（计算机应用技术专业论文）基于事件处理本体的物流数据共享平台关键技术研究及实现.pdf

摘要 物流的信息化建设和物流企业的业务流程重组，大大提高了企业的反应速 度，降低了物流成本，并为企业带来了可观的经济效益。然而纵观全局，我国物 流信息化水平不高，数据共享不够流畅，出现了一个又一个的“信息孤岛”，这 严重制约了我国现代物流业的发展，降低了企业的快速反应能力和市场竞争力。 信息资源越来越呈现出异构、海量、动态的分布特点。如何把这些地理上分布不 均、管理上自治、模式上异构的数据源有效的连接起来，并使参与物流事件处理 的人和计算机形成对物流领域内的数据形成统一的认识，以实现物流数据的有效 共享是目前面临的主要问题。 本文围绕物流数据共享中存在的问题做了如下工作： 1 、根据物流数据共享的实际需求，提出了物流数据共享平台分层框架模式， 从下到上分为资源层、整合层、知识层、业务层、表示层。层次设计结构把数据 资源与逻辑应用分离，将分布异构的资源封装成w e b 服务接入平台，运用数据模 板和服务模板来规范数据和服务，屏蔽了资源的异构性。 2 、构建了基于事件处理本体的物流领域本体，为接入平台的分布资源加上 语义标签，形成对资源的统一理解。 3 、实现物流数据共享平台原型系统，包括元数据管理的实现、物流领域相 关工具的开发、平台门户实现等。 本文在天津市科技支撑计划重点项目( 0 8 z c k f g x 0 1 6 0 0 ) - - 物流数据共享平 台关键技术研究课题的应用背景下，描述了物流数据共享平台框架模型转化为实 际应用的过程，验证了平台构架的可行性，最后通过实例讲解的方式，对系统运 行的结果进行了描述、分析。 关键词：物流本体元数据数据共享 a b s t r a c t t h ea p p l i c a t i o no fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi nl o g i s t i c sa n dr e e n g i n e e r i n go f l o g i s t i c sb u s i n e s sp r o c e s sg r e a t l yi m p r o v e dt h er e s p o n s es p e e do fb u s i n e s s ，r e d u c i n g l o g i s t i c sc o s t s ，a n df o rt h ee n t e r p r i s ei th a sb r o u g h tc o n s i d e r a b l ee c o n o m i cb e n e f i t s l o o k i n ga tt h eo v e r a l ls i t u a t i o n , h o w e v e r ，c h i n a sl o g i s t i c si n f o r m a t i z a t i o nl e v e li sv e r y l o w d a t ae x c h a n g ei sn o ts m o o t h ，a n dt h e r eh a sb e e nl o t so f ”i n f o r m a t i o ni s l a n d s ” i n f o r m a t i o nr e s o u r c e sm o r ea n dm o r e s h o wh e t e r o g e n e o u s ，m a s s ，d y n a m i c d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s i nt h i sp a p e r ，w eh a v ed o n ef o l l o w sw o r ka r o u n dt h ep r o b l e me x i s t si nl o g i s t i c s d a t a s h a r i n g ： 1 ，s t u d i e dt h es t a t u so fd a t ae x c h a n g ei nt h el o g i s t i c sa r e a ，a n a l y z e dt h ep r o b l e m s a b o u tc u r r e n tm e t h o d so fd a t ae x c h a n g e ，c o n s t r u c t e daf r a m e w o r kb a s e do n e v e n t o n t o l o g yf o rl o g i s t i c sd a t a s h a r i n g t h ef r a m e w o r ku s e sh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r e ， i tw a sd i v i d e df i v el e v e l s ，r e s o u r c el e v e l ，i n t e g r a t i o nl e v e l ，k n o w l e d g el e v e l ，b u s i n e s s l e v e l ，p r e s e n t a t i o nl e v e l i n t h i sf r a m e w o r k , t h eh e t e r o g e n e o u sd i s t r i b u t i o no f r e s o u r c e sw i l lb ep a c k a g e da sw e bs e r v i c e st oa c c e s st h ep l a t f o r m ，u s i n gt h ed a t a t e m p l a t e sa n ds e r v i c e st e m p l a t e s t os t a n d a r d i z ed a t aa n ds e r v i c e s ，t oa v o i d h e t e r o g e n e i t yo fr e s o u r c e s 2 ，c o n s t r u c t e dl o g i s t i c sd o m a i no n t o l o g yb a s e do ne v e n t - o n t o l o g y ，a n ds i g nt h e r e s o u r c ei nt h ep l a t f o r mw i t hs e m a n t i cl a b e l s ，m a k eau n i f i e du n d e r s t a n d i n go ft h e r e s o u r c e s o nt h es a m et i m e ，a l o n gt h ed e s i g no ft h ef r a m e w o r k , w ea l s op u tf o r w a r d as e to fo n t o l o g y b a s e dm e t h o d o l o g yi no r d e rt oa c h i e v ec r o s s s y s t e ma n a l y s i sa n d d e s i g n 3 ，c o n s t r u c t e dp r o t o t y p es y s t e m ，i n c l u d i n gt h er e a l i z a t i o n o fm e t a - d a t a m a n a g e m e n t ，l o g i s t i c sd o m a i no n t o l o g yc o n s t r u c t i o n ，l o g i s t i c s r e l a t e dd e v e l o p m e n t t o o l s ，t h er e a l i z a t i o no fp o r t a l f i n a l l y ，w ed e s c r i b em a i nf u n c t i o n so f t h ep l a t f o r m ，v e r i f yt h ef e a s i b i l i t yo ft h e p l a t f o r ma r c h i t e c t u r e ，a n da n a l y s i st h ee f f e c to fp l a t f o r m ，a n dp o i n to u tt h ef u t u r e w o r ko ft h i st o p i c k e yw o r d s ：l o g i s t i c s ，o n t o l o g y , m e t a d a t am a n a g e m e n t ，d a t a - s h a r i n g 独创性声明 本人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 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤洼态堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：奴盈乏 签字同期：似柙年历月吐同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解鑫鲞盘堂 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权鑫生盘鲎可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、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 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：兹闺乏 导师签名： 1 汕 签字日期：2 唧年口6 月0 2 _ 日签字日期：孔钟年夕6 月0 2 日 第一章绪论 1 1 项目背景 第一章绪论 随着信息化水平的不断提高，世界现代物流业取得了长足发展。商品条形码、 物流信息数据库和现代信息技术的应用，在区域运输网络合理化和销售网络系统 化的基础上，整个物流系统正在逐步实现管理电子化，物流行业正进入以网络技 术和电子商务为代表的信息化新阶段。2 0 0 4 年，国家发展和改革委员会、商务 部、公安部、铁道部、交通部、海关总署、国家税务总局、中国民用航空总局、 国家工商行政管理总局发出题为关于促进我国现代物流业发展的意见的文件， 其中明确要求把物流信息化提高到一个新的水平，鼓励创建公共的网络信息平 台，支持工商企业和物流企业采用互联网、结构化数据库等先进技术，实现资源 共享、数据共享、信息互通。推广应用智能化运输管理系统，加快构筑全国和区 域性物流信息f 、1 台，优化供应链管理。 在物流事件处理的整个链条中，与各个物流环节相关的信息是整个物流链的 基础，如何将分散在不同部门、行业的不同信息系统中的不同形式、不同格式、 不同内容、不同含义的信息及时、有机地集成调度到一起，形成面向多领域的、 具有统一语义的物流信息，以实现物流数据高效率共享，还有很多关键问题亟待 解决： 1 ) 物流过程所需信息的多源异构性 现代物流事件处理过程可能要涉及到国际贸易有关的政府部门( 如海关、交 通、检验检疫、外经贸等) 、社会服务机构( 如保险、港口、银行、仓储、运输、 机场等) 和各类生产、运输、贸易企业，这些部门都有自己的信息系统来实现各 自的维护管理工作。而在物流事件处理过程中，所引用到的信息不可避免的具有 跨部门、跨领域的性质，给物流事件处理带来了数据存储分布、格式异构等问题， 我们需要找到一种自然的、开销小的方式从多数据源自动获取到人能理解，甚至 是经过格式变换后机器能识别处理的信息。针对物流事件处理的需求，从多领域 异构信息系统中实现相关信息的管理、整合和调用，是顺利完成物流事件处理过 程中数据共享的基础。 另外，随着各个物流企业的发展，数据共享的需求日益增加，越来越多的数 据需要接入到物流数据共享平台中以实现数据共享。对这些数量庞大并且格式多 样的数据进行管理是建设物流数据共享平台的基础性功能。如何对这些数据进行 第一章绪论 分类；如何对这些数据进行有效的管理；如何定义接入平台的数据格式等，这些 实际需求对平台元数据管理提出了更高的要求。 2 ) 物流事件处理过程所需信息的阶段性。 物流事件与简单的加工流程不同，它具有鲜明的时间维度特性。也就是说， 物流事件自身的状态处在不断的发展、变化中，相应地，在物流事件处理的不同 阶段也应关联不同的信息集合。而确定在某个物流事件处理阶段需要关联哪些信 息集合的哪些要素，则往往需要依据业务需求和领域经验，从大量的信息中获取。 这样，为了适应物流事件处理所需信息的阶段性特征，我们需要在物流事件处理 的领域知识和相关资源、服务之间建立关联。 1 2 问题分析 从实际应用的角度来看，目前我国物流事件处理涉及到的各部门、行业内部 的信息系统相对来说都比较完备，可以应对本部门、行业内的各类物流事件的处 理。但是，也存在着许多问题：许多部门和行业还处于低水平的自我发展阶段， 各部门和行业的信息系统之间是孤立的，企业之间没有实现产业链的有效衔接。 此外，还有很多零散而有用信息分散在各部门、行业内，还没有被系统地管理起 来，这也成为当前实现物流数据共享的主要难题之一。通过物流数据共享平台的 建立，可以使行业和部f - j 2 _ 间及时沟通、互通有无，反映和调整物流产业链上下 游企业间的供需情况，从而有效解决矛盾，改善供应链关系。通过物流数据共享 平台的建立可以推动我国企业开展全球化经营。 从信息技术的角度来看，我国物流企业实施信息化的过程中，逐渐暴露出了 传统信息系统的一些不足： 异构数据之间难以实现数据共享，尤其是不同层次上的数据共享。不同 行业和部门之间的数据存在着语义上的差别。 。 信息系统是处于静态、被访问的地位，人们想要获得信息时，需要依靠 系统提供的检索机制在各信息系统之间查询，或者通过人工操作共享信 息，不能实现信息的自动汇集。最重要的是对信息和数据的分类依据没 有统一的规定，容易出现数据遗漏，造成系统的重复建设。 这种状态使人们逐渐认识到能否迅速、准确地获得所需要的信息对提高现代 企业运行效率的重要性。因此，我们迫切需要一种新的能够明显提高信息流通效 率的信息管理技术。虽然o r a c l e 、s y b a s e 等大型关系数据库本身也能通过 相互连接直接进行通信，但是这种面向连接的数据库通讯技术属于一种紧密一致 性的数据祸合机制，对资源的要求非常高。而且在通讯的过程中，通信双方的资 2 第。章绪论 源都被锁定，一旦网络出现故障，客户端的连接就会死在服务器端的数据库中， 而s y b a s e 数据库管理系统通常只能在两个小时之后才能检测到僵死的客户连 接，被锁定的资源很难在短时间内被释放。所以在跨广域网的大型信息系统的数 据共享时，紧密一致性数据祸合机制面临着自身难以克服的矛盾，即对资源的要 求不可能做到对用户的透明性，还容易造成数据泄漏。 针对物流领域所存在的以上问题，本文以天津市科技支撑计划重点项目物 流数据共享平台关键技术研究为契机，提出了基于事件处理本体的物流数据共 享平台来解决上述问题。 1 3 研究内容和目标 本文对天津市交通委员会委、天津市交通集团和塘沽危险品运输二厂等物流 过程所涉及到的政府和企业做了广泛的调研，从基础数据、现有应用软件和语义 互操作三个层而分析了物流数据共享面临的问题。针对这些问题，参考了大量国 内外资料，对数据共享技术进行了深入的分析、研究。在研究的基础上，提出了 一个物流数据共享平台框架，该框架采用层次结构划分，通过分层调用的方式实 现数据共享。 本文的另一个重点是元数据系统的设计，这是实现资源发现和资源管理的基 础，也是物流数据共享平台的基础。在元数据系统中，本文提出建设数据和信息 元数据、功能服务元数据、业务相关元数据和平台元数据，同时描述了各元数据 之间的关系，通过数据模板和服务模板的设计实现接入平台的数据和服务的规范 化。本文的实现主要目标有： 1 ) 完成基于事件处理本体的物流数据共享平台的分层框架设计。根据物流 数据共享的实际需求，提出了物流数据共享平台分层框架模式：资源层、整合层、 知识层、业务层和表示层，并详细介绍了各层的工作模式以及实现方式。 2 ) 设计并实现元数据管理模块，元数据是实现资源发现和调用的基础，这 是数据共享平台的核心。在元数据管理中，本文提出建设数据模板元数据、服务 模板元数据、服务元数据，同时描述了各元数据之间的关系，通过模板的设计实 现数据和服务的规范化，这也是本文的主要贡献。 3 ) 基于事件处理本体，研究物流数据共享平台的存储模型以及创建物流领 域本体，并对接入平台的资源进行分类。基于本体论的方法，构建物流数据共享 平台所涉及到资源的概念模型、逻辑模型和存储模型，包括对运力资源、货况资 源、g i s 资源和物流组织的建模。 4 ) 天津物流数据共享平台的示范应用将本课题的研究成果应用于实际应用 第。章绪论 中，一方面起到将本课题的研究成果转化到实际应用中的作用，另外为将本课题 的研究成果在全国大面积的推广起到良好的示范作用。在示范应用中分析该模型 设计中存在的问题，并对未来的工作进行规划。 1 4 本文章节安排 本文共分六章。 第一章绪论。提出了本文的背景和研究的问题，同时介绍了本文的研究内 容和目标，给出论文结构安排。 第二章相关理论和研究。本章介绍建设物流数据共享平台所涉及到的理论 知识，包括了a b c 本体模型及其特点，面向服务的体系架构( s o a ) 的思想， 详述企业服务总线( e n t e r p r i s es e r v i c eb u s ) 及其在s o a 中的作用，并介绍了元 数据和x m l 的相关内容。 第三章主要是完成基于事件处理本体的五层物流数据共享平台的框架设计， 详细阐述了平台各层的工作模式和基本原理。 第四章详细讨论了分层框架中整合层、知识层的实现方式，主要针对元数据 管理的实现方法做了详细的讨论。 第五章是数据共享平台原犁系统的设计和实现，主要是利用各种相关工具实 现本文设计平台框架，验证基于事件处理本体的分层架构在数据共享平台实际应 用中所表现出来的特性和存在的问题。 第六章是全文的总结，并对下一步的研究工作做出展望。、 4 第_ 章研究现状和相关理论 第二章相关理论和研究 2 1a b c 本体模型( o n t o l o g y ) 及其特点 l 、本体论和a b c 本体 本体论( o n t o l o g y ) 最初来源于西方哲学的概念，派生自希腊语的“o n t o ”( 存 在) 和“l o g i a ”( 箴言录) ，该词原本是一个哲学术语，是对事物客观存在的一种抽 象描述，关注的是客观现实的抽象本质。1 9 9 1 年n e c h e s 等人把本体论引入计算 机科学中的人工智能领域，他们把本体论定义为：“构成相关领域词汇( 集) 的基 本术语和术语间的关系，以及基于这些术语和关系界定这些词汇外延的规则。” 1 9 9 3 年美国s t a n f o r d 大学知识系统实验室的g r u b e r 博士给出了关于本体的一个较 为流行和明确的定义，“本体是用来帮助计算机程序和人共享知识的相关概念的 规范描述。本体论是概念模型的明确的规范说明。”【l 】 a b c 本体模型是在基本本体的基础上，为理解不同的元数据和本体模型之间 的互用和协作提供了基础的执行方式，并构建了他们之间相互转化的机制。在 a b c 本体模型里，e v e n t 是一个非常重要的模型，它使人们能够更加简便和准确 的理解资源的生命周期以及生命周期中各个时间点上元数据描述之间的关联。在 ( ( t h ea b co n t o l o g ya n dm o d e l ) ) 一文中c a r ll a g o z e 等人明确开发a b c 本体的目 的是：为理解、分析现存的元数据本体和实力提供一个概念上的基础；为各种组 织审查和开发描述本体提供指导；为元数据之间自动映射提供概念基础【2 】 2 、本体描述语言 随着语义网技术的发展，出现了一系列针对w e b 应用的本体表示语言，其中 已经对语义网产生较大影响的本体语言有f 3 】： ( 1 ) o n t o l o g ye x c h a n g el a n g u a g e ( x o l ) ( 2 ) s i m p l eh t m lo n t o l o g ye x t e n s i o n ( s h o e ) ( 3 ) o n t o l o g ym a r k u pl a n g u a g e ( o m l ) ( 4 ) 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 ( r d f ) a n dr d f s c h e m a ( 5 ) o n t o l o g yi n t e r c h a n g el a n g u a g e ( o i l ) ( 6 ) d a r p aa g e n tm a r k u pl a n g u a g e ( d a m l ) + o i l ( 7 ) w e bo n t o l o g yl a n g u a g e ( o w l ) 以上这些语言极大的推动了本体在语义网研究领域的应用和发展。然而， w e b 应用需要一种通用的标准语言来支持，w 3 c 先后推荐的面向w e b 应用的本体 第_ 章研究现状和相关理论 描述语言有：r d f ( s ) 、o i l 、d a m l + o i l 和o 、札等，这些语言都是基于x m l 的 本体描述语言。由w 3 c 主持制定的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 ) 和r d f s ( r d fs c h e m a ) 是建立在x m l 语法基础上，以语义网为其理论基础，对信息资源 进行语义描述的语言规范。r d f 采用“资源”( r e s o u r c e s ) 、“属性”( p r o p e r t i e s ) 以及“声明”( s t a t e m e n t s ) 的三元组来描述客观事物。r d fs c h e m a 贝, l j 对r d f 做了 进一步扩展，采用了类似框架的方式，通过添办i r d f s ：c l a s s 、r d f s ：s u b c l a s s o f 、 r d f s ：s u b p r o p e r t y o f 、r d f s ：d o m a i n 、r d f s ：r a n g e 等原语，对类、父子类、父子属性以 及属性的定义域和值域等进行了定义和表达。这样，r d f ( s ) 成为了一个能对本 体进行初步描述的标准语言。本文沿用a b c 本体模型的本体描述语言r d f ，以便 更好的与a b c 本体兼容f 4 】。 2 2s o a 框架和w e bs e r v i c e 面向服务的体系结构( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ) i s 是一种描述i t 基础设施的应用集成模型，具有基于标准、低耦合性、针对共享服务和面向粗粒 度应用组件的特点。s o a 为构建基于服务的分布式系统提供了概念性的设计模 式，在s o a 中资源被统一定义为可通过标准方式访问的服务。w e bs e r v i c e 和 x m l 为s o a 提供了一套具体的实现技术。w e bs e r v i c e 基于w s d l ，u d d i ，s o a p 标准6 】【7 】【8 】，比较成功的实现了跨平台和编程语言无关性。 w e bs e r v i c e 是一种实现s o a 架构机制中的基本组成单元，它是一种部署在网 络上的可访问的对象，它可以通过消息传递机制动态地被发现、组织和重用。 w e bs e r v i c e 能够屏蔽业务逻辑的复杂性、实现技术的多样性和开发平台的异构 性，对外封装成由w s d l 描述的w 曲服务。只要能够得到w 曲s e r v i c e 的w s d l 文 件就可以通过w s d l 文件的描述对它进行调用而不用考虑其运行的软件平台和 具体实现技术。即使w e bs e r v i c e 实现方式发生变化，只要它对外部的接口保持不 变，那么这种变化对客户端而言完全是透明的。总而言之，w - e b 服务具有以下优 占f 9 】u o 、 5 ) 良好的封装性：w e b 服务是一种部署在网络上的对象，自然具备对象的 良好封装性，使用者仪能得到该对象提供的功z 日匕l - , 列表，而无须关心具体实现。 6 ) 松散耦合：对于w e b 服务调用者来说，只要调用的描述文件不变，w e b 服务的实现任何变更对调用者都是透明的，甚至是当w e b 服务的实现平台从j 2 e e 迁移到n e t ，用户都可以对此无须关心。 7 ) 使用协约的规范性：首先，作为w e b 服务，对象界面所提供的功能要求 必须使用标准的描述语言w s d l 来描述；其次，由w s d l 描述的服务界面必须是能 6 第幸研究现状和相关理论 够被发现的，因为这一描述文档会被存储在公共的u d d i 注册中心里而。 8 ) 使用标准的协议规范：如果要发布w e b 服务，其所有公共的协约必须完 全使用开放的标准协议进行捕述、传输和交换。同时，这些标准协议遵循一定的 规范，以便由任意方进行实现。一般而言，绝大多数协议规范将由o a s i s 或w 3 c 作为最终版本的发布方和维护方。 9 ) 高度的可集成能力：由于w e b 服务采取简捷的、易理解的标准w e b 协议 作为w e b 服务界面描述和协同描述的规范，就完全可以屏蔽不同软件平台的差 异，无论是c o r b a d c o m 还是e j b 都可以通过这种统一标准的协议进行互操作， 实现了在当前网络环境下最高的可集成性。 2 3e s b ( e n t e r p r i s es e r v i c eb u s ) 企业服务总线( e n t e r p r i s es e r v i c eb u s ，e s b ) 是s o a 的重要切入点，是s o a 集成中普遍采用的方式。e s b 是s o a 架构的中间件粘合剂和通讯管道，它使得基于 w e b 的企业应用之间能够相互通信。在企业和部门内部各个应用系统已经成功部 署应用的条件下，通过增加新的点对点的数据转换接口以及信息传递接口来实现 对业务的协同和数据的整合，这样做无疑大大会增加系统的开发成本和复杂性。 而e s b 作为系统间的数据整合中枢，通过连接各应用系统发布的服务级接口，可 以在不增加系统复杂性的情况下实现企业级应用系统之间的数据传输和业务协 同1 1 1 。 e s b 本质上是一个由中间件和w e bs e r v i c e 技术构成的平台，它提供了以事 件为驱动和文档导向的消息处理模式。只要把应用w c bs e r v i c e 接入e s b 总线， 就不需要了解如何与其他应用进行共享的具体细节，e s b 负责会自动处理所有的 数据格式、通讯协议之间的转换。与传统的中间件技术相比，它为s o a 的实现 提供了更为廉价的解决方案，消除了应用程序之间的技术实现上的差异，实现了 不同应用之间的业务协同和信息整合。 e s b 的核心功能包括消息转换、消息机制、基于内容的路由和服务容器四个 部分。e s b 采用基于) c m l 规范的消息格式，可支持多种标准，如w e bs e r v i c e s ， j m s ，j c a 等标准。可支持发布订阅以及请求回复等同步异步消息机制。通过 基于内容路由技术，支持服务之间消息通信。服务容器将软件构件和应用封装成 标准的服务，以实现对软件的访向以及对服务总线访向的透明性。在上述技术的 支持下，e s b 使服务实现与服务通信相分离，服务之间松散藕合，基于标准协议 建立通信联系，使应用系统具有更好的开放性和可扩展性。作为新兴的软件框架 和s o a 的核心组件，很多公司和研究机构进行了e s b 软件的研发，如i o n a ，s o n i c ， 7 第_ 章研究现状和相关理论 b e a i b m 等。 2 4x m l ( 可扩展标记语言) x l v l l 是一种具有高度结构性、数据描述功能和可验证性的标记语言。x m l 允许用户自己定义文档的标记和属性，并可可以依照所定义的标记和属性的语法 来开发应用程序；x m l 可以通过标记来描述数据，也可以配合属性来辅助描述 复杂数据，适合作为对象或标准的描述语言；x l v l l 可以借助x s d 的验证规则来 验证规范一个x l v i l 文件的结构和内容，适合定义在政府与政府之间、政府与企 业之间以及政府与商业机构之间数据共享的格式【1 2 1 。 x m l 凭借其良好的可扩展性、结构化和平台无关的特性，非常适用于网络环 境下异构系统之间的数据共享。因此，x l v l l 在异构数据共享和系统集成领域得 到了广泛的应用，在异构系统之间使用x l v l l 作为数据共享的标准文档的优点可 以总结如下【1 2 】【1 3 】： 1 x l v l l 的自描述性：在集成异构数据源的过程中，由于x m l 中语义标识明确 说明了各个元素的含义，冈此x m l 数据模型能够方便准确的描述各种数据 源的数据，包括结构化、半结构化数据。 2 x m l 数据模型内容的独立性：x m l 能够脱离具体应用系统而自行描述且保 存异构环境中的各种数据，其他系统应用能够通过描述文件直接对这些x m l 数据进行操作，因此，x m l 数据模型的内容具有很强的独立性。 3 x l v i l 适合描述不同复杂度的数据：x m l 提供了结构化的数据表示形式，并 且非常易于操作。不管数据源是简单的普通文本文档、数据库查询所得记录 还是复杂的对象，x l v i l 都能轻松描述它们。这样，x v i l 就可以使用一种统 一的数据模型米描述来自于不同数据源的数据，可以完全屏蔽数据源中应用 环境和数据结构的异构性。 4 x l v l l 具的可扩展性：x m l 能够在不破坏现有的系统和结构情况下增加新的 元素节点。这样，即使某个异构数据源中的数据模型出现了更新和变化，数 据集成系统可以立即对全局视图中与之相关的部分进行修改，而且此修改操 作也非常容易，我们所做的只需要改变数据模型定义，如d t d ( 或x ， s c h e m a ) 等，不必对具体数据进行一一操作。 第二章研究现状和相关理论 2 5 元数据技术 目前关于元数据的定义多而杂，比较常规的定义足【1 4 】t l s ：元数据是关于数 据的数据( d a t aa b o u td a t a ) ，但这个定义过于简单和宽泛。本文所指的元数据可 以定义为：元数据是用来描述某种类型资源或对象( o b j e c t ) 的属性，并对这些 资源进行管理和定位，同时有助于检索数据的数据。元数据( m e t a d a t a ) 可以理解 为是关于数据集的数据，是对数据集的说明或描述。元数据描述了数据集自身的 特征规律，以便于用户对数据集能够准确、高效与充分的查找与利用。不同领域 的数据集，其元数据的内容会有很大不同。通过元数据可以查询和访问数据集， 这样就可以有效利用计算机的系统资源，并且可以对数据进行加工处理和二次开 发等。使用元数据的目的是提高数据集的有效利用，并为计算机辅助软件工程 ( c a s e ) 提供服务。在w e b 服务得到广泛应用、s o a 成为主流架构的今天，元 数据不仅被用来描述数据集，也可以描述各种可调用的功能实体( 如w e b 服务、 a p i 等) 的关键参数，可以实现上层应用对实体的透明调用。 2 6 本章小结 本章介绍建设物流数据共享平台所涉及到的理论知识，是本论文的理论和技 术基础，为下文的研究工作提供研究基础。首先介绍了a b c 本体模型，本文的 事件处理本体和领域本体以a b c 为上位本体扩展而来。然后介绍了s o a 体系架 构及其e s b 服务集成智能中介；然后分析本体在计算机领域的定义及主要应用； 最后详述了本文需要的关键技术w e b 服务、x m l 技术。 9 第三章平台框架设计 第三章平台框架设计 3 1 共享平台分层框架综述 根据物流事件处理的特点和物流数据共享的需求，物流数据共享平台的框架 如图3 - 1 所示，该构架分为五层从下到上依次为：资源层、整音层、知识层、业 务层和表示层。框架的每一层对本层的功能实现封装，同时为上层提供可调用编 程接口或工具集，为平台的可扩展性和灵活性提供了基础， 图3 q 基于事件处理率体的分层共享框架 在物流事件处理过程中，每个阶段都会涉及到非常多的与之相关的资源( 例 如货源单位选择合适运输车辆需要涉及大量的运力资源) ，因此，物流事件处理 过程和分布资源是一对多的关系。同时，物流事件处理的每一步通过对相关领域 第三章平台框架设计 知识和既往处理经验的理解，完成对周围分布、异构的资源的整合、分析，最终 做出决策。以下内容将具体介绍每一层的设计思路。 3 2 资源层设计 资源层主要是指在物流事件处理过程中涉及到得所有分布异构资源，由于各 个物流企业的业务系统建设时期和使用技术不同，这些资源通常会以不同形式的 存在：大多数是存储在关系数据库中( o r a c l e 、s q ls e r v e r 、d b 2 等) ，或者存 贮在半结构化的文件中( 如x m l 文件等) ，或者通过w e b 服务调用的形式提供 出来，还可能是通过其他形式的可调用实体( 如e x e 文件、j s p 页面、d l l 文 件、遗留系统服务接口等) 出现。 资源层包含的各种分布异构是平台所实现各种功能模块和工具集的基础。通 过对物流涉及到的政府和企业的调研，物流数据共享平台需要接入的数据资源类 型可以分为以下三大类： 运力静态数据：包括陆运资源基本数据，航运资源基本数据，海运资源基本 数据，空运资源基本数据，仓储资源基本数据，区域资源分布报表等，这些 数据在物流事件处理过程中变化不大。 运力动态数据：这一类型的数据主要是指与g i s 相关的动态数据，随着物流 事件处理的进程变化较大，主要包括陆运资源动态数据，航运资源动态数据， 海运资源动态数据，空运资源动态数据，仓储资源动态数据，区域资源动态 分布报表等。 货物状况数据：包括货物的基本数据，物流仓储进出的相关数据等。主要是 描述货物基本属性的数据资源。 3 3 整合层设计 整合层的主要功能是，根据物流事件处理的业务需求，通过平台元数据管理 模块整合相关的资源，为上层的实现提供基础资源的元数据描述和资源的访问接 口，并提供资源元数据的管理和监控。通过整合层可以屏蔽各类资源在数据格式、 访问方式和地理分布位置上的差异性，尽可能的对资源提供统一完善的元数据描 述，并为进一步实现业务逻辑和业务工具集提供统一的、透明的资源访问接口。 元数据管理系统为了方便对各种异构资源的管理，首先需要欲接入平台的用 户把存放于数据库、文件中，或者他形式的可调用实体( 如e x e 文件、j s p 页 面、d l l 文件、遗产系统服务接口等) 的数据封装为w e b 服务。在共享平台的 第三章平台框架设计 具体实现设计中资源即服务、服务即赉源，因此，资源层元数据管理的对象统一 为对w e b 服务元数据的管理，并规定了接八平台的w e b 服务的“服务模板”和 出口参数的“数据模板”，这样既为更多资源的接八提供了统一的标准，也减少 了服务管理的复杂性。由于本文所设计和建设元数据管理的分类标准是基于事件 处理本体的，这样的元数据管理不仅仅适台于物流数据共享平台，而且透台于所 有与事件处理有关的平台，为建设实验室通用的元数据管理提供了基础， 通过对瓷源层中大量的分布异构资源的分析发现，虽然这些资源大多数为结 构性的数据，可以通过其表结构说明文件或者w e b 服务的描述文件理解其数据 用途，但是随着各种资源数据的大量接入平台，这些描述文件不可避免的会产生 冲突和歧义，而且这些描述文件格式也不统一，不利于上层对资源的调用。元数 据管理除了可以依据这些元数据描述对上层提供具有自描述能力的原子服务调 用方式外，有时也可咀根据上层业务的需求使用一些在应用背景中才有意义的更 大粒度的服务调用方式，这些服务可咀通过某些方式( 例如并列访问方式，顺序 访问方式等) 由多个原子服务生成，我们称这样的服务为“组合服务”。 整合层的成功建设可以实现物流数据共享平台中业务逻辑与数据资源的完 全分离，增加了平台的可扩展性和伸缩性。 元数据管理模块的建设周期如图3 - 2 所示可以分为一下几个步骤： 首先，服务提供者要求接 平台的服务必须符合元数据管理中对本类服务资 源数据模板和服务模板井提供必要的元数据描述，在接八平台时平台会对 接入的服务建立更为详细的、规格统一的元数据描述。这样，就可以通过对 这些服务的描述来查找和调用所需要的服务。 元数据管理模块透过服务元数据对服务进行管理并发布成符合平台规范的 原子服务，为上层的访问提供统一的访问接口。 服务的请求者通过元数据管理中的服务发布统计列表，查询和直接调用发布 出来的原子服务。但是在更多的情况下，请求者需要更大粒度的服务类型， 需要综合多个原子服务作为一个单元来进行调用。因此，元数据管理模块可 以根据业务的需要通过对业务逻辑的分析和用户调用情况的分析，对一些原 子服务进行组台，然后再发布成组台服务。 二一，嵩：一毒u 。! ：卉m ? r t 一 1 1 、 u s - ：_ _ 图3 - 2 元教据管理模块建设周期 第三章平台框架设计 经过以上几个步骤，元数据管理中也将逐步维护并扩展形成大量的服务和服 务组合。在元数据管理的维护下，这些服务屏蔽了实现层面的相关细节，并且统 一了接l j 规范，为知识层对资源操作和规则集中规则的建立提供了基础。 3 4 知识层设计 知识层位于整合层之上，可以利用整合层提供的元数据描述和调用服务访问 接口获得相关的数据资源。在知识层中为参与到物流事件处理过程中的领域概念 建立本体模型，用物流领域内统一的、公认的词汇形式化的描述物流领域知识， 形成物流领域本体。物流领域本体是该共享框架中的词汇标准规范，是事件处理 者和计算机形成对领域概念统一认识的基础。物流领域本体中的概念将与整合层 中的原子服务或组合服务建立对应关系，本体对这些资源层的引用主要基于整合 层元数据描述中相关数据和服务的名称、属性( 运力资源服务将与领域本体中的 “t r a n s p o r t a t i o n ”类建立对应关系，并通过运力资源的“厂牌车型( v e h i c l e t y p e ) ” 属性与的子类建立对应关系) ，而不涉及它们的数据格式、访问方式和分布位置， 后者由资源层进行封装。 在创建物流领域本体的同时，也包含了一部分业务规则的建立，例如：可以 通过在类“s e m i t r a i l e r t o w i n g v e h i c l e ”与“c o n t a i n e r ”之间建立“c a n c a r r y ”属性， 这个属性建立就相当于建立了一条与业务规则“半挂牵引车可以运输集装箱”等 价的规则，同样例如规则“全挂汽车列车、拖拉机、三轮机动车、非机动车( 含 畜力车) 和摩托车不准装运爆炸品、级氧化剂、有机易燃物品；自卸车辆不准 装运二级固体危险货物( 指散装硫磺、萘饼、粗葸、煤焦沥青等) 之外的危险货 物”也可以通过本体的属性建立。然而，对于一些变化较多、细粒度的规则，本 体就不能完全的涵盖进来。例如：“货源单位选择运输车辆时选择在一定地理范 围之内且没有装载货物的车辆”，其中“范围”的大小会随不同的用户要求有所 变化，这样的规则只能通过建立业务规则来实现。我们把一系列的规则组织成一 个能够适应多变环境的规则集，规则集中的词汇同样来源于建立的物流领域本 体，而本体的概念又对应于资源层的资源，从而对规则集中规则的调用间接形成 了对资源层的资源的访问。 知识层是五层共享平台框架中的最主要的部分，在该层中需要对物流领域知 识做出形式化的表示，建立物流领域本体，并且需要为上一层业务层工具集的实 现提供物流事件处理编程接口。知识层的基本运行原理如图3 3 所示，我们把知 识层的设计分为两大部分，一是物流领域本体模型的建设，另一个基于领域本体 的规则集的设计。 第三章平台框架设计 t # 量 i ，一辜广一 氦磊磊森 t 彝* 畦 3 a 1 物流领域本体设计 图3 - 3 知识层运行原理图 在资源层的设计中，各种分布异构的资源以统一的w e b 服务接入到平台， 为上层提供了透明访问资源的可能。虽然通过元数据管理可以规范资源服务的管 理和访问方式但是，资源层的资源和元数据管理中的服务是相对独立的并没 有建立起他们之间的语义联系为了能够进一步描述物流事件涉及到的相关领域 的知识，明确计算机可以处理的词汇集台，知识层将在整音层建设得到的资源服 务的基础之上，为物流领域定义通用的词忙以及词汇之间的关联关系，形成物流 领域内的本体模型。 3 4 2 基于领域本体的规则集的设计 物流业务规则是物流数据共享平台不可缺少的部分，但是通过对实验室建设 的其他平台的分析和在编程过程中的经验可以得知，在五层框架中业务规则既可 以在知识层独立建设这样做的优势有：一方面可以把业务逻辑与程序完全分离， 另一个是可以适应业务逻辑的多变性，业务逻辑改变时只需改变规则集中相应的 规则即可，同时对于相对简单的业务规则也可阻包含在业务层的业务工具集中， 这样做的好处是减少了平台建设的复杂性和建设周期。物流数据共享平台的构建 时，遵循的原则是，犀大程度的把业务规则建立在知识层，井以规则集的形式进 行管理和维护。