圖書館移動服務情境本體設計研究

周玲元

過去的幾十年中，信息的急劇膨脹導致信息超載的出現，而且是以不同的數字格式、多樣的媒體渠道傳播著，用戶面對海量數據更容易產生焦慮情緒。特別是在移動狀態下尋找數據越來越困難，為解決信息超載問題人們提出“個性化服務”概念，其目的就是構建用戶模型基礎上，從而提供個性化服務。個性化服務一般有建模、推薦輸出、評價反饋三階段組成，其中建模是基礎，依靠建模技術了解其獨特偏好和需求從而提供個性化服務成為可能。

近年來，基于本體的圖書館移動服務建模技術日益成為個性化服務領域的重要研究分支，基于本體的個性化檢索系統被應用在公共服務領域 (數字博物館導覽、數字圖書館查詢等) ，國內外也有相關學者和研究機構將本體建模技術移植應用到移動用戶服務中去，然而在國內基于本體的圖書館移動服務情境建模研究成果卻鮮有發現。本文利用本體技術，構建融入情境的圖書館移動服務模型，為移動用戶個性化服務提供必要的理論支持。并以此為基礎設計建立智慧圖書館移動服務情境模型，并使得構建的情境模型具有準確的語義信息和良好的擴展性，能夠很好地支持跨平臺邏輯推理和知識共享。

1 本體建模工具及過程

1.1 本體的構建工具

近年來，本體構建工具的發展比較迅速，出現了許多本體建模工具，多位研究人員對本體的構建工具發展進行了綜述［1］，目前應用廣泛的本體開發工具有:Protégé、Semantic-Works、 TopBraid Composer、 SWOP、 OntoStudio、 IODE、WebODE和NeOn等［2］;本文中圖書館個性化服務系統本體構建所需工具選用Protégé。Protégé由斯坦福大學醫學院相關研究機構開發，和其他本體構建工具相比，Protégé具有以下優點:(1) 免費開放資源，所有用戶都可以免費下載使用，擁有最多注冊使用用戶的本體構建工具。(2) 界面友好且支持中文，既方便用戶操作，也便于本項目原型模型的設計開發;(3) 可擴展性好，支持添加各種插件擴展Protégé功能;(4) 圖形化表示，支持圖形化文本編輯，用圖形的方式表示本體中概念間的關系，簡單易懂;(5) 模塊化設計，允許開發人員將本題庫細分為幾個部分，最后再進行綜合。正是以上優點，使得Protégé成為本文構建原型模型本體的首選工具。

1.2 本體的構建過程

目前已有建模方法很多，出于各自領域和具體工程的考慮，沒有一套完整的統一的構建方法，即在不同的領域，擁有不同的建模特征。主要還是參照軟件工程中有關軟件開發流程，目前比較典型的開發模式包括Kactus法、Sensus、骨架法、IDEF5法、Methontology法、Tove法和七步法等［2］。各種方法的建模過程及步驟雖有不同，但基本上都包括有:確定目標、已有本體的重用、形式化、動態維護和客觀評價等階段。斯坦福大學提出的七步法由于構建過程清晰而為廣泛采用，本文采用斯坦福大學的七步法，結合情境領域本體的應用需求，提出構建情境領域本體的一般步驟:(1) 確定本體的應用目標和范圍;(2) 考慮本體重用的基礎上枚舉本體概念;(3) 建立類層次結構及概念間的連接;(4) 定義屬性約束;(5) 創建本體實例。

2 圖書館移動服務情境分類與獲取

2.1 圖書館移動服務情境分類

構造圖書館情境感知服務本體的主要目的是為了獲取相關信息服務的領域知識，提供對圖書館服務知識的共同認可和理解，確定相關詞匯及其語義信息，定義詞匯間的相互關系，從而為情境感知服務系統的構建提供語義支持。本體的創建有利于實現各信息系統間的信息流通，規范業務流程和數據格式，為智慧圖書館的建設打下堅實基礎。

本文試圖建立圖書館情境感知服務領域本體，結合上述本體模型構建方法、原則及步驟對圖書館情境感知服務本體進行概念設計。考慮到移動環境下圖書館信息服務的實際情況，本文采用邱瑋寧等人［3－4］的情境分類方法，將圖書館情境感知服務領域本體劃分為用戶情境本體、物理環境情境本體、移動智能終端情境本體3個子領域本體，首先通過分別研究構建3個子領域本體，最后匯總構建總體情境感知服務本體模型。

表1 圖書館移動服務情境分類

2.1.1 用戶情境

用戶情境相關概念是建立在用戶情境本體體系基礎上的，用戶情境本體體系由用戶情境信息匯集而成。在有關用戶情境信息的已有研究中，對用戶情境信息的分類及方法有著廣泛的共識，即用戶情境信息包括靜態的和動態的情境信息。其中用戶靜態情境信息指的是用戶個人基本信息，這些信息一般是不會變。用戶動態信息指的是用戶隨著場景變化而改變的信息，諸如認知信息、性格特征、行為數據、情緒狀態等。用戶情境本體體系的確定需要體現這些靜態和動態的情境數據。

2.1.2 終端設備情境

移動智能終端的情境要素很多，其中比較重要的要素有3個:終端的軟件、硬件以及網絡信息。用戶通常是隨身攜帶移動智能終端的，即用戶的網絡信息往往可以通過智能終端自動獲取的，所以本文將網絡情境放置在移動智能終端進行概述。軟件信息通常包括操作系統和應用軟件;硬件包含的信息非常豐富，可以分為性能描述和非功能性描述進行概括，非功能性的有重量、大小、品牌型號等組成。

2.1.3 物理環境情境

物理環境情境包括終端設備的位置、時間和環境等信息，環境信息是與用戶或終端設備相關聯的情境要素，涉及的概念有光線、天氣、溫度、濕度、加速度等;這些信息可以通過特定的傳感器或終端設備自動獲取。位置是許多情境感知應用中的至關重要的情境數據，移動智能終端的一個主要特征是可移動的，因此基于位置的建模方法成為情境感知的重要研究內容。位置的不同對用戶偏好的影響可能是非常重要的，比如:用戶在圖書館閱覽室里，則系統推薦的內容就不應該是音頻視頻，以免影響其他同學的自習;再如，有些圖書館基于二維碼的校史展覽館，其中的二維碼就植入了位置信息，用戶只需掃描二維碼就可獲取相關的資料，系統可以附帶推薦該位置附近的其他服務。類似的基于位置感知的服務在實際應用中取得了很好的效果。位置情境可以借鑒地理空間信息系統 (GIS) 系列研究成果的本體概念，以此作為本體重用的基礎，結合普適計算系統提煉出一個較為完整、輕量級空間本體，為本文構建情境模型提供概念基礎。

2.2 圖書館移動服務情境信息獲取

2.2.1 用戶情境

我國的教育部教育信息化技術標準委員會CELTSC(Chinese E－Learning Technology Standardization Committee) 制定的《學習者模型規范CELTS－11》將學習者信息分為8類:個人信息、學業信息、管理信息、關系信息、安全信息、偏好信息、績效信息和作品集信息［5］。基于該模型規范，結合圖書館移動服務實際，本文認為圖書館移動服務用戶情境要素包括:用戶個人信息、學業基礎、和性格偏好。其中用戶個人信息涉及用戶的靜態和動態信息描述，對應CELTSC的個人信息、管理信息、關系信息和安全信息;學業基礎指的是用戶當前對于知識的掌握程度，對應CELTS的學業信息、績效信息和作品集信息;性格偏好指的是用戶的行為特征趨勢，對應CELTS的偏好信息。用戶個人信息主要依靠注冊信息來獲取，學業基礎信息采用測試方法獲得，性格偏好一般通過對歷史數據的挖掘得到。

2.2.2 終端設備情境

終端設備情境主要包括:軟件、硬件和網絡信息三大類，硬件涉及終端設備特性，諸如大小、重量、交互方式等，軟件包括操作系統和應用系統，網絡信息包括網絡類型、拓撲結構、帶寬、數據類型等信息。移動互聯網及無線通信技術的快速發展推動著各個行業移動業務的拓展，多樣化的無線通信技術 (藍牙、WiFi、3G/4G、移動通信技術) 刺激并鼓動移動業務的蔓延。移動智能設備已經成為高校師生的標配，融入每個人的日常生活;各大高校圖書館都已開設移動業務，圖書館情境感知服務應該依靠其移動性、個性化特點成為廣大師生移動網絡生活中的一部分。通過調整圖書館服務內容、數字資源形式滿足用戶個性化需求，提升圖書館在學生心中的影響力。設備情境的相關參數的獲取一般通過讀取系統配置文件或通過專用的測試軟件來實現。

2.2.3 物理環境情境

物理環境情境要素主要包括:時間、位置和環境信息。其中時間情境和位置情境在有些文獻中合稱時空情境，不同的應用對時間及位置信息要求不一樣，時間和位置的分類根據不同應用需要有不同的種類，常見的有絕對時空和相對時空、室內時空和室外時空等。絕對時空一般是確切且可量化的信息，比如東經141.3，北緯26.3、201閱覽室、圖書館正大門及年、月、日、時、分、秒等形式構成;也可以根據應用需求采用相對時空進行記錄，圖書館應用一般的形式有年、學期、周次等時間形式;也有模糊描述位置信息，比如圖書館二樓、圖書館后門100米等。室內和室外時空劃分主要是根據定位技術而來，室外的定位技術主要是GPS、北斗、格洛納斯;室內的定位技術主要有RFID、WiFi、無線網絡基站、紅外傳感器等方式實現。環境信息:用戶所處自然環境的客觀描述數據，通常情況下比較常用的數據有溫度、濕度、天氣狀況、光線、噪聲等，這些數據是否有用依賴于應用系統的決策需求。對于圖書館情境感知服務系統而言，環境信息是從屬于時空信息的，通常作為一種輔助性的決策參數。環境信息的獲取主要依靠傳感器、智能終端設備直接獲取。

3 圖書館移動服務情境本體設計與實現

3.1 圖書館移動服務情境本體設計

3.1.1 用戶情境本體相關概念

本文參照上文所述的用戶情境信息分類，構造用戶情境領域本體的概念系統和體系結構，涉及的相關概念分為3個大類，包括用戶個人信息、學業基礎、性格偏好信息;用戶個人信息可細分為用戶基本信息和用戶網絡信息等;本文對其中的某些相關概念解釋如下:

(1) 用戶個人信息:主要描述的是個人基本信息，也可以細分為網絡中的個人注冊信息和社會生活中的個人信息等細分概念。一般由用戶姓名、年齡、性別、身高、體重、身份證號碼、聯系方式等組成。

(2) 學業基礎:主要描述的是與學習相關的概念信息，一般包括:選課記錄、考試成績、學科排名、測試考核信息等。

(3) 用戶性格偏好:主要描述的是基于用戶心智模式的相關特性，一般包括:生活背景、教育背景、學習能力、性格特征等。

(4) 網絡歷史數據:主要描述的是用戶歷史行為數據，一般包括Web日志信息、用戶評價信息、用戶瀏覽路徑信息等。

3.1.2 移動智能終端情境本體相關概念

本文認為:移動智能終端的情境主要有軟件、硬件和網絡參數三大類，軟件情境包括操作系統及其應用系統，涉及的基本概念操作系統類別、版本、操作語言、協議類型、媒體格式等;硬件情境主要是終端設備物理特性和性能指標，涉及的概念有屏幕尺寸、電量、品牌型號、存儲參數、交互方式、顯示性能等;網絡參數主要包括網絡性能和網絡狀態，涉及概念有最大能力、最小保證、順序交付、可用帶寬、通信方式、拓撲結構和數據類型等。本文對其中的某些相關概念解釋如下:

(1) 3G是第三代移動通信技術，是指支持高速數據傳輸的蜂窩移動通訊技術。3G服務能夠同時傳送聲音及數據信息，速率一般在幾百Kbps以上。3G是指將無線通信與國際互聯網等多媒體通信結合的新一代移動通信系統，目前3G存在3種標準:CDMA2000、WCDMA、TD－SCDMA。

(2) WiFi俗稱無線網絡，一種能夠將個人電腦、手持設備 (如PDA、手機) 等終端以無線方式互相連接的技術。一般由基本服務單元、分配系統、接入點、關口等要素組成。

(3) 終端設備種類繁多，本文指的是移動狀態下能夠連接互聯網的智能終端。其物理特性一般由:生產廠商、品牌型號、尺寸大小、內存、主板、電池容量等組成。

3.1.3 物理環境情境本體相關概念

本文參照文獻［6］所采用的物理環境信息分類，構造物理環境領域本體的概念系統和體系結構，涉及的相關概念分為3個大類，包括時間信息、位置信息、環境信息;時間和位置信息可細分為絕對時空信息和相對時空信息等;本文對其中的某些相關概念解釋如下:

(1) 時間信息:主要描述的是時間基本信息，也可以細分為絕對時間和相對時間概念。一般由年月日、學期、周次、節假日等組成。

(2) 位置信息:主要描述的是與用戶相關的位置信息，一般包括:經度緯度、室內室外等。

(3) 環境信息:主要描述的是基于用戶周邊環境的相關信息，一般包括:溫度、濕度、光線、噪聲等。

3.2 圖書館移動服務情境本體實現

通過圖書館移動服務情境分析和總結，本文構建的情境本體總體模型分為用戶情境、移動智能終端情境、物理環境情境3個大類，各個大類又包括各自子類。本節將進行圖書館移動服務情境本體總體模型的設計，采用本體融合的方式構建。即將3個情境本體通過交集法和并集法融合為情境總體模型，如圖1所示。

圖1 情境本體總體模型

情境本體總體模型的OWL片段，如圖2所示，此文檔主要采用XML、RDF和OWL標準來定義的。

4 總結

本文利用Protégé本體開發工具，借鑒“七步法”的思想建立圖書館情境感知服務本體模型;對圖書館移動服務情境分類及獲取方式進行了系統研究;結合移動互聯網的特性，將圖書館情境感知服務本體細分為用戶情境本體模型、移動智能終端情境本體、物理環境情境本體3個子領域本體，通過分別構建3個子領域本體，最后匯總構建總體情境感知服務本體模型。

圖2 情境本體總體模型OWL片段

［1］Konopka BM.Biomedical ontologies－A review［EB/OL］.Biocybern Biomed Eng，2014，http:∥dx.doi.org/10.1016/j.bbe.2014.0602.

［2］趙晨陽.個性化旅游信息服務系統的基礎理論與關鍵技術研究［D］.蘭州:蘭州大學，2012.

［3］岳瑋寧，董士海，王悅，等.普適計算的人機交互框架研宄［J］.計算機學報，2004，27(12) :1657－1664.

［4］章偉民，徐梅林.全球視閥中的教育技術:應用與創新［M］.上海:華東師范大學出版社，2006，8.

［5］CELTS－11，網絡教育技術規范.學習者模型規范－信息模型規范［S］.

［6］邵非.基于位置感知的移動信息服務若干關鍵技術研究［D］.上海:華東師范大學，2011.