語義級(jí)互操作的關(guān)鍵技術(shù)研究*

晉芳華　劉　鵬　錢興華

(中國艦船研究院　北京　100192)

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語義級(jí)互操作的關(guān)鍵技術(shù)研究*

晉芳華劉鵬錢興華

(中國艦船研究院北京100192)

摘要語義級(jí)互操作是促進(jìn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)互操作，提升系統(tǒng)信息共享程度的重要方法與途徑。針對(duì)異構(gòu)信息系統(tǒng)語義級(jí)互操作涉及的本體異構(gòu)等核心問題，提出基于NIEM的語義級(jí)互操作解決框架及實(shí)現(xiàn)流程，并分析關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞語義級(jí)互操作; NIEM; 信息共享

Class NumberTP391

1引言

諸如數(shù)字化圖書館、智能交通、智能電網(wǎng)、智能醫(yī)療、智慧城市、軍事信息系統(tǒng)等廣域分布、組成異構(gòu)的復(fù)雜系統(tǒng)集成運(yùn)行涉及海量信息交互、共享。互操作是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)信息交互和共享的關(guān)鍵技術(shù)。異構(gòu)信息系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)信息交互的基礎(chǔ)做法是采用協(xié)議轉(zhuǎn)換，即數(shù)據(jù)源協(xié)議數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為目標(biāo)協(xié)議數(shù)據(jù)包。實(shí)際中由于語言復(fù)雜性、管理維護(hù)水平和業(yè)務(wù)發(fā)展變更等因素，異構(gòu)系統(tǒng)間的信息語義難以被完全統(tǒng)一定義，難以直接利用固定的映射模式來完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，大量的機(jī)器與機(jī)器之間的信息交互無法自動(dòng)完成，需要人工參與(即人與機(jī)器的交互)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)工作效率。為實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)之間消息高效交換和信息共享，需要在語義層面開展研究。

學(xué)者們從語義級(jí)互操作概念、信息源語義表達(dá)、語義異構(gòu)分類以及語義互操作框架等角度展開研究。文獻(xiàn)[1～2]重點(diǎn)從互操作概念角度出發(fā)進(jìn)行研究。文獻(xiàn)[1]梳理了不同組織對(duì)互操作概念內(nèi)涵的定義，并總結(jié)出互操作的共性理解：一是互操作發(fā)生在兩個(gè)或多個(gè)需要進(jìn)行信息交互的實(shí)體或系統(tǒng)之間，二是實(shí)體或系統(tǒng)之間能夠交換信息，三是實(shí)體或系統(tǒng)能夠使用所交換信息;文獻(xiàn)[2]提出概念互操作等級(jí)模型(levels of conceptual interoperability model，LCIM)，以分層的形式給出互操作每層做出定義，并指出語義互操作不僅可以在系統(tǒng)間交換數(shù)據(jù)本身，也包括數(shù)據(jù)的語境，并借助公共數(shù)據(jù)參考模型，使被交換的數(shù)據(jù)具有清晰、無歧義的語義;文獻(xiàn)[3～4]重點(diǎn)從信息源的語義表達(dá)角度進(jìn)行研究，文獻(xiàn)[3]通過對(duì)比分析XML、RDF、OWL等描述語言，指出OWL在表述語義概念、屬性和關(guān)系上比其他語言有優(yōu)勢(shì)，文獻(xiàn)[4]指出元數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的編碼數(shù)據(jù)，它是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，是揭示信息資源的基礎(chǔ)，文獻(xiàn)[5]指出本體是對(duì)共享概念的形式化的明確說明，以面向?qū)ο蟮乃枷耄⑿畔⒃粗谐橄蟾拍畹年P(guān)系和約束。文獻(xiàn)[6～8]重點(diǎn)從語義異構(gòu)分類進(jìn)行研究，文獻(xiàn)[6]以知識(shí)組織體系角度，將異構(gòu)概括為句法異構(gòu)、術(shù)語異構(gòu)和概念異構(gòu)，并介紹幾種知識(shí)組織體系互操作方法;文獻(xiàn)[7]將異構(gòu)信息源之間分成了三個(gè)層次的語義異構(gòu)，即模式異構(gòu)、上下文異構(gòu)和個(gè)體異構(gòu)，并重點(diǎn)給出了消除上下文異構(gòu)和個(gè)體異構(gòu)的解決方法。文獻(xiàn)[5]將本體的異構(gòu)分成了概念和語言兩層異構(gòu)，并對(duì)每層異構(gòu)做細(xì)粒度劃分，指出本體的集成核心問題就是解決概念和語言兩層的異構(gòu)。文獻(xiàn)[8]重點(diǎn)從語義互操作框架角度進(jìn)行研究，分析了作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)與指控系統(tǒng)在架構(gòu)、信息交換模型、通信協(xié)議以及數(shù)據(jù)庫上的異構(gòu)性;設(shè)計(jì)了由接入層、資源層、語義交互層、服務(wù)層和應(yīng)用層等構(gòu)成的語義互操作技術(shù)參考框架，文獻(xiàn)[9]在分析了主題圖(Topic Map)技術(shù)解決數(shù)字圖書館語義互操作的可行性的基礎(chǔ)上，在分析了數(shù)字圖書館特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于XTM語義互操作原型系統(tǒng)，該原型系統(tǒng)包括資源層、元數(shù)據(jù)層、主題層和應(yīng)用層等四層。文獻(xiàn)[10]運(yùn)用元模型互操作框架(Metamodel Framework for Interoperability， MFI)和本體技術(shù)，建立了一種支持語義互操作的Web服務(wù)注冊(cè)管理模型的體系架構(gòu)，運(yùn)用MFI中的本體演化規(guī)則保證了本體在演化前后的一致性，從而保證基于本體的不同Web 服務(wù)注冊(cè)庫的互操作性。

綜上，在信息源中查找并使用有效數(shù)據(jù)涉及的一個(gè)關(guān)鍵問題是必須知道信息源的語義。為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)和信息源語義的解耦合，促進(jìn)信息共享，需要將信息源的語義通過本體顯示表示。但是不同信息源之間的本體存在異構(gòu)，如何有效地解決本體之間的異構(gòu)，使得異構(gòu)信息源實(shí)現(xiàn)信息集成與信息共享，是語義級(jí)互操作的核心問題。框架性的研究多聚焦于具體應(yīng)用，對(duì)框架移植性與復(fù)用性等因素考慮不足。本文從語義形式化、語義異構(gòu)消除和功能擴(kuò)展等角度分析語義互操作的關(guān)鍵點(diǎn)，在考慮靈活性和可擴(kuò)展性的基礎(chǔ)上，提出基于NIEM(National Information Exchange Model)的語義級(jí)互操作通用解決框架和實(shí)現(xiàn)流程，并分析其關(guān)鍵技術(shù)。

2語義級(jí)互操作分析

2.1互操作

互操作是指兩個(gè)或兩個(gè)以上系統(tǒng)間能夠相互交換信息，并使用交換信息的能力[11]。從復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供指導(dǎo)角度，通過劃分描述系統(tǒng)、組件或服務(wù)間傳遞信息和知識(shí)的能力，概念互操作等級(jí)模型(levels of conceptual interoperability model,LCIM)將互操作分成了六層結(jié)構(gòu)[12]，具體如表1所示。

表1　LCIM等級(jí)描述

在信息共享與信息集成中，語義級(jí)互操作屬于第三級(jí)互操作，在整個(gè)互操作等級(jí)模型起到承上啟下的作用。語法級(jí)互操作只能依靠應(yīng)用程序的邏輯來表現(xiàn)的語義，表現(xiàn)出程序耦合度高，開發(fā)慢，利用率低等問題。而語義級(jí)互操作針對(duì)語法級(jí)互操作的問題，通過將信息系統(tǒng)中的語義顯示化，依靠公共數(shù)據(jù)參考模型，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)在交換數(shù)據(jù)本身的基礎(chǔ)上，也交換了數(shù)據(jù)的語境，從而解決了異構(gòu)信息系統(tǒng)語義歧義的問題。

2.2語義級(jí)互操作關(guān)鍵點(diǎn)分析

當(dāng)前系統(tǒng)多面臨數(shù)據(jù)和信息量飛速增長的局面，受自然語言的復(fù)雜性多義性、系統(tǒng)管理維護(hù)水平以及業(yè)務(wù)需求發(fā)展變更等因素影響，僅靠語法級(jí)層面的互操作難以應(yīng)對(duì)“語義歧義”、“信息利用率低”等問題，所以語義級(jí)互操作成為問題關(guān)鍵解決辦法。

由于行業(yè)領(lǐng)域、用戶習(xí)慣、技術(shù)路線等因素，不同系統(tǒng)發(fā)展建設(shè)過程中難以遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同信息源會(huì)建立各自的語義形式化模型，在跨系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)信息共享時(shí)便面臨語義互操作問題。語義級(jí)互操作的核心問題便成為在不同信息源建立起的語義形式化模型基礎(chǔ)上進(jìn)行形式化模型的集成。獨(dú)立開發(fā)的語義形式化模型可能采用不同概念表達(dá)模型和語言，形式化程度各不相同，不同領(lǐng)域知識(shí)可能重復(fù)或交疊，存在多種不一致。為了解決這種不一致問題，就產(chǎn)生了語義異構(gòu)分類以及語義異構(gòu)消除等研究，通用的語義異構(gòu)消除策略是，建立公共的數(shù)據(jù)參考模型作為異構(gòu)信息源的語義形式化模型的中間模型，完成異構(gòu)信息源形式化模型的轉(zhuǎn)換，從而避免了異構(gòu)信息源P2P模式的冗余轉(zhuǎn)換，將語義異構(gòu)消除問題的解決方案復(fù)雜度從N2級(jí)轉(zhuǎn)到N級(jí)。雖然從整體上語義互操作已經(jīng)有了完整的解決方案與框架，但是引入的公共參考數(shù)據(jù)模型增加了該模型管理、可擴(kuò)展性以及重用性等問題的考慮。同時(shí)隨著信息處理自動(dòng)化和智能化需求不斷提高，充分利用交換信息，達(dá)到提高交換信息的利用率以及交換信息沖突自動(dòng)檢測(cè)等擴(kuò)展功能成為必須考慮的問題。

通過以上分析，可以將語義互操作的關(guān)鍵點(diǎn)梳理為：語義形式化、語義異構(gòu)消除和功能擴(kuò)展等三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

1) 語義形式化

語義形式化是語義互操作的基礎(chǔ)。語義的形式化分兩個(gè)層面：語義形式化語言、語義形式化方式。語義形式化的主要方式包括元數(shù)據(jù)和本體，元數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的編碼數(shù)據(jù)，用于描述有關(guān)信息實(shí)體的特征，從而標(biāo)識(shí)、發(fā)現(xiàn)、評(píng)估和管理這些被描述的實(shí)體，它是描述數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)，是揭示信息資源的基礎(chǔ)[13]。本體是對(duì)共享概念的形式化的明確說明。這里共享概念指多個(gè)主體所感興趣的某特定領(lǐng)域的抽象，形式化是指可以被機(jī)器處理，明確地說明指概念、屬性、關(guān)系、函數(shù)、約束、公理都有明確的定義[14]。分析發(fā)現(xiàn)，元數(shù)據(jù)和本體都在語義形式化上起到一定作用，但是元數(shù)據(jù)更偏向于抽象信息資源，本體則側(cè)重于建立概念和術(shù)語之間的關(guān)系和約束，所以充分利用元數(shù)據(jù)和本體的優(yōu)勢(shì)建立基于元數(shù)據(jù)的本體模型是信息源語義形式化最好的選擇。

語義形式化語言包括XML Schema、RDF、OWL等，XML Schema定義了文檔標(biāo)記的語法規(guī)則，并以層次結(jié)構(gòu)的形式規(guī)定了所有以其為標(biāo)準(zhǔn)的文檔，包括數(shù)據(jù)對(duì)象的數(shù)據(jù)屬性的類型、嵌套層次、取值范圍及約束條件等，完全能夠?qū)崿F(xiàn)LCIM描述的語法級(jí)互操作并能夠?qū)崿F(xiàn)部分語義級(jí)互操作甚至更高的語用級(jí)互操作;RDF建立了以主語、謂語和賓語為元素的“三元組”數(shù)據(jù)模型，可以把一些非常簡單的元數(shù)據(jù)說明組合在一起，使得文檔能夠被解析，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的信息交換，RDF在LCIM所描述的互操作能力上與XML相似[15];OWL(本體描述語言)在RDF的基礎(chǔ)上通過添加大量的基于描述邏輯的語義原語來描述和構(gòu)建本體。OWL采用面向?qū)ο蟮姆绞絹砻枋鲱I(lǐng)域知識(shí)，即通過類和屬性來描述對(duì)象，并以公理的形式來描述這些類和屬性的特征和關(guān)系[3]。由于其使用了描述邏輯的語義原語，使得它可以實(shí)現(xiàn)LCIM的語義級(jí)互操作，可以部分實(shí)現(xiàn)語用級(jí)互操作，所以O(shè)WL是最能滿足語義形式化的語言。

2) 語義異構(gòu)消除

語義異構(gòu)消除是語義互操作的核心。語義異構(gòu)消除需要做兩方面的工作：語義異構(gòu)分類、公共數(shù)據(jù)參考模型構(gòu)建。信息源主要包括概念層和語言層兩層語義異構(gòu)，概念層異構(gòu)又可以根據(jù)建模時(shí)的差異和概念具體化使得差異進(jìn)行更細(xì)粒度的劃分;而語言層的異構(gòu)同樣可以根據(jù)語法差異和表達(dá)能力的差異，進(jìn)行細(xì)粒度劃分[14]。公共數(shù)據(jù)參考模型的構(gòu)建的通用作法是依據(jù)各信息源的本體建立上層本體(領(lǐng)域通用本體)，通過建立各信息源本體與上層本體建立關(guān)聯(lián)，從而消除各類語義異構(gòu)，達(dá)到異構(gòu)信息源之間信息語義共享的目的。

3) 功能擴(kuò)展

功能擴(kuò)展是語義互操作的擴(kuò)展。功能擴(kuò)展的主要工作是提高交換信息的利用率，達(dá)到信息增量與檢測(cè)信息語義沖突的作用。信息源之間交換的數(shù)據(jù)，不光數(shù)據(jù)本身，還包括數(shù)據(jù)的語境。將數(shù)據(jù)的語境映射到領(lǐng)域本體上，通過定義領(lǐng)域語義規(guī)則，實(shí)現(xiàn)交換的數(shù)據(jù)依據(jù)領(lǐng)域語義規(guī)則和領(lǐng)域本體的語義推理，達(dá)到檢測(cè)交換數(shù)據(jù)之間的沖突和信息增量的目的。

3基于NIEM的語義級(jí)互操作技術(shù)參考框架

針對(duì)語義級(jí)互操作的關(guān)鍵點(diǎn)，將語義級(jí)互操作框架分四層，自下而上分別是語義表達(dá)層、互操作層、功能擴(kuò)展層和應(yīng)用層，如圖1所示。

3.1語義表達(dá)層

語義表達(dá)層是語義互操作框架的基礎(chǔ)，對(duì)應(yīng)語義互操作關(guān)鍵點(diǎn)的語義形式化，用于實(shí)現(xiàn)信息源語義的顯示化表述。元數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，用于描述信息資源在特定情形下的微觀結(jié)構(gòu)。元數(shù)據(jù)經(jīng)過抽象，對(duì)資源語義化標(biāo)注，不僅有利于資源的發(fā)現(xiàn)，也是實(shí)現(xiàn)互操作和有效利用資源的基礎(chǔ)。知識(shí)本體是在元數(shù)據(jù)對(duì)信息資源封裝的基礎(chǔ)之上，通過描述不同元數(shù)據(jù)方案在語法和語義上的差異以及信息資源之間的復(fù)雜關(guān)系來完成信息源的語義形式化表達(dá)，從而為分散信息資源的整合與管理提供模型與方法[16]。

圖1　基于NIME的語義級(jí)互操作技術(shù)參考框架

3.2互操作層

互操作層是語義互操作框架的核心，對(duì)應(yīng)語義互操作關(guān)鍵點(diǎn)的語義異構(gòu)消除，用于解決各信息源間的語義異構(gòu)問題。互操作的基礎(chǔ)是信息系統(tǒng)的知識(shí)組織體系的互操作[6]。在分析信息系統(tǒng)間知識(shí)組織體系異構(gòu)的基礎(chǔ)上，建立關(guān)于知識(shí)組織體系的公共參考數(shù)據(jù)模型。公共參考數(shù)據(jù)模型具有層次之分，主要與數(shù)據(jù)抽象粒度相關(guān)。NIEM數(shù)據(jù)模型包括三個(gè)部分核心數(shù)據(jù)模型、領(lǐng)域數(shù)據(jù)模型和領(lǐng)域數(shù)據(jù)詞典三個(gè)部分，其中核心數(shù)據(jù)模型(National Information Exchange Model)通過把各個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域普遍應(yīng)用的時(shí)間(When)、地點(diǎn)(Where)、人物(Who)、事件(What)等，通過語義和語法進(jìn)行統(tǒng)一，然后由各個(gè)業(yè)務(wù)領(lǐng)域在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，并以開放性、擴(kuò)展性的語言來表示，形成信息系統(tǒng)相互理解和認(rèn)識(shí)的“五線譜”[17]，領(lǐng)域數(shù)據(jù)模型在核心數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上匹配、擴(kuò)展、演化，形成與領(lǐng)域相關(guān)的概念、術(shù)語以及它們的關(guān)聯(lián)與約束，領(lǐng)域數(shù)據(jù)詞典指領(lǐng)域數(shù)據(jù)模型中可被引用的概念與術(shù)語。基于NIEM的領(lǐng)域數(shù)據(jù)詞典，利用NIEM核心數(shù)據(jù)模型具有的高抽象、高擴(kuò)展等特點(diǎn)，通過匹配與擴(kuò)展等手段，構(gòu)建出與應(yīng)用相關(guān)的聯(lián)合本體，分別建立信息源本體與聯(lián)合本體的映射，實(shí)現(xiàn)信息源之間的語義轉(zhuǎn)換，解決了公共參考模型的管理與模型組件的擴(kuò)展、重用等問題。

3.3功能擴(kuò)展層

功能擴(kuò)展層處于互操作層與應(yīng)用中間，是語義互操作框架的擴(kuò)展，用于提高交換信息的利用率，達(dá)到信息增量與檢測(cè)信息語義沖突的作用，并對(duì)互操作層進(jìn)行服務(wù)封裝，形成服務(wù)接口，為應(yīng)用程服務(wù)。功能擴(kuò)展層以本體和語義推理為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信息查詢、語義交換、語義推理、沖突檢測(cè)和信息增量等功能。

3.4應(yīng)用層

應(yīng)用層是指各種具有信息系統(tǒng)協(xié)同工作的領(lǐng)域，主要包括數(shù)字圖書館系統(tǒng)、數(shù)字化變電站系統(tǒng)等傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的信息共享與集成以及物聯(lián)網(wǎng)、分布式仿真系統(tǒng)的信息共享和軍事電子信息系統(tǒng)集成等。

圖2　基于NIEM語義級(jí)互操作流程圖

4語義級(jí)互操作實(shí)現(xiàn)流程分析

綜上所述，語義互操作的實(shí)現(xiàn)需要：1)信息源本體構(gòu)建，信息源語義的形式化的明確說明;2)公共數(shù)據(jù)參考模型(聯(lián)合本體)構(gòu)建，基于NIEM數(shù)據(jù)模型的聯(lián)合本體構(gòu)建是實(shí)現(xiàn)語義互操作的核心;3)語義映射，建立信息源本體與聯(lián)合本體之間的映射關(guān)系，完成信息源之間語義異構(gòu)消除的目的;4)語義推理，擴(kuò)展語義互操作功能，實(shí)現(xiàn)交換信息的信息增量與沖突檢測(cè)。

依據(jù)語義級(jí)互操作技術(shù)參考框架和關(guān)鍵點(diǎn)分析將實(shí)現(xiàn)流程劃分為構(gòu)建信息源本體庫、構(gòu)建聯(lián)合本體、建立聯(lián)合本體和信息源本體的映射關(guān)系、語義推理和應(yīng)用五個(gè)部分。并將每個(gè)部分的關(guān)鍵步驟列出，如圖2所示。

5語義級(jí)互操作關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)分析

語義互操作參考技術(shù)框架和實(shí)現(xiàn)流程的實(shí)現(xiàn)依賴以下關(guān)鍵技術(shù)。

5.1基于元數(shù)據(jù)的信息源本體構(gòu)建技術(shù)

基于元數(shù)據(jù)的本體構(gòu)建技術(shù)是指選定具體領(lǐng)域，對(duì)其資源進(jìn)行總結(jié)、抽象出領(lǐng)域本體，從資源中提煉知識(shí)的過程。該技術(shù)的作用是信息源的語義形式化，對(duì)應(yīng)語義互操作框架的語義表達(dá)層。本文參照了Mike Uschold&King的“骨架”法構(gòu)建本體[18]，該方法的主要步驟如圖3所示。

圖3　本體構(gòu)建步驟

1) 定本體應(yīng)用的目的和范圍：限制研究的范圍，依據(jù)研究的領(lǐng)域或任務(wù)，建立對(duì)應(yīng)的領(lǐng)域本體或者過程本體。

2) 本體分析：由領(lǐng)域?qū)＜覅⑴c，來確定領(lǐng)域內(nèi)概念或術(shù)語的約束以及它們之間的關(guān)系。

3) 本體表示：使用語義模型來表示本體。

4) 本體評(píng)價(jià)：以清晰性、一致性、完善性、可擴(kuò)展性等作為本體的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

5) 本體的建立：使用本體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所建本體進(jìn)行評(píng)價(jià)檢驗(yàn)，符合要求的以文件的形式存放，否則轉(zhuǎn)2)。

5.2基于NIEM的聯(lián)合本體構(gòu)建

基于NIEM的聯(lián)合本體構(gòu)建是指以NIEM數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，建立關(guān)于領(lǐng)域的通用本體模型。該技術(shù)的作用是建立公共數(shù)據(jù)參考模型，對(duì)應(yīng)語義互操作的互操作層。基于NIME的聯(lián)合本體構(gòu)建過程是，明確信息交換內(nèi)容，通過引用NIEM數(shù)據(jù)模型對(duì)交換需求進(jìn)行描述，建立聯(lián)合本體的過程。建模過程主要經(jīng)歷需求分析、建模與映射等三個(gè)過程[17]。

1) 需求分析是構(gòu)建本體的基礎(chǔ)，信息共享業(yè)務(wù)需求分析主要內(nèi)容是：明確信息交換背景、了解信息交換的主要內(nèi)容、明確信息交換的策略要求等。

2) 聯(lián)合本體建立是業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)＜以谛畔⒔粨Q業(yè)務(wù)需求分析的基礎(chǔ)上運(yùn)用本體構(gòu)建技術(shù)對(duì)信息交換需求的直觀描述，是信息交換需求的直接體現(xiàn)。

3) 信息交換業(yè)務(wù)模型映射是指建立信息交換業(yè)務(wù)模型與NIEM數(shù)據(jù)模型的映射關(guān)系，即聯(lián)合本體中的類映射到NIEM數(shù)據(jù)模型中的類型。在映射過程中存在完全匹配、部分匹配或者完全不匹配三種情況，通過對(duì)NIEM領(lǐng)域數(shù)據(jù)詞典的匹配、擴(kuò)展與演化等手段達(dá)到聯(lián)合本體與NIEM數(shù)據(jù)模型建立映射關(guān)系的目的。

5.3異構(gòu)本體映射技術(shù)

異構(gòu)本體技術(shù)是指建立信息源本體與聯(lián)合本體之間的概念與術(shù)語之間的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)以聯(lián)合本體為源本體到目標(biāo)本體的中間本體的異構(gòu)本體轉(zhuǎn)換技術(shù)。該技術(shù)的作用消除信息源本體與聯(lián)合本體的異構(gòu)，對(duì)應(yīng)語義互操作框架的互操作層次。該映射變換采用以通用本體作為中間轉(zhuǎn)換本體的方式，實(shí)現(xiàn)信息源之間知識(shí)的共享與集成，與直接根據(jù)異構(gòu)本體之間映射關(guān)系進(jìn)行映射轉(zhuǎn)換相比，使用通用本體降低了耦合度，具有更高的柔性和可擴(kuò)展性[19]，如圖4所示。

圖4　基于聯(lián)合本體的映射變換模型

5.4基于本體的語義推理技術(shù)

語義推理技術(shù)是指借助本體進(jìn)行推理從根本上把隱含在顯示定義和聲明中的知識(shí)通過一種機(jī)制提取出來。該技術(shù)的作用是實(shí)現(xiàn)交換數(shù)據(jù)的信息利用率最大化，同時(shí)檢驗(yàn)交換信息的語義沖突。語義推理技術(shù)應(yīng)用在信息源語義互操作的基礎(chǔ)上，通過建立基于本體的語義互操作來實(shí)現(xiàn)沖突檢測(cè)、信息增量等服務(wù)。基于語義關(guān)系，定義本體推理規(guī)則，在公共領(lǐng)域本體的基礎(chǔ)上引入規(guī)則表示，制定規(guī)則庫，通過推理引擎依據(jù)一定的推理算法從顯示表述中推出隱含結(jié)論[20]，如圖5所示。

圖5　基于規(guī)則的推理結(jié)構(gòu)

6結(jié)語

本文通過分析語義互操作的語義形式化、語義異構(gòu)消除和功能擴(kuò)展等三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，應(yīng)用NIEM數(shù)據(jù)模型，給出基于NIEM的語義互操作框架與實(shí)現(xiàn)流程，為解決語義互操作中語義不一致和信息利用率低等問題，給出實(shí)現(xiàn)語義互操作四個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

參 考 文 獻(xiàn)

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收稿日期：2016年1月9日,修回日期：2016年2月12日

作者簡介：晉芳華，男，碩士研究生，研究方向：艦船電子工程技術(shù)。劉鵬，男，碩士生導(dǎo)師，研究方向：系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)。錢興華，女，博士生導(dǎo)師，研究方向：系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。

中圖分類號(hào)TP391

DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2016.07.024

Key Technologies of Semantic Interoperation Technologies

JIN FanghuaLIU PengQIAN Xinghua

(China Ship Research and Development Academy, Beijing100192)

AbstractSemantic interoperation is an important method to promote data interoperation between systems and improve the level of information sharing. Considering main problems faced by semantic interoperation of heterogeneous systems, a semantic interoperation framework based on national information exchange model is presented in this article, key technologies are also analyzed.

Key Wordssemantic interoperation, NIEM, information sharing