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标题 物流公共信息平台领域本体的研究
范文 齐继东　陈　健　荀　烨　马小平　傅　钰
摘要：文章以国标“物流公共信息平台应用开发指南－主要单证”为例，通过建立领域本体的概念、概念之间的继承、约束、实例关系表达了物流公共信息平台的领域知识，并利用建模工具protégé分析和设计了物流公共信息平台主要单证的领域本体库，即基本本体和过程本体的集合。为物流公共信息平台主要单证的结构异构和语义异构的信息交换提供标准。
关键词：物流公共信息平台；物流领域本体库；共享本体与过程本体
中图分类号：TP391文献标识码：A
Abstract:Based on applied guide of logistics commonality information flat, the paper has expressed logistics domain information by domain ontology, inherience and constrains and instance which concept andinter-concept have generated. Share ontology and application ontology have structured by protégé. Ontology base is data interchange standard on main docment of logistics commonality information plat.
Key words: logistics commonality information plat; logistics domain ontology base; share ontology and process ontology
0引言
领域本体[2-3]是专业性的本体提供了某个专业学科领域中概念的术语以及相互关系的规范化描述，勾画出某一领域的基本知识的体系结构和描述语言。一个领域本体包括一套关于某一领域概念的规范而清晰的描述称为类，对概念的各种特征属性，还包括属性的限制条件和方面，以及一系列与某个类相关的实例，这些实例组成了一个知识库。类是本体的核心，它描述了某一领域的概念。属性描述了类的属性和实例。构建领域本体可以达成用户间或软件代理间对于信息组织结构的共同理解和认识，使专业领域内的假设变得更加明确，将领域知识从运筹学、知识管理的环境中剥离出来，并且可以分析专业领域的知识。

目前，本体模型的研究已经进入实际应用阶段。许多研究领域目前都建立了自己标准的本体，如常识本体、企业本体（TOVE、ENTERPRISE）、GIS信息资源管理本体等，这使得诸多领域专家能够使用它们来共享和评注领域中的信息。本文以构建物流公共信息平台（Logistics Commonality Information Flat, LCIF）主要单证（Main Documents）本体为例，尝试分析和设计物流公共信息平台领域本体的方法和过程。LCIF本体库的创建可以为本专业领域的结构异构、语义异构的多源信息资源管理提供标准。
1本体的构建规则与方法[8]

1.1领域本体构建的规则[4,9]
由于不同专业领域和学科考虑，构建领域本体的过程也各不相同，一般认为，构造领域本体应遵循Cruber于1995年提出的5条规则：①明确性和客观性。本体应该用自然语言对所定义术语给出明确的、客观的语义定义。②完全性。所给出的定义是完整的，完全能表达所描述术语的含义。③一致性。由术语得出的推论与术语本身的含义是相容的，不会产生矛盾。④大单调可扩展性。向本体中添加通用或专用的术语时，不需要修改已有的内容。⑤最小承诺。对待建模对象给出尽可能少的约束。
1.2本体的构建方法[9]
构建领域本体的方法已经成为一个新的研究热点，在实践中也产生了一些面向不同应用需求的本体方法，如IDEF-5法、骨架法、企业建模法、METHONTOLOGY法、循环获取法、七步法等。通过对他们的比较，本文利用骨架法构建物流公共信息平台的领域本体。骨架法是Uschold和King等人基于从开发企业建模过程的Enterprise Ontology的经验中得出的骨架法（Uschold，1995），该方法使用middle-out开发方式提供本体开发的指导方针，还是与商业和企业有关的术语及其定义的集合。Enterprise Ontology是英国Edinburgh大学AI应用研究所的Enterprise项目组开发，合作伙伴有IBM、Logica UK有限公司和Unilever公司等。骨架法的开发过程：

（1）确定本体应用的目的和范围。根据研究的领域或任务，建立相应的领域本体或过程本体。研究的领域越大，所建的本体也会越大。
（2）本体分析。定义本体所有术语的意思及其之间的关系，该步骤需要领域专家的参与。对该领域了解越多，所建本体越完善。
（3）本体表示。一般用RDF、OWL语义模型来表示本体。
（4）本体评估。建立本体的评估标准是清晰性、一致性、完善性和可扩展性。清晰性就是本体中的术语应无歧义；一致性指的是术语之间逻辑关系上应一致；完善性是指本体中的概念及其关系应是完整的；可扩展性指的是本体应能够可扩展以便适应将来的发展需要。符合评估标准则继续下一步，否则转到第2步。
（5）本体的建立：以文档形式保存所建立的本体。

2构建物流领域本体
本文以GB／T 18354-2001《中华人民共和国国家标准物流术语》、GB/T 7635.1-2002《全国主要产品分类与代码》和GB/T《物流公共信息平台应用开发指南》等标准规定的概念和术语为基础，分析和设计LCIF的主要单证的领域本体。无论是分析还是通过建模工具设计本体、类、属性、约束、还是实例，均表示为资源描述架构（RDF）模式，即是三元组。
2.1物流领域本体分析
本文针对国标“物流公共信息平台应用开发指南－主要单证”中发货通知单证（Delivery Notice Document）为例（见表1），分析和设计物流领域本体，即共享本体（基本本体）和过程本体。

目标：构建LCIF领域本体目标是为物流信息的应用提供语义层次的应用，为供应链的信息集成提供语义基础，为语义异构、结构异构的现存多源数据集成提供“元数据”。
应用范围：LCIF的主要单证主要应用在需求方提出物品需求，并上报给供应方，供应方根据多点物品的需求与储备的情况，制定相应的物品实施计划和配送计划，即业务计划文档。本文采用构建基本本体[5-6]和过程本体[5-6]的模式（见图1），分析与设计发货通知单证涉及的领域本体。
依据《中华人民共和国国家标准物流术语》，分析发货通知单证（Delivery Notice Document）中涉及的概念或术语，并为其提供精确、公认或公理式的描述。
（1）基本本体（base ontology）。LCIF的最高层次的全局共享词汇集，包括了本领域中的基本术语或概念，即形成类，以及类属性要素、类实例的描述。结合表1，发货通知单证中包含的术语或概念有：物品（article）、存储物品的仓库（warehouse）、生产物品的企业（enterprise）、装载或运输物品的设备或设施（devices）、企业或仓库的坐落位置（area）等。
△物品类（article）：发货通知中不可避免要包括保障的物品或货物，此本体包含的属性应是物品本身具备的基本属性或特殊属性，并为属性定义类型和值域等方面。示例：属性｛代码、名称、型号、计量单位、单价、单价单位、危险品、运输等级等｝，单价单位值域｛元、万元、美元、欧元、…｝。
《全国主要产品分类与代码》－可运输产品分为5大部类（见表2），每大部类内又分为若干部类、大类、中类、小类和细类。如0大部类又分6部类（分别为01～06），01部类下又分为9大类，01部类谷物、杂粮及其种子部类又分为9大类等，结合国标《全国主要产品分类与代码》的标准，同级本体类不超过2-12个的原则，物品（article）本体的类结构应为三层，类级别到物品大类。
结合《全国主要产品分类与代码》－可运输产品的规定，在类〔beginning bits encoded ××〕继续增加子类本体。以0大部类为例：01部类种植业产品（beginning bits encoded zeroone）；011大类谷物、杂粮及其种子（beginning bits encoded zerooneone）；012大类蔬菜（beginning bits encoded zeroonetwo）；013大类水果和坚果（beginning bits encoded zeroonethree）；014大类油籽类和含油果类（beginning bits encoded zeroonefour）；015大类活的植物、切花和花蕾、花卉种子及其幼苗、插穗和水果种子、蔬菜种子、林木种子和幼苗（beginning bits encoded zeroonefive）；016大类饮料和香辛料作物产品（beginning bits encoded zeroonesix）；017大类未加工的烟草（beginning bits encoded zerooneseven）；018大类制糖用植物（beginning bits encoded zerooneeight）；019大类不另分类的植物原料（beginning bits encoded zeroonenine）。
△仓库类（warehouse）：存储需要保障的物品的库房信息。属性示例：代码、类型、名称、储备容量、容量计量单位等。根据仓库储备的物品性质及其特点，增加仓库类（warehouse）下子类：通用仓库类（generalwarehouse）、专用仓库类（specialitywarehouse）和特殊仓库类（dangerwarehouse），并进一步描述子类的特有属性及其实例，如特殊仓库类中危险等级及其值域。
△包装类（package）：包装对于物流活动的效率非常重要，因此在货品包装本体必须构建。示例属性：名称、尺寸、材料、净重、托盘模数（modulus）等。结合包装的方式或运输方式，增加包装类（package）的子类：集装化包装（containerization）、托盘包装（palietizing）和散装包装（inbulk），并结合各包装类型标准创建实例，以及特有属性及其值域。
△设备类（devices）：实现物品的发货必须具备相应的运载工具，如运输工具、叉车等。示例属性：代码、名称、额定承载能力等。结合设备的功能特点，设备类（devices）下增加子类：运载工具（vechile）和装卸搬运机械类（fork lift truck）并结合子类特点创建子类属性及其实例。
本体或本体之间的约束关系：企业类与区域类之间的驻地关系、物品类与包装类之间的包装关系、仓库类与物品类之间存储关系，以及类本身属性值域的约束，如物品类（Article）、设备类（devices）的“计量单位〔measure、size_measure、modulus_measure〕”属性的值域来源于计量单位类（measure），企业类（enterprise）的属性“驻地”值域来源于区域类（area）。
（2）过程本体（process ontology）。利用基本本体库中的一个或多个类及其属性、约束生成新的本体。如发货通知单证本体包含了上述部分类及其部分属性，个别属性隶属发货通知单证本身特点。
△单证类（document）：描述物流活动过程中涉及的各种单证及其属性、约束、单证实例等关系。依据国标《物流公共信息平台应用开发指南》的主要单证，单证类（doument）下增加子类：订单类（order）、发货类（delivery）、库存水平类（inventory）、发货状态类（delivery status）、发票（bill）。并在上述类基础上创建或关联属性、约束、继承和实例等内容（由于篇幅所限，LCIF主要单证的其他本体略）。
LCIF主要单证的本体结构见图2（其中，Thing是领域本体的超类，构建的所有类或本体均是其子类）。
2.2利用protégé[1-7]创建LCIF领域本体
目前JOE、KADS22、OILep、OntoEdit、protégé[1]、Ontolingua、WebOnto等本体建模工具不少于50种，通过分析和相关研究人员使用，本文选择protégé作为构建物流公共信息平台的基本本体和过程本体的工具，并确定领域本体库的表达方式，如RDF、OWL等格式。protégé特点是能免费下载，插件可以扩展特殊的功能，如程序编程、本体查询等，具有图形化的用户界面，使用简单，有详细友好的帮助文档，支持多种语言并能支持中文，比较适合本体构建的概念化和形式化阶段，适用于对构建没有过多经验的用户。本体设计阶段的主要内容：确定LCIF领域本体的表达模式（语言）；设计LCIF共享本体和过程本体。
打开protégé。点击『create new project』按钮后，出现选择project类型的界面。在界面中『select a project type』列出了几种类型的选择，选择『protégé files(.pont and .pins)』，然后点击『finish』按钮, 新的项目被成功地建立。在当前创建的项目下创建Thing的子类及其子类的子类，并为各子类指定特有的属性、约束和实例，由于篇幅关系，创建过程略。LCIF领域本体结构见图3。
通过图3所示本体库的创建，本体之间关系、本体属性、本体约束、属性约束、本体实例的设计，为在信息资源实践管理中应用，需要利用protégé提供的功能将其生成rdf或owl本体库。通过本体库与相关数据库字典或数据管理基础标准进行映射，并利用RDF查询语言进行语义层的数据管理。
3结论
本体作为一种论点是新颖、起点较高的，是连接信息系统与哲学之间的纽带，能够在语义层次上解决信息资源管理中的语义异构和结构异构的问题。本文以GB/T《物流公共信息平台应用开发指南－主要单证》为例，通过建立领域本体的概念、概念之间的继承、约束、实例关系表达了物流公共信息平台的主要大爆炸各报告的领域知识，并利用建模工具protégé设计了物流公共信息平台的主要单证的领域本体集合，即基本本体和过程本体。
参考文献：
[1]Natalya F Noy and Deborah L McGuinness. A Guide to Creating Your First Ontology[EB/OL]. (2001-08-10)[2008-09-25].http://protég.éstanford.edu/publications/ontology-develop-ment/ontology101.
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[9]冯志勇,等. 本体工程及其应用[M]. 北京: 清华大学出版社,2007.
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更新时间：2024/12/23 1:21:49