圖書館移動(dòng)服務(wù)情境本體設(shè)計(jì)研究

周玲元

〔摘 要〕本文針對(duì)圖書館服務(wù)情境信息種類繁多、信息結(jié)構(gòu)和表達(dá)方式不一問題，研究利用本體機(jī)制實(shí)現(xiàn)圖書館各信息系統(tǒng)之間的語義表達(dá)、規(guī)范業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)格式。文章進(jìn)行了圖書館情境感知環(huán)境下的本體設(shè)計(jì)，包括用戶、移動(dòng)智能終端和物理環(huán)境情境模型的構(gòu)建；利用Protégé本體開發(fā)工具建立了情境感知服務(wù)本體模型。

〔關(guān)鍵詞〕智慧圖書館；移動(dòng)服務(wù)；情境感知；個(gè)性化服務(wù)；本體

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2015.11.012

〔中圖分類號(hào)〕G2507 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A 〔文章編號(hào)〕1008-0821（2015）11-0069-05

Designed of Library Mobile Service Ontology Based on Context Aware

Zhou Lingyuan1，2

（1.School of Economics & Management，Nanchang Hangkong University，Nanchang 330063，China；

2.Information Engineering School，Nanchang University，Nanchang 330063，China）

〔Abstract〕Auording to the problem of context information structure and expression in the library service，the paper conducted a research on the implementation of library information system semantic expression，used ontology mechanism to standardize business processes and data format.The ontology of library context aware environment was designed，including construction of users，mobile intelligent terminal and the physical environment situation model；This paper used Protégé to establish the context aware service ontology model.

〔Key words〕smart library；mobile service；context-awareness；personalization；ontology

過去的幾十年中，信息的急劇膨脹導(dǎo)致信息超載的出現(xiàn)，而且是以不同的數(shù)字格式、多樣的媒體渠道傳播著，用戶面對(duì)海量數(shù)據(jù)更容易產(chǎn)生焦慮情緒。特別是在移動(dòng)狀態(tài)下尋找數(shù)據(jù)越來越困難，為解決信息超載問題人們提出“個(gè)性化服務(wù)”概念，其目的就是構(gòu)建用戶模型基礎(chǔ)上，從而提供個(gè)性化服務(wù)。個(gè)性化服務(wù)一般有建模、推薦輸出、評(píng)價(jià)反饋三階段組成，其中建模是基礎(chǔ)，依靠建模技術(shù)了解其獨(dú)特偏好和需求從而提供個(gè)性化服務(wù)成為可能。

近年來，基于本體的圖書館移動(dòng)服務(wù)建模技術(shù)日益成為個(gè)性化服務(wù)領(lǐng)域的重要研究分支，基于本體的個(gè)性化檢索系統(tǒng)被應(yīng)用在公共服務(wù)領(lǐng)域（數(shù)字博物館導(dǎo)覽、數(shù)字圖書館查詢等），國(guó)內(nèi)外也有相關(guān)學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)將本體建模技術(shù)移植應(yīng)用到移動(dòng)用戶服務(wù)中去，然而在國(guó)內(nèi)基于本體的圖書館移動(dòng)服務(wù)情境建模研究成果卻鮮有發(fā)現(xiàn)。本文利用本體技術(shù)，構(gòu)建融入情境的圖書館移動(dòng)服務(wù)模型，為移動(dòng)用戶個(gè)性化服務(wù)提供必要的理論支持。并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)建立智慧圖書館移動(dòng)服務(wù)情境模型，并使得構(gòu)建的情境模型具有準(zhǔn)確的語義信息和良好的擴(kuò)展性，能夠很好地支持跨平臺(tái)邏輯推理和知識(shí)共享。

1 本體建模工具及過程

11 本體的構(gòu)建工具

近年來，本體構(gòu)建工具的發(fā)展比較迅速，出現(xiàn)了許多本體建模工具，多位研究人員對(duì)本體的構(gòu)建工具發(fā)展進(jìn)行了綜述[1]，目前應(yīng)用廣泛的本體開發(fā)工具有：Protégé、SemanticWorks、TopBraid Composer、SWOP、OntoStudio、IODE、WebODE和NeOn等[2]；本文中圖書館個(gè)性化服務(wù)系統(tǒng)本體構(gòu)建所需工具選用Protégé。Protégé由斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院相關(guān)研究機(jī)構(gòu)開發(fā)，和其他本體構(gòu)建工具相比，Protégé具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）免費(fèi)開放資源，所有用戶都可以免費(fèi)下載使用，擁有最多注冊(cè)使用用戶的本體構(gòu)建工具。（2）界面友好且支持中文，既方便用戶操作，也便于本項(xiàng)目原型模型的設(shè)計(jì)開發(fā)；（3）可擴(kuò)展性好，支持添加各種插件擴(kuò)展Protégé功能；（4）圖形化表示，支持圖形化文本編輯，用圖形的方式表示本體中概念間的關(guān)系，簡(jiǎn)單易懂；（5）模塊化設(shè)計(jì)，允許開發(fā)人員將本題庫(kù)細(xì)分為幾個(gè)部分，最后再進(jìn)行綜合。正是以上優(yōu)點(diǎn)，使得Protégé成為本文構(gòu)建原型模型本體的首選工具。

12 本體的構(gòu)建過程

目前已有建模方法很多，出于各自領(lǐng)域和具體工程的考慮，沒有一套完整的統(tǒng)一的構(gòu)建方法，即在不同的領(lǐng)域，擁有不同的建模特征。主要還是參照軟件工程中有關(guān)軟件開發(fā)流程，目前比較典型的開發(fā)模式包括 Kactus法、Sensus、骨架法、IDEF5法、Methontology法、Tove法和七步法等[2]。各種方法的建模過程及步驟雖有不同，但基本上都包括有：確定目標(biāo)、已有本體的重用、形式化、動(dòng)態(tài)維護(hù)和客觀評(píng)價(jià)等階段。斯坦福大學(xué)提出的七步法由于構(gòu)建過程清晰而為廣泛采用，本文采用斯坦福大學(xué)的七步法，結(jié)合情境領(lǐng)域本體的應(yīng)用需求，提出構(gòu)建情境領(lǐng)域本體的一般步驟：（1）確定本體的應(yīng)用目標(biāo)和范圍；（2）考慮本體重用的基礎(chǔ)上枚舉本體概念；（3）建立類層次結(jié)構(gòu)及概念間的連接；（4）定義屬性約束；（5）創(chuàng)建本體實(shí)例。endprint

2015年11月 第35卷第11期 現(xiàn)?"代?"情?"報(bào) Journal of Modern Information Nov，2015 Vol35 No11

2015年11月 第35卷第11期 圖書館移動(dòng)服務(wù)情境本體設(shè)計(jì)研究 Nov，2015 Vol35 No11

2 圖書館移動(dòng)服務(wù)情境分類與獲取

21 圖書館移動(dòng)服務(wù)情境分類

構(gòu)造圖書館情境感知服務(wù)本體的主要目的是為了獲取相關(guān)信息服務(wù)的領(lǐng)域知識(shí)，提供對(duì)圖書館服務(wù)知識(shí)的共同認(rèn)可和理解，確定相關(guān)詞匯及其語義信息，定義詞匯間的相互關(guān)系，從而為情境感知服務(wù)系統(tǒng)的構(gòu)建提供語義支持。本體的創(chuàng)建有利于實(shí)現(xiàn)各信息系統(tǒng)間的信息流通，規(guī)范業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)格式，為智慧圖書館的建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

本文試圖建立圖書館情境感知服務(wù)領(lǐng)域本體，結(jié)合上述本體模型構(gòu)建方法、原則及步驟對(duì)圖書館情境感知服務(wù)本體進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。考慮到移動(dòng)環(huán)境下圖書館信息服務(wù)的實(shí)際情況，本文采用邱瑋寧等人[3-4]的情境分類方法，將圖書館情境感知服務(wù)領(lǐng)域本體劃分為用戶情境本體、物理環(huán)境情境本體、移動(dòng)智能終端情境本體3個(gè)子領(lǐng)域本體，首先通過分別研究構(gòu)建3個(gè)子領(lǐng)域本體，最后匯總構(gòu)建總體情境感知服務(wù)本體模型。

211 用戶情境

用戶情境相關(guān)概念是建立在用戶情境本體體系基礎(chǔ)上的，用戶情境本體體系由用戶情境信息匯集而成。在有關(guān)用戶情境信息的已有研究中，對(duì)用戶情境信息的分類及方法有著廣泛的共識(shí)，即用戶情境信息包括靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的情境信息。其中用戶靜態(tài)情境信息指的是用戶個(gè)人基本信息，這些信息一般是不會(huì)變。用戶動(dòng)態(tài)信息指的是用戶隨著場(chǎng)景變化而改變的信息，諸如認(rèn)知信息、性格特征、行為數(shù)據(jù)、情緒狀態(tài)等。用戶情境本體體系的確定需要體現(xiàn)這些靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的情境數(shù)據(jù)。

212 終端設(shè)備情境

移動(dòng)智能終端的情境要素很多，其中比較重要的要素有3個(gè)：終端的軟件、硬件以及網(wǎng)絡(luò)信息。用戶通常是隨身攜帶移動(dòng)智能終端的，即用戶的網(wǎng)絡(luò)信息往往可以通過智能終端自動(dòng)獲取的，所以本文將網(wǎng)絡(luò)情境放置在移動(dòng)智能終端進(jìn)行概述。軟件信息通常包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件；硬件包含的信息非常豐富，可以分為性能描述和非功能性描述進(jìn)行概括，非功能性的有重量、大小、品牌型號(hào)等組成。

213 物理環(huán)境情境

物理環(huán)境情境包括終端設(shè)備的位置、時(shí)間和環(huán)境等信息，環(huán)境信息是與用戶或終端設(shè)備相關(guān)聯(lián)的情境要素，涉及的概念有光線、天氣、溫度、濕度、加速度等；這些信息可以通過特定的傳感器或終端設(shè)備自動(dòng)獲取。位置是許多情境感知應(yīng)用中的至關(guān)重要的情境數(shù)據(jù)，移動(dòng)智能終端的一個(gè)主要特征是可移動(dòng)的，因此基于位置的建模方法成為情境感知的重要研究?jī)?nèi)容。位置的不同對(duì)用戶偏好的影響可能是非常重要的，比如：用戶在圖書館閱覽室里，則系統(tǒng)推薦的內(nèi)容就不應(yīng)該是音頻視頻，以免影響其他同學(xué)的自習(xí)；再如，有些圖書館基于二維碼的校史展覽館，其中的二維碼就植入了位置信息，用戶只需掃描二維碼就可獲取相關(guān)的資料，系統(tǒng)可以附帶推薦該位置附近的其他服務(wù)。類似的基于位置感知的服務(wù)在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果。位置情境可以借鑒地理空間信息系統(tǒng)（GIS）系列研究成果的本體概念，以此作為本體重用的基礎(chǔ)，結(jié)合普適計(jì)算系統(tǒng)提煉出一個(gè)較為完整、輕量級(jí)空間本體，為本文構(gòu)建情境模型提供概念基礎(chǔ)。

22 圖書館移動(dòng)服務(wù)情境信息獲取

221 用戶情境

我國(guó)的教育部教育信息化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)CELTSC（Chinese E-Learning Technology Standardization Committee）制定的《學(xué)習(xí)者模型規(guī)范CELTS-11》將學(xué)習(xí)者信息分為8類：個(gè)人信息、學(xué)業(yè)信息、管理信息、關(guān)系信息、安全信息、偏好信息、績(jī)效信息和作品集信息[5]?；谠撃Ｐ鸵?guī)范，結(jié)合圖書館移動(dòng)服務(wù)實(shí)際，本文認(rèn)為圖書館移動(dòng)服務(wù)用戶情境要素包括：用戶個(gè)人信息、學(xué)業(yè)基礎(chǔ)、和性格偏好。其中用戶個(gè)人信息涉及用戶的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息描述，對(duì)應(yīng)CELTSC的個(gè)人信息、管理信息、關(guān)系信息和安全信息；學(xué)業(yè)基礎(chǔ)指的是用戶當(dāng)前對(duì)于知識(shí)的掌握程度，對(duì)應(yīng)CELTS的學(xué)業(yè)信息、績(jī)效信息和作品集信息；性格偏好指的是用戶的行為特征趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)CELTS的偏好信息。用戶個(gè)人信息主要依靠注冊(cè)信息來獲取，學(xué)業(yè)基礎(chǔ)信息采用測(cè)試方法獲得，性格偏好一般通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的挖掘得到。

222 終端設(shè)備情境

終端設(shè)備情境主要包括：軟件、硬件和網(wǎng)絡(luò)信息三大類，硬件涉及終端設(shè)備特性，諸如大小、重量、交互方式等，軟件包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)信息包括網(wǎng)絡(luò)類型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、帶寬、數(shù)據(jù)類型等信息。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及無線通信技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)著各個(gè)行業(yè)移動(dòng)業(yè)務(wù)的拓展，多樣化的無線通信技術(shù)（藍(lán)牙、WiFi、3G/4G、移動(dòng)通信技術(shù)）刺激并鼓動(dòng)移動(dòng)業(yè)務(wù)的蔓延。移動(dòng)智能設(shè)備已經(jīng)成為高校師生的標(biāo)配，融入每個(gè)人的日常生活；各大高校圖書館都已開設(shè)移動(dòng)業(yè)務(wù)，圖書館情境感知服務(wù)應(yīng)該依靠其移動(dòng)性、個(gè)性化特點(diǎn)成為廣大師生移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)生活中的一部分。通過調(diào)整圖書館服務(wù)內(nèi)容、數(shù)字資源形式滿足用戶個(gè)性化需求，提升圖書館在學(xué)生心中的影響力。設(shè)備情境的相關(guān)參數(shù)的獲取一般通過讀取系統(tǒng)配置文件或通過專用的測(cè)試軟件來實(shí)現(xiàn)。

223 物理環(huán)境情境

物理環(huán)境情境要素主要包括：時(shí)間、位置和環(huán)境信息。其中時(shí)間情境和位置情境在有些文獻(xiàn)中合稱時(shí)空情境，不同的應(yīng)用對(duì)時(shí)間及位置信息要求不一樣，時(shí)間和位置的分類根據(jù)不同應(yīng)用需要有不同的種類，常見的有絕對(duì)時(shí)空和相對(duì)時(shí)空、室內(nèi)時(shí)空和室外時(shí)空等。絕對(duì)時(shí)空一般是確切且可量化的信息，比如東經(jīng)1413，北緯263、201閱覽室、圖書館正大門及年、月、日、時(shí)、分、秒等形式構(gòu)成；也可以根據(jù)應(yīng)用需求采用相對(duì)時(shí)空進(jìn)行記錄，圖書館應(yīng)用一般的形式有年、學(xué)期、周次等時(shí)間形式；也有模糊描述位置信息，比如圖書館二樓、圖書館后門100米等。室內(nèi)和室外時(shí)空劃分主要是根據(jù)定位技術(shù)而來，室外的定位技術(shù)主要是GPS、北斗、格洛納斯；室內(nèi)的定位技術(shù)主要有RFID、WiFi、無線網(wǎng)絡(luò)基站、紅外傳感器等方式實(shí)現(xiàn)。環(huán)境信息：用戶所處自然環(huán)境的客觀描述數(shù)據(jù)，通常情況下比較常用的數(shù)據(jù)有溫度、濕度、天氣狀況、光線、噪聲等，這些數(shù)據(jù)是否有用依賴于應(yīng)用系統(tǒng)的決策需求。對(duì)于圖書館情境感知服務(wù)系統(tǒng)而言，環(huán)境信息是從屬于時(shí)空信息的，通常作為一種輔助性的決策參數(shù)。環(huán)境信息的獲取主要依靠傳感器、智能終端設(shè)備直接獲取。endprint

3 圖書館移動(dòng)服務(wù)情境本體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

31 圖書館移動(dòng)服務(wù)情境本體設(shè)計(jì)

311 用戶情境本體相關(guān)概念

本文參照上文所述的用戶情境信息分類，構(gòu)造用戶情境領(lǐng)域本體的概念系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)，涉及的相關(guān)概念分為3個(gè)大類，包括用戶個(gè)人信息、學(xué)業(yè)基礎(chǔ)、性格偏好信息；用戶個(gè)人信息可細(xì)分為用戶基本信息和用戶網(wǎng)絡(luò)信息等；本文對(duì)其中的某些相關(guān)概念解釋如下：

（1）用戶個(gè)人信息：主要描述的是個(gè)人基本信息，也可以細(xì)分為網(wǎng)絡(luò)中的個(gè)人注冊(cè)信息和社會(huì)生活中的個(gè)人信息等細(xì)分概念。一般由用戶姓名、年齡、性別、身高、體重、身份證號(hào)碼、聯(lián)系方式等組成。

（2）學(xué)業(yè)基礎(chǔ)：主要描述的是與學(xué)習(xí)相關(guān)的概念信息，一般包括：選課記錄、考試成績(jī)、學(xué)科排名、測(cè)試考核信息等。

（3）用戶性格偏好：主要描述的是基于用戶心智模式的相關(guān)特性，一般包括：生活背景、教育背景、學(xué)習(xí)能力、性格特征等。

（4）網(wǎng)絡(luò)歷史數(shù)據(jù)：主要描述的是用戶歷史行為數(shù)據(jù)，一般包括Web日志信息、用戶評(píng)價(jià)信息、用戶瀏覽路徑信息等。

312 移動(dòng)智能終端情境本體相關(guān)概念

本文認(rèn)為：移動(dòng)智能終端的情境主要有軟件、硬件和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)三大類，軟件情境包括操作系統(tǒng)及其應(yīng)用系統(tǒng)，涉及的基本概念操作系統(tǒng)類別、版本、操作語言、協(xié)議類型、媒體格式等；硬件情境主要是終端設(shè)備物理特性和性能指標(biāo)，涉及的概念有屏幕尺寸、電量、品牌型號(hào)、存儲(chǔ)參數(shù)、交互方式、顯示性能等；網(wǎng)絡(luò)參數(shù)主要包括網(wǎng)絡(luò)性能和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，涉及概念有最大能力、最小保證、順序交付、可用帶寬、通信方式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型等。本文對(duì)其中的某些相關(guān)概念解釋如下：

（1）3G是第三代移動(dòng)通信技術(shù)，是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù)。3G服務(wù)能夠同時(shí)傳送聲音及數(shù)據(jù)信息，速率一般在幾百Kbps以上。3G是指將無線通信與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng)，目前3G存在3種標(biāo)準(zhǔn)：CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。

（2）WiFi俗稱無線網(wǎng)絡(luò)，一種能夠?qū)€(gè)人電腦、手持設(shè)備（如PDA、手機(jī)）等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。一般由基本服務(wù)單元、分配系統(tǒng)、接入點(diǎn)、關(guān)口等要素組成。

（3）終端設(shè)備種類繁多，本文指的是移動(dòng)狀態(tài)下能夠連接互聯(lián)網(wǎng)的智能終端。其物理特性一般由：生產(chǎn)廠商、品牌型號(hào)、尺寸大小、內(nèi)存、主板、電池容量等組成。

313 物理環(huán)境情境本體相關(guān)概念

本文參照文獻(xiàn)[6]所采用的物理環(huán)境信息分類，構(gòu)造物理環(huán)境領(lǐng)域本體的概念系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)，涉及的相關(guān)概念分為3個(gè)大類，包括時(shí)間信息、位置信息、環(huán)境信息；時(shí)間和位置信息可細(xì)分為絕對(duì)時(shí)空信息和相對(duì)時(shí)空信息等；本文對(duì)其中的某些相關(guān)概念解釋如下：

（1）時(shí)間信息：主要描述的是時(shí)間基本信息，也可以細(xì)分為絕對(duì)時(shí)間和相對(duì)時(shí)間概念。一般由年月日、學(xué)期、周次、節(jié)假日等組成。

（2）位置信息：主要描述的是與用戶相關(guān)的位置信息，一般包括：經(jīng)度緯度、室內(nèi)室外等。

（3）環(huán)境信息：主要描述的是基于用戶周邊環(huán)境的相關(guān)信息，一般包括：溫度、濕度、光線、噪聲等。

32 圖書館移動(dòng)服務(wù)情境本體實(shí)現(xiàn)

通過圖書館移動(dòng)服務(wù)情境分析和總結(jié)，本文構(gòu)建的情境本體總體模型分為用戶情境、移動(dòng)智能終端情境、物理環(huán)境情境3個(gè)大類，各個(gè)大類又包括各自子類。本節(jié)將進(jìn)行圖書館移動(dòng)服務(wù)情境本體總體模型的設(shè)計(jì)，采用本體融合的方式構(gòu)建。即將3個(gè)情境本體通過交集法和并集法融合為情境總體模型，如圖1所示。

圖1 情境本體總體模型

情境本體總體模型的OWL片段，如圖2所示，此文檔主要采用XML、RDF和OWL標(biāo)準(zhǔn)來定義的。

4 總 結(jié)

本文利用Protégé本體開發(fā)工具，借鑒“七步法”的思想建立圖書館情境感知服務(wù)本體模型；對(duì)圖書館移動(dòng)服務(wù)情境分類及獲取方式進(jìn)行了系統(tǒng)研究；結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的特性，將圖書館情境感知服務(wù)本體細(xì)分為用戶情境本體模型、移動(dòng)智能終端情境本體、物理環(huán)境情境本體3個(gè)子領(lǐng)域本體，通過分別構(gòu)建3個(gè)子領(lǐng)域本體，最后匯總構(gòu)建總體情境感知服務(wù)本體模型。

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（本文責(zé)任編輯：郭沫含）endprint