基于本體的食品安全信息整合模型

[摘要]分析食品安全信息資源整合的現狀及存在問題。根據食品信息資源分布的特點,借助本體(Ontology)在信息共享應用中的優勢,構建一種新型的基于本體的食品信息資源整合模型。闡述該模型的思想及結構,在一定程度上解決食品信息系統“信息孤島”的問題。

[關鍵詞]食品安全信息 整合 本體

中圖分類號:Q50文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)0810103-02

目前,我國已從解決溫飽型的社會向全面小康轉變,人民對食品關心的是“吃得好,吃的健康”的問題,但是近幾年來,食品安全事件頻繁發生,08年三鹿奶粉事件的發生,把人民群眾對食品安全的關注推到頂點,促進了食品安全法的誕生。

食品安全跟法律法規、科學技術和公民道德有關,也跟監管技術、力度等相關。作為一種監管技術,我國目前的食品安全信息管理系統由于系統建設的階段性、技術性和一些人為的因素,造成了在各行政部門和食品企業內部積累著大量的采用不同方式存儲的業務數據,形成了一個個信息孤島。近年來,源自哲學的本體論的研究日益成熟,已經超過了哲學的范疇,本體論逐漸用于信息科學和知識工程等領域,在信息共享方面享有較大優勢[1]。

一、目前食品安全信息整合的若干方案及存在問題

(一)定制轉換工具

在不同數據源之間定制專用的轉換工具,實現數據的交流與共享,例如使用各種電子數據交換(EDI)軟件進行數據交換。該方式技術較為簡單,但存在實現成本高,系統擴展性差,數據存在多個備份,難以保持一致性等不足,正在被新的數據集成方式逐步取代[2]。

(二)集中復制數據

以建立數據倉庫為典型,通過對異構數據源中的數據進行分析、轉換和裝載,將各個數據源中的數據移入數據倉庫,實現異構數據源中數據的集中式管理、集中式存儲,其優點是原來分散的應用系統仍然獨立運作,不會破壞原有的應用架構;可以集成多種數據源和復雜的商業規則,數據集成質量好。但是通過集中復制數據實現數據集成,只能定期更新數據,無法實時變化,而且每當現存的異構數據源的數據庫模式發生變化或一個新的數據源加入到系統中,就必須重新生成一次全局模式,使得維護全局模式十分困難,系統可擴展性差。

(三)數據集成中間件

利用中間件集成異構數據源。中間件作為一種基于分布式處理的獨立軟件成分或服務程序,具有標準的程序接口和協議,可實現不同軟硬件平臺上的數據共享和應用互操作。負責數據集成的中間件系統位于異構數據源(數據層)和應用程序(應用層)之間,向下協調各數據庫系統,向上為訪問集成數據的應用系統提供統一的全局數據模式。中間件技術由于數據源自治性好、查詢實時、配置靈活等優點,自出現以來被廣泛應用,但還是面臨如何更好地解決語義異構的問題[3]。

二、Ontology

Ontology(本體)最早是一個哲學概念,是對客觀存在的一個系統的解釋或說明,關心的是客觀現實的抽象本質。近年來,許多計算機領域的專家和學者都應用了這個概念。1998年,Studer等給出了一個廣為流行的定義,即“本體是共享概念模型的明確的形式化的規范說明”。這個定義包含四層含義:概念模型明確、形式化和共享。簡單的說,本體就是關于某個領域內人們公認的一個概念集,其中的概念含有公認的語義,這些語義通過概念之間的各種聯系來體現。

三、異構數據源整合模式

信息整合技術是信息資源分布式建設與集成應用相互作用的產物[4]。

在信息資源海量化、信息渠道多元化、信息載體多樣化的互聯網時代,信息管理技術已經歷了三個發展階段,目前已進入數據結構多元化、存儲異構化的時代。信息整合已經成為信息管理技術的必然趨勢。它的目標是通過一個公共的方法來訪問不同數據源[5]。

本體是共享概念的基礎,反過來它又幫助我們實現對數據的一致性的解釋。可以采用全局本體庫的思想解決應用系統的數據源異構問題,其模型圖如圖1所示:

各個層次的功能說明如下:

1.數據源層:提供了各種不同存儲方式的數據,來自于系統的各個應用子系統。針對不同的數據源編寫不同的CORBA包裝器,無論是Windows下的數據源還是Linux下的數據源,都可以進行透明的連接。

2.網絡層:網絡層是基于已有的網絡通信協議,通過對等層之間的協商端口傳輸數據,完成與上層之間接收和發送數據流,同時還要接收更底層的異常信息,來判斷是否發送、接收和保存數據流。

3.數據整合層:經過包裝后的數據,存儲在各個包裝器中,我們通過創建一個全局本體,將這些異構的數據轉化成統一的數據模式,消除數據之間的語法和語義差異。

4.信息服務層:經過整合后的數據具有一定的完整性、一致性和安全性,可以為高級應用,諸如數據挖掘、高層決策等提供更為精確的服務。可以說大大提高了工作效率和決策的質量,在一定程度上大大增加食品安全評估的科學性。

四、數據整合層的設計與實現

數據整合層為食品安全端提供一個統一的接口對數據源進行查詢,負責接收來自瀏覽器的全局查詢請求,再根據相應的集成信息,將全局查詢請求分解為多個局部查詢請求傳遞給包裝器,最后將包裝器返回的結果進行處理后送回瀏覽器,同時還要維護

集成信息,保證全局事務執行的正確性和一致性。數據整合層主要由查詢規劃模塊和結果合并過濾模塊構成。

查詢規劃模塊的設計:

查詢規劃模塊負責將食品安全端提交的標準查詢分解成針對各個異構數據庫的子查詢并提交到相應的包裝器,涉及到請求的連接、排隊、轉發等方面的技術。圖2為本模塊的系統結構。

1.查詢生成器

查詢生成器負責接收用戶由瀏覽器查詢界面提交的查詢請求,并根據本體庫中全局本體定義的概念信息將用戶請求實例化為內部統一的可識別的全局查詢語句。

2.查詢分解引擎

查詢分解引擎的主要任務是進行查詢分解工作。它主要負責接收查詢生成器傳遞的全局查詢語句,分析局部本體定義信息,確定要查詢的局部數據源,并調用映射規則中全局本體和局部本體的對應關系執行分解算法,將全局查詢分解為對應各局部數據源的子查詢。

3.查詢執行引擎

查詢執行引擎由隊列管理和調度策略子模塊組成。隊列設管理對生成的sq1子查詢進行數據的接收、排隊,再經過調度管理子模塊發送到相應的包裝器執行。調度管理模塊采用基于FIFO調度策略的隊列管理機制,調度線程首先取隊列的頭元素,然后判斷其屬性參數,最后發送到相應包裝器執行。

4.結果合并過濾模塊

模塊通過包裝器實現對各個異構數據庫的查詢訪問,獲取結果集。此結果集包含了不同數據庫的查詢結果,由數據庫中的行數據構成。對于該數據必須進行判斷,如果是重復的數據,就要進行合并過濾,返回惟一值。對于2個行數據的集成,需要定義每個行數據的關鍵屬性組,這個關鍵屬性組(如食品名稱和出廠日期)用于判定2個同類的行數據是否為同一實體。當2行數據的關鍵屬性組的值對應相等時,并不能像標識屬性值相等時那樣簡單地過濾掉其中一個信息對象,而是將2個信息對象集成為一個包含更大信息量的信息對象。集成的方法是:如果2行數據的同屬性取值相等,則集成信息對象中該屬性的值取任一行數據的對應屬性值;如果2行數據除關鍵屬性組外的屬性取值不同,則刪除一行數據的相同屬性值,并把剩余的屬性值連接到另一行數據的末尾成為同一行數據輸出。

五、小結

當一些數據分散在眾多的資源中,或者以多種形式存在,那么必然會有一個統一的系統來整合這些數據。本文分析了目前食品信息資源整合方法存在的一些問題,結合Ontology在知識表示、共享及推理方面的優勢,提出了基于Ontology集成的信息整合方案,為解決食品安全信息資源整合指出了一條新思路。隨著本體表示、集成及推理技術的日益成熟,將會構建一個更加智能的信息整合和綜合查詢系統來滿足食品安全信息化的需求。

參考文獻:

[1]郭浩軍、王海嬌,一種基于Ontology的電力信息資源整合模型,東北電力技術,2008(7),17～18.

[2]周剛、郭建勝、石磊,基于本體的異構數據源集成系統分析與設計,北京聯合大學學報(自然科學版),2007,21(1):45～46.

[3]婁雅斌、陶鳳梅、馬垣,基于“本體”的異構數據源的集成方法研究,微計算機信息,2005,21(10):116～118.

[4]王冬云,關于數字圖書館信息整合的思考,現代情報,2007,7(7):

73～74.

作者簡介:

張玉學(1977-),女,江蘇江陰人,本科,講師,研究方向為:計算機科學與應用。