基于本體協(xié)同構(gòu)建的水資源管理知識組織系統(tǒng)分析

余亮

【摘要】水資源管理方面知識的集成，能實現(xiàn)在使用者需要的時間點、以其需要的形式、把使用者所需的知識展現(xiàn)給需要的人，從而使水資源管理知識的查找更加便捷，同時也水資源管理知識得以廣泛傳播。本文通過論述知識組織系統(tǒng)在水資源管理領(lǐng)域的可行性，以及本體協(xié)同構(gòu)建思想與知識組織系統(tǒng)之間的聯(lián)系，介紹以知識組織系統(tǒng)為框架、以本體協(xié)同構(gòu)建為核心思想、以水資源管理為主題所設(shè)計的水資源管理知識組織系統(tǒng)的模型。

【關(guān)鍵詞】知識組織系統(tǒng)；水資源管理；本體協(xié)同構(gòu)建；可信度；系統(tǒng)分析與設(shè)計

引言

在水資源日益匱乏的今天，對水資源進行及時有效的管理成為了國家的重要任務(wù)之一。雖然國家已經(jīng)在全國范圍內(nèi)建立了水資源管理體系，并逐步完善水資源的法規(guī)建設(shè)，科學地管理水資源，但是在水資源管理方面仍存在管理水平落后、未形成市場管理、忽視節(jié)水政策等問題，在體制和政策上也存在一定的弊端[7]。

對水資源進行管理勢必需要培養(yǎng)水資源管理相關(guān)的專業(yè)人員，那么水資源管理知識就需要一定的管理整合，為相關(guān)的專業(yè)人員服務(wù)，以便在其做出決策前進行參考，減少不必要的嘗試。而知識組織系統(tǒng)的核心便在于構(gòu)建概念屬性的形式化描述框架，以滿足基于及其理解的信息處理和知識管理的功能需求，并實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間不同層面上的互操作。若將知識組織系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合本體協(xié)同構(gòu)建的思想其中相關(guān)內(nèi)容可以依照原有內(nèi)容進行參考，亦可交互操作進行修改以供他人借鑒。因此，建立一個可交互的水資源管理知識組織系統(tǒng)，對于水資源管理相關(guān)的專業(yè)人員來說具有極高的實用價值。

1知識組織系統(tǒng)

1.1知識組織系統(tǒng)簡介

知識組織系統(tǒng)（knowledge organization systems，簡稱KOS）是我們用來定義并組織表述真實世界中物體術(shù)語以及符號的系統(tǒng)，在具體應(yīng)用中我們常常將它們泛指為語義工具。無論KOS以什么樣的形式出現(xiàn)，其基本方法都大致相同，不同的是這些方法被采用的程度和范圍。KOS的應(yīng)用經(jīng)歷了四個階段：查詢、查詢?yōu)g覽、多維分面、在檢索中加入屬性特征[2]。

隨著信息技術(shù)和數(shù)字化資源的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)KOS（network knowledge organization systems，簡稱NKOS）逐漸成為KOS的重要部分，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的KOS（NKOS）也正在向智能化發(fā)展，“機器可讀”正在向“機器可理解”方向前進。

1.2網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下知識組織系統(tǒng)的優(yōu)點

在信息化日益成熟的今天，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的知識組織系統(tǒng)（NKOS）呈現(xiàn)出了一系列新的特點：（1）能吸取不同知識組織系統(tǒng)的特長，并將其集中優(yōu)化以供使用；（2）將等級結(jié)構(gòu)與元數(shù)據(jù)式的“特征”相結(jié)合；（3）做到知識組織系統(tǒng)、元數(shù)據(jù)與專用的置標語言的結(jié)合使用；（4）在學習科學概念中結(jié)合使用多個知識組織系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；（5）強調(diào)計算機的可理解性；（6）傳統(tǒng)形式與可視化相結(jié)合。

1.3水資源管理知識組織系統(tǒng)

知識組織系統(tǒng)旨在揭示某一領(lǐng)域的潛在語義結(jié)構(gòu)。數(shù)字化的現(xiàn)代信息系統(tǒng)提供了比傳統(tǒng)的圖書館更多的信息選擇次序和映射方法。因此，我們在復雜的水資源管理知識領(lǐng)域開發(fā)便于終端用戶操作的知識組織系統(tǒng)，可簡化終端用戶的知識查找過程，增加查找的精度，同時也順應(yīng)當下乃至未來的發(fā)展方向。

2本體協(xié)同構(gòu)建

2.1本體協(xié)同構(gòu)建基本思想

本體的協(xié)同構(gòu)建過程實質(zhì)上是由用戶和群體之間通過一系列的知識行為構(gòu)成的。用戶行為是用戶知識能力的體現(xiàn)，這決定了本體質(zhì)量的高低。

在本體協(xié)同構(gòu)建中，用戶既是本體的創(chuàng)建者，又是本體的使用者。用戶可根據(jù)自身的認知水平，對本體的構(gòu)建者、評價者和使用者知識行為的信任程度（可信度）等對本體的正確性做出自己的判斷，將本體的評價者擴展到普通用戶，利用用戶的群體智慧（即群體行為）去除本體中低質(zhì)量的、錯誤的知識。

若將本體協(xié)同構(gòu)建的思想用于知識組織系統(tǒng)中，即可達到知識組織系統(tǒng)所需的人機交互，即用戶可以根據(jù)實際情況修改系統(tǒng)中的某些內(nèi)容，使內(nèi)容更加精準，以供他人參考，同時他人亦可進行補充、完善。2.2本體協(xié)同構(gòu)建可信度

馮蘭萍[1]等認為，種群對用戶直接知識行為的信任程度（直接可信度）可通過種群對同領(lǐng)域各個直接知識行為的綜合評價獲得；種群對用戶評價行為的信任程度（評價可信度），可通過用戶與種群對同領(lǐng)域相同直接行為評價距離表示，評價距離越小，用戶評價可信度就越高。

若采用模糊綜合評價法[5-6]描述UREM-BCOnto方法，對模糊綜合評價模型{U，V，R}進行擴展，引入種群信息和時間維以能夠比較動態(tài)的、真實反映用戶在多領(lǐng)域的可信度。經(jīng)實驗驗證，用戶評價可信度對用戶的低質(zhì)量評價行為是敏感的，引入優(yōu)秀種群后，能夠更好地反應(yīng)用戶其與種群對同領(lǐng)域知識的認知的一致性，更真實的反映用戶評價可信度。

3系統(tǒng)介紹與分析

3.1開發(fā)環(huán)境及主要技術(shù)

水資源管理知識組織系統(tǒng)系統(tǒng)是基于MyEclipse開發(fā)的J2EE項目，Web服務(wù)器采用Tomcat 7.0，數(shù)據(jù)服務(wù)器采用MySQL 5.1。

項目用到的主要技術(shù)如下：

（1）前臺頁面采用JSP（包含EL、JSTL）+jQuery+Ajax；

（2）請求控制轉(zhuǎn)發(fā)以及業(yè)務(wù)（Business Layer）邏輯處理采用Servlet技術(shù)。

3.2系統(tǒng)架構(gòu)概述

整個系統(tǒng)采用MVC架構(gòu)，由底向上分為數(shù)據(jù)訪問層、系統(tǒng)服務(wù)層、系統(tǒng)業(yè)務(wù)層、控制轉(zhuǎn)發(fā)層和視圖層。采用分層體系結(jié)構(gòu)風格，每一層只能調(diào)用相鄰的下層，并作為相鄰的上層的Server，不能進行跨層調(diào)用。比如系統(tǒng)服務(wù)層只能調(diào)用數(shù)據(jù)訪問層，數(shù)據(jù)訪問層是系統(tǒng)服務(wù)層的Server，而系統(tǒng)業(yè)務(wù)層是系統(tǒng)服務(wù)層的Client。系統(tǒng)業(yè)務(wù)層不能直接調(diào)用數(shù)據(jù)訪問層。

3.3數(shù)據(jù)訪問層

數(shù)據(jù)訪問層主要由實體Bean和數(shù)據(jù)訪問類組成，實體Bean和數(shù)據(jù)庫中的表一一對應(yīng)，通過xx.hbm.xml配置對應(yīng)的屬性以及屬性約束（如NOT NULL、CASCADE、UNIQUE等）。

數(shù)據(jù)庫訪問層提供了最底層（最細粒度）的數(shù)據(jù)庫訪問功能，比如根據(jù)名字查找某個用戶、獲取某個用戶的日志記錄等。

3.4系統(tǒng)服務(wù)層

系統(tǒng)服務(wù)層是在數(shù)據(jù)訪問層上面的第一層包裝，而系統(tǒng)服務(wù)層中的類開始出現(xiàn)差異，對于每個Service類，只負責實現(xiàn)與它對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫實體直接相關(guān)的方法。

3.5系統(tǒng)業(yè)務(wù)層

系統(tǒng)業(yè)務(wù)層是在系統(tǒng)服務(wù)層上進行再次封裝。系統(tǒng)的業(yè)務(wù)規(guī)則都封裝在這一層，粒度比系統(tǒng)服務(wù)層更粗。該層的每一個業(yè)務(wù)實現(xiàn)即對應(yīng)一個或幾個場景，對應(yīng)一個用例。

3.6控制轉(zhuǎn)發(fā)層

控制轉(zhuǎn)發(fā)層負責接收視圖層的用戶請求，調(diào)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)層進行業(yè)務(wù)操作，執(zhí)行完操作后選擇相應(yīng)的視圖進行顯示。

一般情況，系統(tǒng)業(yè)務(wù)層執(zhí)行完業(yè)務(wù)操作后會返回一個對應(yīng)業(yè)務(wù)的狀態(tài)碼，表示業(yè)務(wù)執(zhí)行結(jié)果。控制轉(zhuǎn)發(fā)層讀取狀態(tài)碼，根據(jù)狀態(tài)碼進行頁面跳轉(zhuǎn)。

3.7視圖層

視圖層是負責直接與用戶（本系統(tǒng)包含會員和職員兩種用戶）交互的一層。包含一系列功能相關(guān)的動態(tài)或靜態(tài)頁面。本系統(tǒng)采用JSP頁面負責顯示包含動態(tài)信息的頁面。而用靜態(tài)HTML頁面顯示如注冊、登錄、添加活動這樣的頁面。

在數(shù)據(jù)傳遞給底層前，視圖層采用JQuery對數(shù)據(jù)進行初步驗證。為了考慮用戶體驗需要，部分頁面采用了Ajax進行異步請求，從而不需要刷新整個頁面。

3.8功能模塊

系統(tǒng)總體分為6大模塊（如圖1），分別為用戶管理系統(tǒng)（對用戶賬戶進行管理，如圖2），本體管理系統(tǒng)（對用戶所屬領(lǐng)域、用戶關(guān)系進行管理，如圖3），系統(tǒng)管理，模塊管理，日志管理（對用戶行為進行管理，如圖4）以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

4總結(jié)

知識組織系統(tǒng)（KOS）在應(yīng)用方面已取得一定的成功，如百度百科等，而在水資源管理方面的應(yīng)用并不是特別廣泛。此次以水資源管理知識為主題、以本體協(xié)同構(gòu)建為核心思想、結(jié)合各種web程序設(shè)計技術(shù)而設(shè)計的水資源管理知識組織系統(tǒng)是一次嘗試，目前系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過一定的測試，具備一定的實用價值。但該系統(tǒng)仍然存在一定的不足，如模塊之間的聯(lián)系還可以更加緊密，對于水資源這一主題沒有明確的、智能化的內(nèi)容限制等。與現(xiàn)有的傳統(tǒng)文獻查找方式相比，該系統(tǒng)更加專業(yè)化、集成化，目標查找更加精確快捷，為該領(lǐng)域信息系統(tǒng)的設(shè)計提供了新的參考思維模式。

參考文獻

[1] 馮蘭萍，吳鳳平，朱禮軍.本體協(xié)同構(gòu)建環(huán)境下用戶行為可信度評價研究.

[2] 孫凌云.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的知識組織有系統(tǒng)研究與發(fā)展概述[J}.圖書館理論與實踐，2010（3）：28-30.

[3] 張長征，黃德春等.基于情境和知識集成的水資源調(diào)度流程的知識管理框架研究[J].資源科學，2012，34（10）：1935-1943.

[4] 馮蘭萍，吳鳳平.基于群體行為的協(xié)同構(gòu)建本體可信度研究[J].情報雜志，2015，34（6）：163-168.

[5] Lewen H，D’aquin M. Extending Open Rating Systems for Ontology Ranking and Reuse. Knowledge Engineering and Management by the Masses Lecture Notes in Computer ScienceVolume 6317， 2010， pp 441-450.

[6] d’aquin M， Lewen H. Cupboard – a Place to Expose Your Ontologies to Applications and the Community. The Semantic Web： Research and applications Lecture Notes in Computer Science Volume 5554， 2009， pp 913-918.

[7] 張曉宇，竇世卿.我國水資源管理現(xiàn)狀及對策[J].自然災(zāi)害學報，2006，15（3）：91-95.