電子政務(wù)語義互操作發(fā)展現(xiàn)狀研究

[摘要]首先分析歐盟互操作框架(EIF)，總結(jié)4種類型互操作使用的情況。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析各國實(shí)施的語義互操作項(xiàng)目，總結(jié)出3種實(shí)現(xiàn)語義互操作的方法，分別是:將SOA、語義和本體論結(jié)合，WSMO中Choreography、Orchestration和中介器以及服務(wù)?—需求轉(zhuǎn)換器。

[關(guān)鍵詞]語義互操作 SOA WSMO 中間件 服務(wù)需求轉(zhuǎn)換器

1 引 言

電子政務(wù)的建設(shè)最重要的就是實(shí)現(xiàn)信息在公共部門間的自由傳遞和共享。但由于各個部門沒有統(tǒng)一規(guī)劃和部署，都是自己建設(shè)信息系統(tǒng)，這會導(dǎo)致異構(gòu)問題，使得各個業(yè)務(wù)流程和系統(tǒng)之間無法實(shí)現(xiàn)互操作?；ゲ僮髂苁狗植嫉目刂葡到y(tǒng)設(shè)備通過相關(guān)信息的數(shù)字交換實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。信息系統(tǒng)之間的互操作必須是一種交互行為，一方提供服務(wù)而另一方接受服務(wù)，其中包含兩個系統(tǒng)(實(shí)體)之間的信息交流過程。語義互操作能使兩個服務(wù)單元或者系統(tǒng)間具有交換精確含意數(shù)據(jù)的能力，并且接收方能夠準(zhǔn)確地翻譯或轉(zhuǎn)換所傳遞的內(nèi)容，即信息、知識能夠被理解[1]。語義互操作有利于政務(wù)資源的數(shù)據(jù)交換，還可以實(shí)現(xiàn)政務(wù)領(lǐng)域知識的自動推理和智能處理[2]，最終使各部門協(xié)作工作，提高政府工作的透明度，提高處理突發(fā)事件的能力。

2 語義互操作在電子政務(wù)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 泛歐電子政府互操作框架

因?yàn)闅W盟有許多成員國組成，當(dāng)加入新的成員、新的服務(wù)或修改現(xiàn)有的服務(wù)時，就會產(chǎn)生新的互操作問題，所以異構(gòu)現(xiàn)象最為嚴(yán)重，對互操作的要求也最高。泛歐洲電子政府服務(wù)，不僅要為公民、企業(yè)等政府客戶提供無縫互操作電子政府服務(wù)，還要在不同國家聯(lián)合組成的歐洲聯(lián)盟公共行政系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互操作[3]。這種服務(wù)于跨組織邊界的電子政務(wù)服務(wù)會涉及到許多領(lǐng)域的操作問題。它需要進(jìn)行更多的資源整合實(shí)現(xiàn)互操作。

鑒于許多互操作的方法都是只針對某一特定方面，缺少靈活性，歐盟定義了歐盟互操作框架(EIF)，其中包含4種電子政務(wù)互操作的類型:技術(shù)互操作、語義互操作、組織互操作和管理互操作[4]。這4種互操作類型適用于不同的情況:①組織互操作適用于兩個成員國間沒有可以互相兼容的業(yè)務(wù)流程，但有協(xié)同工作的需求?？梢酝ㄟ^創(chuàng)建一個能滿足雙方業(yè)務(wù)流程的程序?qū)崿F(xiàn)互操作。②語義互操作用于成員國間雖然有可以兼容的業(yè)務(wù)流程，但是雙方描述業(yè)務(wù)流程的術(shù)語不同。語義互操作系統(tǒng)能將接收到的信息與其他信息資源進(jìn)行聯(lián)合，將需要共享的信息轉(zhuǎn)換成能被其他組織接受的表示形式。③由于組織雙方有不同的協(xié)議、語言、制度和貨幣政策，雖然組織有可以互相兼容的業(yè)務(wù)流程，描述業(yè)務(wù)流程的術(shù)語也可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但是仍然不能有效地進(jìn)行電子數(shù)據(jù)的交換。這時可以采用技術(shù)互操作提供的技術(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。④與互操作應(yīng)用開發(fā)和利用相關(guān)的政治、法律和結(jié)構(gòu)條件也是很重要的一部分內(nèi)容，它可以對以上三方面的互操作提供支持，有關(guān)內(nèi)容要依靠管理互操作實(shí)現(xiàn)。

在這幾方面中，語義互操作有著越來越重要的作用，因?yàn)樗艽龠M(jìn)各類信息資源的共享與使用。利用語義互操作，可以使各類資源實(shí)現(xiàn)合理的分類和準(zhǔn)確的注冊，促進(jìn)不同資源之間的交互、協(xié)同和高效利用，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)之間的無縫鏈接。

2.2 歐洲各國的電子政府語義互操作研究項(xiàng)目

歐盟各國針對語義互操作問題開展了許多研究項(xiàng)目。這些項(xiàng)目不僅關(guān)注組織內(nèi)部數(shù)據(jù)的共享、流程的重用，還特別注重對跨組織邊界的互操作研究。英國政府的E-GIF項(xiàng)目[5]提出電子政務(wù)的建設(shè)應(yīng)以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系為核心。英國的互操作框架建立在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、開放源碼、注重實(shí)用與共享的原則之上，針對語義互操作的實(shí)現(xiàn)，推出電子政務(wù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(E-GMS)和一系列技術(shù)性政策，涉及到網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、中間件、數(shù)據(jù)集成、內(nèi)容管理員數(shù)據(jù)、電子服務(wù)訪問通道等內(nèi)容。該框架側(cè)重于數(shù)據(jù)交換，定義了跨政府和公共領(lǐng)域信息流的技術(shù)政策和規(guī)范，體現(xiàn)了互通性、數(shù)據(jù)繼承性。

丹麥制定了一個名為“InfoStructureBase”[6]的基于XML模式的共享庫，在互操作框架中加入XML模式和一系列標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口，用于不同部門之間的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)語義互操作。它不僅強(qiáng)調(diào)對領(lǐng)域本體的定義，更強(qiáng)調(diào)對已有的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)交換模式的重用。

德國制定了電子政務(wù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)(SAGA)，其中，Governikus項(xiàng)目注重互操作的研究，提升政府部門的協(xié)同工作能力，促進(jìn)程序最佳化，工作流程標(biāo)準(zhǔn)化，提高了透明度和法律上的安全性; OSCL/XMeld注重組織內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，OSCL/XJustiz注重組織內(nèi)部的XML模式交換標(biāo)準(zhǔn)，最終通過聯(lián)邦委員會共同努力實(shí)現(xiàn)跨地區(qū)的語義互操作。

通過對以上幾個國家所實(shí)施項(xiàng)目的分析，可以看出各國都非常重視對語義互操作的研究。另外，國外的許多學(xué)者也紛紛提出了各種系統(tǒng)和模型實(shí)現(xiàn)語義互操作。意大利制定了公共連接與協(xié)作系統(tǒng)(SPC)，確保了數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和成員國之間的互操作性。愛爾蘭采用“面向服務(wù)架構(gòu)”方式的程序，以公共服務(wù)代理(PSB)為切入點(diǎn)，與其他政府部門協(xié)同工作，制定了互操作標(biāo)準(zhǔn)指南，提出了MXDR概念模型，它能支持開放環(huán)境中元數(shù)據(jù)的挖掘與復(fù)用[7]。

2.3 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)學(xué)者也紛紛對電子政務(wù)領(lǐng)域中的語義互操作問題進(jìn)行研究，并設(shè)計了許多模型。李蓉等人提出可以通過計算輸入、輸出數(shù)據(jù)的語義相似度來判斷Web服務(wù)之間是否能夠進(jìn)行互操作[8]。萬常選提出一種電子政務(wù)語義信息交換的模型，該模型從元數(shù)據(jù)、知識本體和語義Web的角度入手，利用知識庫中的概念、規(guī)則對電子政務(wù)領(lǐng)域的本體進(jìn)行自動推理和匹配[9]。劉建曉提出了可以利用本體概念間語義推理關(guān)系進(jìn)行匹配計算[10]。

3 實(shí)現(xiàn)語義互操作的方法

3.1 將SOA、語義和本體論結(jié)合實(shí)現(xiàn)語義互操作

由于各個政府部門之間信息系統(tǒng)存在著異構(gòu)性，而且隨著歐盟的發(fā)展，會隨時增加新的服務(wù)。所以需要一種開放的封裝機(jī)制。電子政府引入了基于服務(wù)的框架，即SOA。這種方法的重點(diǎn)在于服務(wù)本身，注重從服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)規(guī)約和服務(wù)實(shí)現(xiàn)的角度進(jìn)行定義與建模，而不強(qiáng)調(diào)諸如網(wǎng)絡(luò)、格式設(shè)計等細(xì)節(jié)問題[11]。在這種觀點(diǎn)下，服務(wù)被看成一種可以利用的軟件資源，被封裝在一個模塊中，其中包含一些關(guān)鍵概念，例如概念、關(guān)聯(lián)、語義、服務(wù)、數(shù)據(jù)模型、政策等。封裝之后，該模塊會被作為整體使用。SOA通過標(biāo)準(zhǔn)的、支持Internet、與操作系統(tǒng)無關(guān)的SOAP協(xié)議實(shí)現(xiàn)連接互操作，而且服務(wù)的封裝是采用HTML協(xié)議，具有自解析和自定義的特征。利用這種方法，當(dāng)組織流程變化時，系統(tǒng)可以很容易地適應(yīng)環(huán)境的變化;在協(xié)同工作的環(huán)境下，可以增加系統(tǒng)的安全性，最終實(shí)現(xiàn)跨平臺、低耦合度與不同業(yè)務(wù)流程之間的互操作。

在SOA的基礎(chǔ)上，可以把語義和本體的思想加入其中，形成基于語義服務(wù)的架構(gòu)(SSOA)，實(shí)現(xiàn)語義互操作。語義是解決互操作問題的重要工具，Luis ′Alvarez Sabucedo等人提出建立電子政務(wù)服務(wù)領(lǐng)域規(guī)范的整體語義框架，即采用語義的方法實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域內(nèi)的整體服務(wù)。其中，LifeEvent和AdministrationService[12]都是由語義技術(shù)衍生而來的。利用這些技術(shù)和軟件平臺，可以建立一個完整的軟件架構(gòu)。借助LifeEvent，可以用一種更加友好的方式定義服務(wù)，用簡單有效的方法建立軟件架構(gòu)，用統(tǒng)一的機(jī)制進(jìn)行描述。由于提供了新的語義標(biāo)注工具，可以使定位更加容易。本體是一種動態(tài)模型，能夠捕捉到語義的變化，實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域知識的共享與重用，因此，用本體對服務(wù)和功能進(jìn)行語義描述，可以實(shí)現(xiàn)不同部門和系統(tǒng)間的語義互操作。

3.2 WSMO中Choreography、Orchestration和中介器

WSMO是最有成效的語義Web服務(wù)的建?？蚣?，為語義Web服務(wù)建立統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)和共同的平臺。它的頂層組成單元包括本體、目標(biāo)、Web服務(wù)和中介器。特別要指出的是，WSMO提供了中介器、Choreography和Orchestration[13]用于實(shí)現(xiàn)異構(gòu)服務(wù)的互操作。Choreography和Orchestration位于本體頂層要素中，用于說明語義Web服務(wù)的接口;中介器解決了不同服務(wù)間的術(shù)語不兼容問題和不同系統(tǒng)異構(gòu)的通信模式的不兼容問題。

Choreography和Orchestration原意為與舞蹈和編排有關(guān)的詞匯。近年來，這些詞匯應(yīng)用于計算機(jī)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)語義互操作。它們主要關(guān)注服務(wù)的行為，其概念模型由狀態(tài)信號、狀態(tài)、轉(zhuǎn)換規(guī)則和非功能屬性4種元素組成[13]。利用該概念模型可以為服務(wù)請求者和服務(wù)提供者的交互提供形式化的語義，從而提高語義Web服務(wù)的互操作能力。

中介器可以分為精煉器和橋接器兩種，其中，橋接器可以將組件整合起來，實(shí)現(xiàn)不同組件間的語義互操作[14]。中介器的調(diào)節(jié)技術(shù)可以分為3種:①利用本體整合技術(shù)，將數(shù)據(jù)句法層次提升至本體層，在本體層解決了這種不匹配問題后再將其降至句法層的表現(xiàn)形式[15]。②利用WSMX過程調(diào)解，將兩個公開的過程進(jìn)行合并，并利用中介器提取出某種相近的功能。當(dāng)雙方進(jìn)行通訊時，可以根據(jù)對知識背景的分析，產(chǎn)生一條可以被雙方理解的消息。③目的層次調(diào)節(jié)技術(shù)，通過揭示功能描述之間的邏輯關(guān)系從而顯著提高匹配速度的能力。

為了使來自不同粒度需求的數(shù)據(jù)之間能夠進(jìn)行交換，還可以借助語義連接(semantic bridges)[16]的概念實(shí)現(xiàn)語義互操作。語義連接可以用來描述由不同本體定義的概念之間的關(guān)系。這些本體雖然有著相同的含義，但由于描述的術(shù)語不同，彼此卻不能共享。語義連接正是為這些概念提供了一種轉(zhuǎn)換、一種映射。由于語義連接不能直接由OWL這種本體語義來表述，所以可以采用規(guī)則語言來定義。這種做法可以避免因技術(shù)改造而造成的代碼轉(zhuǎn)換，增加語義連接的可維護(hù)性;更重要的是，這種方法不僅能描述不同概念之間的關(guān)系，還能實(shí)現(xiàn)相關(guān)概念之間的轉(zhuǎn)換。

在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)的背景之下，必須把WSMO與通用的服務(wù)本體與公共管理部門特定模型(GEA)結(jié)合起來，呈現(xiàn)出公共管理部門豐富的服務(wù)描述與執(zhí)行特點(diǎn)，解決公共部門復(fù)雜、分布的環(huán)境中產(chǎn)生的語義互操作問題。

3.3 服務(wù)—需求轉(zhuǎn)換器

除了要解決政府部門之間的語義互操作問題外，政府部門與公民之間的信息共享也是語義互操作的一個重要問題?！靶枨蟆?wù)轉(zhuǎn)換器”[17]是指在公民的需求與政府部門能提供的服務(wù)之間建立映射。電子政務(wù)的一個重要方面就是提供公民所需要的信息。但是在公共管理領(lǐng)域，有許多復(fù)雜的服務(wù)和大量的執(zhí)行路徑以及許多參與的組織。所以在公民與政府的信息交流中，通常會產(chǎn)生這樣一個問題:公民首先會產(chǎn)生一個需求，但他并不知道目前哪個公共管理部門提供的公共服務(wù)中可以滿足他的需求。相反，公共管理領(lǐng)域清楚自己能提供哪些服務(wù)，但不知道公民需求是哪些。所以，就需要在需求—服務(wù)之間建立映射機(jī)制，引入被稱之為“需求—服務(wù)轉(zhuǎn)換器”的概念組件。在所建立的領(lǐng)域本體內(nèi)，利用輸入、輸出數(shù)據(jù)的語義相似度以及輸入、輸出在本體中的位置來判斷是否能夠進(jìn)行互操作。這種概念組件能把接收到的公民需求作為輸入數(shù)據(jù)，把滿足這種需求的公共部門服務(wù)作為輸出結(jié)果。換言之，只要按照公民的自身特點(diǎn)，把他們的需求作為輸入數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就可以返回所有符合需求的政府服務(wù)。

4 結(jié) 論

本文通過對國內(nèi)外電子政府的研究，總結(jié)出幾種解決語義互操作問題的方法。SOA、語義、本體、Choreography、語義連接、服務(wù)—需求轉(zhuǎn)換器等技術(shù)的結(jié)合，不僅可為公民、企業(yè)等提供優(yōu)質(zhì)、及時的信息，更能從整體的角度考慮，實(shí)現(xiàn)公共行政系統(tǒng)的互操作。通過對這幾種方法的分析可以看出，它們都是把相關(guān)的服務(wù)或本體進(jìn)行封裝、組合，再利用中間件實(shí)現(xiàn)連接。中間件在語義互操作中起到了關(guān)鍵的作用?，F(xiàn)代中間件發(fā)展的重要趨勢就是以服務(wù)為核心，通過服務(wù)或者服務(wù)組件來實(shí)現(xiàn)更高層次的復(fù)用、解耦和互操作。通過標(biāo)準(zhǔn)封裝，服務(wù)組件之間的組裝、編排和重組，可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)的復(fù)用。而且這種復(fù)用可以在不同組織之間進(jìn)行，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)用的最高級別，實(shí)現(xiàn)語義互操作。

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[作者簡介]張 婕，女，1988年生，碩士研究生。