Проектирование и реализация платформы для создания порталов вузов по технологии Semantic Web тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат технических наук Гаврилова, Эльвира Акоповна

• Гаврилова, Эльвира Акоповна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гаврилова, Эльвира Акоповна

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность работы.

Цель работы.

Методы исследования.

Научная новизна.

Практическая ценность. реализация и внедрение результатов работы.

Апробация работы.

Публикации.

Структура и объем работы.

Список публикаций по теме диссертации:.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ.

Концепция Semantic Web.

Онтология как форма описания метаданных.

Обзор имеющихся онтологий вузов.

Выводы по главе.

ГЛАВА 2. ОНТОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ.

Метод онтологического моделирования и уровень детализации описания ресурсов.

Методология Methontology для построения онтологии вуза.

Построение онтологии вуза.

Материалы, используемые при построении онтологии.

Пояснение способа изложения схем метаданных.

Вводная информация об онтологии вуза.

Выводы по главе.

ГЛАВА 3. АРХИТЕКТУРА ПЛАТФОРМЫ ИС ВУЗА.

Архитектура сопоставления моделей данных семантического портала.

Обзор платформ для реализации семантического портала вуза.

Технологии построения семантических Intranet-портолов SEAL.

Университетская информационная система РОССИЯ.

Платформа «Научный институт».

Выводы по главе.

ГЛАВА 4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПЛАТФОРМЫ ДЛЯ ПОРТАЛОВ ВУЗОВ.

Требования к платформе вуза.

Платформа «Научный институт» как основа ИС вуза.

Ресурсы платформы.

Архитектура платформы.

Этапы решения задачи модернизации платформы «Научный институт».

Расширение онтологии платформы «Научный институт».

Технический аспект реализации платформы вуза.

Организация блоков.

Стандартные блоки информационной системы.

Уровень объектной модели блока.

Уровень 1¥ЕВ-интерфейсов блока.

Уровень программных модулей блока. выводы по главе.

ГЛАВА 5. ВНЕДРЕНИЕ ПЛАТФОРМЫ ВУЗА. выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Проектирование и реализация платформы для создания порталов вузов по технологии Semantic Web»

Актуальность работы

В мировом информационно-образовательном пространстве на базе современных информационных технологий созданы и функционируют различные информационные системы, связанные с деятельностью вузов. Для реализации современных задач развития информационной среды образования в наилучшей степени пригодны портальные технологии. Порталы предназначены для объединения разнородного контента и сервисов и организации унифицированного доступа к ресурсам и сервисам.

В целом, специфика информационно-справочного портала вуза состоит в консолидации данных справочного характера о вузе, о его научной и образовательной деятельности, в концептуально одну информационную систему. Информационно-справочный портал вуза, помимо наиболее распространенных сервисов, должен обеспечивать следующие возможности по манипулированию ресурсами: средства представления организационной структуры вуза, включая его подразделения, филиалы, научные базы, институты и другие типы организационных единиц; средства представления образовательной деятельности вуза, включая представление учебно-методического комплекса вуза -учебных курсов и связанных с ними учебных материалов, нормативных документов и т.д.; средства представления научной деятельности вуза — различных мероприятий, например, проводимых проектов, конференций, семинаров и пр., а также научных публикаций, технических отчетов, материалов по проводимым и выполненным проектам и т.п.; средства представления информации о сотрудниках и учащихся вуза [1,2].

Все ресурсы портала должны быть взаимосвязаны с помощью гиперссылок.

Несмотря на то, что подходы к проектированию и реализации порталов достаточно отработаны, на фоне лавинообразного увеличения объема данных в Интернете существует необходимость в их качественном улучшении. К основным недостаткам современных порталов можно отнести: ограниченную поддержку семантики' хранимой информации- что затрудняет поддержку средств навигации, поиска и т.д.; сложности обеспечения интеграции и обмена данными с другими системами, поскольку для многих современных порталов невозможно использовать стандартные решения для интеграции информации различных Web-pecypcoB.

Одним из подходов к решению этих проблем является применение технологий Semantic Web [3], соответствующих стандартов и инструментальных средств при сборе, обработке, хранении, поиске и распространении информации. Суть данного подхода заключается в применении моделей знаний, представленных в форме Web-онтологии, для описания информационных ресурсов [4]. Выделяют различные виды онтологий; среди них прикладная онтология является формальным средством для описания структуры предметной области, соответствующей содержимому Web-pecypca.

Порталы, использующие для реализации своих функций технологии Semantic Web, получили название семантических порталов. Основные преимущества семантических порталов в том, что возможно реализовать такие сервисы, как: классификация Web-ресурсов портала на основе онтологии, многомерный поиск и навигация по структуре информации; поддержание ИС портала путем агрегирования децентрализованных источников; возможность интеграции для автоматизированного обмена данными между системами [5]; возможность расширения структуры информации.

В последние годы, как в России, так и за ее пределами, для различных предметных областей были разработаны различные онтологии. Анализ российских и зарубежных разработок в области образования показал, что к настоящему времени: отсутствует готовая онтология, которую можно было бы положить в основу при проектировании информационно-справочного портала вуза, и в которой учитывалась бы не только специфика вуза, но и принятые международным сообществом знания (словари свойств и классификаторы), как основа совместимости знаний в разных предметных областях; отсутствует единый подход к построению информационно-справочных порталов вузов, реализованных на базе технологий Semantic Web.

Задача разработки онтологии вуза и реализация на ее основе платформы для построения информационно-справочных порталов вузов по принципам Semantic Web, является актуальной, поскольку ее решение будет способствовать как упрощению создания порталов вузов и их интеграции, так и обретению зрелости самими технологиями Semantic Web.

Цель работы

Цель работы — исследование прикладных онтологий вузов и построение онтологии высшего учебного заведения, а также разработка платформы для построения информационно-справочной системы портала высшего учебного заведения на основе данной онтологии.

Достижение поставленной цели связано с решением следующих задач:

1. постановка требований к ИС вуза и ее абстрактной архитектуре;

2. разработка онтологии предметной области для информационно-справочной системы вуза;

3. разработка платформы для построения информационно-справочных Web-порталов вузов, соответствующей набору выработанных требований;

4. реализация и внедрение портала вуза на основе данной платформы. Методы исследования

В ходе диссертационного исследования были использованы логический анализ и обобщение, методы построения онтологий, методы объектно-ориентированного проектирования и программирования, методы построения баз данных.

Научная новизна

Научная новизна результатов исследования заключается в следующем: разработана онтология вуза — аппарат для описания семантики предметной области; разработана платформа информационно-справочного портала вуза, отличительной особенностью которой является применение технологий Semantic Web для гибкого и выразительного описания семантики портала, что является ключевым отличием от подавляющего большинства смежных работ.

Практическая ценность

Использование документированной прикладной онтологии вуза дает возможность заинтересованным сообществам пользователей и разработчикам программного обеспечения повторно использовать и развивать данную онтологию, различным системам — интегрировать данные, обеспечивать обмен данными на основе онтологии.

Реализованная по принципам Semantic Web платформа позволяет создавать информационные системы вузов, обеспечивающие механизмы 7 точного поиска. Возможность интеграции данных поможет активизировать научно-педагогическую деятельность вузов и создать на основе Интернет-технологий единое информационное научно-образовательное пространство.

Реализация и внедрение результатов работы

Результаты работы внедрены в виде информационно-справочного портала Абхазского государственного университета в республике Абхазия.

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах:

X научно-практический семинар «Новые технологии в информационном обеспечении науки» (г. Таруса, 2003 г.)

Международный российско-абхазский симпозиум «Уравнения смешанного типа и родственные проблемы анализа и информатики» (г. Нальчик, 2009 г.)

Научный семинар «Философия-образование-общество» (г. Гагра, 2009)

Научные семинары отдела Систем математического обеспечения Вычислительного Центра им. A.A. Дородницына РАН (г. Москва, 2001-2010 гг.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе одна из списка научных изданий, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников. Работа изложена на 96 страницах, в том числе

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Гаврилова, Эльвира Акоповна

Выводы по главе

В последней главе диссертации демонстрируются результаты внедрения платформы вуза на примере портала Абхазского государственного университета. Портал создан в рамках проекта между Институтом системного программирования РАН и Абхазским государственным университетом. Описана логика навигации по страницам портала с примерами, демонстрирующими наглядно новые ресурсы и их функциональность, возможности атрибутного поиска, средств публикации данных.

Информационная система вуза должна, с одной стороны, стать центром научного, образовательного и информационного сервиса сотрудников и учащихся вуза, а с другой — обеспечивать полное представление информации о деятельности вуза для мирового сообщества.

Заключение

Настоящая диссертационная работа посвящена вопросам разработки информационных систем для высших учебных заведений (университетов, академий, институтов, колледжей) на основе онтологической модели и подходов Semantic Web. Основные результаты работы сводятся к следующему:

• на основе проведенного анализа российских и зарубежных прикладных онтологий в области высшего образования разработана онтология предметной области типовой информационной системы вуза;

• на основе этой онтологии была создана платформа для порталов типовой информационно-справочной системы вуза.

Реализация принципов Semantic Web поможет сделать ряд шагов в направлении интеграции Web-pecypcoB отдельных учебных учреждений, предоставлении пользователям более эффективных средств поиска информации (семантического поиска), коммуникации и совместной работы.

Реализованный платформа позволяет представить в структурированном виде основные типы ресурсов вузов — данные о персональном составе, организационной структуре вуза и организациях, входящих в состав или сотрудничающих с вузом, о научной, образовательной, международной деятельности вуза, ее документации и других результатах деятельности.

Портал представляет собой также коммуникационную платформу, на которой обеспечивается обслуживание информационных потребностей заинтересованных сообществ пользователей.

Апробация результатов диссертации произведена в рамках совместного проекта Института системного программирования Российской академии наук и Абхазского государственного университета по разработке портала Абхазского государственного университета.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

• Гаврилова Э.А., Серебряков В.А. Пакет программного обеспечения "Типовой вуз". Возможности технологий в поддержке единого информационного пространства академической науки и высшей школы // Доклады Адыгской (Черкесской) Международной академии наук, -Нальчик, 2009. - т. 11 № 2, с. 71-77.

• Гаврилова Э.А. Особенности реализации информационной среды вуза по технологии Semantic Web // Программирование, 2011, № 1, с. 67-76.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гаврилова, Эльвира Акоповна, 2011 год

1. Semantic Web Activity. Mode of access: http://www.w3 .org/2001/sw

2. И.Л. Кафтанников, C.E. Коровин. Перспективы использования web-онтологий в учебном процессе // Educational Technology & Society 6(3), 2003 г.

3. Bemers-Lee, Tim; James Hendler and Ora Lassila. "The Semantic Web". Scientific American Magazine. May 17, 2001. Mode of access: http://www.scientificamerican.com/article.cfin7idHJie-semantic-web

4. Extensible Markup Language (XML) 1.0 (Fifth Edition). W3C Recommendation 26 November 2008. Mode of access: http://www.w3.org/TR/2008/REC-xml-20081126/

5. XML Information Set. W3C Working Draft. Mode of access: http ://www. w3. org/TR/xml-infoset

6. Namespaces in XML. W3C Recommendation. Mode of access: http ://www.w3 .org/TR/REC-xml-names

7. XML Schema Part 1: Structures. W3C Recommendation. Mode of access: http://www.w3 .org/TR/xmlschema-1/

8. XML Schema Part 2: Datatypes. W3C Recommendation. Mode of access: http://www.w3 .org/TR/xmlschema-2/

9. Uniform Resource Identifier. RFC 3986. Mode of access: http://tools.ietf.org/html/rfc3986

10. Namespaces in XML 1.0 (Third Edition). W3C Recommendation 8 December 2009. Mode of access: http://www.w3.org/TR/xml-names/

11. Extensible Stylesheet Language (XSL). W3C Recommendation. -Mode of access: http://www.w3.org/TR/xsl/

12. XSL Transformations (XSLT). W3C Recommendation. Mode of access: http://www.w3.org/TR/xslt

13. RDF Semantics. W3C Recommendation 10 February 2004. Mode of access: http://www.w3.org/TR/rdf-mt/

14. RDF/XML Syntax Specification (Revised). W3C Working Draft. -Mode of access: http://www.w3.org/TR/rdf-syntax-grammar/

15. RDF Concepts and Abstract Data Model. W3C Working Draft. -Mode of access: http://www.w3.org/TR/rdf-concepts/

16. Resource Description Framework (RDF) Schema Specification 1.0. -Mode of access: http://www.w3.org/TR/2000/CR-rdf-schema-20000327

17. Web Ontology Language (OWL) Abstract Syntax and Semantics. W3C Working Draft. Mode of access: http://www.w3.org/TR/owl-semantics/

18. OWL Web Ontology Language Semantics and Abstract Syntax. W3C Recommendation 10 February 2004. Mode of access: http://www.w3 .org/TR/2004/REC-owl-semantics-20040210/

19. T. R. Gruber, "Toward Principles for the Design of Ontologies Used for Knowledge Sharing," presented at International Workshop on Formal Ontology, Padova, Italy, 1993.

20. Swoogle Semantic Web Search Engine Electronic resource. - Mode of access: http://swoogle.umbc.edu/

21. SWEL: Ontologies and Social Semantic Web for Education. Mode of access: http://o4e.iiscs.wssu.edu/drupal/

22. Dublin Core Activity, http://dublincore.org

23. Dublin Core Metadata Element Set, Version 1.1: Reference Description. Mode of access: http://dublincore.org/documents/dces/28. vCard 2.1 specification. Mode of access: http://www.imc.org/pdi/vcard-21 .txt

24. Сайт Рабочей группы Симпозиума «Онтологическое моделирование». Режим доступа: http://ontology.ipi.ac.ru

25. J. Hartmann, P. Spyns, A. Giboin, D. Maynard, R. Cuel, M. C. Suärez-Figueroa, Y. Sure. «Methods for ontology evaluation», Knowledge Web Consortium. Mode of access: http://citeseerx.ist.psu.edU/viewdoc/10.l.l.118.6880.pdf

26. M. Gruninger, Jintae Lee, "Ontology Applications and Design," Communications of the ACM, vol. 45 (2) pp. 39-41, 2002.

27. C.W. Holsapple and K.D. Joshi, "A Collaborative Approach to Ontology Design," Comm. ACM, vol. 45, no. 2, 2002, pp. 42-47.

28. Fernandez M., Gomez-Perez A., Juristo N. METHONTOLOGY: From Ontological Art Towards Ontological Engineering // AAAI-97 Spring Symposium on Ontological Engineering, Stanford University, 1997.

29. De Nicola, M. Missikoff, R. Navigli (2009). "A Software Engineering Approach to Ontology Building". Information Systems, 34(2), Elsevier, 2009, pp. 258-275.f 36. Gruber, Thomas. Toward Principles for the Design of Ontologies

30. Used for Knowledge Sharing. International Journal Human-Computer Studies Vol. 43, Issues 5-6, Novemer 1995, p.907-928

31. DC Education Working Group: Draft Proposal. Режим доступа: http://dublinisir.org/documents/education-namespace/

32. Learning Resource Exchange Metadata Application Profile. Mode of access: http://lre.eun.0rg/n0de/6

33. Protégé ontologies library, Education Ontology. Mode of access: http://www.danmccreary.com/presentations/semweb2006/education.owl

34. Academic Institution Internal Structure Ontology (AIISO), Mode of access: http://purl.0rg/vocab/aiiso/schema#

35. Swoogle: Semantic Web Search. Mode of access: http://swoogle.umbc.edu/

36. SWRC (Semantic Web for Research Communities) Ontology, Mode of access: http://ontoware.org/swrc/

37. Institute of Applied -Informatics and Formai Description Methods, University of Karlsruhe SEmantic PortAL. Режим доступа: http://www.aifb.uni-karlsruhe.de/.

38. Университетская информационная система РОССИЯ. Режим доступа: http://www.cir.ru

39. Бездушный А.А., Бездушный А.Н., Нестеренко А.К., Серебряков В.А., Сысоев Т.М., Теймуразов К.Б., Филиппов В.И. Информационная Web-система «Научный институт» на платформе ЕНИП. — М.: ВЦ им. А.А. До-родницина РАН, 200 248 с.

40. Бездушный А.А., Бездушный А.Н., Серебряков В.А., Филиппов В.И. Интеграция метаданных Единого Научного Информационного Пространства РАН. М.: ВЦ им. А.А. Дородницина РАН, 2006. - 238 с.

41. Портал Российской академии наук. Режим доступа: http://www.ras.ru/

42. Портал «Научное наследие РАН». Режим доступа: http://e-heritage.ru/

43. Портал «Россия: ключевые проблемы и решения». Режим доступа: http://www.rkpr.inion.ru/

44. Общероссийский математический портал MathNET. Режим доступа: http://www.mathnet.ru/

45. Сайт Библиотеки по естественным наукам. Режим доступа: http://www.benran.ru/

46. Портал Интегральной аналитической геоинформационной системы ГеоМета. Режим доступа: http://www.geometa.ru/

47. Единое научное информационное пространство. Режим доступа: http:// enip .ras .ru/