图书馆移动服务情境本体设计研究

周玲元

过去的几十年中，信息的急剧膨胀导致信息超载的出现，而且是以不同的数字格式、多样的媒体渠道传播着，用户面对海量数据更容易产生焦虑情绪。特别是在移动状态下寻找数据越来越困难，为解决信息超载问题人们提出“个性化服务”概念，其目的就是构建用户模型基础上，从而提供个性化服务。个性化服务一般有建模、推荐输出、评价反馈三阶段组成，其中建模是基础，依靠建模技术了解其独特偏好和需求从而提供个性化服务成为可能。

近年来，基于本体的图书馆移动服务建模技术日益成为个性化服务领域的重要研究分支，基于本体的个性化检索系统被应用在公共服务领域 (数字博物馆导览、数字图书馆查询等) ，国内外也有相关学者和研究机构将本体建模技术移植应用到移动用户服务中去，然而在国内基于本体的图书馆移动服务情境建模研究成果却鲜有发现。本文利用本体技术，构建融入情境的图书馆移动服务模型，为移动用户个性化服务提供必要的理论支持。并以此为基础设计建立智慧图书馆移动服务情境模型，并使得构建的情境模型具有准确的语义信息和良好的扩展性，能够很好地支持跨平台逻辑推理和知识共享。

1 本体建模工具及过程

1.1 本体的构建工具

近年来，本体构建工具的发展比较迅速，出现了许多本体建模工具，多位研究人员对本体的构建工具发展进行了综述［1］，目前应用广泛的本体开发工具有:Protégé、Semantic-Works、 TopBraid Composer、 SWOP、 OntoStudio、 IODE、WebODE和NeOn等［2］;本文中图书馆个性化服务系统本体构建所需工具选用Protégé。Protégé由斯坦福大学医学院相关研究机构开发，和其他本体构建工具相比，Protégé具有以下优点:(1) 免费开放资源，所有用户都可以免费下载使用，拥有最多注册使用用户的本体构建工具。(2) 界面友好且支持中文，既方便用户操作，也便于本项目原型模型的设计开发;(3) 可扩展性好，支持添加各种插件扩展Protégé功能;(4) 图形化表示，支持图形化文本编辑，用图形的方式表示本体中概念间的关系，简单易懂;(5) 模块化设计，允许开发人员将本题库细分为几个部分，最后再进行综合。正是以上优点，使得Protégé成为本文构建原型模型本体的首选工具。

1.2 本体的构建过程

目前已有建模方法很多，出于各自领域和具体工程的考虑，没有一套完整的统一的构建方法，即在不同的领域，拥有不同的建模特征。主要还是参照软件工程中有关软件开发流程，目前比较典型的开发模式包括Kactus法、Sensus、骨架法、IDEF5法、Methontology法、Tove法和七步法等［2］。各种方法的建模过程及步骤虽有不同，但基本上都包括有:确定目标、已有本体的重用、形式化、动态维护和客观评价等阶段。斯坦福大学提出的七步法由于构建过程清晰而为广泛采用，本文采用斯坦福大学的七步法，结合情境领域本体的应用需求，提出构建情境领域本体的一般步骤:(1) 确定本体的应用目标和范围;(2) 考虑本体重用的基础上枚举本体概念;(3) 建立类层次结构及概念间的连接;(4) 定义属性约束;(5) 创建本体实例。

2 图书馆移动服务情境分类与获取

2.1 图书馆移动服务情境分类

构造图书馆情境感知服务本体的主要目的是为了获取相关信息服务的领域知识，提供对图书馆服务知识的共同认可和理解，确定相关词汇及其语义信息，定义词汇间的相互关系，从而为情境感知服务系统的构建提供语义支持。本体的创建有利于实现各信息系统间的信息流通，规范业务流程和数据格式，为智慧图书馆的建设打下坚实基础。

本文试图建立图书馆情境感知服务领域本体，结合上述本体模型构建方法、原则及步骤对图书馆情境感知服务本体进行概念设计。考虑到移动环境下图书馆信息服务的实际情况，本文采用邱玮宁等人［3－4］的情境分类方法，将图书馆情境感知服务领域本体划分为用户情境本体、物理环境情境本体、移动智能终端情境本体3个子领域本体，首先通过分别研究构建3个子领域本体，最后汇总构建总体情境感知服务本体模型。

表1 图书馆移动服务情境分类

2.1.1 用户情境

用户情境相关概念是建立在用户情境本体体系基础上的，用户情境本体体系由用户情境信息汇集而成。在有关用户情境信息的已有研究中，对用户情境信息的分类及方法有着广泛的共识，即用户情境信息包括静态的和动态的情境信息。其中用户静态情境信息指的是用户个人基本信息，这些信息一般是不会变。用户动态信息指的是用户随着场景变化而改变的信息，诸如认知信息、性格特征、行为数据、情绪状态等。用户情境本体体系的确定需要体现这些静态和动态的情境数据。

2.1.2 终端设备情境

移动智能终端的情境要素很多，其中比较重要的要素有3个:终端的软件、硬件以及网络信息。用户通常是随身携带移动智能终端的，即用户的网络信息往往可以通过智能终端自动获取的，所以本文将网络情境放置在移动智能终端进行概述。软件信息通常包括操作系统和应用软件;硬件包含的信息非常丰富，可以分为性能描述和非功能性描述进行概括，非功能性的有重量、大小、品牌型号等组成。

2.1.3 物理环境情境

物理环境情境包括终端设备的位置、时间和环境等信息，环境信息是与用户或终端设备相关联的情境要素，涉及的概念有光线、天气、温度、湿度、加速度等;这些信息可以通过特定的传感器或终端设备自动获取。位置是许多情境感知应用中的至关重要的情境数据，移动智能终端的一个主要特征是可移动的，因此基于位置的建模方法成为情境感知的重要研究内容。位置的不同对用户偏好的影响可能是非常重要的，比如:用户在图书馆阅览室里，则系统推荐的内容就不应该是音频视频，以免影响其他同学的自习;再如，有些图书馆基于二维码的校史展览馆，其中的二维码就植入了位置信息，用户只需扫描二维码就可获取相关的资料，系统可以附带推荐该位置附近的其他服务。类似的基于位置感知的服务在实际应用中取得了很好的效果。位置情境可以借鉴地理空间信息系统 (GIS) 系列研究成果的本体概念，以此作为本体重用的基础，结合普适计算系统提炼出一个较为完整、轻量级空间本体，为本文构建情境模型提供概念基础。

2.2 图书馆移动服务情境信息获取

2.2.1 用户情境

我国的教育部教育信息化技术标准委员会CELTSC(Chinese E－Learning Technology Standardization Committee) 制定的《学习者模型规范CELTS－11》将学习者信息分为8类:个人信息、学业信息、管理信息、关系信息、安全信息、偏好信息、绩效信息和作品集信息［5］。基于该模型规范，结合图书馆移动服务实际，本文认为图书馆移动服务用户情境要素包括:用户个人信息、学业基础、和性格偏好。其中用户个人信息涉及用户的静态和动态信息描述，对应CELTSC的个人信息、管理信息、关系信息和安全信息;学业基础指的是用户当前对于知识的掌握程度，对应CELTS的学业信息、绩效信息和作品集信息;性格偏好指的是用户的行为特征趋势，对应CELTS的偏好信息。用户个人信息主要依靠注册信息来获取，学业基础信息采用测试方法获得，性格偏好一般通过对历史数据的挖掘得到。

2.2.2 终端设备情境

终端设备情境主要包括:软件、硬件和网络信息三大类，硬件涉及终端设备特性，诸如大小、重量、交互方式等，软件包括操作系统和应用系统，网络信息包括网络类型、拓扑结构、带宽、数据类型等信息。移动互联网及无线通信技术的快速发展推动着各个行业移动业务的拓展，多样化的无线通信技术 (蓝牙、WiFi、3G/4G、移动通信技术) 刺激并鼓动移动业务的蔓延。移动智能设备已经成为高校师生的标配，融入每个人的日常生活;各大高校图书馆都已开设移动业务，图书馆情境感知服务应该依靠其移动性、个性化特点成为广大师生移动网络生活中的一部分。通过调整图书馆服务内容、数字资源形式满足用户个性化需求，提升图书馆在学生心中的影响力。设备情境的相关参数的获取一般通过读取系统配置文件或通过专用的测试软件来实现。

2.2.3 物理环境情境

物理环境情境要素主要包括:时间、位置和环境信息。其中时间情境和位置情境在有些文献中合称时空情境，不同的应用对时间及位置信息要求不一样，时间和位置的分类根据不同应用需要有不同的种类，常见的有绝对时空和相对时空、室内时空和室外时空等。绝对时空一般是确切且可量化的信息，比如东经141.3，北纬26.3、201阅览室、图书馆正大门及年、月、日、时、分、秒等形式构成;也可以根据应用需求采用相对时空进行记录，图书馆应用一般的形式有年、学期、周次等时间形式;也有模糊描述位置信息，比如图书馆二楼、图书馆后门100米等。室内和室外时空划分主要是根据定位技术而来，室外的定位技术主要是GPS、北斗、格洛纳斯;室内的定位技术主要有RFID、WiFi、无线网络基站、红外传感器等方式实现。环境信息:用户所处自然环境的客观描述数据，通常情况下比较常用的数据有温度、湿度、天气状况、光线、噪声等，这些数据是否有用依赖于应用系统的决策需求。对于图书馆情境感知服务系统而言，环境信息是从属于时空信息的，通常作为一种辅助性的决策参数。环境信息的获取主要依靠传感器、智能终端设备直接获取。

3 图书馆移动服务情境本体设计与实现

3.1 图书馆移动服务情境本体设计

3.1.1 用户情境本体相关概念

本文参照上文所述的用户情境信息分类，构造用户情境领域本体的概念系统和体系结构，涉及的相关概念分为3个大类，包括用户个人信息、学业基础、性格偏好信息;用户个人信息可细分为用户基本信息和用户网络信息等;本文对其中的某些相关概念解释如下:

(1) 用户个人信息:主要描述的是个人基本信息，也可以细分为网络中的个人注册信息和社会生活中的个人信息等细分概念。一般由用户姓名、年龄、性别、身高、体重、身份证号码、联系方式等组成。

(2) 学业基础:主要描述的是与学习相关的概念信息，一般包括:选课记录、考试成绩、学科排名、测试考核信息等。

(3) 用户性格偏好:主要描述的是基于用户心智模式的相关特性，一般包括:生活背景、教育背景、学习能力、性格特征等。

(4) 网络历史数据:主要描述的是用户历史行为数据，一般包括Web日志信息、用户评价信息、用户浏览路径信息等。

3.1.2 移动智能终端情境本体相关概念

本文认为:移动智能终端的情境主要有软件、硬件和网络参数三大类，软件情境包括操作系统及其应用系统，涉及的基本概念操作系统类别、版本、操作语言、协议类型、媒体格式等;硬件情境主要是终端设备物理特性和性能指标，涉及的概念有屏幕尺寸、电量、品牌型号、存储参数、交互方式、显示性能等;网络参数主要包括网络性能和网络状态，涉及概念有最大能力、最小保证、顺序交付、可用带宽、通信方式、拓扑结构和数据类型等。本文对其中的某些相关概念解释如下:

(1) 3G是第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百Kbps以上。3G是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统，目前3G存在3种标准:CDMA2000、WCDMA、TD－SCDMA。

(2) WiFi俗称无线网络，一种能够将个人电脑、手持设备 (如PDA、手机) 等终端以无线方式互相连接的技术。一般由基本服务单元、分配系统、接入点、关口等要素组成。

(3) 终端设备种类繁多，本文指的是移动状态下能够连接互联网的智能终端。其物理特性一般由:生产厂商、品牌型号、尺寸大小、内存、主板、电池容量等组成。

3.1.3 物理环境情境本体相关概念

本文参照文献［6］所采用的物理环境信息分类，构造物理环境领域本体的概念系统和体系结构，涉及的相关概念分为3个大类，包括时间信息、位置信息、环境信息;时间和位置信息可细分为绝对时空信息和相对时空信息等;本文对其中的某些相关概念解释如下:

(1) 时间信息:主要描述的是时间基本信息，也可以细分为绝对时间和相对时间概念。一般由年月日、学期、周次、节假日等组成。

(2) 位置信息:主要描述的是与用户相关的位置信息，一般包括:经度纬度、室内室外等。

(3) 环境信息:主要描述的是基于用户周边环境的相关信息，一般包括:温度、湿度、光线、噪声等。

3.2 图书馆移动服务情境本体实现

通过图书馆移动服务情境分析和总结，本文构建的情境本体总体模型分为用户情境、移动智能终端情境、物理环境情境3个大类，各个大类又包括各自子类。本节将进行图书馆移动服务情境本体总体模型的设计，采用本体融合的方式构建。即将3个情境本体通过交集法和并集法融合为情境总体模型，如图1所示。

图1 情境本体总体模型

情境本体总体模型的OWL片段，如图2所示，此文档主要采用XML、RDF和OWL标准来定义的。

4 总结

本文利用Protégé本体开发工具，借鉴“七步法”的思想建立图书馆情境感知服务本体模型;对图书馆移动服务情境分类及获取方式进行了系统研究;结合移动互联网的特性，将图书馆情境感知服务本体细分为用户情境本体模型、移动智能终端情境本体、物理环境情境本体3个子领域本体，通过分别构建3个子领域本体，最后汇总构建总体情境感知服务本体模型。

图2 情境本体总体模型OWL片段

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