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基于語(yǔ)義Web的旅游信息服務(wù)的研究與應用
摘 要 本文提出了一種基于語(yǔ)義Web的旅游信息服務(wù)應用的新架構，并給出了實(shí)現此服務(wù)應用的構建方法。該方法通過(guò)本體來(lái)增強服務(wù)描述語(yǔ)義，利用OWL本體描述語(yǔ)言來(lái)表示旅游本體的語(yǔ)義信息，通過(guò)基于本體的描述邏輯的推理有效地實(shí)現旅游信息的語(yǔ)義化查詢(xún)和智能化服務(wù)。
關(guān)鍵詞 語(yǔ)義Web；本體；OWL；推理
1 引言
近年來(lái)，Web的發(fā)展日新月異，已經(jīng)成為一個(gè)巨大的全球化信息資源庫。網(wǎng)絡(luò )信息資源數量飛速增長(cháng)，網(wǎng)絡(luò )信息資源組織呈現多種模式并存的局面。專(zhuān)家學(xué)者們在嘗試了多種提高網(wǎng)絡(luò )信息資源組織質(zhì)量，改進(jìn)檢索效率的措施之后，正嘗試綜合運用不同層次的元數據模型來(lái)構建語(yǔ)義Web，使Web文檔的語(yǔ)義能清晰地體現出來(lái)，并為檢索程序所理解。而傳統的旅游信息系統是在數據庫系統的基礎上發(fā)展起來(lái)的，歐洲在這方面有許多成功的例子，比較著(zhù)名的有奧地利帝羅爾信息系統，瑞士阿彭策爾信息系統等[1]。這些系統功能強大，涵蓋了旅游業(yè)的食、宿、行、導、購游等各項服務(wù)功能，但隨著(zhù)旅游服務(wù)信息和服務(wù)需求信息的幾何級數的速度增長(cháng)，基于傳統的旅游信息查詢(xún)已不能適應當前旅游者對旅游信息的快速多變化的需求增長(cháng)，在此基礎上，本文結合目前語(yǔ)義Web技術(shù)的新發(fā)展，提出了一種基于語(yǔ)義web的旅游信息服務(wù)的新構建，其在Web系統中增加機器可理解的語(yǔ)義內容，實(shí)現了語(yǔ)義信息的推理查詢(xún)，有效地提高了旅游信息查詢(xún)的廣度和準確度。
2 語(yǔ)義Web的相關(guān)技術(shù)
2000年Berners_Lee在XML2000會(huì )議上正式提出Sematic Web[2]，它的基本思想就是通過(guò)在Web信息的創(chuàng )作和發(fā)布中嵌入機器可閱讀的、代表某類(lèi)知識的標注，使Web上的數據不僅被機器顯示，而且能夠被機器理解，使網(wǎng)絡(luò )中盡可能多的信息都具有語(yǔ)義的表達。語(yǔ)義Web的體系結構 [2]包括有七層，自下而上各層功能逐漸增強。
2.1語(yǔ)義Web中的本體
本體是對共享的概念化進(jìn)行形式的顯式規范說(shuō)明[3]。通俗地講，本體是用來(lái)描述某個(gè)領(lǐng)域甚至更廣范圍內的概念以及概念之間的關(guān)系，使得這些概念和關(guān)系在共享的范圍內具有大家共同認可的、明確的、唯一的定義。通過(guò)構造領(lǐng)域本體知識庫為信息源提供必要的語(yǔ)義信息，使系統對領(lǐng)域的概念、概念之間的聯(lián)系及領(lǐng)域內的基本公理知識有一個(gè)統一的認識，進(jìn)一步實(shí)現Web信息的智能化推理，提高系統的智能性和精確性。目前本體已經(jīng)被廣泛應用于語(yǔ)義Web 、智能檢索、信息集成等領(lǐng)域[4]。
2.2 語(yǔ)義Web的本體建模語(yǔ)言
2004年，W3C提出OWL作為對本體描述的語(yǔ)言。它有三個(gè)表達能力遞增的子語(yǔ)言：OWL Lite、OWL DL和OWL Full �？紤]到實(shí)際應用在知識表達能力和推理能力較強和保證推理的可判定性?xún)蓚�(gè)方面的要求，選擇OWL DL作為本應用的本體表示語(yǔ)言。
2.3 本體的構建工具
目前的本體構建工具有Ontolingua[5]，WebOnto[6]，OntoSaurus[7]，Protege_2000[8]，WebODE[9]，OntoEdit[10]等。借助這些工具，可以把精力集中在旅游本體信息的組織上，而不必了解本體描述語(yǔ)言的復雜語(yǔ)法細節，避免了很多錯誤的發(fā)生，更方便我們對本體的構建。本應用中，我們采用Protege2000作為該旅游信息本體的構建工具。Protege2000是美國Stanford大學(xué)開(kāi)發(fā)的本體編輯器，它用Java開(kāi)發(fā)是一個(gè)開(kāi)源的項目，以OWL插件的形式支持OWL格式的本體，此OWL插件用Jena包支持OWL文檔的讀取。
2.4 推理的應用
Jena是一個(gè)為語(yǔ)義網(wǎng)應用設計的一個(gè)Java API，專(zhuān)門(mén)用來(lái)構建語(yǔ)義網(wǎng)的應用軟件，它為RDF、RDFS和OWL提供了一個(gè)可編程實(shí)現的環(huán)境。推理功能是Jena中的一個(gè)重要子系統，用來(lái)實(shí)現本體信息的智能推理。
3 語(yǔ)義Web的旅游服務(wù)應用實(shí)例
圖1的本體信息中，實(shí)箭頭表示實(shí)例，虛箭頭表示屬性關(guān)系，其中有部門(mén)機構、省市、旅游景點(diǎn)、旅店等四個(gè)本體的部分信息，當有一游客需要了解桂林的景點(diǎn)名山時(shí)，傳統的做法是建立數據庫系統進(jìn)行管理，但基于關(guān)鍵字的查詢(xún)有時(shí)是不能滿(mǎn)足的，此時(shí)系統可能通過(guò)旅游景點(diǎn)的實(shí)例信息七星公園和象山公園來(lái)找到駱駝山和象鼻山，由于獨秀峰并不存在于景點(diǎn)的具體實(shí)例中，此時(shí)就查詢(xún)不到獨秀峰。然而我們知道廣西師大內有一座獨秀峰，同時(shí)獨秀峰也是旅游景點(diǎn)的一個(gè)子類(lèi)，則可以認為廣西師大也作為一景點(diǎn)實(shí)例。通過(guò)語(yǔ)義Web，利用Jena推理機進(jìn)行語(yǔ)義查詢(xún)，返回獨秀峰作為查詢(xún)結果提交給用戶(hù)。同時(shí)，當要查找桂林市內旅店時(shí)，不僅可以通過(guò)旅店的實(shí)例查詢(xún)到帝苑酒店和桂林賓館，此外，廣西師大內設有學(xué)校招待所，而招待所同時(shí)也是旅店的一個(gè)子類(lèi)，所以認為廣西師大也可作為旅店實(shí)例，并把學(xué)校招待所也作為查詢(xún)結果返回給用戶(hù)。而且當我們要統計桂林市區內的旅游景點(diǎn)時(shí)由于廣西師大和旅游景點(diǎn)并無(wú)直接實(shí)例關(guān)系，借助傳統的數據庫系統無(wú)法得出獨秀峰也是秀峰區的一個(gè)旅游景點(diǎn)。而通過(guò)構建語(yǔ)義Web，我們知道廣西師大內獨秀峰是一旅游景點(diǎn)子類(lèi)，自然也認為廣西師大屬于旅游景點(diǎn)，同時(shí)廣西師大又位于秀峰區，通過(guò)本體和Jena推理機的應用可以方便的查找到秀峰區下有一景點(diǎn)為廣西師范大學(xué)，這樣利用語(yǔ)義Web可以更全面更準確的查找到更多相關(guān)的旅游信息。
４ 基于語(yǔ)義Web的旅游服務(wù)系統
４.1 基本功能結構
系統包括如圖2所示7個(gè)基本功能模塊。
信息統計分析：如指定范圍的旅游景點(diǎn)數，旅游景區的分布，各旅游景區的旅游流情況，旅游景區的分類(lèi)等。
語(yǔ)義描述模塊：負責對指定的信息資源（如非結構化、半結構化、結構化）將相關(guān)領(lǐng)域的本體類(lèi)、語(yǔ)義屬性、語(yǔ)義關(guān)系以及語(yǔ)義規則用OWL進(jìn)行旅游信息的語(yǔ)義描述。
語(yǔ)義提取模塊：本應用選取指定的幾個(gè)有名的旅游信息網(wǎng)站作為輔助信息源，結合語(yǔ)義描述模塊對其中旅游信息進(jìn)行語(yǔ)義提取，將最終結果轉化為OWL格式文件。
語(yǔ)義存儲模塊：主要負責將OWL所描述的信息資源與Protege構建的旅游本體庫一起存儲到MySql數據庫中。
語(yǔ)義查詢(xún)模塊：主要負責基于語(yǔ)義的旅游信息查詢(xún)。
語(yǔ)義輸出模塊：主要負責將旅游信息本體類(lèi)、語(yǔ)義屬性、語(yǔ)義關(guān)系及由此推理得到的隱藏信息以一定的方式呈現給用戶(hù)�？赏ㄟ^(guò)與本體類(lèi)、語(yǔ)義屬性定義的子系統的接口以及推理查詢(xún)子系統的接口來(lái)獲得。
系統維護管理模塊：主要是系統本體數據庫建立、編輯與更新，以及系統的界面修改和文件管理等。
４.2 基于語(yǔ)義的推理查詢(xún)
基于語(yǔ)義Web的旅游信息服務(wù)應用最重要的一個(gè)功能就是在系統中使用了基于本體的語(yǔ)義推理查詢(xún)，由于使用本體作為檢索系統的語(yǔ)義核心，充分利用其在知識表示和語(yǔ)義描述上的特性和優(yōu)點(diǎn)，將語(yǔ)義處理結合到應用模型中去，利用Jena推理機結合自定義的規則庫進(jìn)行更廣泛的推理，很好的實(shí)現信息查詢(xún)的智能化�；谡Z(yǔ)義的推理查詢(xún)可實(shí)現如下子查詢(xún)：
周邊信息查詢(xún)：查詢(xún)從指定地點(diǎn)周邊指定距離內的旅游資源、公共服務(wù)設施及企事業(yè)單位。用戶(hù)可以對某一地點(diǎn)對其周邊指定范圍內的指定資源類(lèi)別進(jìn)行查詢(xún)分析，如對桂林市區“漓江”周邊“2000米”范圍內的“四星級的景點(diǎn)”進(jìn)行查詢(xún)分析，得到了七星公園、象山公園、伏波山、疊彩山等4條查詢(xún)結果，點(diǎn)擊其中一條即可顯示出其相關(guān)旅游信息。
最近信息查找：查詢(xún)離指定地點(diǎn)最近的旅游資源、公共服務(wù)設施及企事業(yè)單位。用戶(hù)可對某一地點(diǎn)查詢(xún)距離其最近的一類(lèi)指定資源類(lèi)別，并顯示其查詢(xún)結果和相關(guān)旅游信息。如我們要查詢(xún)距離“廣西師大”最近的“四星級景點(diǎn)”，推理查詢(xún)后得到“伏波山”1條查詢(xún)結果。
高級查詢(xún)：系統提供給用戶(hù)多種選擇信息進(jìn)行自動(dòng)匹配并推理查找出條件相符的各類(lèi)信息。由于本應用中的各種查詢(xún)都要利用部署在接口與本體之間的推理機，通過(guò)推理機對查詢(xún)的語(yǔ)言進(jìn)行規范統一的處理后，根據本體中內容之間的邏輯關(guān)系推理出備選的答案。
４.3 系統實(shí)現
4.3.1系統模型架構
本系統采用B/S模式，所用軟件包均是基于 Java環(huán)境的開(kāi)源項目，具有很好的移植性和開(kāi)放性。該系統利用“旅游信息本體庫”為用戶(hù)提供基于本體的語(yǔ)義信息檢索，采用可視化的界面和多種方式的查詢(xún)入口，實(shí)現基于語(yǔ)義的智能信息查詢(xún)。系統模型架構如圖3所示。
用戶(hù)端界面作為系統的門(mén)戶(hù)，包括信息錄入、顯示和查詢(xún)等操作，它為用戶(hù)通過(guò)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)信息系統提供了一個(gè)基于Web的接口。用戶(hù)通過(guò)瀏覽窗口提交服務(wù)請求給HTTP服務(wù)器，HTTP服務(wù)器從消息中解析出查詢(xún)請求，轉發(fā)請求給服務(wù)器端的Web服務(wù)器，Web服務(wù)器把請求交給Servlet服務(wù)器組件，調用javaBean通過(guò)內部推理機，搜索本體數據庫中的信息。Web服務(wù)器把推理查詢(xún)的結果遞交給HTTP服務(wù)器，再由HTTP服務(wù)器把結果包裝成SOAP消息發(fā)送給用戶(hù)。
4.3.2本體信息數據庫
本體數據庫中存儲的是相關(guān)的旅游本體信息，是整個(gè)系統的基石。
圖4中對旅游領(lǐng)域相關(guān)的非結構化、半結構化和結構化信息進(jìn)行語(yǔ)義實(shí)體和語(yǔ)義關(guān)系的抽取，結合構建好的領(lǐng)域本體庫一并置入語(yǔ)義本體數據庫中。我們將語(yǔ)義本體庫存儲在MySql關(guān)系數據庫中，使用關(guān)系數據庫的表結構來(lái)存儲本體庫中的三元數據。由于“旅游本體庫”是用Protege作為工具開(kāi)發(fā)的，因此本體庫最初的存儲方式是OWL文件，這里需要利用OwlFile2DB類(lèi)來(lái)將本體數據庫裝載到數據庫中去�；跀祿䦷斓谋倔w存儲方式比文件存儲方式能處理更大的本體庫模型，而且不需要顯式的保存數據模型，效率更高，但是需要復雜的數據庫配置。但對于大多數應用來(lái)說(shuō)，數據庫方式是必要的。所以本應用采用了這種方式。
4.3.3推理查詢(xún)模塊
應用中的本體信息查詢(xún)是基于語(yǔ)義Web技術(shù)的發(fā)展，考慮到查詢(xún)用戶(hù)的特性以控制查詢(xún)過(guò)程，通過(guò)使用一些描述邏輯語(yǔ)言，對大量的領(lǐng)域信息和網(wǎng)絡(luò )資源使用邏輯表述進(jìn)行唯一規范化的合理解析，并使用語(yǔ)義精確方法與本體數據庫中的術(shù)語(yǔ)相關(guān)聯(lián)，利用本體庫中的術(shù)語(yǔ)及術(shù)語(yǔ)之間的關(guān)系來(lái)建立用戶(hù)查詢(xún)界面，系統將用戶(hù)的選擇包含到查詢(xún)串中，對本體數據庫中的旅游信息進(jìn)行語(yǔ)義查詢(xún)我們還需要利用Jena推理機來(lái)實(shí)現此功能。首先，把圖1中所有用到的與旅游相關(guān)的概念、關(guān)系和實(shí)例用Protege工具構建好，以OWL的形式存儲到MySql數據庫中。對于選定的一些輔助網(wǎng)絡(luò )資源，通過(guò)本體發(fā)現、本體映射等方法進(jìn)行語(yǔ)義實(shí)體及語(yǔ)義關(guān)系的發(fā)現和抽取并將結果以OWL的形式存儲到語(yǔ)義本體數據庫中。第二，根據查詢(xún)需要構造本體規則庫：如：
Rule1：(?x hasHill ?y)，(?y isSubClassOf ?z) (?x isSubClass ?z)
Rule2：(?x hasHill ?y)，(?x locateIn ?z) (?Y locateIn ?z)
Rule3：(?x hasHotel ?y)，(?y isSubClassOf ?z) (?x isSubClassOf ?z)
Rule1說(shuō)明如果某部門(mén)機構x內有一座山y，而y屬于旅游景點(diǎn)z，則x也屬于旅游景點(diǎn)z的子類(lèi)。Rule2說(shuō)明如果某部門(mén)機構x內有一座山y，x位于城區z，則y也位于城區z。Rule3說(shuō)明如果某部門(mén)機構x設有招待所y，而y屬于旅店z，則x也屬于旅店z。第三，把建立好的規則庫放入Jena推理機中，基于前面建立的本體信息數據庫進(jìn)行推理，可以很方便的推理查詢(xún)出更多更精確的旅游信息。
本應用系統利用本體把語(yǔ)義信息加入到檢索中，實(shí)現了描述邏輯推理過(guò)程的優(yōu)化，實(shí)現了語(yǔ)義Web的推理查詢(xún)方法。實(shí)際應用表明，該方法能夠以一種明確的、形式化的方式來(lái)表示領(lǐng)域知識，促進(jìn)知識共享的實(shí)現和智能性檢索技術(shù)的應用。
５ 結束語(yǔ)
基于語(yǔ)義Web的系統構建是未來(lái)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的必然趨勢。我們知道本體是語(yǔ)義Web中最關(guān)鍵的技術(shù)，它使得Web上的信息共享和重用成為可能。但當前的本體編輯工具發(fā)展得還不成熟。要使得本體編輯工具得到更廣泛的應用，還應在界面化、功能完善、推理支持和與其它的開(kāi)發(fā)工具結合上更進(jìn)一步。同時(shí)本體集成、映射方法還很不成熟。雖然語(yǔ)義Web技術(shù)的研究取得了很大的發(fā)展，但是Intenet上基于本體的語(yǔ)義的應用卻不能得到很好的實(shí)現，使得信息的共享查詢(xún)不能很好的在各個(gè)領(lǐng)域中得以交融，這些都有待我們做更進(jìn)一步的深入研究。
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