国际数据标准发展趋势及典型案例分析 东北石油大学 袁满 2015年7月23日

内容提要 1. 企业对数据标准需求是什么 2.“互操作”技术 3. 复杂语义描述模型-本体论 4. 支持互操作ISO/IEC系列国际准 5. 有关数据互操作应用案例分析 6. 数据标准化发展给企业的启示

一.企业对数据标准需求是什么 1.互联网助推互联网经济的快速发展 伴随着近20多年互联网技术的发展企业信息化得到了长足发展与进步!可以说，没有互联网就没有企业信息化! 特别是近些年，正是因为互联网在各个领域得到了的重要应用，所以才催生了互联网经济!中国许许多的企业家，学者，包括政府等十分清醒地看到了互联网经济这块大“蛋糕”以及它在促进经济发展中的潜力与助推价值，因此，今年“两会”上提出了“互联网+”的理念。 2015年6月25日国务院正式发布了：《国务院推进互联网+行动意见》，行动中明确“总体思路”、规定了“五个坚持”的基本原则、定义了“发展目标”－到2025年,实现网络化、智能化、服务化、协同化的“互联网+”产业生态体系基本完善,“互联网+”新经济形态初步形成,“互联网+”成为经济社会创新发展的重要驱动力量

一.企业对数据标准需求是什么 1.互联网助推互联网经济的快速发展 行动意见中明确规定了11个重点行动： (1) “互联网+”创业创新 (2) “互联网+”协同制造。 (3) “互联网+”现代农业 (4) “互联网+”智慧能源 (5) “互联网+”普惠金融 (6) “互联网+”益民服务 (7) “互联网+”高效物流 (8) “互联网+”电子商务 (9) “互联网+”便捷交通 (10)“互联网+”绿色生态 (11)“互联网+”人工智能

一.企业对数据标准需求是什么 2.企业信息化与互网技术的发展是互为一体的关系 综上所述，互联网技术的发展已经将企业的信息化带入到“快车道”。既然如此， 从技术的角度上看，企业的信息化就不得不和互联技术接轨或者说遵循互联网技术，特别是我们这些从事企业信息化的“人”一定要学会”互联网思维”-企业信息化必须遵循和跟上互联网技术的发展步伐! 对于大众来讲，互联网中应用最多的是Web，而人们对Web期望是越来越高! 接下来我们回顾一下互联网发展的脉络以及它存在的问题!

一.企业对数据标准需求是什么 3.互联网的基本目的 互联网从诞生之初，人们只是期望她能成为一个人们共同传输与交换信息的一个设施，即连发明者Tim Berners-Lee本人也没有想象到会发展到一发不可收拾的“奇迹”的出现! 互联网发明当初的基本目的早已达到! 众所周知：互联网处理问题的最大的优点就是“复杂问题简单化处理”：采用IP数据报文对任何要发送的内容进行封装! 而且，它一点都不关心你所封装的内容的，所以用户在互联网上通过这个通用的IP报文几乎捕捉不到任何有价值的“语义”信息! 如何才能获取这些有“价值”的信息呢! 2007-11-21

一.企业对数据标准需求是什么 4.如何在互联网上展示信息及Web的不足 Tim Berners-Lee于1989年发明Web1.0时，当初的想法是利用HTML等实现对网页数据的组织及展示等。 然而，随着Web应用的深入，特别是象典型的社交网络应用等的出现，它们每时、每刻都在产生出大量的数据，甚至达到的“大数据”级别。 此时，人们不仅仅要在互联网上展示信息，而且还提出了从Web上获取各种信息的强烈需求，即在Web上实现信息的智能检索功能! 众所周知，Web1.0设计时，只考虑人对这些数据的理解，并没有考虑机器对它的理解! Web上的各种数据组织基本上是“松散的、无语义关系”的。如何能让人机对这些数据“理解”？ 撇开这些表象，其实质就是如何在Web上建立具有语义关系的、人机均能理解的一个数据组织模型，这才是保障解决查全率与查准率问题的关键!

一.企业对数据标准需求是什么 5.语义Web的诞生 针对Web1.0的存在的问题，Tim Berners-Lee于1998年提出了语义网(Semantic Web)的概念，并在《科学美国人》杂志上发表了相关论文,由此揭开了世界范围内语义网研究的序幕。 语义网被认为是下一代互联网即Web3.0的发展方向。语义网是一种使用可以被计算机理解的方式描述事物的网络，它的基本思想就是让机器或者设备能够自动识别和理解互联网上的数据，自动化地处理、集成来自不同数据源的数据，使得Web信息获取更为智能便捷。 2007-11-21

互联网再由“数据裸语义”向“数据富语义”阶段过渡! 一.企业对数据标准需求是什么 5.语义Web的诞生! 互联网再由“数据裸语义”向“数据富语义”阶段过渡!

一.企业对数据标准需求是什么 6.语义Web技术架构

一.企业对数据标准需求是什么 7.Web技术发展动态给企业信息化的重要启示 作为大众使用频率最高的互联网，对数据组织有如此强烈的诉求，更何况是我们的企业!谁不希望我们企业的网络有智能! 周知，企业门户就是互联网的一个缩影。它有结构化数据、半结构化数据以及非结构化数据，如何来将这些繁杂的数据组织好，充分发挥企业门户的重要作用，使得企业用户能够在企业门户这个“互联网”上检索信息时不但能保障其查全率，而且还能保障准确率! 特别地，对于我们企业已经建立好的数据模型中存储的数据的检索，目前，主要是根据用户需求的数据制作成“固定报表”形式。这种所谓的检索功能根本检索不到数据所描述事物间的更深层的隐含知识! 因此，要解决这些问题，必须从技术层面研究语义Web中的核心技术就是-如何来组织这些数据使其具有更强的语义，其实质就是互操作性要解决的语义问题!

内容提要 1. 企业对数据标准需求是什么 2.“互操作”技术 3. 复杂语义描述模型-本体论 4. 支持互操作ISO/IEC系列国际准 5. 有关数据互操作应用案例分析 6. 数据标准化发展给企业的启示

二.互操作技术 1.什么是互操作(interoperability) ISO/IEC 19763对互操作定义如下： 英文定义： capability to communicate, execute programs, or transfer data among various functional units in a manner that requires the user to have little or no knowledge of the unique characteristics of those units 中文定义：在用户对那些交互的单元特性了解很少，甚至是几乎没有这方面的知识的情况下，同样也能够实现各种不同功能单元之间的通讯、执行程序或传输数据的能力。

二.互操作技术 2.互操作类型 只有实现数据服务的集成才能实现高层的共享，这个共享有赖于两种基本类的互操作，即语义互操作与系统互操作。

二.互操作技术 3.语义互操作性中的数据语义的表示方法 元数据:元数据描述是需要标准的，元数据只能实现对数据局部语义信息的描述。 资源描述框架与模式(RDFs):RDFS提出了抽象世界中的主要关系，并由此建立了类型系统，从而支持从客观世界至抽象世界的映射，也为知识共享打下了基础，基于RDFS用户可以在某个领域中定义自己的Scllema，但是为了描述更具体和实用的内容，还需要依靠更进一步、描述能力更为丰富的语言。 本体描述模型：本体能够实现全面的语义信息的描述。

内容提要 1. 企业对数据标准需求是什么 2.“互操作”技术 3. 复杂语义描述模型-本体论 4. 支持互操作ISO/IEC系列国际准 5. 有关数据互操作应用案例分析 6. 数据标准化发展给企业的启示

三.复杂语义描述模型-本体论 1.本体论概述和定义 本体论是哲学领域中的一个术语，它的基本含义都是“存在”(Being)。 1993年，Gruber给出了本体的一个最为流行的定义，即：“An ontology is an explicit specification of a conceptualization”(本体是概念模型的、明确的、规范的说明)。 Borst对此进行了修改，认为本体是共享概念模型的形式化规范的说明。 Suder等对上述两个定义进行了深入研究，给出了一个更明确的定义：本体是共享概念模型的明确的形式化的规范说明)”-权威定义!

三.复杂语义描述模型-本体论 2.本体定义的深刻内涵 概念模型(conceptualization)通过抽象出现客观世界中一些现象的相关概念而得到的模型，其表示的含义独立于具体的环境状态。 明确(explicit)：所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义。 形式化(formal)：本体是计算机可读的，即能被计算机处理。 共享(share)：本体中体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认的概念集。 综述：总之本体它是一个概念系统，这个概念系统不仅仅定义了概念、概念的内涵还有概念与概念之间的关系等，而这些概念是通过术语或词汇来描述。

三.复杂语义描述模型-本体论 3.本体的目的和作用 （1）提供通识术语。本体为群体提供了描述客观世界的标准要领和术语，这些术语受到了严格的定义，得到了群体共同认可。 （2）形式化隐性知识。隐性知识包括存在于群体生活环境中的、人们日常无意识使用的概念体系和专家知识。本体将对这些知识的形式化表达起到关键作用。 （3）结构化知识。本体为描述存在实体的概念和关系提供了知识组织模式或知识组织大纲。数据库的概念模式可以说是数据库的本体。 （4）知识体系化。本体为知识体系化提供了构件。这些构件是经过严密定义了的、群体共识的概念和术语。通过构件能丰富地描述各种现象、事实和理论知识。 （5）标准化。正如工业标准化工作在工业生产中所起的决定性作用一样，本体将在网络化、大规模化、高效率知识处理中发挥重要的作用。 。。。。。。

三.复杂语义描述模型-本体论 3.一个火车订票本体－概念集

三.复杂语义描述模型-本体论 4.一个火车订票本体－概念的属性集

三.复杂语义描述模型-本体论 4.一个火车订票本体－方法集

三.复杂语义描述模型-本体论 4.一个火车订票本体－规则集－属性规则集

三.复杂语义描述模型-本体论 4.一个火车订票本体－规则集－方法规则集

三.复杂语义描述模型-本体论 4.一个火车订票本体－规则集－概念间规则集

三.复杂语义描述模型-本体论 4.一个火车订票本体－关系集

三.复杂语义描述模型-本体论 4.一个火车订票本体－关系集

三.复杂语义描述模型-本体论 4.一个火车订票本体－逻辑本体（平台无关性）

三.复杂语义描述模型-本体论 4.一个火车订票本体－Pretege（平台相关性）

三.复杂语义描述模型-本体论 4.油田开发中的本体构建的一个原型

三.复杂语义描述模型-本体论 5.本体的分类 Guarino 将本体划分为： 顶级Ontologies： 描述的是最普通的概念及概念之间的关系，如空间、时间、事件、行为等等，与具体的应用无关，其他种类的Ontologies 都是该类Ontologies 的特例。 领域Ontologies： 描述的是特定领域(医药、汽车等) 中的概念及概念之间的关系。 任务Ontologies： 描述的是特定任务或行为中的概念及概念之间的关系。 应用Ontologies： 描述的是依赖于特定领域和任务的概念及概念之间的关系。

三.复杂语义描述模型-本体论 6.国际上典型的本体 (1)知识表示本体(Knowledge Representation ontologies)，如Frame ontology和斯坦福大学知识系统实验室提出的知识描述语言KIF(Knowledge Interchange Format)。 (2)通用或常识本体(General／common ontologies)，如Cyc本体系统。到2000年为止，Cyc的常识库已有了l600000条知识和几百个微理论 (micro—theory)。 (3)领域本体(Domain ontologies)，如基因本体Go(Gene ontologies)、爱丁堡大学企业本体。 (4)语言学本体(1inguistic ontologies)，关于语言、词汇等的本体，典型实例有GUM(Generalized Upper Model)，WordNet和MindNet等。 (5)任务本体(Task ontologies)，主要研究如Chandrasekaran等人的关于任务和问题求解方法本体的研究。

三.复杂语义描述模型-本体论 7.本体应用的领域 信息检索：全文检索(Text retrieval) 、数据检索(Data retrieval) 、知识检索(Knowledge retrieval) 。 信息抽取 异构信息系统的互操作和集成 语义Web领域的应用 标准制订等等。

三.复杂语义描述模型-本体论 8.本体与叙词的关系 叙词表又称为主题词表，它是一种语义词典，由术语及术语之间的各种关系组成，能反映某学科领域的语义相关概念。叙词表收录了某一领域的所有叙词和非叙词，按照一定顺序排列。叙词表的语义关系包括“用、代、分、属、参”，分别用来表示叙词款目之间的等同、等级、相关等语义关系。由于叙词表包含丰富的领域概念和一定的语义关系，在表达知识结构上与本体有着天然联系，包含了本学科领域中相对比较完整的术语。 因此，国内外很多学术团体都在尝试着基于叙词表进行本体的构建，研究重点在于叙词表向本体转换的方法。

内容提要 1. 企业对数据标准需求是什么 2.“互操作”技术 3. 复杂语义描述模型-本体论 4. 支持互操作ISO/IEC系列国际准 5. 有关数据互操作应用案例分析 6. 数据标准化发展给企业的启示

四.语义互操作国际ISO/IEC11179系列标准 1.ISO/IEC/11179系列标准发简介及发展历程 1989年，国际标准化组织ISO/IEC jtc1(信息技术委员会)成产，下设若干分技术委员会，其中SC14专门制定数据标准：1997年JTC1你改组，SC14被合并到新成立的SC32(数据管理与交换组)中，由SC32工作组专门负责制定数据标准化的相关标准。ISO/IEC 11179《信息技术-数据元的规范与标准化》是其主要的成果之一，该标准目标是通过电子信息交换来满足国际范围数据开放交换的需要，有利于在一个网络内，不同的机构 、跨越所有软硬件层面和地理等界限进行数据交换。 ISO/IEC 11179 《信息技术-数据元的规范与标准化》主要内容包括5个部分： 第1部分：框架 第2部分：分类 第3部分：基本属性 第4部分：数据定义的形成 第5部分：命名和标识原则 第6部分：注册(1997年才发布) Part 1: Framework Part 2: Classification Part 3: Registry metamodel and basic attributes Part 4: Formulation of data definitions Part 5: Naming and identification principles Part 6: Registration

四.语义互操作国际ISO/IEC11179系列标准 1.ISO/IEC/11179系列标准发展历程 周知，系列标准中核心部分是第1部分和第3部分。 1999年12月1日，ISO和 IEC SC32工作组发布 ISO/IEC 11179-1:1999(Edition 1) 2004年9月15日ISO和IEC 32工作组发布ISO/IEC 11179-1:2004(Edition 2) 第1部分经历了两次的修改! 第3部分，变化的历程见下表

四.语义互操作国际ISO/IEC11179系列标准 2.ISO/IEC/11179系列标准发展的规律： 从第1版本的数据元的标准化->元数据注册的标准化->以企业概念系统为核心的注册标准化。前两个版本的标准主要注重于企业数据单独某一个侧面或局部的标准化(象术语标准、数据元标准以及元数据标准、模型标准等)，而第三版本建立了概念系统为核心的先进观点! 2013年修订的第三版标准以“概念”为中心将这些分散或离散化的数据标准统一集成化、知识化、富语义化成概念系统，不象以往那样以元数据为单位来统一数据，而现在以“概念”作为最小单位来建立标准。除此之外，为建立更强的语义，所以又主张建立概念间的关系，这样就形成了一个所谓的概念体系(conceptualization)（这也是几十年来人们一直在探讨、找寻的一种解决企业数据语义互操作的能反应自然规律的一种科学的模型-其核心思想还是哲学中的联系的观点!)。

四.语义互操作国际ISO/IEC11179系列标准 3.ISO/IEC/11179系列标准主要核心内容

四.语义互操作国际ISO/IEC11179系列标准 3.ISO/IEC/11179系列标准主要核心内容 3.2 概念注册元模型　　

四.语义互操作国际ISO/IEC11179系列标准 3.ISO/IEC/11179系列标准主要核心内容 3.3 概念及概念系统分类注册元模型　　

四.语义互操作国际ISO/IEC11179系列标准 3.ISO/IEC/11179系列标准主要核心内容 3.4 概念与概念间的关系类型注册元模型　　

四.语义互操作国际ISO/IEC11179系列标准 3.ISO/IEC/11179系列标准主要核心内容 3.4 概念与概念间的关系类型表 3.4 概念与概念间的关系类型表　　 relation (关系) symmetry （对称性） reflexivity（反身性） transitivity（传递性） equals （相等） symmetric （对称） reflexive （自反性） transitive(可传递的) not equals（不相等） antireflexive（反自反性） intransitive（不可传递的） less than (小于) antisymmetric（反对称） less than or equal (小于或等于) asymmetric （非对称） similar （相似）

四.语义互操作国际ISO/IEC11179系列标准 3.ISO/IEC/11179系列标准主要核心内容 3.5 数据标准化中涉及的概念类型　　

四.语义互操作国际ISO/IEC11179系列标准 3.ISO/IEC/11179系列标准主要核心内容 3.6 计量单位的概念化　　

四.语义互操作国际ISO/IEC11179系列标准 3.ISO/IEC/11179系列标准主要核心内容 3.7 以car注册为例的概念系统注册　　

四.语义互操作国际ISO/IEC11179系列标准 3.ISO/IEC/11179系列标准主要核心内容 3.8 第3版本认识与总结 最小注单位是概念，在注册时，以概念为单位进行注册 实现对概念属性的注册-数据元概念(DEC)注册 实现对概念间关系的注册 最终注册形成一个概念系统-本体，这个“本体”是中性的(与平台无关，与具体的描述语言也无关)。 MDR除了对上述概念进行注册之外，还支持“断言”注册(等价于本体中的公理等)。 因此，这种理念是企业数据标准化的一个全新理念，为后续的“语义互操作”及“ 系统互操作”提供全全方位的数据语义支撑!

五.国际互操作标准ISO/IEC 19763系列标准 1.ISO/IEC 19763 系列标准核心思想与技术架构 Part 1: Reference model Part 3: Metamodel for ontology registration Part 5: Metamodel for process model registration Part 6: Registry Summary Part 7: Metamodel for service registration Part 8: Metamodel for role and goal registration Part 9: On Demand Model Selection (ODMS) [Technical Report] Part 10: Core model and basic mapping Part 12: Metamodel for information model registration Part 13: Metamodel for forms registration Part 14: Metamodel for dataset registration Part 15: Metamodel for data provenance registration

四.国际语义互操作标准ISO/IEC 19763系列标准 49

四.国际语义互操作标准ISO/IEC 19763系列标准 Administration Record Registry Authority Responsible Organization Submitters (Registrar) Identification Scheme Registry Profile Registration Record MDR -3 Registration Of Model Component Of Model Component Set Of Atomic constructs Registration of Ontology of Ontology Components Of Atomic Process Registration of Process Model MFI-2 MFI-3 MFI-5 Of Atomic Service Registration of Service Of Service Component MFI-7 ??? Registration of Role & Goal Of R & G Component MFI-8 Data Element Registration of Model Concept Data Element Concept ? ? Value Domain Concept ? ? Value Domain

四.国际语义互操作标准ISO/IEC 19763系列标准 51

五.国际语义互操作标准ISO/IEC 19763系列标准 52

四.国际语义互操作标准ISO/IEC 19763系列标准 53

四.国际语义互操作标准ISO/IEC 19763系列标准

内容提要 1. 企业对数据标准需求是什么 2.“互操作”技术 3. 复杂语义描述模型-本体论 4. 支持互操作ISO/IEC系列国际准 5. 有关数据互操作应用案例分析 6. 数据标准化发展给企业的启示

五.典型应用案例分析 1.美国联邦政府企业架构与数据标准体系-体系架构模型

五.典型应用案例分析 1.美国联邦政府企业架构与数据标准体系-体系架构模型

五.典型应用案例分析 1.美国联邦政府企业架构与数据标准体系-业务参考模型

五.典型应用案例分析 1.美国联邦政府企业架构与数据标准体系-数据参考模型

五.典型应用案例分析 1.美国联邦政府企业架构与数据标准体系-应用参考模型

五.典型应用案例分析 1.美国联邦政府企业架构与数据标准体系-应用参考模型

五.典型应用案例分析 1.美国联邦政府企业架构与数据标准体系-基础设施参考模型

五.典型应用案例分析 1.美国联邦政府企业架构与数据标准体系-抽象数据标准体系

五.典型应用案例分析 1.美国联邦政府企业架构与数据标准体系-抽象数据标准体系

五.典型应用案例分析 1.美国联邦政府企业架构与数据标准体系-抽象数据标准体系细化

五.典型应用案例分析 1.美国联邦政府企业架构与数据标准体系-国家信息交换模型(Natioanl Information Exchange Model-NIEM) 采用DRM实现国际各专业与部门的数据交换模型，交换数据采用有语义的数据元素描述法。

五.典型应用案例分析 1.美国联邦政府企业架构与数据标准体系-国家信息交换模型(Natioanl Information Exchange Model-NIEM) 采用DRM实现国际各专业与部门的数据交换模型，交换数据采用有语义的数据元素描述法。

五.典型应用案例分析 1.美国联邦政府企业架构与数据标准体系-国家信息交换模型(Natioanl Information Exchange Model-NIEM) 采用DRM实现国际各专业与部门的数据交换模型，交换数据采用有语义的数据元素描述法。

六.典型应用案例分析 除此之外，在互操性方面的应用还有加拿大与澳大利亚，象卫生和健康数据互操性标准(HL7)、国内卫生，数字图书馆(知网)以及电力互操作方面的标准等。 在石油领域，很早提出的POSC的语义互操模型(Epicentre)和系统互操作标准(IAC-InterApplication Communication)，尽管是90年代提出的，那时的Epicentre数据语义已经比较丰富，当然和本体所能表达的语义还是有差距! 目前，POSC为满足互操作性，POSC Energistics针对井场、油藏模拟、钻井等，通过XML定义语义数据交换模型，通过Webservice定义系统互操作模型。

内容提要 1. 企业对数据标准需求是什么 2.“互操作”技术 3. 复杂语义描述模型-本体论 4. 支持互操作ISO/IEC系列国际准 5. 有关数据互操作应用案例分析 6. 数据标准化发展给企业的启示

六.数据标准化发展的启示 倡议一： 1、互联网+智能数字油田，主要动机就是通过互联网实现企业的目标并获得更高的产业效益!核心是数据，数据的标准化、规范化是保障互联网+智能油田成功实施的基础设施! 2、通过对国际数据标准发展动态的分析与研究，互联网下一步将实施Web3.0，即语义Web,而智能数字油田也必须跟上这一步伐，即实施数字油田的“Web3.0”的数据标准，即在现有的数据标准基础上着手建设石油企业的语义概念系统标准或规范以解决语义互操作问题。 3、ISO/IEC 19763国际标准给出了现有系统实现互操作的标准，只是折中考虑现有系统的如何解决互操作性问题，但并不是为解决未来系统互操作而制定的标准!因此，建议开展系统互操作性标准的研究与应用。

六.数据标准化发展的启示 倡议一： 4、企业应更加重视标准的研发，建议成立专门的标准化研究机构负责标准的研究、制定、推行、监督等工作。而现在的标准化组织是完成不了这样艰巨的任务的。 5、企业标准建设应尽早起步!越拖延，对企业信息化越不利，而且浪费资金越多。 6、企业应注重标准化人才的培养，标准化人才属于高端人才!可以考虑从部门选拔，也可以考虑委培! 7、目前，着手考虑企业概念系统规范的建立，并不是说之前所建立的规范全部报销!而是可以重用的，要建的企业概念系统规范是对原有标准的有效集成。 8、概念系统的建立不仅可以解决企业对复杂语义检索的难题，还可以解决数据交换中的语义互操作问题，同时也能解决企业的数据集成问题。 9、企业标准建议以大项目作为驱动，大项目建设的中的一项重要任务就是完成该项目所属领域的概念系统标准建设!逐步积累!

六.数据标准化发展的启示 倡议二： 1、作为石油院校的我们，尽管现在没有办智能数字油田专业，包括本科生和研究生，但是，我们可以对计算机或相关的专业开设智能数字油田方面的课程。 2、我们给计算机专业的学生开设了“石油数据组织与分析”这门课，已开设第4个年头! 学生反映效果良好， 为此，我们组织教师编写了《石油数据组织与分析》教材，并获得中国石油大学石油基金出版的资助! (在这里特别感谢中国石油大学出版) 程国建教授、高志亮教授以及国内一些从事数字油田的专家也出版了一些相关的著作可作为参考书! 因此，我们倡议： 对于本科生我们可以可设数字油田相关的课程，设立相关的创新创业项目等。 对于研究生培养，对于有条件的导师可以有目的研究标准以及数字油田方面的技术，来培养专门人才!

通信地址和联络方法 东北石油大学计算机学院 信息集成与分布式计算研究室 yuanman@nepu.edu.cn QQ:1293752406 2007-11-21

谢 谢！ 2007-11-21