基于Protege的航空不安全事件的本體知識構建方法實例研究

周峰 胡雯

【關鍵詞】航空;安全;本體;Protege

我國的民航客機數量和旅客運輸量仍處在高速增長階段，航空不安全事件呈多元化發展趨勢。保障飛行安全是民航工作的首要任務。造成不安全事件的原因包括極端天氣、人為事故、航電系統故障、發動機故障以及其他可能引起航空器故障的因素。中國民航局對航空不安全事件實行分級管理制度。不同等級的不安全事件之間以及相同等級的不安全事件之間均有著千絲萬縷的聯系。本研究的主要目的是將本體相關理論和構造方法引入到航空不安全事件的關聯分析中。以此來提升民航不安全事件的分析預警水平。在航空領域的知識庫構建中，Howne和KDML等被張桂平作為主要工具，形成了基礎的知識庫規則和動態特征選擇規則。

本文運用Protege軟件，針對鳥擊、發動機停車、地面事故及擦碰、跑道入侵、通用航空器故障等不安全原因，使用OWL語言作為不安全事件原因的本體實例構建語言，完成了相關概念、屬性和實例的構建與表達。

（一）本體描述語言

本體主要是用規范化的概念和關系模型，構建一種大家都能認可的、機器能夠識讀的、人和機器之間可以正常交流的。共享的一種定義。本體描述語言都是基于XML的RDF和RDFS、OIL、DAML、OWL等。其中，OWL可以用于幫助應用程序處理包含在文檔中信息的內容而不是僅僅關注信息的顯示方式，OWL可用于顯示的表達在詞匯表中項的含義和這些項之間的關系和它們之間關系的這種表達被稱為本體。在OWL的語言中，OWL Lite是表達能力最弱的OWL描述語言，僅用于只需要一個分類層次和簡單約束的描述;OWL DL支持強表達能力并保持了計算的完備性和可判定性;OWL Full表達能力最強但缺乏計算能力。

（二）本體構建工具Protege

Protege是一款基于JAVA開發的開源軟件，被可以用于本體構建，最早是由斯坦福大學的生物研究中心開發推廣的，現已成為核心構建工具，具有獨特的優勢。使用Protege創建基于OWL的本體時，可以不用拘泥于OWL語言編寫規范，只需要專注于本體知識構建。

航空公司在分析不安全事件的過程中，依然采用以時間節點為基礎的事件回溯推演復盤分析法，特別是在分析不安全事件的關聯性時，不能以較強的邏輯來構建出不安全事件所涉知識之間的關系。因此，應用本體構建工具，完成航空安全領域的不安全事件規范概念模型，有助于快速分析查找不安全事件的具體原因。應用本體概念建模后，可以通過分析概念之間的關聯，實現航空不安全事件的差錯推理，可以為航空公司實現航空不安全事件半自動或自動推理奠定實踐基礎。航空不安全事件的原因眾多，本文僅以基于人為原因導致的不安全事件的部分概念為實例進行說明。

（一）構建流程

根據本體的結構定義，需要首先構建不安全事件的人員原因本體概念，然后分析確定這些原因之間的關系，接著分析他們之間的關系所具有的特征，再接著完善概念的數據屬性，最后構建出基于人員原因的航空不安全事件的本體實例。

（二）本體建立

本文應用5.5版本的Protege軟件，自頂向下針對人為原因導致的不安全事件領域進行本體概念建模，確定了情境、飛機部件、事件起因、時間處理、狀態、人員機構、設施、事件影響等8個頂層類，每個頂層類又包含若干個子類。人員機構類包括機組人員、機務人員、塔臺人員、地面服務人員、站坪服務人員等6個子類。在構建過程中，Protege可以全程可視化構建，最終用OWLi{言存儲本體。

1、概念關系建模

在建立類和子類后，還需要對類的關系屬性進行建模，并對屬性進行約束。

例如，“飛機部件狀態”這種屬性應該是用于連接飛機部件和狀態的，反過來并不成立。因此，在Objectpropeety面板右側窗口中，將domain設置為“飛機部件”，range設置為“狀態”。

2、數據屬性建模

在完成了對象屬性建模之后，需要接著建立數據屬性。

數據屬性需要進行限制，例如，將起飛時間限制為datetime（時間）類型，設置部件編號為string（字符串）類型。

3、建立實體和實體之間的關系

在構建類、對象屬性、數據屬性、數據屬性限制后，下一步需要建立實體并確定實體之間的關系。以“2020年10月17日B3124航班右發遭遇雷擊”為例，構建實體及其關系。構建的實體如圖1所示：

選擇對象屬性為“飛機部件狀態”，實體為“雷擊”建立關聯操作。

由此，基本構建了示例本體。

本體描述方法為知識共享提供了可靠的理論和方法指導，通過規范化的描述使得知識易于被人機識讀，被共同認可。本文基于本體理論和方法，運用Protege工具，完成了航空不安全事件的部分實例構建展示。探討了一種可以用于航空公司中航空不安全事件知識管理的方式。后續可以考慮應用該方法構建完整的基于航空不安全事件的知識管理體系，基于此建設查詢和推理系統。為航空公司的日常安全管理提供更高效的方法。