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基于语义web 的信息管理系统检索研究
佘名高，宋帅
作者简介：佘名高，（1958-），男，副教授，主要研究方向：网络数据库，多媒体技术。E-mail: shemg964@163.com
（武汉理工大学计算机科学与技术学院，武汉 430070）
5 摘要：本文首先引入语义web 和本体的概念，并简单介绍语义web 的七层结构，然后结合
建筑工程项目进行具体需求分析，建立关于工程造价的本体模型。用户提交项目信息，系统
存储信息形成项目Web 资源描述库。当需要进行检索时，系统根据用户提交的关键字信息，
进行SPARQL 查询请求检索出符合条件的项目，实现建设工程造价信息管理系统的查询。
关键词：造价信息管理；本体；SPAKQL；查询
10 中图分类号：TP311
Research on query of information Management system
based on semantic Web
She Minggao, Song Shuai
15 (College of Computer Science and Technology, Wuhan University of Technology,
WuHan 430070)
Abstract: The paper introduces semantic Web , the concept of ontology firstly, and the seven layer
architecture of semantic Web, The ontology model is created based on the demand analysis of the
construction project. Users submit project information and the system save and store the
20 information to be Web resources project description library. Then the key introduction is that the
users submit the query request, the system will query the needing project information according by
SPARQL query, and realize the construction engineering cost information management system
queries.
Keywords: ost information management; ontology; SPAKQL; query
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0 引言
目前实际使用的查询主要是采用关键字与数据库中表的记录进行匹配的技术：用户输入
与查询相关的关键字，系统确定要查询范围即数据库中的目标表，以关键字作为条件，用
select、字段 from 目标表和条件拼接形成SQL 语句，对目标表逐行进行检索，初始化查询
30 结果集为空，如果有一条记录与关键字匹配成功，则把该条记录加入到查询结果集，然后返
回查询结果集。这种检索技术并未对同类的相关资源进行统一的语义描述，忽略了关键字的
实际语义信息，没有达到资源语义共享的目的[1]。
建设工程造价管理信息系统以语义web 的相关知识为背景，把项目的信息整合为推理
规则库，与项目的属性实现自动对比，系统根据用户提交的关键字信息，形成SPARQL 查
35 询请求在项目资源描述库中查询相关的项目，为基于语义信息的建设工程造价信息管理系统
平台提供技术支持。
1 关键技术介绍
1.1 语义Web 的七层架构
语义网(Semantic Web)的概念是由万维网联盟(W3C)的Tim Berners-Lee 在1998 年提出
40 的一种设想。目的是在计算机和人理解的语义之间建立一座可以互相理解和沟通的桥梁，使
智能化软件能够无障碍地访问网络中的共享资源并可以检索到。核心是：通过用户页面
(如:HTML)，由用户提交信息，语义网负责把这些具体信息转化为能够被计算机理解的抽象
语义(Meta data)，从而使整个互联网成为一个通用的信息交换媒介，已达到资源共享之目的
[2]
45 语义Web 的多层体系结构使得互联网的基本功能得以扩充，为网络代理软件提供了智
能化工作的条件。并于2000 年提出了语义网的体系结构(见图1)。它主要包括下面几个核心
层次:第一层是URI 和Unicode，其中URI 负责对资源进行标识,Unicode 主要用于资源的编
码处理,这一层是整个语义Web 的基础；第二层是XML（可扩展标记语言）+NameSpace(命
名空间)+Schema(模式)，即使用标准语言将网络资源的表现形式、数据结构和内容相分离，
50 负责在语法层次上表示资源的内容和数据结构；第三层是RDF+RDF 模式，用于描述资源及
其类型；第四层是本体词汇（Ontology Vocabulary），主要对资源之间的相互关系进行描述；
第五层是逻辑（Logic），以下面四层的为基础进行逻辑推理；第六层是验证(Proof)，根据
逻辑陈述进行验证并得出结论；第七层是信任(Trust)，建立用户间的信任关系。其中，第二
到四层是语义web 的核心，表达Web 信息的语义[3]。
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图1 语义Web 的体系结构
Fig. 1 architecture of Semantic Web
1.2 本体的相关知识
60 本体原是哲学范畴的概念，研究事物存在性的本质问题，后被引入到计算机科学中。在
计算机科学领域内，本体是共享概念的模型的明确的形式化规范说明。其中共享概念表示是
共同认可的领域术语或知识；形式化是指可被计算机理解并识别加以处理的；明确是指无二
义性[4]。在语义Web 体系架构中，本体层是核心，该层是在RDF+RDF Schema 层的基础上
定义的概念及其关系的描述对象，用于描述这些术语和术语间相互关系，实现对词汇表的扩
65 展[5]。
2 项目需求分析
建设工程造价信息管理系统是建筑行业的一个公用业务办公平台，充分搜集建设市场各
种信息资源，并对造价数据业务流程进行建模分析，对行业内的数据进行信息化的管理。目
的规范建筑行业的造价管理，科学地实施信息化，提高行业的信息化管理水平，达到资源共
70 享的目的。同时对数据有效分析统计，查询，为管理层提供决策化的根据，实现数据挖掘的
目的。
本文以竣工结算模块为例，给出相关业务流程：
建设单位模块：建设单位报建项目，填写工程概况表，工程特征表等一系列和数据采集
相关表格之后，然后上传附件，供科员审核。
75 科员模块：主要是初步审核建设单位填报的工程，审核通过后，发送电子确认单，然后
进行业务处理（填写审批表，审查指标表等表格）。
科长审核模块：主要是二次审核建设单位填报的工程，即科员审核通过的工程，然后在
审查指标表和审批表上签字。
领导审核模块：主要是三次审核建设单位填报的工程，即科长审核通过的工程，然后在
80 审查指标表和审批表上签字。
综上所述，系统模块功能图如图2 所示。
建设工程造价信息
管理系统
建设单位
工
程
填
报
科员科长主管领导
科
员
审
核
业
务
处
理
科
长
审
核
审
批
图2 系统模块功能需求简图
Fig. 2 simple diagram of System module function demand
85
3 本体构建
3.1 本体构建
本体构建的目的是根据获取相关领域的知识，进行建模，达到计算机对这些知识的共同
理解，从不同的角度和层次对知识进行明确的定义，并且对知识之间的相互关系进行形式化
90 描述[6]。
经过分析设计，结合建设工程造价信息管理系统，提取出多个概念，以项目为例进行说
明：
项目：建设工程的核心，包括概况、特征、附件等相关的概念，其中概况作为保存项目
的基本信息的信息载体，包括项目名称、项目地点、编号等属性。概况的填写表格如图3
95 所示。
图3 工程概况信息录入表
Fig.3 Input table of Project overview information
100 通过上述的描述，对于“项目”本体，可以用图4 表示。
图4 “项目”本体关系结构图
Fig. 4 structure chart of Project ontology
105 图中表明项目是一个父类，派生出三个子类，每个子类中有一些属性；OWL 类的定义
由两部分组成：引入或引用一个名称，以及一个限制列表，用owl:Class 描述一个类，用
rdfs:subClassOf 描述继承关系。项目用owl 描述为如下代码：
......
<owl:Ontology rdf:about=""/>
110 <owl:Class rdf:ID=”项目”>
<owl:Class rdf:ID=”概况”>
<rdfs:subClassOf rdf:resource=”#项目”>
......
</owl:Class>
115 <owl:Class rdf:ID=”特征”>
<rdfs:subClassOf rdf:resource=”#项目”>
</owl:Class>
<owl:Class rdf:ID=”附件”>
<rdfs:subClassOf rdf:resource=”#项目”>
120 </owl:Class>
......
属性是一个二元关系，在OWL 中有两种类型的属性：对象属性和数据类型属性。对象
属性表示类实例之间的关系，把一个个体关联到其他个体，用owl:ObjectProperty 定义，
用rdfs:domain 和rdfs:range 表示定义域与值域。数据类型属性和对象类型的区别在于值
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125 域只能是数据类型，表示类的实例与数据类型的关系，把个体关联到数据类型（如 integer、
float 和 string 类型）。OWL 的数据类型大多使用XMLSchema 定义的数据类型。概况属性
的owl 描述为：
......
<owl:ObjectProperty rdf:ID=”proj_name”>
130 <rdfs:domain rdf:resource=”#概况”/>
<owl:ObjectProperty>
<owl:ObjectProperty rdf:ID=”proj_type”>
<rdfs:domain rdf:resource=”#概况”/>
<owl:ObjectProperty>
135 ......
3.2 语义标注
根据上述项目本体的构建以及形式化描述，项目概况的语义标注就是使用RDF 语言对
数据资源进行描述，并加入信息资源描述库中，因此信息资源描述库就是经过语义标注的项
目本体的集合。假定有一家项目project01，作如下语义标注：
140 <rdf:Description rdf:about="http://www.w3c.org/project001">
<dc:proj_name>project001</dc:proj_name>
<dc:proj_no>201204080005</dc:proj_no>
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