>>【摘要】

關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的出現(xiàn)使得語義網(wǎng)發(fā)展取得了實質(zhì)上的突破，被W3C推薦為語義網(wǎng)的“最佳實踐”，得到各個領(lǐng)域的關(guān)注。關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)為農(nóng)業(yè)知識管理提供了新的解決方案，農(nóng)業(yè)知識管理領(lǐng)域也是關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的最佳應(yīng)用平臺。在FAO良好的本體、信息管理系統(tǒng)和標準工作的基礎(chǔ)上，基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)知識管理已經(jīng)取得了很大的進展。介紹基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)知識管理研究與應(yīng)用，并對此進行總結(jié)、分析與展望。

>>【關(guān)鍵詞】

關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù) 農(nóng)業(yè) 知識管理 知識組織

基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)知識管理體系——以FAO為例

由于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)具有結(jié)構(gòu)化、標準化、語義化和實現(xiàn)簡單的特性，被W3C推薦為語義網(wǎng)的一組“最佳實踐”，成為當前數(shù)字資源揭示、整合和利用的關(guān)鍵技術(shù)，并成為開放獲取、互操作、語義查詢服務(wù)的事實標準[1]。在知識的組織、發(fā)現(xiàn)和管理方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域一向是信息和知識的組織與管理應(yīng)用的重要領(lǐng)域，知識組織方法、網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)對于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的科研、生產(chǎn)和發(fā)展影響巨大。關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)時代的到來同樣為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域帶來了新的機遇與挑戰(zhàn)。

農(nóng)業(yè)信息與關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)

聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織（Food and Agriculture Organization，F(xiàn)AO）是一個信息和知識管理的組織。FAO的活動包含知識的獲取與分析、知識的傳播與共享、知識存儲和知識供給這4個與信息和知識的不同方面緊密相關(guān)的領(lǐng)域。開發(fā)和維護農(nóng)業(yè)信息和知識管理的目標可以歸結(jié)于FAO的知識交換、研究和擴展[2]。為了實現(xiàn)這一目標，F(xiàn)AO一直以來充分借助和發(fā)揮計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)的作用，依靠信息和知識引領(lǐng)全球?qū)桂囸I和貧窮的運動，取得了驕人的成就，為農(nóng)業(yè)信息和知識管理建立了堅實的基礎(chǔ)，并考慮了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。

關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)是將標準、方法、工具和環(huán)境有機結(jié)合的一套“最佳實踐”，為信息和知識的整合提供了概念模型、描述方法、應(yīng)用協(xié)議乃至知識網(wǎng)絡(luò)的全面解決方案，使語義網(wǎng)發(fā)展取得了實質(zhì)上的突破。由于目標高度一致，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)也為FAO的農(nóng)業(yè)信息和知識管理提供了新的方法和新的機會。

基于良好的基礎(chǔ)和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，F(xiàn)AO的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)實踐得以順利開展。FAO采納和調(diào)整了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)發(fā)展策略，并逐步完成了核心詞表的改造和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)化，建立了基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)信息和知識開放獲取平臺，并且基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的簡單、標準、共享的特點，面向全球進一步推動和擴展了農(nóng)業(yè)元數(shù)據(jù)交換。

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的基石—AGROVOC

2.1 AGROVOC的發(fā)展

AGROVOC是一個多語言的農(nóng)業(yè)敘詞表，由FAO和歐盟委員會于20世紀80年代初期開發(fā)[3]。該敘詞表自建成以來，被廣泛地應(yīng)用并且成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)嵤┥系暮诵脑~匯表。2003年以來，F(xiàn)AO開始使用更精煉和精確的方法，開發(fā)一個包含語義網(wǎng)和詞匯關(guān)系的新模型。通過近10年的努力， AGROVOC由傳統(tǒng)的敘詞表轉(zhuǎn)換為一個本體化的概念服務(wù)，成為一個建立在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的多語言概念知識庫。隨著關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)概念的出現(xiàn)， AGROVOC又于2011年被發(fā)布為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)應(yīng)用的標準和核心。

2.2 AGROVOC的重新組織

面向本體重新組織的AGROVOC，是一個多領(lǐng)域、多主題和多語言的結(jié)構(gòu)化詞表。其核心特征是以概念方案進行組織，覆蓋多個領(lǐng)域，使用本體關(guān)系組織相關(guān)概念和術(shù)語。新的AGROVOC使用20種語言，擁有近600 000個術(shù)語，約40 000個概念[4]，成為農(nóng)業(yè)知識通用術(shù)語的一站式中心。其中的概念和術(shù)語被組織為使用SKOS（Simple Knowledge Organization System）模型表示的概念框架（concept scheme），如圖1所示：

AGROVOC也是一個基于“概念/術(shù)語/字符串”的系統(tǒng)，經(jīng)本體化改造后，使用本體關(guān)系（層級、關(guān)聯(lián)、相等）組織相關(guān)的概念和術(shù)語，見圖2[5]。

（來源：http：//aims.fao.org/standards/agrovoc/concept-scheme）

抽象的概念構(gòu)建了概念方案的實際結(jié)構(gòu)。一個概念可以使用所有的首選和非首選的術(shù)語表示，也可以使用所有的語言表示，它們之間通過內(nèi)部層次關(guān)系關(guān)聯(lián)，包括概念和術(shù)語間的關(guān)系以及術(shù)語與字符串間的關(guān)系。概念和術(shù)語都可以通過內(nèi)部層次關(guān)系與其他概念和術(shù)語關(guān)聯(lián)，即概念和概念間的關(guān)系以及術(shù)語和術(shù)語間的關(guān)系。

2.3 AGROVOC發(fā)布為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)

AGROVOC通過本體化的重新組織，形成了AGROVOC Concept Server及相應(yīng)的管理工具，具有以下的功能[6]：

對應(yīng)于傳統(tǒng)的基于詞的索引，新的AGROVOC實現(xiàn)了基于URIs的索引系統(tǒng)，同時也能夠創(chuàng)建更好的基于互操作的分類體系。

使用本體，能夠允許其他系統(tǒng)更好地互操作，概念服務(wù)可以進行映射和重用，如果不能重用現(xiàn)有概念，就包含指向其他概念的URI鏈接。

允許用戶自由地使用任何他們習(xí)慣使用或希望使用的語言進行檢索。

允許用戶使用推薦術(shù)語之外的術(shù)語進行查詢。

可見，大量的農(nóng)業(yè)概念和術(shù)語已經(jīng)通過重組具有了統(tǒng)一的標識和語義關(guān)聯(lián)。AGROVOC實際上成為了結(jié)構(gòu)化的語義數(shù)據(jù)。藉此，F(xiàn)AO決定將AGROVOC發(fā)布為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，并與其他的本體、詞表和標準良好地關(guān)聯(lián)，升級到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，推動知識組織能力的發(fā)展，有效地提高了農(nóng)業(yè)領(lǐng)域信息和知識管理的效率、互操作能力和擴展能力。

不同的詞表之間通過映射鏈接相互關(guān)聯(lián)，鏈接和可參引的URIs實現(xiàn)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。良好鏈接的詞表既有效地提高了跨領(lǐng)域、跨數(shù)據(jù)集的互操作，也避免了大量分散數(shù)據(jù)集之間依靠人工建立鏈接的困難。AGROVOC目前已經(jīng)與關(guān)聯(lián)開放數(shù)據(jù)云中的其他12個標準詞匯表建立了鏈接，也已經(jīng)使用通用的URI與其他相關(guān)的詞匯表建立了概念層次的鏈接，同時也與LOD云中的其他數(shù)據(jù)集（如DBpedia）鏈接，具體見表1[7]和表2[5]。

包含良好鏈接的AGROVOC成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的基石，是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的標準詞匯、本體、命名空間和鏈接的中心。以AGROVOC為核心，農(nóng)業(yè)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)發(fā)展具備了扎實的基礎(chǔ)和巨大的潛力。

向內(nèi)鏈接（Inlinks）向外鏈接（Outlinks）

AGROVOC—GEMENT：1 191（個）AGROVOC—Eurovoc：1 297（個）

AGROVOC—TheSoz：846（個）AGROVOC—GEMET：1 191（個）

AGROVOC—RAMEAU：686（個）AGROVOC—LCSH：1 093（個）

AGROVOC—Geoplitical Ontology：253（個）AGROVOC—NALT：13 390（個）

AGROVOC—STW：1 136（個）

AGROVOC—TheSoz：846（個）

AGROVOC—RAMEAU：686（個）

AGROVOC—DBpedia：993（個）

AGROVOC—DDC：409（個）

AGROVOC—Geopolitical Ontology：253（個）

所有AGROVOC頂層概念映射：21（個）

向內(nèi)鏈接映射的總量：2 976（個）Outlinks映射的總量：21 315（個）

農(nóng)業(yè)書目數(shù)據(jù)庫到農(nóng)業(yè)開放知識網(wǎng)絡(luò)—OpenAGRIS

3.1 AGRIS的發(fā)展

AGRIS（Agriculture Information System）服務(wù)始于1975年，最初是一個中心化的數(shù)據(jù)庫，使用自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、交換格式以及應(yīng)用軟件。2000年以后，AGRIS開始使用一個更強調(diào)關(guān)系、聯(lián)系和連接的模型替代傳統(tǒng)的書目系統(tǒng)，這樣書目元數(shù)據(jù)的價值才能因網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)性的不斷增強而相應(yīng)增長，才能夠為研究人員提供全球的領(lǐng)域研究資源的圖譜。在鏈接正式出版物和產(chǎn)品（論文、數(shù)據(jù)）的同時，也提供更廣泛的灰色文獻（預(yù)印本、手稿）和交流平臺（博客、論壇），幫助研究者將查詢置入一個更廣泛的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，并獲得更全面的信息和知識。

2006年以來，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)實質(zhì)性地推動了語義網(wǎng)版本的發(fā)展和對分散知識進行語義互聯(lián)設(shè)想的實現(xiàn)。為此，2010年開始，AGRIS設(shè)計了新的框架和原型，新的應(yīng)用平臺OpenAGRIS遵循關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的原則，強調(diào)網(wǎng)絡(luò)、鏈接和開放性。OpenAGRIS不僅能夠為研究者提供信息訪問，并且也提供數(shù)據(jù)服務(wù)以擴展他們的知識。

3.2 AGRIS的重新架構(gòu)

AGRIS重新架構(gòu)的主要目標是增強語義互操作能力，即完成實體的識別和參考。將AGRIS的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)化，首要的問題是使用URI標識和參考其描述的實體，以便語義搜索引擎或者整合系統(tǒng)能夠以一個精確和正確的方法聚合信息，最終產(chǎn)生“信息/知識空間”，作為查詢的結(jié)果，如圖3所示：

3.3基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的OpenAGRIS

雖然AGRIS中具有URLs的記錄數(shù)量在過去5年中急速增長，但也僅僅占全部數(shù)據(jù)量的3%。這些記錄是由編目人員手工創(chuàng)建的，他們通常了解一個資源是否具有連接到全文的鏈接。此外，記錄是孤立的，不包含與其他書目記錄或信息源的關(guān)系或關(guān)聯(lián)。

為了豐富AGRIS數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，OpenAGRIS從2010年開始作為一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，整合來自不同網(wǎng)絡(luò)的信息。OpenAgris是遵循關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)原則的，AGROVOC則被作為互聯(lián)內(nèi)容的主干。因此，OpenAgris具有以下特點[9]：①OpenAGRIS是一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序；②它將所有XML格式的書目記錄轉(zhuǎn)換為RDF格式并且關(guān)聯(lián)到其他資源；③能夠從AGRIS以外獲取和聚合更多信息；④是一個融合了多個互聯(lián)的數(shù)據(jù)集合的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)環(huán)境。

OpenAGRIS轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)包含了全部的AGRIS書目數(shù)據(jù)記錄。AGROVOC詞表成為OpenAGRIS的關(guān)聯(lián)中心。在應(yīng)用中，OpenAGRIS查詢AGROVOC詞匯表，抽取查詢關(guān)鍵詞與其他關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集和的關(guān)系，實現(xiàn)相關(guān)資源的發(fā)現(xiàn)和聚合。OpenAGRIS應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖4所示[9]：

OpenAGRIS深化了原有AGRIS的服務(wù)，并且為合作者之間更好地實現(xiàn)互操作提供了可能，增強了數(shù)據(jù)的傳播能力。它使得數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化和標準化更加容易，而且通過AGROVOC更好地鏈接到關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)環(huán)境中。OpenAGRIS為未來的工作和其他機構(gòu)與研究者提供了可重用的資源和可參考的實施過程。

面向關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的農(nóng)業(yè)元數(shù)據(jù)編碼與交換

4.1面向關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)編碼建議

將數(shù)據(jù)從其特定數(shù)據(jù)格式倉儲中釋放出來已經(jīng)成為一個通用的策略[10]。然而，簡單的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式到RDF并非是真正的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。根據(jù)W3C對數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)程度定義的5個“星級”漸進標準[10-11]，真正的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)不但需要“以W3C的開放標準進行標識和描述（URI+RDF），為別人提供鏈接的可能”，更需要“盡可能引用別人以URI+RDF發(fā)布的數(shù)據(jù)，從而為數(shù)據(jù)提供一種共同的上下文語義”。因此，如果缺少RDF三元組存儲之間創(chuàng)建自動鏈接的能力，所創(chuàng)建的RDF存儲仍然是孤立的倉儲。

促進數(shù)據(jù)集合間自動鏈接創(chuàng)建的最簡單方法是采用標準詞匯表，包括描述數(shù)據(jù)/元數(shù)據(jù)元素的詞表和表示值的標準詞表。農(nóng)業(yè)信息管理標準AIMS（Agriculture Information Manage System）推出面向關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的（Linked Open Data Enabled，LODE）元數(shù)據(jù)編碼建議，為數(shù)據(jù)提供者選擇生產(chǎn)關(guān)聯(lián)開放數(shù)據(jù)集中可用數(shù)據(jù)的適合編碼策略提供支持和建議，這一套建議將逐步涵蓋多種資源類型，包括生產(chǎn)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)可用書目數(shù)據(jù)的編碼策略以及用于描述書目數(shù)據(jù)中的代理、地點和主題的詞表的編碼策略。

為了提高互操作的質(zhì)量和信息交換的效率，LODE推薦5個關(guān)鍵的建立原則：①促進使用建立良好的元數(shù)據(jù)標準和現(xiàn)有關(guān)聯(lián)開放數(shù)據(jù)云中的可用詞表；②鼓勵盡一切可能使用權(quán)威數(shù)據(jù)、受控詞表和語法編碼標準，以便增強互操作的質(zhì)量和信息交換的效率；③在數(shù)據(jù)值可用的時候，鼓勵使用資源名稱作為URIs；④根據(jù)數(shù)據(jù)編碼，促進以交換和重用為目的的決策過程；⑤為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)需求的屬性和元數(shù)據(jù)術(shù)語的開放建議提供參考支持。

4.2書目數(shù)據(jù)的LODE建議：LODE-BD

2010年，歐盟農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖數(shù)據(jù)庫開放獲取項目（Virtual Open Access Agriculture Aquaculture Repository，VOA3R），提出為數(shù)據(jù)提供者和VOA3R平臺之間提供兼容關(guān)聯(lián)開放數(shù)據(jù)原則的元數(shù)據(jù)交換的編碼建議，為此遵守LODE原則的LODE-BD（Linked Open Data-Enabled Bibliographic Data）被首先發(fā)布到AIMS上。該建議可應(yīng)用于結(jié)構(gòu)化描述書目數(shù)據(jù)資源（如文章、專著、論文、會議論文、演講材料、研究報告、學(xué)習(xí)對象等，包括打印或者電子的格式），在未來，這一推薦可能被擴展去適應(yīng)其他類型的信息資源。LODE-BD的目標是解決兩個問題：①如何以跨數(shù)據(jù)庫交換數(shù)據(jù)為目的，對不同的開放數(shù)據(jù)庫中的書目數(shù)據(jù)進行編碼；②如何將這些數(shù)據(jù)編碼成關(guān)聯(lián)開放數(shù)據(jù)（Linked Open Data，LOD）可用的書目數(shù)據(jù)。

所有工作都是面向數(shù)據(jù)交換和重用的目標，面向關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)編碼建議不但為FAO組織內(nèi)部和其合作者乃至更廣泛的農(nóng)業(yè)信息使用者和數(shù)據(jù)提供者之間的數(shù)據(jù)交換和擴展提供了標準框架，而且降低了數(shù)據(jù)編碼的門檻，充分發(fā)揮了關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)標準化、簡單化、可擴展的特點，很好地擴展了國際農(nóng)業(yè)領(lǐng)域信息和知識管理合作和持續(xù)發(fā)展的能力。

總結(jié)與展望

關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)為以增強農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)信息管理、查詢和傳播能力為目標的農(nóng)業(yè)知識管理提供了新的解決方案，農(nóng)業(yè)知識管理領(lǐng)域也成為農(nóng)業(yè)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)應(yīng)用的最佳平臺。當前，在FAO的領(lǐng)導(dǎo)下，農(nóng)業(yè)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)已經(jīng)建立了以AGROVOC為基石，擁有OpenAGRIS關(guān)聯(lián)開放數(shù)據(jù)平臺和LODE元數(shù)據(jù)編碼建議為標準的良好框架，并且致力于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的推廣和應(yīng)用研究。

在未來的工作中，F(xiàn)AO將基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，建立農(nóng)業(yè)領(lǐng)域完善的基礎(chǔ)設(shè)施框架。AgINFRA（Agriculture Infrastructure）項目[12]將基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，整合農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的5項基礎(chǔ)服務(wù)（OE、AGRIS、AgroPEDIA、CIARD、AgLR），從而建立農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的完善的基礎(chǔ)設(shè)施框架。該框架設(shè)想的層次體系如圖5所示：

AgINFRA結(jié)構(gòu)是基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的，農(nóng)業(yè)知識網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、元數(shù)據(jù)收割、三元組存儲、內(nèi)容管理和查詢系統(tǒng)、關(guān)聯(lián)知識發(fā)現(xiàn)等模塊，都基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)服務(wù)或面向關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)提供解決方案。因此，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)應(yīng)當被視為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域信息和知識交換、研究和擴展的基礎(chǔ)和方向，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)最佳實踐將在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

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