劉雪梅

（蘭州大學(xué)圖書(shū)館，甘肅 蘭州 730000）

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基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)服務(wù)模式構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)?

劉雪梅

（蘭州大學(xué)圖書(shū)館，甘肅 蘭州 730000）

［摘要］資源建設(shè)是機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)很大程度上得益于豐富的資源存儲(chǔ)。將關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)，構(gòu)建了基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)服務(wù)模式，采用D2R工具并以蘭州大學(xué)機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)條目數(shù)據(jù)為例對(duì)該模式進(jìn)行了研究。研究表明，利用關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)可以擴(kuò)展機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)的資源發(fā)現(xiàn)途徑，提升其服務(wù)能力。

［關(guān)鍵詞］機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)資源發(fā)現(xiàn)

1　引言

機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)在開(kāi)放獲取運(yùn)動(dòng)的背景下應(yīng)運(yùn)而生，它是大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)收集、保存和傳播數(shù)字知識(shí)資產(chǎn)的重要媒介。近幾年來(lái)，機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)發(fā)展迅速，目前，在OpenDOAR上注冊(cè)的機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)已達(dá)2989個(gè)。筆者在“機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)質(zhì)量評(píng)價(jià)研究”［1］中通過(guò)調(diào)查訪問(wèn)及文獻(xiàn)查閱，發(fā)現(xiàn)資源建設(shè)是影響國(guó)內(nèi)目前機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)發(fā)展最為核心的因素，機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)內(nèi)容單一、存儲(chǔ)量少的現(xiàn)象已成為機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。如何豐富機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)的內(nèi)容，加強(qiáng)機(jī)構(gòu)庫(kù)的資源發(fā)現(xiàn)能力，提升用戶對(duì)機(jī)構(gòu)庫(kù)的認(rèn)知度和滿意度，從而有利于機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)的推廣應(yīng)用成為目前亟待解決的問(wèn)題。

關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)［2］由“互聯(lián)網(wǎng)之父”TimBerners-Lee于2006年首次提出，它是指在語(yǔ)義網(wǎng)上發(fā)布、共享、鏈接各類(lèi)數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)的一種方式。其采用RDF三元組模型存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，用URI地址鏈接到其他資源實(shí)現(xiàn)資源間的語(yǔ)義跳轉(zhuǎn)，是未來(lái)語(yǔ)義網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。2007年，W3C發(fā)起了開(kāi)放關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)上以W3C推薦的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集的數(shù)量和數(shù)據(jù)集之間的關(guān)聯(lián)都在快速增加。圖書(shū)館在這場(chǎng)運(yùn)動(dòng)中扮演了關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集的提供者和消費(fèi)者。因此，2008年瑞典國(guó)家圖書(shū)館首次以關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的形式發(fā)布了LIBRIS國(guó)家書(shū)目，并與DBPedia進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，此后，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)在圖書(shū)館行業(yè)的應(yīng)用迅速發(fā)展。筆者在上述研究的基礎(chǔ)上，將關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)應(yīng)用于機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)，構(gòu)建了基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)服務(wù)模式，并采用D2R工具和技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，從而提升機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)的資源發(fā)現(xiàn)能力。

2　基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)服務(wù)模式構(gòu)建

關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)采用RDF三元組作為數(shù)據(jù)模型，用URI地址標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)，并通過(guò)HTTP協(xié)議在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行發(fā)布。將機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)的條目數(shù)據(jù)發(fā)布為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)“內(nèi)外”兩層的關(guān)聯(lián)。即首先揭示了機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)條目數(shù)據(jù)集內(nèi)部之間的語(yǔ)義關(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)而通過(guò)與外部關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集比如Web數(shù)字資源、商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)資源等其他數(shù)據(jù)資源進(jìn)行關(guān)聯(lián)，拓展了機(jī)構(gòu)庫(kù)的資源發(fā)現(xiàn)途徑，豐富了機(jī)構(gòu)庫(kù)的存儲(chǔ)內(nèi)容。筆者構(gòu)建的基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)服務(wù)模式如圖1所示。

圖1　基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)服務(wù)模式

本模式的優(yōu)越性在于利用URI標(biāo)識(shí)元數(shù)據(jù)的實(shí)體對(duì)象，引入了一個(gè)機(jī)器可以理解和處理的技術(shù)框架。本模式以機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)為主體對(duì)象，通過(guò)實(shí)現(xiàn)“內(nèi)外”兩層數(shù)據(jù)集的關(guān)聯(lián)，從而提供基礎(chǔ)服務(wù)。例如通過(guò)Web瀏覽器實(shí)現(xiàn)HTML網(wǎng)頁(yè)瀏覽與導(dǎo)航，也可以利用關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)瀏覽器，如Tabulator、Marble等，通過(guò)RDF鏈接在數(shù)據(jù)源之間進(jìn)行瀏覽；除此之外，還可以通過(guò)SPARQL查詢實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義檢索等?；谠撃Ｊ剑P者將機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)條目數(shù)據(jù)的描述、組織、發(fā)布劃分為數(shù)據(jù)層、關(guān)聯(lián)層兩個(gè)層次。

2.1數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是指機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)中存儲(chǔ)的條目數(shù)據(jù)，每個(gè)條目數(shù)據(jù)都用DC元數(shù)據(jù)規(guī)范進(jìn)行描述，其中包括題名、作者、期刊、基金等。元數(shù)據(jù)主要是為人而設(shè)計(jì)的，缺乏明確的語(yǔ)義化定義，機(jī)器無(wú)法直接理解。

2.2關(guān)聯(lián)層

鑒于機(jī)構(gòu)庫(kù)元數(shù)據(jù)的局限性，筆者構(gòu)建了數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)層，將機(jī)構(gòu)庫(kù)中的條目數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的語(yǔ)義化跳轉(zhuǎn)，以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行理解和處理。筆者抽取出元數(shù)據(jù)中的概念和屬性，采用本體描述語(yǔ)言，構(gòu)建元數(shù)據(jù)本體［4］，基于該本體，將機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)中的元數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為RDF三元組格式的語(yǔ)義元數(shù)據(jù)，并采用D2R工具根據(jù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)原則［5］進(jìn)行發(fā)布，如圖2所示。機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)條目數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)化后，不僅可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)內(nèi)部條目數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)，而且可以實(shí)現(xiàn)與外部關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集的關(guān)聯(lián)，為用戶提供更豐富的檢索結(jié)果。

3　基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)服務(wù)模式的語(yǔ)義實(shí)現(xiàn)

3.1抽取實(shí)體關(guān)系與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

本實(shí)驗(yàn)以蘭州大學(xué)機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)管理學(xué)院的期刊論文為例，主要抽取了科研人員（Person）、基金項(xiàng)目（foundation）、研究部門(mén)（organization）、期刊論文（Paper）、期刊（Journal）這5種核心實(shí)體類(lèi)，實(shí)體關(guān)系如圖3所示。

圖3　IR中的實(shí)體類(lèi)及關(guān)系

啟動(dòng)postgresql，建立lzuir數(shù)據(jù)庫(kù)。在lzuir數(shù)據(jù)庫(kù)中分別建立這5個(gè)實(shí)體類(lèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表，實(shí)體的屬性對(duì)應(yīng)為數(shù)據(jù)表中的各列，實(shí)體間的關(guān)系對(duì)應(yīng)于表間的關(guān)系，并為各個(gè)表設(shè)置相應(yīng)的主鍵和外鍵。不同表之間的關(guān)系對(duì)應(yīng)如下：

①科研人員和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)系。一個(gè)科研人員必定屬于某個(gè)機(jī)構(gòu)，相應(yīng)地，某個(gè)機(jī)構(gòu)下面包括N個(gè)科研人員。

②科研人員和基金項(xiàng)目的關(guān)系。一個(gè)科研人員可以主持多個(gè)基金項(xiàng)目，而一個(gè)基金項(xiàng)目必定由一個(gè)科研人員主持。

③期刊論文和科研人員的關(guān)系。一篇期刊論文可以由多個(gè)作者合作完成，相應(yīng)地，一個(gè)科研人員可以是多篇期刊論文的作者。

④期刊論文和研究機(jī)構(gòu)的關(guān)系。一篇期刊論文屬于某個(gè)研究機(jī)構(gòu)，而一個(gè)研究機(jī)構(gòu)下面有多篇期刊論文。

⑤期刊論文和期刊的關(guān)系。一篇期刊論文必定對(duì)應(yīng)一個(gè)期刊，相應(yīng)地，某個(gè)期刊下面必定包括多篇期刊論文。

⑥期刊論文和基金項(xiàng)目的關(guān)系。一篇期刊論文屬于某個(gè)基金項(xiàng)目的科研成果，相應(yīng)地，一個(gè)基金項(xiàng)目可以產(chǎn)出多篇期刊論文作為科研成果。

3.2利用RDF進(jìn)行語(yǔ)義標(biāo)注和關(guān)聯(lián)

語(yǔ)義標(biāo)注［6］是使用計(jì)算機(jī)可理解的屬性來(lái)描述資源的相關(guān)陳述。類(lèi)、屬性和實(shí)體標(biāo)注都是通過(guò)創(chuàng)建一些陳述來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在OWL本體標(biāo)注語(yǔ)言中，已經(jīng)預(yù)定義了很多基本屬性，筆者使用RDF+OWL語(yǔ)言進(jìn)行標(biāo)注。筆者定義的實(shí)體關(guān)系中會(huì)復(fù)用到一些關(guān)聯(lián)詞表，分別是FOAF，DC，VCARD等，而外部數(shù)據(jù)源是DBpedia。

3.3基于D2R的數(shù)據(jù)語(yǔ)義映射和轉(zhuǎn)換

關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的發(fā)布方式主要有3種，根據(jù)數(shù)據(jù)量的規(guī)模和更新頻率對(duì)應(yīng)不同的發(fā)布方式。第一種方式針對(duì)數(shù)據(jù)量較小的情況，將其生成靜態(tài)的RDF文件進(jìn)行發(fā)布；第二種方式針對(duì)數(shù)據(jù)量較大的情況，將其存儲(chǔ)到RDF存儲(chǔ)器中，并采用Pubby［8］服務(wù)器前端進(jìn)行操作；第三種方式針對(duì)數(shù)據(jù)的更新頻率比較大的情況，在請(qǐng)求數(shù)據(jù)的過(guò)程中，將其映射為虛擬的RDF格式，這種方式用到的工具主要有D2R、Triplify［9］等。本文的機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)因?yàn)閿?shù)據(jù)請(qǐng)求操作比較頻繁，因此采用第三種方式進(jìn)行發(fā)布，使用的工具是D2R。D2R的核心是D2RQ Engine，它的功能是實(shí)現(xiàn)RDB2RDF，主要采用D2RQMapping文件將關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)映射為虛擬的RDF格式進(jìn)行發(fā)布。筆者在java開(kāi)發(fā)環(huán)境中，對(duì)D2RQMapping進(jìn)行編程，主要步驟如下：

（1）使用D2RQ工具生成映射文件，D2R的映射語(yǔ)言D2RQMapping是基于RDF和OWL進(jìn)行描述的，自身生成的映射無(wú)法滿足需求，因此筆者根據(jù)實(shí)際需要對(duì)蘭州大學(xué)機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)抽取的核心實(shí)體類(lèi)進(jìn)行RDF語(yǔ)義標(biāo)注，以期刊論文為例，將實(shí)體關(guān)系進(jìn)行RDF關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換，部分代表性的代碼如下：

（2）將蘭州大學(xué)機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)關(guān)聯(lián)到外部數(shù)據(jù)源，仍以期刊論文為例，部分代表性的代碼如下：

3.4關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的發(fā)布與訪問(wèn)

在D2R的DOS路徑下，執(zhí)行D2R-Server.bat腳本，運(yùn)行生成映射文件lzuir.n3，啟動(dòng)關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)。在瀏覽器中輸入訪問(wèn)地址http：//localhost：2020，顯示出D2R的運(yùn)行入口界面（如圖4），圖中可看到已將機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)條目數(shù)據(jù)發(fā)布為含有語(yǔ)義的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)源，提供了HTML瀏覽、RDF瀏覽和SPARQL端點(diǎn)查詢3類(lèi)服務(wù)入口。

圖4　D2R的服務(wù)首頁(yè)

從圖中可以看到，5個(gè)數(shù)據(jù)表分別映射為不同的實(shí)體類(lèi)。以蘭州大學(xué)機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)中的一篇期刊論文為例（如圖5所示），可以看到paper數(shù)據(jù)表中的各個(gè)列被映射為資源的屬性特征，點(diǎn)擊圖中的相關(guān)鏈接都可以得到對(duì)應(yīng)元數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息。例如點(diǎn)擊圖5的鏈接http：//localhost：2020/resource/person/1，就可以得到該論文的作者信息，如圖6所示。從圖中也可以看出，這些元數(shù)據(jù)信息，有的來(lái)自于機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)本身，有的來(lái)自外部數(shù)據(jù)源，卻相互關(guān)聯(lián)在一起，構(gòu)成了一個(gè)輕量的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

圖5　語(yǔ)義化的論文元數(shù)據(jù)

圖6　語(yǔ)義化的作者元數(shù)據(jù)

4　總結(jié)與展望

筆者將關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)，構(gòu)建了基于關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)服務(wù)模式，并以蘭州大學(xué)機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)的條目數(shù)據(jù)為例，使用D2R工具將條目數(shù)據(jù)發(fā)布為關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，對(duì)該模式進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)。通過(guò)實(shí)證研究表明，該模式的實(shí)現(xiàn)有助于從根本上擴(kuò)展機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)的資源發(fā)現(xiàn)途徑，提升機(jī)構(gòu)知識(shí)庫(kù)的服務(wù)能力。

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劉雪梅女，1987年生。碩士，館員。研究方向：數(shù)字圖書(shū)館。

［分類(lèi)號(hào)］G250.7

*本文系蘭州大學(xué)圖書(shū)館2015年科研項(xiàng)目（編號(hào)：LZUL［201502］）研究成果之一。

收稿日期：（2016-01-19；責(zé)編：楊新寬。）