圖書館移動服務(wù)情境本體設(shè)計研究

周玲元

過去的幾十年中，信息的急劇膨脹導致信息超載的出現(xiàn)，而且是以不同的數(shù)字格式、多樣的媒體渠道傳播著，用戶面對海量數(shù)據(jù)更容易產(chǎn)生焦慮情緒。特別是在移動狀態(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，從而提供個性化服務(wù)。個性化服務(wù)一般有建模、推薦輸出、評價反饋三階段組成，其中建模是基礎(chǔ)，依靠建模技術(shù)了解其獨特偏好和需求從而提供個性化服務(wù)成為可能。

近年來，基于本體的圖書館移動服務(wù)建模技術(shù)日益成為個性化服務(wù)領(lǐng)域的重要研究分支，基于本體的個性化檢索系統(tǒng)被應(yīng)用在公共服務(wù)領(lǐng)域 (數(shù)字博物館導覽、數(shù)字圖書館查詢等) ，國內(nèi)外也有相關(guān)學者和研究機構(gòu)將本體建模技術(shù)移植應(yīng)用到移動用戶服務(wù)中去，然而在國內(nèi)基于本體的圖書館移動服務(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服務(wù)模型，為移動用戶個性化服務(wù)提供必要的理論支持。并以此為基礎(chǔ)設(shè)計建立智慧圖書館移動服務(wù)情境模型，并使得構(gòu)建的情境模型具有準確的語義信息和良好的擴展性，能夠很好地支持跨平臺邏輯推理和知識共享。

1 本體建模工具及過程

1.1 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，多位研究人員對本體的構(gòu)建工具發(fā)展進行了綜述［1］，目前應(yīng)用廣泛的本體開發(fā)工具有:Protégé、Semantic-Works、 TopBraid Composer、 SWOP、 OntoStudio、 IODE、WebODE和NeOn等［2］;本文中圖書館個性化服務(wù)系統(tǒng)本體構(gòu)建所需工具選用Protégé。Protégé由斯坦福大學醫(yī)學院相關(guān)研究機構(gòu)開發(fā)，和其他本體構(gòu)建工具相比，Protégé具有以下優(yōu)點:(1) 免費開放資源，所有用戶都可以免費下載使用，擁有最多注冊使用用戶的本體構(gòu)建工具。(2) 界面友好且支持中文，既方便用戶操作，也便于本項目原型模型的設(shè)計開發(fā);(3) 可擴展性好，支持添加各種插件擴展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，簡單易懂;(5) 模塊化設(shè)計，允許開發(fā)人員將本題庫細分為幾個部分，最后再進行綜合。正是以上優(yōu)點，使得Protégé成為本文構(gòu)建原型模型本體的首選工具。

1.2 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、已有本體的重用、形式化、動態(tài)維護和客觀評價等階段。斯坦福大學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)建本體實例。

2 圖書館移動服務(wù)情境分類與獲取

2.1 圖書館移動服務(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，提供對圖書館服務(wù)知識的共同認可和理解，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)打下堅實基礎(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、原則及步驟對圖書館情境感知服務(wù)本體進行概念設(shè)計。考慮到移動環(huán)境下圖書館信息服務(wù)的實際情況，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、移動智能終端情境本體3個子領(lǐng)域本體，首先通過分別研究構(gòu)建3個子領(lǐng)域本體，最后匯總構(gòu)建總體情境感知服務(wù)本體模型。

表1 圖書館移動服務(wù)情境分類

2.1.1 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，對用戶情境信息的分類及方法有著廣泛的共識，即用戶情境信息包括靜態(tài)的和動態(tài)的情境信息。其中用戶靜態(tài)情境信息指的是用戶個人基本信息，這些信息一般是不會變。用戶動態(tài)信息指的是用戶隨著場景變化而改變的信息，諸如認知信息、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)和動態(tài)的情境數(shù)據(jù)。

2.1.2 終端設(shè)備情境

移動智能終端的情境要素很多，其中比較重要的要素有3個: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獲取的，所以本文將網(wǎng)絡(luò)情境放置在移動智能終端進行概述。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行概括，非功能性的有重量、大小、品牌型號等組成。

2.1.3 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)，移動智能終端的一個主要特征是可移動的，因此基于位置的建模方法成為情境感知的重要研究內(nèi)容。位置的不同對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，以免影響其他同學的自習;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)合普適計算系統(tǒng)提煉出一個較為完整、輕量級空間本體，為本文構(gòu)建情境模型提供概念基礎(chǔ)。

2.2 圖書館移動服務(wù)情境信息獲取

2.2.1 用戶情境

我國的教育部教育信息化技術(shù)標準委員會CELTSC(Chinese E－Learning Technology Standardization Committee) 制定的《學習者模型規(guī)范CELTS－11》將學習者信息分為8類:個人信息、學業(yè)信息、管理信息、關(guān)系信息、安全信息、偏好信息、績效信息和作品集信息［5］。基于該模型規(guī)范，結(jié)合圖書館移動服務(wù)實際，本文認為圖書館移動服務(wù)用戶情境要素包括:用戶個人信息、學業(yè)基礎(chǔ)、和性格偏好。其中用戶個人信息涉及用戶的靜態(tài)和動態(tài)信息描述，對應(yīng)CELTSC的個人信息、管理信息、關(guān)系信息和安全信息;學業(yè)基礎(chǔ)指的是用戶當前對于知識的掌握程度，對應(yīng)CELTS的學業(yè)信息、績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，對應(yīng)CELTS的偏好信息。用戶個人信息主要依靠注冊信息來獲取，學業(yè)基礎(chǔ)信息采用測試方法獲得，性格偏好一般通過對歷史數(shù)據(jù)的挖掘得到。

2.2.2 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、拓撲結(jié)構(gòu)、帶寬、數(shù)據(jù)類型等信息。移動互聯(lián)網(wǎng)及無線通信技術(shù)的快速發(fā)展推動著各個行業(yè)移動業(yè)務(wù)的拓展，多樣化的無線通信技術(shù) (藍牙、WiFi、3G/4G、移動通信技術(shù)) 刺激并鼓動移動業(yè)務(wù)的蔓延。移動智能設(shè)備已經(jīng)成為高校師生的標配，融入每個人的日常生活;各大高校圖書館都已開設(shè)移動業(yè)務(wù)，圖書館情境感知服務(wù)應(yīng)該依靠其移動性、個性化特點成為廣大師生移動網(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性化需求，提升圖書館在學生心中的影響力。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試軟件來實現(xiàn)。

2.2.3 物理環(huán)境情境

物理環(huán)境情境要素主要包括:時間、位置和環(huán)境信息。其中時間情境和位置情境在有些文獻中合稱時空情境，不同的應(yīng)用對時間及位置信息要求不一樣，時間和位置的分類根據(jù)不同應(yīng)用需要有不同的種類，常見的有絕對時空和相對時空、室內(nèi)時空和室外時空等。絕對時空一般是確切且可量化的信息，比如東經(jīng)141.3，北緯26.3、201閱覽室、圖書館正大門及年、月、日、時、分、秒等形式構(gòu)成;也可以根據(jù)應(yīng)用需求采用相對時空進行記錄，圖書館應(yīng)用一般的形式有年、學期、周次等時間形式;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。

3 圖書館移動服務(wù)情境本體設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 圖書館移動服務(wù)情境本體設(shè)計

3.1.1 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個大類，包括用戶個人信息、學業(yè)基礎(chǔ)、性格偏好信息;用戶個人信息可細分為用戶基本信息和用戶網(wǎng)絡(luò)信息等;本文對其中的某些相關(guān)概念解釋如下:

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

(2) 學業(yè)基礎(chǔ):主要描述的是與學習相關(guān)的概念信息，一般包括:選課記錄、考試成績、學科排名、測試考核信息等。

(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、學習能力、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、用戶評價信息、用戶瀏覽路徑信息等。

3.1.2 移動智能終端情境本體相關(guān)概念

本文認為:移動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，涉及的概念有屏幕尺寸、電量、品牌型號、存儲參數(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、拓撲結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型等。本文對其中的某些相關(guān)概念解釋如下:

(1) 3G是第三代移動通信技術(shù)，是指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊技術(shù)。3G服務(wù)能夠同時傳送聲音及數(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際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的新一代移動通信系統(tǒng)，目前3G存在3種標準:CDMA2000、WCDMA、TD－SCDMA。

(2) WiFi俗稱無線網(wǎng)絡(luò)，一種能夠?qū)€人電腦、手持設(shè)備 (如PDA、手機) 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、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、尺寸大小、內(nèi)存、主板、電池容量等組成。

3.1.3 物理環(huán)境情境本體相關(guān)概念

本文參照文獻［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個大類，包括時間信息、位置信息、環(huán)境信息;時間和位置信息可細分為絕對時空信息和相對時空信息等;本文對其中的某些相關(guān)概念解釋如下:

(1) 時間信息:主要描述的是時間基本信息，也可以細分為絕對時間和相對時間概念。一般由年月日、學期、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。

3.2 圖書館移動服務(wù)情境本體實現(xiàn)

通過圖書館移動服務(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、移動智能終端情境、物理環(huán)境情境3個大類，各個大類又包括各自子類。本節(jié)將進行圖書館移動服務(wù)情境本體總體模型的設(shè)計，采用本體融合的方式構(gòu)建。即將3個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標準來定義的。

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;對圖書館移動服務(wù)情境分類及獲取方式進行了系統(tǒng)研究;結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)的特性，將圖書館情境感知服務(wù)本體細分為用戶情境本體模型、移動智能終端情境本體、物理環(huán)境情境本體3個子領(lǐng)域本體，通過分別構(gòu)建3個子領(lǐng)域本體，最后匯總構(gòu)建總體情境感知服務(wù)本體模型。

圖2 情境本體總體模型OWL片段

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