基于Protege的航空不安全事件的本體知識(shí)構(gòu)建方法實(shí)例研究

周峰 胡雯

【關(guān)鍵詞】航空;安全;本體;Protege

我國(guó)的民航客機(jī)數(shù)量和旅客運(yùn)輸量仍處在高速增長(zhǎng)階段，航空不安全事件呈多元化發(fā)展趨勢(shì)。保障飛行安全是民航工作的首要任務(wù)。造成不安全事件的原因包括極端天氣、人為事故、航電系統(tǒng)故障、發(fā)動(dòng)機(jī)故障以及其他可能引起航空器故障的因素。中國(guó)民航局對(duì)航空不安全事件實(shí)行分級(jí)管理制度。不同等級(jí)的不安全事件之間以及相同等級(jí)的不安全事件之間均有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。本研究的主要目的是將本體相關(guān)理論和構(gòu)造方法引入到航空不安全事件的關(guān)聯(lián)分析中。以此來(lái)提升民航不安全事件的分析預(yù)警水平。在航空領(lǐng)域的知識(shí)庫(kù)構(gòu)建中，Howne和KDML等被張桂平作為主要工具，形成了基礎(chǔ)的知識(shí)庫(kù)規(guī)則和動(dòng)態(tài)特征選擇規(guī)則。

本文運(yùn)用Protege軟件，針對(duì)鳥(niǎo)擊、發(fā)動(dòng)機(jī)停車、地面事故及擦碰、跑道入侵、通用航空器故障等不安全原因，使用OWL語(yǔ)言作為不安全事件原因的本體實(shí)例構(gòu)建語(yǔ)言，完成了相關(guān)概念、屬性和實(shí)例的構(gòu)建與表達(dá)。

（一）本體描述語(yǔ)言

本體主要是用規(guī)范化的概念和關(guān)系模型，構(gòu)建一種大家都能認(rèn)可的、機(jī)器能夠識(shí)讀的、人和機(jī)器之間可以正常交流的。共享的一種定義。本體描述語(yǔ)言都是基于XML的RDF和RDFS、OIL、DAML、OWL等。其中，OWL可以用于幫助應(yīng)用程序處理包含在文檔中信息的內(nèi)容而不是僅僅關(guān)注信息的顯示方式，OWL可用于顯示的表達(dá)在詞匯表中項(xiàng)的含義和這些項(xiàng)之間的關(guān)系和它們之間關(guān)系的這種表達(dá)被稱為本體。在OWL的語(yǔ)言中，OWL Lite是表達(dá)能力最弱的OWL描述語(yǔ)言，僅用于只需要一個(gè)分類層次和簡(jiǎn)單約束的描述;OWL DL支持強(qiáng)表達(dá)能力并保持了計(jì)算的完備性和可判定性;OWL Full表達(dá)能力最強(qiáng)但缺乏計(jì)算能力。

（二）本體構(gòu)建工具Protege

Protege是一款基于JAVA開(kāi)發(fā)的開(kāi)源軟件，被可以用于本體構(gòu)建，最早是由斯坦福大學(xué)的生物研究中心開(kāi)發(fā)推廣的，現(xiàn)已成為核心構(gòu)建工具，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。使用Protege創(chuàng)建基于OWL的本體時(shí)，可以不用拘泥于OWL語(yǔ)言編寫規(guī)范，只需要專注于本體知識(shí)構(gòu)建。

航空公司在分析不安全事件的過(guò)程中，依然采用以時(shí)間節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)的事件回溯推演復(fù)盤分析法，特別是在分析不安全事件的關(guān)聯(lián)性時(shí)，不能以較強(qiáng)的邏輯來(lái)構(gòu)建出不安全事件所涉知識(shí)之間的關(guān)系。因此，應(yīng)用本體構(gòu)建工具，完成航空安全領(lǐng)域的不安全事件規(guī)范概念模型，有助于快速分析查找不安全事件的具體原因。應(yīng)用本體概念建模后，可以通過(guò)分析概念之間的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)航空不安全事件的差錯(cuò)推理，可以為航空公司實(shí)現(xiàn)航空不安全事件半自動(dòng)或自動(dòng)推理奠定實(shí)踐基礎(chǔ)。航空不安全事件的原因眾多，本文僅以基于人為原因?qū)е碌牟话踩录牟糠指拍顬閷?shí)例進(jìn)行說(shuō)明。

（一）構(gòu)建流程

根據(jù)本體的結(jié)構(gòu)定義，需要首先構(gòu)建不安全事件的人員原因本體概念，然后分析確定這些原因之間的關(guān)系，接著分析他們之間的關(guān)系所具有的特征，再接著完善概念的數(shù)據(jù)屬性，最后構(gòu)建出基于人員原因的航空不安全事件的本體實(shí)例。

（二）本體建立

本文應(yīng)用5.5版本的Protege軟件，自頂向下針對(duì)人為原因?qū)е碌牟话踩录I(lǐng)域進(jìn)行本體概念建模，確定了情境、飛機(jī)部件、事件起因、時(shí)間處理、狀態(tài)、人員機(jī)構(gòu)、設(shè)施、事件影響等8個(gè)頂層類，每個(gè)頂層類又包含若干個(gè)子類。人員機(jī)構(gòu)類包括機(jī)組人員、機(jī)務(wù)人員、塔臺(tái)人員、地面服務(wù)人員、站坪服務(wù)人員等6個(gè)子類。在構(gòu)建過(guò)程中，Protege可以全程可視化構(gòu)建，最終用OWLi{言存儲(chǔ)本體。

1、概念關(guān)系建模

在建立類和子類后，還需要對(duì)類的關(guān)系屬性進(jìn)行建模，并對(duì)屬性進(jìn)行約束。

例如，“飛機(jī)部件狀態(tài)”這種屬性應(yīng)該是用于連接飛機(jī)部件和狀態(tài)的，反過(guò)來(lái)并不成立。因此，在Objectpropeety面板右側(cè)窗口中，將domain設(shè)置為“飛機(jī)部件”，range設(shè)置為“狀態(tài)”。

2、數(shù)據(jù)屬性建模

在完成了對(duì)象屬性建模之后，需要接著建立數(shù)據(jù)屬性。

數(shù)據(jù)屬性需要進(jìn)行限制，例如，將起飛時(shí)間限制為datetime（時(shí)間）類型，設(shè)置部件編號(hào)為string（字符串）類型。

3、建立實(shí)體和實(shí)體之間的關(guān)系

在構(gòu)建類、對(duì)象屬性、數(shù)據(jù)屬性、數(shù)據(jù)屬性限制后，下一步需要建立實(shí)體并確定實(shí)體之間的關(guān)系。以“2020年10月17日B3124航班右發(fā)遭遇雷擊”為例，構(gòu)建實(shí)體及其關(guān)系。構(gòu)建的實(shí)體如圖1所示：

選擇對(duì)象屬性為“飛機(jī)部件狀態(tài)”，實(shí)體為“雷擊”建立關(guān)聯(lián)操作。

由此，基本構(gòu)建了示例本體。

本體描述方法為知識(shí)共享提供了可靠的理論和方法指導(dǎo)，通過(guò)規(guī)范化的描述使得知識(shí)易于被人機(jī)識(shí)讀，被共同認(rèn)可。本文基于本體理論和方法，運(yùn)用Protege工具，完成了航空不安全事件的部分實(shí)例構(gòu)建展示。探討了一種可以用于航空公司中航空不安全事件知識(shí)管理的方式。后續(xù)可以考慮應(yīng)用該方法構(gòu)建完整的基于航空不安全事件的知識(shí)管理體系，基于此建設(shè)查詢和推理系統(tǒng)。為航空公司的日常安全管理提供更高效的方法。