電子政務語義互操作發展現狀研究

[摘要]首先分析歐盟互操作框架(EIF)，總結4種類型互操作使用的情況。在此基礎上，重點分析各國實施的語義互操作項目，總結出3種實現語義互操作的方法，分別是:將SOA、語義和本體論結合，WSMO中Choreography、Orchestration和中介器以及服務?—需求轉換器。

[關鍵詞]語義互操作 SOA WSMO 中間件 服務需求轉換器

1 引 言

電子政務的建設最重要的就是實現信息在公共部門間的自由傳遞和共享。但由于各個部門沒有統一規劃和部署，都是自己建設信息系統，這會導致異構問題，使得各個業務流程和系統之間無法實現互操作。互操作能使分布的控制系統設備通過相關信息的數字交換實現協同工作。信息系統之間的互操作必須是一種交互行為，一方提供服務而另一方接受服務，其中包含兩個系統(實體)之間的信息交流過程。語義互操作能使兩個服務單元或者系統間具有交換精確含意數據的能力，并且接收方能夠準確地翻譯或轉換所傳遞的內容，即信息、知識能夠被理解[1]。語義互操作有利于政務資源的數據交換，還可以實現政務領域知識的自動推理和智能處理[2]，最終使各部門協作工作，提高政府工作的透明度，提高處理突發事件的能力。

2 語義互操作在電子政務中的應用現狀

2.1 泛歐電子政府互操作框架

因為歐盟有許多成員國組成，當加入新的成員、新的服務或修改現有的服務時，就會產生新的互操作問題，所以異構現象最為嚴重，對互操作的要求也最高。泛歐洲電子政府服務，不僅要為公民、企業等政府客戶提供無縫互操作電子政府服務，還要在不同國家聯合組成的歐洲聯盟公共行政系統實現互操作[3]。這種服務于跨組織邊界的電子政務服務會涉及到許多領域的操作問題。它需要進行更多的資源整合實現互操作。

鑒于許多互操作的方法都是只針對某一特定方面，缺少靈活性，歐盟定義了歐盟互操作框架(EIF)，其中包含4種電子政務互操作的類型:技術互操作、語義互操作、組織互操作和管理互操作[4]。這4種互操作類型適用于不同的情況:①組織互操作適用于兩個成員國間沒有可以互相兼容的業務流程，但有協同工作的需求。可以通過創建一個能滿足雙方業務流程的程序實現互操作。②語義互操作用于成員國間雖然有可以兼容的業務流程，但是雙方描述業務流程的術語不同。語義互操作系統能將接收到的信息與其他信息資源進行聯合，將需要共享的信息轉換成能被其他組織接受的表示形式。③由于組織雙方有不同的協議、語言、制度和貨幣政策，雖然組織有可以互相兼容的業務流程，描述業務流程的術語也可以進行轉換，但是仍然不能有效地進行電子數據的交換。這時可以采用技術互操作提供的技術轉換實現協同工作。④與互操作應用開發和利用相關的政治、法律和結構條件也是很重要的一部分內容，它可以對以上三方面的互操作提供支持，有關內容要依靠管理互操作實現。

在這幾方面中，語義互操作有著越來越重要的作用，因為它能促進各類信息資源的共享與使用。利用語義互操作，可以使各類資源實現合理的分類和準確的注冊，促進不同資源之間的交互、協同和高效利用，實現各類數據之間的無縫鏈接。

2.2 歐洲各國的電子政府語義互操作研究項目

歐盟各國針對語義互操作問題開展了許多研究項目。這些項目不僅關注組織內部數據的共享、流程的重用，還特別注重對跨組織邊界的互操作研究。英國政府的E-GIF項目[5]提出電子政務的建設應以技術標準體系為核心。英國的互操作框架建立在統一標準、開放源碼、注重實用與共享的原則之上，針對語義互操作的實現，推出電子政務元數據標準(E-GMS)和一系列技術性政策，涉及到網絡互聯、中間件、數據集成、內容管理員數據、電子服務訪問通道等內容。該框架側重于數據交換，定義了跨政府和公共領域信息流的技術政策和規范，體現了互通性、數據繼承性。

丹麥制定了一個名為“InfoStructureBase”[6]的基于XML模式的共享庫，在互操作框架中加入XML模式和一系列標準的網絡服務接口，用于不同部門之間的數據交換，實現語義互操作。它不僅強調對領域本體的定義，更強調對已有的數據庫和數據交換模式的重用。

德國制定了電子政務應用標準結構(SAGA)，其中，Governikus項目注重互操作的研究，提升政府部門的協同工作能力，促進程序最佳化，工作流程標準化，提高了透明度和法律上的安全性; OSCL/XMeld注重組織內部的數據交換，OSCL/XJustiz注重組織內部的XML模式交換標準，最終通過聯邦委員會共同努力實現跨地區的語義互操作。

通過對以上幾個國家所實施項目的分析，可以看出各國都非常重視對語義互操作的研究。另外，國外的許多學者也紛紛提出了各種系統和模型實現語義互操作。意大利制定了公共連接與協作系統(SPC)，確保了數據的標準化和成員國之間的互操作性。愛爾蘭采用“面向服務架構”方式的程序，以公共服務代理(PSB)為切入點，與其他政府部門協同工作，制定了互操作標準指南，提出了MXDR概念模型，它能支持開放環境中元數據的挖掘與復用[7]。

2.3 國內的研究現狀

近年來，國內學者也紛紛對電子政務領域中的語義互操作問題進行研究，并設計了許多模型。李蓉等人提出可以通過計算輸入、輸出數據的語義相似度來判斷Web服務之間是否能夠進行互操作[8]。萬常選提出一種電子政務語義信息交換的模型，該模型從元數據、知識本體和語義Web的角度入手，利用知識庫中的概念、規則對電子政務領域的本體進行自動推理和匹配[9]。劉建曉提出了可以利用本體概念間語義推理關系進行匹配計算[10]。

3 實現語義互操作的方法

3.1 將SOA、語義和本體論結合實現語義互操作

由于各個政府部門之間信息系統存在著異構性，而且隨著歐盟的發展，會隨時增加新的服務。所以需要一種開放的封裝機制。電子政府引入了基于服務的框架，即SOA。這種方法的重點在于服務本身，注重從服務發現、服務規約和服務實現的角度進行定義與建模，而不強調諸如網絡、格式設計等細節問題[11]。在這種觀點下，服務被看成一種可以利用的軟件資源，被封裝在一個模塊中，其中包含一些關鍵概念，例如概念、關聯、語義、服務、數據模型、政策等。封裝之后，該模塊會被作為整體使用。SOA通過標準的、支持Internet、與操作系統無關的SOAP協議實現連接互操作，而且服務的封裝是采用HTML協議，具有自解析和自定義的特征。利用這種方法，當組織流程變化時，系統可以很容易地適應環境的變化;在協同工作的環境下，可以增加系統的安全性，最終實現跨平臺、低耦合度與不同業務流程之間的互操作。

在SOA的基礎上，可以把語義和本體的思想加入其中，形成基于語義服務的架構(SSOA)，實現語義互操作。語義是解決互操作問題的重要工具，Luis ′Alvarez Sabucedo等人提出建立電子政務服務領域規范的整體語義框架，即采用語義的方法實現領域內的整體服務。其中，LifeEvent和AdministrationService[12]都是由語義技術衍生而來的。利用這些技術和軟件平臺，可以建立一個完整的軟件架構。借助LifeEvent，可以用一種更加友好的方式定義服務，用簡單有效的方法建立軟件架構，用統一的機制進行描述。由于提供了新的語義標注工具，可以使定位更加容易。本體是一種動態模型，能夠捕捉到語義的變化，實現領域知識的共享與重用，因此，用本體對服務和功能進行語義描述，可以實現不同部門和系統間的語義互操作。

3.2 WSMO中Choreography、Orchestration和中介器

WSMO是最有成效的語義Web服務的建模框架，為語義Web服務建立統一的體系結構和共同的平臺。它的頂層組成單元包括本體、目標、Web服務和中介器。特別要指出的是，WSMO提供了中介器、Choreography和Orchestration[13]用于實現異構服務的互操作。Choreography和Orchestration位于本體頂層要素中，用于說明語義Web服務的接口;中介器解決了不同服務間的術語不兼容問題和不同系統異構的通信模式的不兼容問題。

Choreography和Orchestration原意為與舞蹈和編排有關的詞匯。近年來，這些詞匯應用于計算機領域，實現語義互操作。它們主要關注服務的行為，其概念模型由狀態信號、狀態、轉換規則和非功能屬性4種元素組成[13]。利用該概念模型可以為服務請求者和服務提供者的交互提供形式化的語義，從而提高語義Web服務的互操作能力。

中介器可以分為精煉器和橋接器兩種，其中，橋接器可以將組件整合起來，實現不同組件間的語義互操作[14]。中介器的調節技術可以分為3種:①利用本體整合技術，將數據句法層次提升至本體層，在本體層解決了這種不匹配問題后再將其降至句法層的表現形式[15]。②利用WSMX過程調解，將兩個公開的過程進行合并，并利用中介器提取出某種相近的功能。當雙方進行通訊時，可以根據對知識背景的分析，產生一條可以被雙方理解的消息。③目的層次調節技術，通過揭示功能描述之間的邏輯關系從而顯著提高匹配速度的能力。

為了使來自不同粒度需求的數據之間能夠進行交換，還可以借助語義連接(semantic bridges)[16]的概念實現語義互操作。語義連接可以用來描述由不同本體定義的概念之間的關系。這些本體雖然有著相同的含義，但由于描述的術語不同，彼此卻不能共享。語義連接正是為這些概念提供了一種轉換、一種映射。由于語義連接不能直接由OWL這種本體語義來表述，所以可以采用規則語言來定義。這種做法可以避免因技術改造而造成的代碼轉換，增加語義連接的可維護性;更重要的是，這種方法不僅能描述不同概念之間的關系，還能實現相關概念之間的轉換。

在網絡服務技術的背景之下，必須把WSMO與通用的服務本體與公共管理部門特定模型(GEA)結合起來，呈現出公共管理部門豐富的服務描述與執行特點，解決公共部門復雜、分布的環境中產生的語義互操作問題。

3.3 服務—需求轉換器

除了要解決政府部門之間的語義互操作問題外，政府部門與公民之間的信息共享也是語義互操作的一個重要問題。“需求—服務轉換器”[17]是指在公民的需求與政府部門能提供的服務之間建立映射。電子政務的一個重要方面就是提供公民所需要的信息。但是在公共管理領域，有許多復雜的服務和大量的執行路徑以及許多參與的組織。所以在公民與政府的信息交流中，通常會產生這樣一個問題:公民首先會產生一個需求，但他并不知道目前哪個公共管理部門提供的公共服務中可以滿足他的需求。相反，公共管理領域清楚自己能提供哪些服務，但不知道公民需求是哪些。所以，就需要在需求—服務之間建立映射機制，引入被稱之為“需求—服務轉換器”的概念組件。在所建立的領域本體內，利用輸入、輸出數據的語義相似度以及輸入、輸出在本體中的位置來判斷是否能夠進行互操作。這種概念組件能把接收到的公民需求作為輸入數據，把滿足這種需求的公共部門服務作為輸出結果。換言之，只要按照公民的自身特點，把他們的需求作為輸入數據，系統就可以返回所有符合需求的政府服務。

4 結 論

本文通過對國內外電子政府的研究，總結出幾種解決語義互操作問題的方法。SOA、語義、本體、Choreography、語義連接、服務—需求轉換器等技術的結合，不僅可為公民、企業等提供優質、及時的信息，更能從整體的角度考慮，實現公共行政系統的互操作。通過對這幾種方法的分析可以看出，它們都是把相關的服務或本體進行封裝、組合，再利用中間件實現連接。中間件在語義互操作中起到了關鍵的作用。現代中間件發展的重要趨勢就是以服務為核心，通過服務或者服務組件來實現更高層次的復用、解耦和互操作。通過標準封裝，服務組件之間的組裝、編排和重組，可以實現服務的復用。而且這種復用可以在不同組織之間進行，可以實現復用的最高級別，實現語義互操作。

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[作者簡介]張 婕，女，1988年生，碩士研究生。