（计算机应用技术专业论文）基于语义网的应急案例本体建模及应用实现.pdf

摘要 随着各类公共突发事件的不断发生，我国越来越关注突发事件的防范和应急 处置，急需突破制约公共安全的关键技术，建立国家公共安全应急技术体系。突 发事件应急管理可以加强突发事件的信息资源管理，形成案例信息交互与共享， 从而辅助决策者制定科学的应急方案。应急案例蕴涵着人类处置突发事件的大量 知识、经验和教训，是应急决策指挥的主要依据。 本文剩用语义网技术，围绕殿急案例进行本体建模，荠标识形成语义案铡， 通过案例语义检索有针对性的过滤出决策者所需要的信息，并将这些分散的信息 串在一起以语义关联的方式展示出来，从而辅助决策者更加有效的处置突发事 件。 首先，在语义阚理论分析的基础上将语义网、本体技术巍用于突发事件的应 急管理。依照语义网体系结构，从应急案例本体库和实例库两个方面提出了应急 案例本体模型。威急案例本体库采用上位本体、中位本体、领域本体逐层继承的 形式慰案铡的事件基本信息帮处置过程建模，鬻时构建信息实例库以提供详细专 业的实例信息。 然后，关联该本体模型语义于延庆水污染的具体案例中，通过语义标识实现 了机器可理解的语义案例，并基于b s 架构设计和开发应急案例语义检索原型系 统，帮助决策者分析语义案例信息并提供关联检索结果。 最后，借鉴d u b l i n c o r e 的元数据描述思想，从案例元数据信息角度对应急案 例进行深化建模，构建了应急案例表示本体模型。并重点分析一部分元数据表示， 构建这些元数据的攒述逻辑，从丽逐层细化模型，力进一步应急案铡本体建模和 开发案例语义浏览提供了较好的理论基础。 关键词：语义案例案例表示本体语义检索语义标识领域本体 a b s t r a c t w i t hv a r i o u se m c r g e n c e so c c u r r i n gr e p e a t e d l y , c h i n ah a sb e c o m ei n c r e a s i n g l y c o n c e r n e da b o u te m e r g e n c yp r e p a r e d n e s sa n dc o n t i n g e n c yd i s p o s a l 。p u b l i cs a f e t y n e e d sb r e a k i n gt h r o u g hi nt h ec o n t r o lo fk e yt e c h n o l o g i e s ，a n de s t a b l i s h i n gan a t i o n a l p u b f i cs a f e t ye m e r g e n c yt e c l - m o l o g ys y s t e m 。e m e r g e n c ym a n a g e m e n t c a l le n h a n c et h e e m e r g e n c yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t , a n db u i l ds h a r i n g o fi n f o r m a t i o nw h i c hs u p p o r t s t h el e a d e rt of o r m u l a t ea ne m e r g e n c yp l a n e m e r g e n c yc a s e sc o n t a i nah u g ea m o u n t o fk n o w l e d g ei nh m , n a n i t yh a n d l i n g ，s oi ti st h em a i nb a s i sf o rt h ee m e r g e n c y d e c i s i o n - m a k i n g 。 t h i sp a p e ru s e st e c h n o l o g yo fs e m a n t i cw e bi ne m e r g e n c ym a n a g e m e n t a c c o r d i n gt of i l t e r i n go u t o fn e e d e di n f o r m a t i o n ，t h el e a d e rc a nd e a lw i t ht h e e m e r g e n c ym o r ee f f e c t i v e l y 。 f i r s t l y , a p p l yt h eo n t o l o g yt e c h n o l o g yt o t h ee m e r g e n c ym a n a g e m e n t i n a c c o r d a n c ew i t ht h es e m a n t i cw e ba r c h i t e c t u r e ，t h ee m e r g e n c yo n t o l o g ym o d e l c o n t a i n se m e r g e n c yo n t o l o g yw a r e h o u s ea n de m e r g e n c yi n s t a n c e sw a r e h o u s e ，t h e e m e r g e n c y o n t o l o g yw a r e h o u s ei sc o n s t r u c t e di nt h ef o r mo fi n h e r i t e dl a y e r s ，a n d m e a n w h i l e t h ee m e r g e n c yi n s t a n c e sw a r e h o u s ep r o v i d e s d e t a i l e di n f o r m a t i o n p r o f e s s i o n a l l yf o rt h ed o m a i no n t o l o g y ，s e c o n d l y , r e l a t et h ey a n q i n gc a s ew i t ht h eo n t o l o g ys e m a n t i c ，w h i c hf o r m st h e m a c h i n eu n d e r s t a n d a b l es e m a n t i cc a s e s ，d e v e l o p s a l le m e r g e n c yc a s es e m a n t i c r e l r i e v a lp l a t f o r mb a s e do nb sf r a m e w o r k , w h i c hh e l p sl e a d e ra n a l y z ee m e r g e n c y c a s e sa n dp r o v i d e sc a s e - r e l a t e di n f o r m a t i o nr e t r i e v a lr e s u l t s 。 f i n a l l y , w i t hr e f e r r i n gt ot h ed u b l i n c o r em e t a d a t ad e s c 蠢p t i o n ，w ec o n s t r u c tt h e e m e r g e n c yc a s e sd e s c r i p t i o no n t o l o g yt od e e p e nt h em o d e l e m p h a t i c a l l ya n a l y z e p a r t so f t h ee m e r g e n c ym e t a d a t a , a n db u i l dt h o s em e t a d a t ad e s c r i p t i o nm o d e l s 。a l l 醑 a b o v ep r o v i d eag o o df o u n d a t i o ni nt h e o r yt of t l r t h e re m e r g e n c yo n t o l o g ym o d e l i n g a n ds e m a n t i cb r o w s i n g 。 k e yw o r d s ：s e m a n t i cc a s e ，e m e r g e n c yc a s e sd e s c r i p t i o no n t o l o g y , s e m a n t i c s e a r c h ，s e m a n t i ca n n o t a t i o n , d o m a i no n t o l o g y 独创性声明 本入声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成栗，除了文中特别熬以标瀑和致落之处外，论文孛不包含其绝人基缀发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得蕉壅盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的间志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 每了鳃确懿说甓并表示了落意。 学位论文俸者躲班感霹签字爨期：沁疹7 年占月舢 学位论文版权使用授权书 本学使论文作者完全了解基壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权基童盘堂埘以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阙鄹氆阗。同意学校 翔营家有关部门或枕构送交论文瀚复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：班；鸟凳 签字目期：如了年舂月，萝圜 = 一 导师签名：j f 可歪够 签字目期：如耪7 年6 月一e t 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题提出 近年来，由于人为或者自然因素造成的各类灾难性事件频繁发生，对整个公 共社会安全帮人民生命财产都造成了极大的威胁。为了应对这些突如其来鲶灾 难，豳内外政府和组织都纷纷采取措施预防突发事件的发生，处置已发生的危机， 以减少损失并维护社会稳定。 自9 11 恐怖袭击事件后，美隰n s f 、n i s t ，英匡e - s c i e n e e 、意大利e n e a 等机构投入更多力量研究突发事件“应急晌应的关键技术，如欧盟f p 6 计划 o r c h e s t r a 项目、w i n 、o a s i s t 2 】以及g m e s 项目1 3 ，美国n i m s 4 j 、r e s c u e 项目、美国u s c i s i 的c r u e t 5 】研究项目等。 在国内，“s 劁瞒、禽流感、= l 乏寒密云灯展踩踏、吉林中西商覆大火、陕西锅 川矿难、包头空难”一系列突发公共事件促使我国各级政府初步建成突发公 共事件应急预案体系，相应的应怠信息平台建设已全面开始，“十一五 科技支 撑计划重大项目图家公共安全应急平台关键技术研究与应用示范业已扇动。 公共安全残入国家中长麓科学和技术发展规划纲要重点领域之一，公共 安全应急信息平台是其中的优先主题之一，目标是研究一体化应急决策指挥平 台一囡家自然科学基金委员会2 0 0 6 年度第1 7 期主题为“国家突发公共事件应急 管理巾的科学问题”的靠双清论坛”认为突发事件应急管理需要对“突发公共事 件的信息资源管理、“应急管理中系统建模与管理”、“信息交互与共享等科学 问题进行深入研究。 应急案例、应急预案、应急知识、应急信息是应急决策指挥的依据，当面临 重大突发事件时，蓍长参考相似应急案例麝提供的历史经验和应急处置知识来进 行应急处置和决策，应急案例蕴涵着人类处置突发事件的大量知识、经验和教训。 对于分布异构的应急案例，如何及时有效地存储并获取期望的案例知识，是 目前应急案例研究甄临的重要问题。通常的案例管理方法，往往忽视了案例语义 的协作闻题，它稍将案铡存储于数据库系统串，这样案例信息仅仅是结构化的字 符存储，而案例蕴含的知识和经验并不被计算机所理解，无法通过系统智能化的 推理及获取。同时数据库定义的信息往往个性化，在语义层次容易产生歧义，不 便于共享。 在入工智能界，基于案例推理( c b r ) 是利用案例决策的主要方法，德一般 第一章绪论 蛉c b r 惫识表达个性讫，一般不可重用和共享，且决策者需要酶不是“系统算 出来的方案”，更需要的是从繁杂海量的信息巾以合适的方式提供给决策者合适 的参考信息，辅助其做出决策。两者，大量案例是分布的、异构的、跨管理域的， c b r 难以解决案例知识共享的问题。 本文提出戆基于语义网的应急案例语义磷究属于c b r 研究的一个分支，更 侧重向决策者提供交互性信息和知识，计算机不代替人作决策，把真正的决策留 给人。利用语义网技术，建立应急案例本体模型，并进行语义标识，给应急案例 增加语义描述层进行语义搜索及测览，有针对性的过滤出决策者所需要的信息， 并将这些分散的信息串在一起以语义关联的方式展示给决策者，是实现辅勘应急 指挥决策的有效途径。 1 2 背景余绍 公共安全突发事件是指对国家安全、社会稳定、经济运行、生态环境、以及 人民群众生命和财产安全等产生重大影响的紧急事件。墨前，整赛上很多因家弱 城市都已经建成或者正在建设公共安全突发事件的管理机制和系统，以预防、处 置突发事件，降低伤亡和损失。公共安全突发事件管理需要考虑的方面很多，包 括预防知识、响应和处置方法、灾后重建、评估等；每一个方面也都涉及到很多 不丽盼领域，需要各领域联合行动，综合利焉各领域的资源，优亿谖配，以便能 够预防、监控事件发生，事件发生后快速响应、有效处置，处置完毕后尽快恢复。 我囡越来越多的城市开始关注并实施突发事件的管理机制和系统，但是其体制建 设、系统体系和功能结构、技术手段还在探索之中，需要不断的完善和发展f 6 】f 7 l 。 “十一五”期闻，我国将组织实旋国家公共安全应急平台关键技术研究与 示范重大项目，构建国家公共安全早期监测、快速预警与高效处置一体化应急 决策指挥平台，实现国家公共安全应急成套核心技术与重大装备自主研发能力的 突破。顼冒研究内容包括：国家磁急平台设计关键技术、重大突发公共事件应急 关键技术、公共安全应急管理技术、应急技术标准研究、公共安全应急平台技术 示范、全方位无障碍危险源探测监测与精确定饿技术、多尺度动态准确预测与快 速预警技术、基于危险性分析的优化决策与救援处置技术等。 突发事件应急管理是公共安全虚急管理技术的一项相关研究，焉应急案铡的 语义研究是突发事件应急管理的重要内容，将语义网技术实现于应急案例语义研 究中的想法是伴随近年来语义网不断发展而产生的。语义n ( s e m a n t i cw e b ) 的概 念是万维圈之父t i mb e m e r s - l e e 予1 9 9 8 年提臻的，语义网是现有万维网的扩展 与延伸，并且语义网信息是面向网页内容的，定义良好的数据信息更易于被计算 2 第一章绪论 机理解与处理，网页信息更易予被软件代理分橱并获取，便予资澡共享于各网络 服务中【8 - 1 0 】。 本体( o n t o l o g y ) 是语义网体系结构中的关键技术，它的概念来源于西方哲 学，定义为“对世界上客观存在物的系统地描述，即存在论”，是客观存在的一 个系统的解释或说明，关心的是客观现实的抽象本震。在人工智能赛，s t u d e r 等人给出了目前关于本体论的最精确并被广为接受的定义：“本体是共享概念模 型的明确的形式化规范说明。 其中包含4 层含义：概念模型( c o n c e p t u a l i z a t i o n ) 、 明确( e x p l i e i 0 、形式化f f o r m a d 和共享( s h a r e ) 。“概念模型”指通过抽象出客观世 爨中一些现象的相关概念丽得捌的模型；“明确”指所使用的概念和使用这些概 念的约束条件都有明确的定义；“形式化”指能被计算机处理；“共享 指本体体 现的是共同认可的知识，反映的是相关领域公认的概念集( 或术语集) 1 9 - 2 2 。 基于语义霹的应急案铡语义研究哥剩雳本体絮识汇总分析栏关历变案饿内 容和应急处置过程，在应急救援决策和行动中，能够针对当前灾情，对信息综合 集成、分析、处理、评估，辅助决策者制定相应技术方案和措施，对救援过程中 遇到的技术难题提供历史经验信息，实现应急救援的科学性和准确性。 1 3 本文主要工作及成果 本文工作强标跫剥用语义网技术，对应急案例本体建模，_ 并形成语义案例能 够进行案例的语义搜索，从而为决策者及时提供历史案例处霹信息，辅助其决策 指挥，使公共突发事件的应急管理更加有效。 首先逐层分析了语义网七层体系结构，并结合现有网络研究了语义网应用的 可行框架；s u m o 本体为本文提出的应急案例本体模型提供了基础概念， d u b l i n c o r c 的元数据描述模型为本文应急案例的信息描述提供了巨大启发。 然后，在语义网理论分析的基础上将语义网、本体技术威用于公共事件的应 急管理。依照语义网体系结构首先放应急案例本体库和实铡麾蘸个方面构建了应 急案铡本体模型，并关联语义予延庆水污染的具体案例中，实现了相应的语义案 例文件和基于b s 架构的语义检索演示平台。 最后，借鉴d u b l i n c o m 的元数据描述思想，对应急案例进行深化建模，构建 了应急案例表示本体模型，并羹点分析一部分嚣数据表示，构建这些元数据的描 述模型，从而逐层细化形成了表述能力丰富的案例表示本体，对进一步研究应急 案例提供了较好的理论基础。 3 第一章绪论 1 4 本文结构 本文共分七章。 第一章是绪论，阐述了本文的研究背景，提出了一系列突发公共事件引发的 应急寨例信息管理与系统建模闻题，著篱要介绍了研究背景帮本文的主要王作及 成果。 第二章介绍了语义网相关技术的研究综述。重点介绍了语义网的体系结构和 应用框架，以及本体基础矩识，本体工具的介绍。 第三章提出了应急案例本体模型，重点构建了应急案例本体库的层次模型， 同时创建了实例信息库。 第四章基于应急案例本体模型，提出了对应急案例进行语义标识的暴体方 法。 第五章是语义检索原型系统的设计和实现，主要针对语义标识形成的语义案 例和实例信息库进行搜索，验证了应急案例本体建模和语义标识的有效性。 第六章是构建巍急案例表示本体模型，从描述应急案例元数据信息的角度对 应急案例建模。 第七章是全文的总结，并对下一步的研究工作提出了展望。 4 第二章语义网相关技术研究综述 第二章语义网相关技术研究综述 语义网拉术是解决应急案例信息管理与系统建模问题的根本技术而语义网 技术的理论核心是本体建模技术。本章将介绍当前语义网技术的发展现状和存在 问题，同时介绍几个公认的本体模型的背景和现状在本章的最后介绍具体应用 的几个本体构建、分析工具。 2 1 语义网 语义网月前已有了一些值得关注的进展，以下将首先介绍语义网的七层体系 结构，从系统的角度深入认识语义阿的构成；然后针对现状提出了一系列问题和 挑战并介绍一个较有意义的语义网工作模型。 2 1 1 语义网七层体系结构 t i mb e m e r s - ic e 于2 0 0 1 年提出了语义网的体系结构。如图2 - 1 所示，语 义网的体系结构共分七层，各层之间相互联系自下而上的运层拓展形成了一个 功能逐渐增强的体系。它不仅展示了语义网的基本框架而且通过逐层的功能扩 展，为实现语义网构想提出了启示 1 3 i 0 4 j 。 图2 - 1 语义网七层体系结构 第二章语义网相关技术研究综述 第屡：u n i c o d e 秘u r i u m c o d e 是一个几乎包括了所有语言字符的字符集，共有6 5 5 3 6 个字符，每 个字符采用两个字节表示。u n i c o d e 支持世界上所有主要语言的混合，不仅可以 方便语义网上字符的表示，并且可以使不同字符集统一操作、存储和检索。 u r i ( u n i f o r mr e s o u r c ei d e n t i f i e r ) 即统一资源标识德旧，用于唯一标识网络上 的一个资源，如u r l 、u u i d 、t a g 、e l s 等多种形式。 在语义网体系结构中，该层是整个语义网的基础，其中u n i c o d e 负责处理资 源的编码，u r i 负责资源的标识。 第二层：x m l + n s + x m l s c h e m a x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 是结构化文档的表层语法，对文档没有任 何语义约束，是一种机器可读文档的规范。用户可以在x m l 中创建自己的标签、 对网页进行注释，程序可以利用这些标签来获得信息。因此x m l 具备缀强的开 放性，无须预先规定特定数据结构就可在不同应用间进行数据交换h 捌。 n s o n a m es p a c e ) h 1 命名空间，通常由u r i 索引确定，目的是为了避免使用同 样的字符描述不同的事物产生的矛盾。 x m ls c h e m a 是定义x m l 文档的结构约束的语言，它本身采用x m l 语法， 能够提供更多的数据类型，更好地为有效的x m l 文档服务并提供数据校验机制 【1 7 1 。 歪是由于x m l 灵活的结构饿、由u r i 索孳| 的n s 面带来的数据可确定性以 及x m ls c h e m a 所提供的多种数据类型及检验机制，使其成为语义网体系结构的 重要组成部分。该层负责从语法上表示数据的内容和结构，通过使用标准的语言 将网络信息的表现形式、数据结构和内容分离。但x m l 只能表达数据的语法， 瑟不能表达机器哥理解的形式化的语义，为就语义网弓| 入了r d f 。 第三层：r d f + r d f s c h e m a r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) ，即资源描述框架，是w 3 c 推荐的 用来描述万维网上的信息资源及其之闻关系的语言规范。r d f 采用x m l 语法无 二义性地描述资源以及它们之闻关系的数据模型，为数据模型提供了计算机可理 解的简单语义【1 8 】。 r d f s c h e m a 是描述r d f 资源的的属性和类型的词汇表，提供了对这些属性和 类型麴普遍层次的语义。r d f ( s ) 超越了x m l 文档的结构限制丽更灵活的表示了 资源的相互关系，但其推理能力较弱，于是出现了本体。 第四层：o n t o l o g yv o c a b u l a r y 本体( o n t o l o g y ) 通过对概念的严格定义和概念之闻的关系来确定概念精确 含义，表示共同认可的、可共享的知识。该层是在r d f ( s ) 基础上定义的概念及 6 第二章语义网相关技术研究综述 其关系的抽象描述，支持诗算完整性和可判定性的逻辑推理。 在语义网中，o n t o l o g y 具有非常重要的地位，是解决语义层次上网络信息共 享和交换的基础，其概念模型对领域知识形成的一致性描述为体系结构最上三层 发挥作用提供了基础。 第五至七层：l o g i c 、p r o o f , t r u s t l o g i c 负责提供公理和推理规则，可对资源、资源之间的关系进行推理操作。 p r o o f 根据逻辑陈述进行验证以得出结论，t r u s t 在用户问建立信任关系，从而证 鳃语义网输出的可靠性以及其是否符合用户的要求【2 翻。 2 1 2 语义网面临的挑战 囊今的信息社会面临着信息过载的阀题，万维网的巨大容量导致严重的信息 冗余。万维网提供绘我销数百万的资源却忽略了这些资源的物理位置和内容相关 性，我们通常只能获取静态的网页信息，却忽略了网页内容之中的各种信息【2 4 】。 正如t i mb e r n c r s 。l e e 所说“万维网是文档构成的( w e bo f d o c u m e n t ) ，【引，h t m l 语言仅仅表现网页酶格式，面网页内容却不能被相应工具提歆出来【2 5 】。 “语义网是表示网页数据( w e bo fd a t a ) 的疆】，是当前万维网的扩展与延 伸，但它的发展仍然面临了很多问题 2 6 - 2 9 】： 1 ) 内容的有效性。现有网页内容如静态页面、动态页面、已有的x m l 页蕊、多 媒体售息和霹络服务等，其数据都仍未能表示信息内容，应扩震其语义内容。 2 ) 本体论可用性，发展和演化。本体逐渐变成语义网的关键部分，在分布的网 络环境中，为语义网建立一个广泛通用的本体，为本体论的发展、改变管理、 映射提供充分的内部构架，都需要极大的努力。 3 ) 可分级性。组织和存储网络语义内容，并支持它被相应的机制获取方覆需要 特别的努力。 4 ) 语言多元化。这个问题已经在当前的网络之中显现出来，它也应当在语义网 中解决。任褥语义露都应当支持数各种语言快捷的获取信息，允许独立于语 义创建过程的语言而任意建立或获取语义网内容。 5 ) 可视化。用户要求关于目标的相关内容容易辨认，语义网内容的直观可视化 对于解决日益严重的信息重载有着越来越霆要的作用。这需要不同于当前网 络的薪技术开发出来。 6 ) 标准化。语义网的持续发展必须要进行标准化，以创造必要的工具支持语义 网。 7 第二章语义网相关技术研究综述 2 1 3 语义网的应用 从应用程序的角度看，s u n 公司的w h i t ep a p e rc o l l e c t i o ns i t e ，n 0 1 【i a 公司的 s u p p o r tp o r t a lf o rt h e i r $ 6 0s e r i e sd e v i c e ，o r a c l e 公司的v i r t u a lp r e s sr o o i l l 等等网站， 都瘟震了语义隧技术背景。产业亿方面，o r a c l e ，璐m ，a d o b e ，s o f t w a r e a g 等各 大公司也出产了语义网技术的相关产品，如m ms l r p 等。国际组织h e f l mc a r e a n dl i f es c i e n c e s 尤其致力于发展并应用语义网技术解决生物医药信息的共事和 交互。这些己出现的“语义网应雳 3 0 - 3 3 】已经达到了语义网的很多功能：软件代 理可获取，操纵、整合分布的多种网络资源，但目前万维隧几乎没有语义网内容 可用性，因而这些应用往往需要高额的构造和维护花销。 有学者提出能够解决现有挑战的整体框架【2 7 ： 志一赢鑫i 基0 富w o r l d w i d e w e醺眭娶固国蕊星嗣国屋固嗣斟日期 w e b s 百弭c 。a 硝i 出f 势婶a 锄c 虹f 啦h a n 图2 2 语义网构建技术的总体框架 图2 2 下部展示了目前网页的不同资源：静态网页、动态网页、网络服务和 多媒体，所有这些可以用不同的语言来描述。专业豹编辑和色装器把那些溺页的 信息聚集到语义索引上。路由设备建立和维护不同索引之间的关系和交互。应用 软件通过路由设备来存取语义网内容。因为语义由本体来表示，一个本体的生命 周期模型组成了框絮的主要部分。 8 第二章语义网相关技术研究综述 2 2 上位本体 从语义网七层模型可以看出，本体理论是语义网技术结构中最为成熟和完善 的一层，本体的构建和复用因而成了语义网应用的核心问题。成功的本体模型可 以有效推进语义瞒应用系统的适用牲。 上位本体是与领域无关的通用本体，它描述了客观世界中最基本的概念，概 念的属性及约束语义等。上位本体可通用于任何实用领域，为各实用领域提供共 享的上层抽象概念移知识结构，隽跨领域本体之间的理解和影射提供支持。 下面将介绍几个经典的通用上位本体，它们是从不同角度抽象出客观世界中 的相关概念而得到的共享模型。 2 。2 1s u m o 趋于对免费、公开标准的大型本体的不断需求，工程、哲学、信息工程等各 领域的一系列团体组织汇集一起基于一个标准的上位本体s u o ( s t a n d a r du p p e r o n t o l o g y ( s u o ) ) 进行工作。s u o 慰各通用词项提供了定义，并可作为更多特定 领域本体的基础。s u o 大约涵盖了1 0 0 0 2 5 0 0 的词项，并为每个词项定义了约 1 0 个解释声吲州。 s u m o ( s u g g e s t e du p p e rm e r g e do n t o l o g y ) 是一个由i e e e 标准上位本体工作 缓( s t a n d a r du p p e ro n t o l o g yw o r k i n gg r o u p ) 开发的共享的上位本体。它创建予 t e k n o w l e d g e 公司，并已作为s u o 工作组的初始文档( s t a r t e rd o c u m e n t s ) 【3 5 】。 s u m o 整合了多个公开可行的本体，是一个包含了大约1 0 0 0 个概念和4 0 0 0 个 公理的先序逻辑理论，虽的在于形成一个共享盼互操作上位本体。由于本体是知 识结构的形式讫表示，s u m o 阍样可以看律是人类逶用知谈的表示，便于在应 用中从目标领域到资源领域信息进行影射。s u m o 汇集了在o n t o l i n g u a 服务器 上可行的本体，如j o h ns o w a 的上位本体、i t b m c n r 开发的本体以及各种纯 逻辘理论，保证? 其权威和可靠性强酗。 s u m o 将作为本文构建本体模型的最上层本体，它对客观世界的通用描述可 以同任何其它本体结合。 2 2 。2d u b l i n c o r e d u b l i nc o r e 是一个广泛的元数据元素集，可以描述任何网络信息资源。任何 人无需专门的培训就可以根据d u b l i nc o r e 元数据集创建自己文件的元数据。从 d u b l i nc o r e 元数攥集的组成结构帮描述能力来看，它己经成为所描述对象的共 享概念模型的明确的形式化规范说明，并在各个领域皆适用，已成为了成熟的上 9 第二章语义网相关技术研究综述 位本体。 2 2 2 1 产生背景 d u b l i nc o r e 元数据是一个由o c l c 、n c s a ( 美国国家超级计算机应用中心) 于1 9 9 5 年3 胃联含发超，计算机专家、霹络专家移匿书馆专家等久员所组成的 非正式小组开发的拟定的用于标识电子资源的一种简要目录模式。借助d u b l i n c o r e 元数据描述的电子资源信息，可以方便的被网络检索。d u b l i nc o r e 一出现 就被北美、欧洲、甄渊和澳洲2 0 多个国家认同，不仅图书馆、博物馆，不少政 府机构、商韭组织正在或准备采用。其详缀的文档和最薪动态可关注国际组织 d c m i ( d u b l i nc o r em e t a d a t ai n i t i a t i v e ) 的官方网站h t t p ：d u b l i n c o r e o r g 获取【3 7 】。 2 222d u b l i n c o r e 元数据 d u b l i nc o r e 元数据集包括两个层次：简单( s i m p l e ) 和限定的( q u a l i f i e d ) 。 简单d u b l i nc o r e 由1 5 个元素组成，限定d u b l i nc o r e 通过三种附加元素( a u d i e n c e p r o v e n a n c e ，r i g h t s h o l d e r ) 精确资元素语义，也叫限定词( q u a l i f i e r s ) 。因而从 勇一种焦度讲d u b l i nc o r e 元数据集可以称为对“资源精确接述的夺型语言。在 此语言中，有元素( 名词) 和限定语( 形容词) 两类词，而资源就是此语言的主 题【3 8 】。 d u b l i nc o r e 元素集合的每个元素是随意可重复的，大多数元素拥有限定词或 重定义的词集，属性集可以进一步定义元素的含义。集合中每个概念和语义都是 设计成语法无关的，可以方便的应用于各种上下文中，结合x m l 或r d f x m l ， d u b l i nc o r e 可以与其它元数据词集结合使用。d c m i 已经建立起标准的方法来重 定义元素，并鼓励锭雳编码模式期词汇表摸式。 d c m i 元数据词项( m e t a d a t at e r m s ) ，包括： 1 ) 简单d u b l i n c o r e 元数据的元素，即：t i t l e ( 题名) 、c r e a t o r ( 创建者) 、s u b j e c t ( 主题) 、d e s c r i p t i o n ( 描述) 、p u b l i s h e r ( 出版者) 、c o n t r i b u t o r ( 发行者) 、 d a t e ( b 期) 、t y p e ( 种类) 、f o r m a t ( 款式) 、i d e n t i f i e r ( 标识符) 、s o u r c e ( 来源) 、l a n g u a g e ( 语种) 、r e l a t i o n ( 关系) 、c o v e r a g e ( 覆盖) 、r i g h t ( 版 权) 。这1 5 个词是d c m i ( d u b l i nc o r em e t a d a t ai n i t i a t i v e ) 所支持的大量元数 据词汇帮技术撼述昀一部分。 2 ) d u b l i nc o r e 限定词( q u a l i f i e r s ) 和其它d c m i 元素( 除了1 5 个简单d u b l i nc o r e 元数据的元素) 。其中，d u b l i nc o r e 限定词主要用于元素重定义( e l e m e n t r e f i n e m e n t s ) 或其它编码模式( e n c o d i n gs c h e m e s ) 的特定标志。 a 。元素重定义( e l e m e n tr e f i n e m e n t s ) 共享并限定了d c m i 元素定义的含 1 0 第二章语义网相关技术研究综述 义。 b 编码模式( e n c o d i n gs c h e m e s ) 为词项值的解释提供了上下文信息或解 析规则，并形成可控词表、形式化表示、推理规则的形式。即使编码模 式不能被客户机程序或代理理解，它也依然具有人为可阅读性。 谲汇表编码模式( v o c a b u l a r ye n c o d i n gs c h e m e s ) 电控制词构成的。 如果一个资源是一个类( c l a s s ) 的成员，那这个资源若是一个值时， 此类就可当作是个词汇表编码模式。 语法编码模式( s y n t a xe n c o d i n gs c h e m e s ) 由形式纯睑字符串构成， 在某些情况下也称作“数据类型( d a t a t y p e s ) 。 3 ) d c m i 类型词汇表( t y p ev o c a b u l a r y ) 是一个跨领域的推荐的词汇表，可用 来表示资源类型的值。如果这些词之间彼此关联，它们般就是“广予”或 “限割子”的关系。其体值觅 h t t p ：d u b l i n c o r e o r g d o c u m e n t s d c m i t y p e - v o c a b u l a r y 。 并且，定义以上三类词的各名词空间为： l 。d u b l i nc o r em e t a d a t ae l e m e n ts e t , v e r s i o nl 。l 【d c m e s ： h t t p ：p u r l 。o r g d c e l e m e n t s 1 1 2 所有d c m i 元素和d c 肌限定词( 除了在d u b l i nc o r em e t a d a t ae l e m e n t s e t , v e r s i o n1 1 定义过的) ：h t t p ：p u r l o r g d c a e r m s 3 d c m i 类型诱汇表【d c m i 一弱固e 】：h t t p ：p u r l ，o r g d c d c m i t y p e 本文构建应急案例表示本体的指导思想主要来自于d u b l i nc o r e 元数据集的 本体模型。 2 。3 工具 本体构建是本文的重点工作，下面将介绍几种构建本体、分析本体和x m l 文件中使用鲍工具。 2 3 1p r o t 6 9 6 p r o t 6 # t 4 0 - 4 2 】楚s t a n f o r d 大学开发的一个利用本体知识来构建领域模型和本 体废麓程序的免费、开源的平台。它开发实现了一系列知识建模结构，可支持多 种形式化语言的创建、可视化、操作本体方法。 p r o 话醇平台可支持两种主要的本体建模方式： 1 p r o t 巷# 一f r a m e s 编辑器习支持惩户结合o k b c ( o p e nk n o w l e d g eb a s e c o n n e c t i v i t y ) 创建并移植基于框架的本体。在这种模型里，本体包含： 第二章语义网相关技术研究综述 双层次结构组织的一系列概念类来表示菜领域的关键概念，与类榛关的 一系列属性和关系，可表示确定属性值的概念类的实例集合。 2 p r o t 6 9 6 。o w l 编辑器支持用户以w 3 c 的o w l 格式为语义网应用构建本 体。o w l 本体包含：概念类、属性、实例的描述。o w l 的语义格式说 明了如蔼获取本体知识豹逻辑结论，可通过继承的语义推理遗实铡信息。 并且利用o w l 机制可以结合一个或分布的多个信息文档。 p r o t 6 9 6 采用图形化界面，以树形的层次目录的结构显示概念。可点击相应图 标来增加、删除或编辑类、子类、属性、实例等，使属户能够在概念层次上设计 领域模型，不需了解具体的描述语言。p r o t 6 9 6 支持多重继承，并对新数据进行 一致性检查。同时，还支持多种格式文件的输入编辑和编辑后的输出，可将p r o t 6 9 6 的内部表示很方便地转换成多种文本格式，包括x m l 、r d f ( s ) 、o i l 、d a m l 、 d a 磁l 。+ o 也、o w l 等。同时，它詹台支持数据瘁存储，使用固瓣c 彝沿b e o d b c 桥访问数据库。 p r o t 6 9 6 具有可扩展的结构，可根据需要添加功能模块，支持用户根据需要自 行定制，如可支持特定领域下的知识模型创建和数据输入。胁礁筘还可以拓展 为框架插件和j 烈，a 的a p i 采创建基于知识的工具和藏用程亭。官方阏站 h t t p ：p r o t e g e s t a n f o r d ，e d u 有详细的帮助文档供开发人员查阅。 本文将利用p r o t 6 9 6 构建应急案例本体，形成完备的应急案例逻辑描述，对 应予语义网模型中的第四层本体结构，为整个应急案例的语义网应用提供核心数 据模型。 2 3 2j e n a j e n a 是由h i l a b s ( h t t p ：1 w w w h p l 。h p c o m ) 3 ：l ：发的开源的j a v a 开发工具包，用 于语义网中的应用程序开发。j e n a 框架主要包括： 1 ) 以r d f x m l 、三元组形式读写r d f j e n a 文档中有一部分详细介绍tr d f 帮j e n ar d f 鲥l ，其内容包括对j e n a r d f 包的介绍、r d f 模型的创建、读写、查询等操作，以及r d f 容器等的讨论。 2 ) r d f s ，o w l ，d a m l + o i l 等本体的操作 j e n a 框架包含一个本体子系统( o n t o l o g ys u b s y s t e m ) ，它提供的a p i 允许处 理基于r d f 的本体数据，也就是说，它支持0 w l ，d 黼瑾和购f s 。本 体a p i 与推理子系统结合可以从特定本体中提取信息，j e n a 还提供文档管理器 ( o n t d o c u m e n t m a n a g e r ) 以支持对导入本体的文档管理。 3 利用数据库保存数据 j e n a 允许将数据存储到硬盘巾，或者是o w l 文件，或者是关系数据摩中。 1 2 第二章语义网相关技术研究综述 碡) 查询模型 j e n a 提供了a r q 查询引擎，它实现s p a r q l 查询语言和r d q l ，从两支持 对模型的查询。另外，查询引擎与关系数据库相关联，这使得查询存储在关系数 据摩中的本体时能够达到更高的效率。 5 ) 基于援燹| l 的雄理 j e n a 支持基于规则的简单推理，其推理机制支持将推理器( i n f e r e n c er e a s o n e r s ) 导入j e n a ，创建模型时将推理器与模型关联以实现推理。 j e n a 如同一个邈数库，开发者只需引入j e n a 文件包，并依照其内部定义调用 相关的函数，就可定制自己所需的功能代码，实现本体的语义信息与应用程序的 交互【4 3 1 。 本文将利用j e n a 分析应急语义案例，进丽开发相应的语义案例应用平台，对