基于语义的智慧健康应用平台解决方案(2)

需要将智慧健康场景中所产生的数据进行资源抽象，抽象为以统一格式描述的资源，然后将这些资源以及资源之间的关联关系在本体构建模块进行信息提取、知识元建立和本体构造，形成该智慧健康应用系统的本体模型，并保存在本体库中，也可与已经存在的上层本体、领域本体进行关联，形成统一本体知识库。上层M2M应用可以基于统一本体库及开放接口、mashup等模块，构建基于语义的M2M应用。

图4 健康域本体构建架构图

需要将智慧健康场景中涉及的对文本信息源进行分词、去停止词等预处理；通过模式提取从文本信息源中获取知识元组(知识元组由概念与概念间的关系组成)；计算知识元组全集中概念、关系的语义相似性，合并相似的概念、关系构成初始化本体；计算初始化本体中概念、关系的重要度及布尔关系，构成层次化的本体[4]。健康领域本体构建结构如图4所示。

3 基于M2M语义的智慧健康应用平台解决方案

3.1 健康本体模型搭建

目前的物联网本体都是基于领域专家人工构建，较权威的有W3C语义传感器网络孵化器构建的SSN本体，此外还有CSIRO、MMI、CESN、A3ME、OntoSensor等十余个物联网领域本体。这些本体以粗粒度方式描述了物联网领域的基本概念，但受限于人工构建速度的局限和物联网技术的飞速发展，这些本体缺乏对特定系统特征、新兴概念的描述，不适合直接运用在特定的物联网系统中。本文将通过健康领域的语义本体需求考虑如何自动构建健康本体模型[6-9]。

健康本体是健康领域相结合的知识库，按照健康业务定义的概念及概念间关系的方式为整个领域建立网状的知识系统。在智慧健康业务场景中实现异构数据的互操作是一个核心问题，需要整合各种信息系统的数据，如电子健康档案、健康档案、实验室检查系统(LIS)等。以上所述信息系统数据的结构化表达就是采用基于XML的数据表达形式，为计算机系统对这些数据进行自动化处理提供基础。这个基于XML的结构化表达并没有涉及到数据本身在语义层面上的关联性。

为实现这些结构化数据之间的互操作，通常需要引入规范化的术语，使得异构系统之间采用共同的结构化表达方式以及规范化的术语来实现数据表达上的一致性。这种采用统一标准的结构化处理方法限制了现有的不同系统所开发的健康信息系统的整合与数据共享。

健康场景中涉及的数据互操作并非要求我们把不同的健康监测终端、健康信息系统改造成一个统一的标准化系统。我们只需要采用一种国际标准化的数据描述语言作为中介语义实现其异构数据之间的互操作就可以达到目的。

语义数据描述语言为这种数据互操作提供了技术基础。首先，结构化是语义化的基础，同时，语义化还实现了面向概念的关联性描述，支持知识处理与推理，及最大程度的数据共享。

如图5所示，本体按照描述粒度和概念覆盖面可以分为三个层次，即上层本体、领域本体和系统本体。上层本体描述了一个领域中最普遍的概念。选择领域中合适的现有本体作为上层本体可以充分利用现有的权威领域知识，同时，下层不同本体中的概念都可以通过上层本体建立关系，实现跨本体的知识互通；领域本体为领域知识提供了更为细粒度的知识，并可以按照不同的描述侧重分为不同的类型，现有的物联网领域本体可以分为设备描述本体和观测描述本体；系统本体将特定系统的知识与领域知识相结合，为特定的一个或多个系统制定知识库，为系统内部的语义搜索、服务组合提供支撑。

图5 健康物联网本体体系

3.2 健康信息模型搭建

一般来讲，信息模型是对实体的抽象，包括实体的属性、实体之间的关系以及对实体的操作。在智慧健康场景中，健康信息模型描述实体之间的接口，即接口的数据类型和结构。

通常各个健康应用之间交互的数据结构是不需要暴露给CSE[3]的。在这种情况下，健康应用之间的接口包含一个“容器”子资源。CSE不需要了解容器的内部结构，容器甚至可以被加密。当CSE需要为智慧健康应用提供相关的代理功能时，智慧健康应用应该向CSE暴露其数据类型和结构。

描述健康实体接口结构的信息，即信息模型，包括参数名称、取值范围、层级结构等。如果接口使用了过程调用，还需要包含输入或者输出参数的信息。

现有信息模型主要由系统专家手动构建，缺乏上层规范、通用知识体系的约束，影响了跨系统数据在知识理解层面上的互通性。基于上节介绍的本体所构建的知识系统，定义和关联资源描述schema中的各个标签名和标签关系，从而达到不同资源描述schema基于本体互联互通的目标。

文章来源：《智慧健康》 网址: http://www.zhjkzz.cn/qikandaodu/2021/0418/1238.html