本體技術在質量信息資源中的應用研究

摘 要： 通過介紹本體和質量信息資源的相關概念等內容，分析本體技術在質量信息資源整合利用中的重要作用和意義，探討本體用于質量信息資源的關鍵技術，提出基于本體技術構建的質量信息資源系統初步模型框架，提升對質量信息資源的高效獲取和全面共享，促進信息的深度發現與廣泛應用。

關鍵詞： 本體； 語義； 質量信息； 系統模型

中圖分類號：TP391.4 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2015）10-04-03

Abstract： By introducing the related concepts of ontology and quality information resources etc.， analyze the important role and significance of ontology application in the integrated use of quality information resources， and explore the key technologies of ontology application for the quality information resources， then propose the preliminary modeling framework for quality information resources system based on ontology， thus enhance the access efficiently and fully share the quality information resources， promote deeper discovery and wider application of the information.

Key words： ontology； semantic； quality information； system model

0 引言

質量信息資源作為質檢工作的重要戰略性資源，是支撐和保障質檢工作科學有序開展的重要基礎。質量信息始終處于快速增長狀態，嚴重阻礙了使用者對信息的訪問、檢索和維護，如何高效整合這些海量信息，提高信息利用率，已經成為質檢相關部門亟需解決的問題。本體基于其對概念模型在語法、層次和語義上的有效組織，在知識表達、信息整合、智能分析等方面得到了廣泛應用。因此，可通過探索、研究本體技術在質量信息資源中的應用，解決質量信息資源語義表達不足等問題，提升質量信息資源的實用價值。

1 本體

1.1 本體的概念

本體的概念源自于哲學領域，最早引入本體概念且研究最多的是計算機科學領域，近年來在醫學和圖書館情報學等領域也開展了對本體的研究。在計算機科學領域最早關于本體的定義是90年代初由Neches等人提出的：“給出構成相關領域詞匯的基本術語和關系，以及利用這些術語和關系構成的規定這些詞匯外延的規則的定義”。目前，被廣泛認可的本體的定義是1998年由Studer提出的“共享概念模型的明確的形式化規范說明”[1]。其中概念模型是指從客觀世界現象中抽象出來的相關概念構成的模型；明確是指概念及概念約束有準確的定義；形式化是指可被計算機處理；共享是指本體中的知識可被共同認可，是相關領域公認的概念集。雖然不同研究人員對本體的描述有所不同，但他們對本體內涵的認識較為一致，本體實質上是某個領域內不同主體間相互交流的語義基礎，規范化地描述概念與概念間的相關關系。

1.2 本體的分類

關于本體的分類并沒有一個統一的標準，Guarino是從領域依賴程度和細致程度兩個維度對本體進行分類，從領域依賴程度可將本體劃分為頂層本體、領域本體、任務本體和應用本體四類，從細致程度可將本體劃分為詳細程度高的參考本體和詳細程度低的共享本體兩類。另外，Perez和Benjamins通過研究各種分類基礎上，總結出十種本體：知識表達本體、頂級本體、通用本體、元（核心）本體、領域本體、語言本體、任務本體、領域—任務本體、方法本體和應用本體。這種分類法細化了Guarino提出的分類法，但彼此之間存在交叉，層次不清。實際上，由于領域或者應用需求的不同，對本體的分類也不盡相同。

1.3 本體構建方法

本體技術被用于多個領域，構建方法基本都是從具體領域本體的實際應用中總結出來的。本體構建方法主要包括Mike Ushold Micheal Gruninger的骨架法（skeletal Methodology），該方法是建立在企業本體基礎上的，提供了本體開發的基本方針；主張逐步建立本體模型、經過反復迭代的過程，不斷地進行排錯和修改，直至形成本體模型雛形的知識工程方法[2]，以及Natalya F. Noy 和Deborah L. McGuinness提出的領域本體構建法等。這些本體構建方法雖然實現了系統間的交互操作、知識共享與重用，但并沒有形成一套通用的方法體系，因此在構建本領域本體技術應用方法時，應在充分遵循明確性、規范性、一致性、全面性和可擴展性等原則的基礎上，參考和借鑒其他領域成熟的本體構建方法。

2 質量信息資源

質檢行業發展十余年，全國質檢系統建設和積累了一大批重要的質量信息資源，基本涵蓋了CIQ2000系統數據、執法打假、CQS系統、電子通關系統、電子報檢系統、電子監管系統、進境貨物備案審批系統、國家強制性產品認證監管系統等質檢的主要業務數據。然而，由于缺乏基礎的內容分析技術，當前各類質檢信息系統普遍缺乏語義關系的發現、注冊和管理功能，在利用質量信息資源進行深度的數據挖掘、關聯化的數據分析、統計等方面比較欠缺，導致了質量信息資源未能充分發揮其作用。

在當前大數據和質檢系統質量信息資源開發利用現狀的背景下，加快提高這些信息資源的開發利用水平已勢在必行。研究本體技術在質量信息資源開發利用活動中的應用主要在于為質量信息資源的語義內容提供關聯關系及方法論，為質量相關概念的關聯檢索提供理論基礎，支持各類質檢業務的信息處理分析和不斷的擴充更新，為質量數據的深度挖掘和應用奠定基礎，促進質量信息資源的開發利用。

3 本體技術用于質量信息資源的價值分析

3.1 完成質量信息資源整合

本體具有共享、明確和規范等特點，通過對海量的、繁冗復雜的信息資源的語義表示，對有效地整合各類質量信息資源具有重要作用。一方面可以靈活處理各類信息資源[3]，例如，動態增加各種類別和屬性，嚴謹定義質量信息資源間的關聯關系，隨時調用應用系統中的本體等；另一方面可以作為不同數據庫和系統間的關聯媒介，利用質檢領域內不同系統中具體內容描述不同的各類質量信息資源共通的外在形式與屬性等，將這些系統進行有效整合，進而實現質量信息資源的共通共享。

3.2 實現跨系統查詢

本體應用的基礎是建立基于語義的概念模型，通過該模型不僅可以實現對多種類型數據信息的整合，也可以依據本體構建模型中的語義查詢從不同維度和類別等方面，實現對這些數據信息的跨平臺、跨數據庫、跨系統的查詢和檢索。同時，本體構建模型中還包括各類層次和關聯結構，可以通過本體工具將信息之間的隱形關系顯性化，例如，自動推送相似或相近信息等，增加信息查詢結果的廣度和深度。

3.3 促進信息發現

基于質量信息語義本體技術，創建一套質量信息之間的語義關聯關系集，開展對質量信息資源的組織、分析和挖掘工作，提升對質量信息資源的利用能力和水平。一方面可以根據質量信息資源使用者的特定問題和要求，實現對已有信息的重組和創新；另一方面可以在某一特定環境下，通過其廣泛的語義和關系，盡可以能地實現對隱性信息的挖掘、析取和應用。

4 本體用于質量信息資源的關鍵技術

本體的核心特點是將某個領域內不同主體中的知識進行概念化和顯性化，形成可被大家理解和發現的通用概念和顯性知識，進而實現對靜態知識的挖掘、表達與共享。這一核心特點完全符合對現階段全國質監系統中質量信息資源的開發與利用。

4.1 定義通用概念

將本體技術引入質檢行業相關系統和數據庫對其中的主要業務數據信息進行語義標注，形成適用于全部系統和數據庫的通用概念詞典和概念模型，有助于獲取隱性知識，發現信息的潛在價值，提高對質量信息資源查詢利用的全面性和準確性。

4.2 確立樹形結構

在確定對質檢行業內質量信息資源的通用概念定義的基礎上，對概念間近義詞、同義詞、相關詞等關聯關系進行邏輯處理，建立包含上下級關系和同級關系的概念的樹形結構，完成對質量信息資源通用概念的關系表達，挖掘出質檢行業中不同系統和數據庫之間的更深層次的共性與關聯，實現質量信息資源的高效流通和充分共享，進而提升對質量信息資源統計與分析的效率和質量。

4.3 構建本體模型

完成對質檢行業內現有系統和數據庫中質量信息資源的通用概念表達和樹形結構確立，基本已經建成了本體模型的雛形。在實際工作中，通過不斷、反復的替代、校驗和改進，逐步形成領域內通用的本體模型和本體模型構建機制，實現對歷史和現有系統和數據庫中質量信息資源的整合以及對新系統和數據庫的包容。

5 基于本體技術的質量信息資源系統模型

基于本體是以形式化方式進行高度表達的，并且可被計算機直接訪問和處理的共享概念模型，我們探討一種基于本體的質量信息資源系統的模型框架，實現對質量信息資源的深度利用和廣度獲取。該模型的具體框架結構如圖1所示。

該模型框架最底層為數據接入層，用于連接質檢行業COS系統、電子通關系統、電子報檢系統以及CIQ2000系統數據庫等相關系統和數據庫，存儲該領域內知識、信息、數據及其他相關質量信息資源，是整個模型框架的數據支撐。語義層是該模型框架的核心，位于模型框架的次底層，主要用于本體解析、本體推理、語義邏輯、語義分析以及本體表達等，并在此基礎上實現對概念的形式表達、結構的樹形描述和關聯關系的梳理，形成規范、全面且具有可擴展性的概念詞典、層次結構、邏輯關系和數據模型等，為整個模型框架提供理論基礎。次頂層為展現層，通過統一的平臺或界面，利用跨數據庫的多維查詢、數據統計分析、決策參考支持及實時監督管理等方式完成對質量信息資源的整合與共享，實現對質量信息資源的全方位展現和應用。最頂層為用戶層，通過權限管理和資源管理保證對質量信息資源的安全和精細化管理，同時還利用搜索引擎、主題檢索和個性定制等手段提升用戶使用的友好性。該模型框架具有一定的靈活性和很好的擴展性，可以便捷地實現對本體信息資源的整合、管理和利用。

近年來，針對海量的質量信息資源標準化方面的研究主要是金質工程建設中對質量信息資源基礎數據方面的研究，這為質量信息資源本體模型的構建奠定了良好的技術基礎和人員儲備，有利于開展質量信息資源本體技術的應用研究。

6 結束語

近年來，全國質檢系統積累了大量的質量信息資源。如何提高這些信息資源的開發利用水平是當前大數據背景下的迫切要求，通過將本體技術應用于各類質量信息資源的分析，提出適用于質量信息資源的本體技術，為信息資源的語義內容提供大量的關聯關系及方法論，為質量相關概念的關聯檢索提供理論基礎，支持各類質檢業務的信息處理分析，為質量數據的深度挖掘和應用奠定基礎，以支持未來大數據背景下的數據的深加工利用，促進質量信息資源的開發利用，創建一套質量信息質檢的語義關聯關系集，即質量信息語義本體技術的應用是大幅提升當前質量信息資源利用水平的有效方法。

參考文獻：

[1] Studer R， Benjamins V R， Fensel D. Knowledge Engineering：Principles and Methods[J]. Data and Knowledge Engineering，1998.25：161-197

[2] 汪方勝，侯立文，蔣馥.領域本體建立的方法研究[J].情報科學，2005.2：241-244

[3] 張哲.利用本體和主題詞表的集成查詢元數據[J].情報雜志，2004.23（4）：16-18