求抽取活动奠定了基础。为了抽取完备的知识，并总结经验教训，本文给出了软件缺陷模式的定义，重点关注其核心三要素——直接场景、缺陷、解决方案。在此基础上给出软件需求缺陷模式的定义。鉴于直接场景的重要地位，对其内容、作用、分类及产生进行深入研究；同时对缺陷表现形式中的类型：行为需求缺陷、功能/非功能性需求缺陷、目标需求缺陷和环境需求缺陷进行详细介绍，给出了相应的形式化表示。此外，分单叶节点和多叶节点两种情况，对领域相关软件需求缺陷模式进行了本体表示，重点描述其直接场景、缺陷和解决方案。这种基于本体的形式化表示将软件需求缺陷模式的表示统一于本体框架中。随后，本文对软件需求抽取进行了研究，提出了基于多本体需求知识框架的软件需求抽取方法，该方法有效解决了当前需求抽取过程未考虑软件需求缺陷这一不足。具体过程可大体分为两个阶段：预备阶段与实施阶段。预备阶段主要完成软件需求缺陷模式库的建立工作。实施阶段的主要步骤包括：建立泛化本体；建立飞行控制系统(简称飞控系统)领域本体；建立需求抽取任务本体；以需求目标为指导，以航空电子系统泛化本体和飞控系统领域本体为基础建立应用本体。通过上述工作仅能完成粗粒度的应用本体构建及应用情况描述，因此还需解决从应用本体及应用情况描述到应用软件UML文档的转换问题。本文选择UML类图、用例图和活动图进行软件UML模型描述以辅助软件需求文档的生成。UML类图和用例图主要用于对静态应用需求进行建模；UML活动图主要用于对动态应用需求进行建模，且动态建模过程中采用面向方面方法将需求缺陷模式织入活动场景中，以丰富动态需求模型内容。在基于本体的需求分析中，引入了查找需求模型缺陷所基于的七条规则，并给出了度量需求文档质量的三项指标。本文最后设计了一个实验与验证方案，使用工具Protégé3.4建立一个部分无人机飞控系统本体，其间充分考虑本体语言及其编辑工具的选择。之后，采用需求审查的方法进行需求验证。需求审查中采用对比实验的方式，分别对两份需求文档进行审查，给出的审查结果包括：两份文档的需求缺陷模式表现形式及重要度等级分布和组Ⅰ对应文档中经审查发现的典型缺陷；再根据第五章中提供的七条推理规则，并以三项需求文档质量度量指标为标准对基于本体方法获得的需求文档相对于领域本体的质量进行度量，度量结果显示该文档质量为可接受。实验结果表明基于本体方法开发的需求文档质量明显高于基于一般方法开发的需求文档质量，此结果也说明了本文提出的基于本体的需求抽取方法的有效性。