Please download to get full document.

View again

of 8
All materials on our website are shared by users. If you have any questions about copyright issues, please report us to resolve them. We are always happy to assist you.

Разработка онтологии безопасности авиации

Category:

Journals

Publish on:

Views: 0 | Pages: 8

Extension: PDF | Download: 0

Share
Related documents
Description
ДОМЕННИЙ АНАЛІЗ УДК Национальный авиационный университет М.Г. Луцкий Разработка онтологии безопасности авиации В статье рассматривается задача построения онтологии и на ее основе экспертной системы
Transcript
ДОМЕННИЙ АНАЛІЗ УДК Национальный авиационный университет М.Г. Луцкий Разработка онтологии безопасности авиации В статье рассматривается задача построения онтологии и на ее основе экспертной системы для домена «Безопасность авиации». Метод решения задачи демонстрируется на конкретном примере описания термина из онтологии. Для представления онтологии используется стандарт IDEF5. У статті розглядається задача побудови онтології і експертної системи для домена Безпека авіації . Метод рішення задачі демонструється на конкретному прикладі опису терміну з онтології. Для представлення онтології використовується стандарт IDEF5. In the article the decision of task constructing ontology for a domain Safety of aviation is presented. The decision of task on the concrete example of descripting term from ontology is demonstrated. For presentation of ontology the standard of IDEF5 is used. Ключевые слова: онтология, программное обеспечение, экспертная система, безопасность авиации. Введение Авиационная техника является наукоемкой и дорогой составляющей транспортной отрасли и Вооруженных сил Украины. В условиях ограниченного финансирования и кризисных явлений особую актуальность приобретает проблема научно-практического сопровождения эксплуатации авиационной техники. Решение этой проблемы невозможно без применения информационных технологий, в которых используется широкий спектр средств (информационных систем) [1]. Средства должны строиться на единой терминологической основе. Такой основой может быть онтология. В настоящее время онтологии имеют широкое применение, являясь инструментом для описания предметных областей, разработки программного обеспечения, хранения и использования знаний. Вследствие широкого применения онтологии, разработаны разные формы ее представления, а единое определение понятия онтологии отсутствует [2, 3]. Существует много работ посвященных как анализу самого термина, так и анализу применения онтологий [3, 4]. Онтология применяется, например, в следующих случаях: при описании предметной области - для уточнения смысла и обеспечения повторной используемости терминов, применяемых в описании; при разработке программных систем, для обеспечения единой терминологической базы; при реализации проектов, для управления процессами; при разработке интеллектуальных информационных систем, для описания, хранения и использования знаний. В статье на конкретном примере рассматривается метод решения задачи построения онтологии и на ее основе экспертной системы для домена «Безопасность авиации». Статья состоит из четырех частей. В первой, рассматривается постановка задачи и базовые понятия. Во второй части, представлен общий подход, использованный для разработки и описания онтологии. В третьей части, показывается фрагмент разработанной онтологии. В четвертой части, рассматривается экспертная система, построенная на основе разработанной онтологии. 1. Постановка задачи В работе рассматривается применение онтологии для описания предметной области при разработке информационно-программного обеспечения информационной технологии поддержки эксплуатации авиационной техники. Принципиальная особенность технологии состоит в том, что в ней используются информационные системы, которые характеризуются следующим: эксплуатационной независимостью; независимостью по управлению; эволюционностью разработки; произвольным поведением; географической распределенностью. За базовое в статье принято определение онтологии стандарта IDEF5 [5]: онтология, это словарь терминов предметной области и их Луцький М.Г., формальных описаний (аксиом), ограничивающих смысл терминов в этом словаре и обеспечивающих согласованную интерпретацию данных, которые использует словарь. Применение онтологии обеспечивает следующее: стандартизацию терминологии и единую информационную, коммуникационную основу для всех участников проекта; повторную используемость при изменении требований к проекту и продуктам разработки; управление разработкой путем разделения доступа к информации различным участникам проекта. Онтология может применяться в реализации следующих действий проектов: согласования (процессов, документов, продуктов); объектно-ориентированное проектирование и программирование; программирование и проектирование, основанные на компонентной разработке ; проектирование интерфейсов пользователя; моделирование бизнес-процессов; реинженерия бизнес-процессов; проектирование концептуальной схемы. В работе для графического представления онтологии используется язык схем IDEF5 и аналитические описания терминов, которые строятся по разработанной методике. Сущность решаемой задачи состоит в том, чтобы разработать онтологию домена «Безопасность авиации» и построить экспертную систему для ее электронного использования в технологии информационной поддержки задачи научно-практического сопровождения эксплуатации авиационной техники. 2. Описание онтологии Разработанная онтология содержит описание около 500 терминов из области безопасности авиации. Информация для построения онтологии была взята из следующих источников: тезаурус монографии «Безопасность авиации» [6]; тезаурус закона «Повітряний кодекс України» [7]; опыт доменных экспертов; Процесс разработки онтологии включал следующие действия [5]: определение целей проекта и доменного контекста; сбор данных определение источников терминов и отбор терминов для онтологии; анализ данных определение основных терминов и терминов элементов, отношений, вербальное описание терминов; разработка онтологии создание схематического и аналитического описания онтологии; валидация онтологии проверка полноты и корректности онтологии, соответствие требованиям. Онтология представлена графическими схемами в языке схем IDEF5 (65 схем) и аналитическим описанием. Аналитическое описание выполнялось по разработанной методике, которая включает следующие действия: 1). Вводятся обозначения терминов (основой и связанные с ним термины-элементы); 2). Термины-элементы поясняются с помощью несвязанных типов; 3). С каждым термином-элементом связывается уникальный идентификатор; 4). С каждым термином ассоциируются входные и выходные связи; 5). Показываются соединения элементов; 6). Проверяется корректность описания. 3. Пример. Термин «Авиационная деятельность» Пример состоит из вербального описания, графического представления и аналитического описания. 3.1 Вербальное описание Термин 1. Аэропорт земельный участок, на котором расположен аэродром, аэровокзальный комплекс (пассажирские терминалы, привокзальная площадь) и другие сооружения, предназначенные для приема и отправления воздушных судов, наземного обслуживания воздушных судов, пассажиров, экипажей, багажа, почты, грузов, аэродромного обслуживания воздушного движения. Аэропорт может включать размещенные на его территории объекты организации воздушного движения, связи, навигации, наблюдения (радиотехнического обеспечения), метеорологического обеспечения, вертолетные площадки, подъездные пути с полосами отвода, объекты социальной сферы и другие сооружения объекты; Термин 2. Авиационная деятельность деятельность физических и юридических лиц в Луцький М.Г., области гражданской авиации и/или организация воздушного движения Украины; Термин 3. Объекты авиационной деятельности воздушные суда, их компоненты и оборудование, авиационная наземная техника и аэродромное оборудование, инженернотехнические сооружения, движимое и неподвижное имущество, что используются для обеспечения авиационной деятельности; Термин 4. Субъект авиационной деятельности физические и юридические лица независимо от формы собственности, ведомственной принадлежности, которые осуществляют деятельность в отрасли гражданской авиации; Термин 5. Безопасность авиации это состояние отрасли гражданской авиации, при котором риск причинения убытков людям или имуществу снижается до приемлемого уровня в результате непрерывного процесса определения уровня опасности и управления им и содержится на таком уровне, или снижается дальше, в сферах безопасности полетов, авиационной безопасности, охраны окружающей естественной среды, экономической безопасности и информационной безопасности; Термин 6. Аэронавигационное обслуживание обслуживание, которое осуществляется провайдерами аэронавигационного обслуживания на всех этапах полета воздушных судов, который включает организацию воздушного движения, связь, навигацию, наблюдение (радиотехническое обеспечение), поиск и спасение, предоставление аэронавигационной и метеорологической информации. 3.2 Графическое описание Графическое описание осуществляется с помощью языка схем IDEF5. На рис.1 представлена графическая схема термина (системы) «Авиационная деятельность». Объект авиационной деятельности содержит Аэропорт обеспечивает осуществляет осуществляет Авиационная деятельность обеспечивает & Субъект авиационной деятельности Безопасность авиации Аэронавигационное обслуживание Рис. 1. Графическая схема термина «Авиационная деятельность» 3.3 Аналитическое описание Аналитическое описание осуществляется по методике, представленной во второй части статьи. В описании приняты следующие условные обозначения: a:a элемент а принадлежит множеству А; А В А или В; Множество U это универсальное множество, содержащее типы. U i множество идентификаторов. Под соединителями элементов понимаем связи между элементами Система и ее элементы 1). Рассматриваем систему s:s, которая состоит из следующих компонентов: авиационной деятельность а:а, аэропорт а0:а0, объект авиационной деятельности а1:а1, субъект авиационной деятельности а2:а2, безопасность авиации а3:а3, аэронавигационное обслуживание а4:а4. 2). Элементы u:u являются или авиационной деятельностью, или аэропортом, или объектами авиационной деятельности, или субъектами авиационной деятельности, или безопасностью авиации, или аэронавигационным обслуживанием. 3). Элементы объясняются в терминах несвязных типов: авиационная деятельность АА, аэропорт АО, объекты авиационной деятельности АB, субъекты авиационной деятельности АC, безопасность авиации АD, аэронавигационное обслуживание АE. Луцький М.Г., Тип 1) S, А, А1, А2, А3, А4. 2) U=A AO А1 А2 А3 А4. 3) А==mkА (aa: AA) A0==mkA0(ao:AO) А1==mkА1(ab: AB) A2==mkA2(ac:AC) A3==mkA3(ad:AD) A4==mkA4(ae:AE) Уникальные идентификаторы 4). С каждым элементом связываем уникальный идентификатор uі:uі. 5). Из элемента можно проследить его уникальный идентификатор. 6). Из элемента можно проследить термины или авиационную деятельность, или аэропорт, или объекты авиационной деятельности, или субъекты авиационной деятельности, или безопасность авиации, или аэронавигационное обслуживание. Тип 4). UI Значение 5). obs UI:U- UI 6). is_a0:u- bool is_a0(u) case 1 of mka0(_)- true,_- false end 6).is_A:U- Bool is_a(u) case 1 of mka(_)- true,_- false end 6). is_a1:u- bool is_a1(u) case 1 of mka1(_)- true,_- false end 6). is_a2:u- bool is_a2(u) case 1 of mka2(_)- true,_- false end 6).is_A3:U- Bool is_a3(u) case 1 of mka3(_)- true,_- false end 6). is_a4:u- bool is_a4(u) case 1 of mka4(_)- true,_- false end Связь понимается как сочетание элементов Соединители элементов 7). С безопасностью авиации, с аэронавигационным обслуживанием ассоциируем точно один входной и нуль исходных связей. 8). С авиационной деятельностью ассоциируем максимальное количество исходных связей, m, больше единицы и максимальное количество входных связей, n, больше единицы. Значение 7). obs_incs:a3 A4- {1:Nat} obs_outcs:a3 A4- {0:Nat} 8). obs_incs:a- nat obs_outcs:a- nat 9). obs_incs:a0- {0:nat} obs_outcs:a0- nat 10). obs_inсs:a1 {1:Nat} obs_outcs:a1 {1:Nat} 11). obs_incs:a2 {0:Nat} obs_outcs:a2 {1:Nat} 9). С аэропортом ассоциируем нуль входных связей и максимальное количество выходных связей, k, больше единицы. 10). С объектом авиационной деятельности ассоциируем точно одну входную связь и одну выходную связь. 11). С субъектом авиационной деятельности ассоциируем нуль входных связей и нуль или одну выходную связь. Аксиома 8). a:a obs_outcs(a) 2, obs_incs(a) 2 Луцький М.Г., 9). a0: A0 obs_outcs(a0) Наблюдение и соединение 12). Из системы можно проследить все ее элементы. 13). Из элемента можно наблюдать непересекающиеся пары входных и выходных элементов, с которыми они соединены: а) безопасность авиации, аэронавигационное обслуживание могут быть в сочетании с нулем или одним элементом из авиационной деятельности (входные) и нулем выходных элементов. б) авиационная деятельность со всеми элементами (выходные и входные). в) элемент аэропорт может быть соединен с нулем входных элементов и нулем или одним выходным элементом из авиационной деятельности и объектов авиационной деятельности. г) объекты авиационной деятельности могут быть соединены с нулем или одним входных элементом с аэропорта и нулем или одним выходным элементом с авиационной деятельности. д) субъекты авиационной деятельности могут быть соединены с нулем входных элементов и нулем или одним выходным элементом с авиационной деятельности. Значение 12). obs_us:s- u-set 13). obs_cuis:u- ui-set UI-set wf_conns:u- bool wf_conns(u) let(iuis,ouis)=obs_сuis(u) in iuis ouis={0} case u of 13a) mka3(_)- card iuis {0,1} card ouis {0} 13a) mka4(_)- card iuis {0,1} card ouis {0} 13б) mka(_)- card iuis {2 obs_incs(a)} card ouis {2 obs_outcs(a)} 13в) mka0(_)- card iuis {0} card ouis {2 obs_outcs(a0)} 13г) mka1(_)- card iuis {0,1} card ouis {0,1} 13д) mka2(_)- card iuis {0} card ouis {0,1} end end Корректность 14) Элементы идентификаторов, полученные из obs_сuis наблюдением, должны быть идентифицированы, как элементы из S. u Аксиома 14) s:s, u:u obs_us(s) let(iuis,ouis)=obs_cuis(s) in ui:ui ui iuis ouis u :U obs_us(s) u u obs_ui(u ) =ui End 4. Экспертная система Для использования онтологии разработана экспертная система (рис.2). За основу программного обеспечения экспертной системы взята система Protege [8]. Экстрактор, который предусмотрен в структуре экспертной системы, предназначен для выделения терминов из систем онтологии. В технологии создания и использования онтологии есть два действующих лица: доменный эксперт и разработчик программного обеспечения Доменный эксперт (рис.3), взаимодействуя с экспертной системой через интерфейс системы Protege(рис.4) осуществляет создание и ведение базы знаний (онтологии). Разработчик программного обеспечения использует онтологию, а вместе с доменным экспертом совершенствует ее (рис.5). Луцький М.Г., Protege Экстрактор База знаний (онтологий) Рис. 2 Диаграмма компонентов экспертной системы Анализ домена Доменный эксперт Создание онтологии Создание базы знаний Рис. 3 Диаграмма использований для доменного эксперта Рис 4 Интерфейс доменного эксперта Луцький М.Г., Использование онтологии Разработчик Совершенствование онтологии Рис. 5 Диаграмма использований для разработчика Системы онтологии могут быть представлены в языках xml, semantic web, rdf (рис.6). rdf:description rdf:type rdf:resource= &owl;alldisjointclasses / owl:members rdf:parsetype= collection rdf:description rdf:about= &ontology ;аэронавигационное_обслуживание / rdf:description rdf:about= &ontology ;аэропорт / rdf:description rdf:about= &ontology ;безопасность_авиации / rdf:description rdf:about= &ontology ;объекты_авиационной_деятельности / rdf:description rdf:about= &ontology ;субъект_авиационной_деятельности / /owl:members /rdf:description /rdf:rdf Рис.6 Описание онтологии Литература 1. Луцький М.Г. Проблеми інформаційної підтримки супроводження експлуатації автоматизованої техніки // Наука і техніка Повітряних Сил і Збройних Сил: Науковотехнічний журнал Харківського університету Повітряних Сил С Клещев А. С, Артемьева И. Л. Математические модели онтологии предметных областей. Ч. 1. Существующие подходы к определению понятия онтология // НТИ. Сер С Горюнова В.В. Модульная онтологическая системная технология в управлении промышленными процессами //Приборы и процессы C Gangemi A., Steve G., Giacomelli F. ONIONS: An Ontological Methodology for Taxonomic Knowledge Integration // Proceedings of the Workshop on Ontological Engineering / Ed. P. van der Vet, ECAI Perakath B. IDEF5 Method Rеport. IICE p. 6. Энциклопедия безопасности авиации / Под ред. М.Луцкого. Киев: Техника, С Закон «Повітряний кодекс України» [Електронний ресурс] Режим доступу: 8. Musen M. Domain Ontologies in Software Engineering: Use of Protege with the EON Architecture //Methods of Inform. in Medicine P Bjorner D. Domain science and engineering from computer science to the sciences of informatics. Part I: Engineering//Кибернетика и системный анализ С Сведения об авторе: Луцкий Максим Георгиевич, к.т.н., доцент, первый проректор Национального авиационного университета, научные интересы инженерия программного обеспечения, информационные технологии. Статья поступила в редакцию р. Луцький М.Г., БАЗИ ДАНИХ, БАЗИ ЗНАНЬ ТА ІНЖЕНЕРІЯ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ УДК Институт программных систем НАН Украины В.А. Резниченко Рекурсивный SQL Рассматриваются возможности языка SQL по формулированию рекурсивных запросов. Наличие рекурсии в SQL позволяет выражать в этом языке произвольные интенсиональные правила языка Datalog дедуктивных баз данных. Розглядаються можливості мови SQL по формулюванню рекурсивних запитів. Наявність рекурсії в SQL надає можливість виражати у цій мові довільні інтенсіональні правила мови Datalog дедуктивних баз даних. Possibilities of SQL language concerning recursive queries formulation are considered. Recursion availability in SQL gives possibilities to express arbitrary intestinal rules of deductive database Datalog language. Ключевые слова: рекурсивный SQL, дедуктивная база данных, язык Datalog Рекурсия была введена в SQL для поддержания возможности интенсиональных правил дедуктивной базы данных. Как известно [1], имеется три вида интенсиональных правил в дедуктивной базе данных: простые, рекурсивные и с отрицаниями. Простые правила и специальные правила с отрицаниями полностью выразимы в стандартном (без рекурсии) SQL. Включение рекурсии в SQL привело к тому, что все возможности дедуктивных интенсиональных правил выразимы в SQL. В данной статье раскрываются возможности рекурсивного SQL на многочисленных примерах. В стандарте SQL 99 было расширено определение запроса. Его синтаксис принял следующий вид: [фраза_with] запрос Здесь под запрос подразумевается стандартное понимание запроса. В свою очередь фраза WITH, которая может располагаться в начале запроса, используется для достижения следующих целей: описать подзапросы, которые многократно используются в самом запросе, с тем, чтобы к ним (подзапросам) можно было обращаться в запросе по имени; описать рекурсивное выполнение запроса. Эта фраза имеет следующий немного упрощенный синтаксис: WITH [RECURSIVE] имя_подзапроса_1 [(список_имен_столбцов_1)] AS (подзапрос_1) [характеристики_поиска_1] [,имя_подзапроса_2 (список_имен_столбцов_2) AS (подзапрос_2) [характеристики_поиска_2]]... Давайте рассмотрим следующий фрагмент запроса: WITH B AS (SELECT... FROM A... UNION ALL SELECT... FROM A,V...) SELECT... Это нерекурсивный запрос. Если теперь мы в нем заменим «V» на «B» то он по форме преобразуется в рекурсивный: WITH B AS (SELECT... FROM A... UNION ALL SELECT... FROM A,B...) SELECT... Чтобы явно указать, что это рекурсивный запрос, а не случайное совпадение, вводится ключевое слово RECURSIVE: WITH RECURSIVE B AS (SELECT... FROM A... UNION ALL SELECT... FROM A,B...) SELECT... Резниченко В.А.,
Similar documents
View more...
We Need Your Support
Thank you for visiting our website and your interest in our free products and services. We are nonprofit website to share and download documents. To the running of this website, we need your help to support us.

Thanks to everyone for your continued support.

No, Thanks