這個由多個部分組成的系列滿足了對支持物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 以及建筑物、企業(yè)和消費(fèi)者的數(shù)字化轉(zhuǎn)型的單一語義數(shù)據(jù)模型的需求。這樣的模型必須簡單且可擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)即插即用的互操作性和跨行業(yè)的普遍采用。

什么是本體論？

本體論作為科學(xué)的一部分，有很多面孔。最初，本體論是關(guān)于“存在”的哲學(xué)的一部分，或者說是描述世界的對象、現(xiàn)象和規(guī)律的宇宙知識體系。

近年來，本體的發(fā)展已經(jīng)從人工智能（AI）領(lǐng)域轉(zhuǎn)向語義網(wǎng)。Web上的本體范圍從對一般Web內(nèi)容進(jìn)行分類（例如 schema.org）到對待售產(chǎn)品及其功能（例如 amazon.com）進(jìn)行分類。

作為語義互操作性的促進(jìn)者，本體提供了與特定領(lǐng)域（例如醫(yī)療保?。┑脑獢?shù)據(jù)標(biāo)識符相關(guān)聯(lián)的概念的標(biāo)準(zhǔn)化分類。在結(jié)合分類法和同義詞庫的特征的同時，本體論在術(shù)語和屬性之間使用嚴(yán)格的語義關(guān)系，目的是以機(jī)器可讀的形式表示知識（圖 15）。

［圖15 |語義級別］

用于開發(fā)本體的方法對于促進(jìn)可伸縮性至關(guān)重要，并且必須考慮所有相關(guān)的應(yīng)用程序。本系列文章考慮的應(yīng)用包括五個相互關(guān)聯(lián)的行業(yè)的業(yè)務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)用例 - 家庭和建筑，能源，零售，醫(yī)療保健和運(yùn)輸和物流。

雖然語法語言（如OWL，RDF和RDFS）可用于構(gòu)建本體，但本系列的第三部分將重點(diǎn)介紹與任何特定建模語言無關(guān)的方法。

一個受控的詞匯表，確保一致性

受控詞匯是精心挑選的單詞和短語（即術(shù)語）的集合，這些單詞和短語被賦予了明確定義的含義，這些含義在上下文中是一致的。詞匯表可用于保持本體發(fā)展的一致性，本體論定義了術(shù)語背后的上下文關(guān)系。

由登記當(dāng)局控制的詞匯表中的所有術(shù)語都應(yīng)有一個明確、非冗余的定義。如果可以使用多個術(shù)語來表示相同的內(nèi)容，則應(yīng)將其中一個術(shù)語標(biāo)識為受控詞匯表中的首選術(shù)語，其他術(shù)語作為同義詞或別名列出（如圖 16 和術(shù)語表所示）。

受控詞匯表應(yīng)為全球應(yīng)用程序提供本地語言支持。代表知識領(lǐng)域內(nèi)術(shù)語的標(biāo)準(zhǔn)詞匯表已經(jīng)可以從各種組織（例如，lov.okfn.org）免費(fèi)獲得。

［圖16 |帶有別名和翻譯的受控術(shù)語］

每個事物的對象類

本體可以通過類的集合提供域概念的標(biāo)準(zhǔn)化分類。每個類（概念）可以表示一個可以唯一標(biāo)識的類似事物或?qū)ο蟮念悇e。定義類以反映其對象（實(shí)例）所特有的屬性、限制和關(guān)系。類可以表示物理對象（如傳感器和人員）以及信息對象（如業(yè)務(wù)事務(wù) ［ISO 11179）。本體與一組單獨(dú)的類實(shí)例一起構(gòu)成了知識庫。［8］

類的層次結(jié)構(gòu)

與分類法一樣，本體可以在分層結(jié)構(gòu)中定義其類，該層次結(jié)構(gòu)可以根據(jù)需要盡可能深（圖 17）。一個類（如傳感器或執(zhí)行器）可以是另一個類（設(shè)備）的子類（類型）。

［圖17|本體的分層結(jié)構(gòu)。

所有子類都繼承其類的屬性。例如，如果電源狀態(tài)是 Device 類的一個屬性，則所有傳感器和執(zhí)行器對象都將具有此屬性。

屬性附加在適用于其所有對象（包括子類）的最一般類中。由于所有類都是對象類型，因此類層次結(jié)構(gòu)具有一個根類 Object，該類包含由所有對象繼承的屬性，如 Identifier（O-DEF 分類屬性）（請參見圖 19）。

雖然這種方法與面向?qū)ο蟮?a target="_blank">編程并行，但它代表了編程的元數(shù)據(jù)抽象。表示本體的元數(shù)據(jù)可以維護(hù)在存儲庫（ISO 11179）中，該存儲庫完全從任何編程環(huán)境中抽象出來。

跨行業(yè)互操作的頂級

頂級對象類（例如，ODEF核心索引）可以促進(jìn)不同領(lǐng)域（例如，建筑物，零售，醫(yī)療保健）之間的數(shù)據(jù)交換和互操作性，因?yàn)樗鼈兇_保以統(tǒng)一和語義兼容的方式使用基礎(chǔ)術(shù)語。

本系列中確定的聯(lián)盟的語義數(shù)據(jù)模型包括支持其目標(biāo)行業(yè)和用例的頂級類（圖 18）。

［圖18|聯(lián)盟頂級對象類。

雖然術(shù)語可能不同，但聯(lián)盟有許多共同的基本概念（類）。這些概念的“混合”可以形成一個頂級本體，能夠支持行業(yè)特定的用例和跨行業(yè)的互操作性（圖 19）。

［圖19 |混合的、跨行業(yè)的頂級類層次結(jié)構(gòu)。

根 Object 類的“名稱”和“說明”屬性可以描述這些頂級類，并包含在術(shù)語表中：

信息模型

資產(chǎn)

產(chǎn)品

位置

黨

交易

系統(tǒng)

過程

統(tǒng)治

事件

關(guān)系

雖然個人和組織被一些財(cái)團(tuán)模型（O-DEF，schema.org）視為頂級類，但它們都是商業(yè)模式中派對概念的子類（GS1 EDI，ARTS ODM）。參與方類包括個人和組織共有的屬性，并使一個類能夠與業(yè)務(wù)事務(wù)和其他關(guān)系相關(guān)聯(lián)。［9］參與方能夠擁有合法所有權(quán)，并且可以與根對象類的所有者參與方屬性相關(guān)。參與方實(shí)例可以擁有有形（車輛）和無形（銷售訂單）對象。

雖然沒有在這些聯(lián)盟中明確定義，但頂級關(guān)系類包含在這種混合方法中，以從定義多對多關(guān)系的任何特定本體語言中抽象本體。

信息模型的類

信息模型作為一個知識領(lǐng)域，可以有自己的本體，可以對多層次本體進(jìn)行建模。信息模型頂級對象類（ODEF 信息集）可用于包含定義信息模型的子類（圖 20）。這些包括：

數(shù)據(jù)類型

測量單位

屬性

詞匯術(shù)語

角色

［圖20|信息模型類層次結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)類型的本體

數(shù)據(jù)類型和度量單位（如 QUDT.org）的本體可以在業(yè)務(wù)和技術(shù)中提供基本的語義互操作性。

數(shù)據(jù)類型類可以作為信息模型的子類進(jìn)行建模。所有基于數(shù)字電子學(xué)的數(shù)據(jù)在最低級別上都表示為位（備選方案 0 和 1），數(shù)據(jù)類型類的 Bits 屬性可由所有子類繼承。Number 和 String 是原子數(shù)據(jù)類型（數(shù)據(jù)類型類的直接子類），因?yàn)樗鼈兊闹挡荒苡幂^小的部分來描述。整數(shù)和浮點(diǎn)“基元”可以定義為 Number 類的子類（與 schema.org 一樣）。原子和原始數(shù)據(jù)類型已由標(biāo)準(zhǔn)組織定義（例如，ISO.org 11404，W3.org XML 模式），但它們之間的不一致很難管理。

具有唯一屬性的其他數(shù)據(jù)類型（如 Quantity）可以從基元數(shù)據(jù)類型派生并定義為其子類。但是，在編程語言和聯(lián)盟數(shù)據(jù)服務(wù)之間，特定基元和派生數(shù)據(jù)類型的使用各不相同，限制了語義互操作性（圖 21）。

［圖21|聯(lián)盟數(shù)據(jù)類型］

術(shù)語的數(shù)據(jù)類型

Term 數(shù)據(jù)類型（類似于 Haystack 的“標(biāo)記”）可由屬性（類似于 Haystack 標(biāo)記）用于單獨(dú)或與對象類層次結(jié)構(gòu)一起對對象進(jìn)行分類。

與受控詞匯一起使用時，Term 屬性的值可以表示 Term 對象。例如，在圖 19 中，根 Object 類的 Name 屬性被分配給 Term 數(shù)據(jù)類型。根 Object 類的 Name 屬性值與受控詞匯表中的“Object”術(shù)語相關(guān)（圖 16）。

Term 的概念也可以建模為信息模型的子類（圖 20）。

關(guān)系的數(shù)據(jù)類型

關(guān)系數(shù)據(jù)類型（類似于 Haystack 的“Ref”）可以分配給屬性，以表示與相同或不同類的對象的關(guān)系。例如，根 Object 類的 Class 屬性被分配給“關(guān)系”數(shù)據(jù)類型（圖 19）。Attribute 類的“在類內(nèi)”屬性也分配給關(guān)系數(shù)據(jù)類型（圖 20）。在這種情況下，該關(guān)系表示 Class 對象中屬性對象的包含。

分配給關(guān)系數(shù)據(jù)類型的屬性應(yīng)限制為單個類中的對象，該類應(yīng)該是限制性最強(qiáng)的子類，以正確反映關(guān)系。

測量的數(shù)量數(shù)據(jù)類型

業(yè)務(wù)和技術(shù)依賴于測量的數(shù)字，其中大多數(shù)都有單位。數(shù)據(jù)類型本體可以將測量的數(shù)量（schema.org 定量值）數(shù)據(jù)類型定義為 Number 數(shù)據(jù)類型的子類。還可以為測量的每種類型或“維度”定義數(shù)據(jù)類型，作為 Quantity 數(shù)據(jù)類型的實(shí)例（對象）。例如，“溫度”數(shù)據(jù)類型（圖 21 中的 UN/CEFACT 溫度測量類型）可以定義為“數(shù)量”子類的實(shí)例。

通過將貨幣（貨幣）金額建模為另一種測量類型，可以跨所有測量類型對流程（包括值轉(zhuǎn)換）進(jìn)行規(guī)范化?？梢允褂靡环N機(jī)制（類似于 xe.com）來檢索與貨幣單位關(guān)聯(lián)的換算系數(shù)（貨幣匯率）的動態(tài)值變化。

測量單位的類

使用最廣泛的單位制是國際單位制或SI。ISO 80000-1 進(jìn)一步定義了 SI 和國際數(shù)量體系 （ISQ） 的數(shù)量和單位。

單元類可以作為信息模型的子類進(jìn)行建模。圖 22 顯示了數(shù)據(jù)集中每個對象繼承的 Object 類的屬性（標(biāo)識符、名稱、類）。該圖還包括由對象的 Class 屬性標(biāo)識的類（Unit）的屬性。

［圖22|具有對象和單位屬性的單位類的示例實(shí)例］

與數(shù)據(jù)集中的數(shù)量值配對的單位標(biāo)識符（如 oF）（如干草堆標(biāo)記的數(shù)據(jù)）可以在標(biāo)識的單位對象中解析為數(shù)量數(shù)據(jù)類型（如溫度）。Unit 對象的屬性還可以支持單位轉(zhuǎn)換過程（圖 23）。

［圖23|使用具有轉(zhuǎn)換屬性的單位實(shí)例進(jìn)行溫度值轉(zhuǎn)換］

對象的角色

角色的概念（例如在 O-DEF 中）描述了可由特定上下文中的對象執(zhí)行的功能。角色類可以作為信息模型的子類進(jìn)行建模，并且可以包含應(yīng)用于不同對象類的實(shí)例（圖 24）。

［圖24|具有對象和角色屬性的角色類的示例實(shí)例］

關(guān)系類中的實(shí)例可以將角色的實(shí)例分配給對象。一個對象可以有多個角色。例如，人員的實(shí)例可以具有“員工”、“家長”和“乘客”角色。某種類型的設(shè)備實(shí)例可以是傳感器和通信器。許多設(shè)備的目的是承擔(dān)相同的人員角色。因此，可以跨對象類分配角色。

某些角色（客戶）具有相應(yīng)的反向角色（供應(yīng)商）。將客戶角色分配給參與方（在 ARTS ODM 中建模）時，會將相應(yīng)的供應(yīng)商角色分配給另一方以形成貿(mào)易關(guān)系。

審核編輯：郭婷