用于在语义上表示设备系统的方法和计算机程序产品与流程

所公开的实施例涉及用于在语义上表示设备系统的方法和计算机程序产品。特别地，实施例涉及专用于自动化目的的设备系统。

背景技术：

诸如在建筑物自动化领域中使用的专用于自动化目的的设备的系统和网络必须面对在越来越多的相互作用、异类嵌入式自动化设备以及越来越多的不同嵌入式服务方面变得更加复杂的挑战。

基于标识和发现的论题是表示设备系统的领域中的主要关心的事。例如，自动化功能或服务可能需要基于其自身的功能或非功能性质（包括这样的设备的性能、可用时间或位置）而被标识和发现。

语义web表示被视为应对这些以及类似挑战的良好候选者。可以在语义上以使得机器或其它设备能够理解和解释语义描述以便自动地分派适当自动化资源的这种方式来描述自动化系统中的嵌入式设备、自动化功能和服务。

虽然具有其机会，但是语义web表示或者甚至关联数据技术的广泛采用在嵌入式网络领域中仍旧缺少。

用于表示建筑物自动化领域中的设备系统的当前采用的数据模型作为项目Haystack而已知。该数据模型提供一种用于命名和描述与设备相关联的数据点连同基于广泛接受的标记概念所已知的描述性信息一起的标准化方法。

Haystack数据模型支持简单且简明的语义标记，其可以被局部地存储并且被直接共享在现场设备之间。然而，该数据模型不支持从诸如本体（ontology）之类的正式语义web表示所已知的上下文知识。然而，上下文知识被认为是对于数据的复杂数据分析解释（包括基于声明知识的数据与自动处理之间的关系的派生物，即对于该知识的推理）而言所必要的。因此，Haystack数据模型本身不适用于涉及多个标记的解释及其在设备或者包括设备的复杂自动化系统的水平上的总体含义的任务。

技术实现要素：

尽管基于标记的数据模型具有简明的益处以及在现场设备之间共享数据的能力，但是缺少针对复杂数据分析的性能。

因此，在本领域中存在针对通过正式语义web表示的数据分析能力来利用基于标记的数据模型的益处的需要。

在一个实施例中，公开了一种用于在语义上表示专用于自动化目的的设备系统的方法。所述方法包括以下步骤：

- 提供用于通过实体表示所述设备中的至少一个的基于标记的数据模型，每一个实体通过至少一个标记相关联；

- 通过以下生成语义web表示

- 通过建立至少一个实体与至少一个标记之间的基于标记的语义关系；和/或

- 通过建立至少一个实体与至少一个其它实体之间的基于参考的语义关系；

- 通过以下将所述语义web表示并入本体模型

- 通过针对由所述基于标记的语义关系而相关的至少一个标记检索本体模型的分类并且分配或创建本体模型中的个体；

- 通过检索由所述基于参考的语义关系而相关的本体模型的个体并且参考或创建本体模型中的所参考个体；以及

- 通过基于使所检索的至少一个个体的分类和所检索的至少一个其它个体的分类相关联的性质来以本体模型的性质使本体模型的至少一个个体与至少一个其它个体相关联。

所提出的方法使用本体设计模式，其允许从标记表示向本体结构以及返回的模型变换。由此，提供了特别地根据Haystack项目用于通过实体表示所述设备中的至少一个的基于标记的数据模型，其中每一个实体通过至少一个标记相关联。方法包括生成语义web表示并且将所述语义web表示并入本体模型。

该整合允许容易的模型实例化，该容易的模型实例化对应于利用来自预定义词汇的标记的注释，其具有以下优点：以低计算能力对实体建模以及并行地，另一方面通过本体图形知识维持表示。本体图形知识有利地准许通过标准接口使用查询语言的推理和搜索机制。

根据可替换实施例，公开了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储在非暂时性计算机可读存储介质上的程序代码，该程序代码在专用于自动化目的的设备上执行时配置成：

- 加载用于通过实体表示所述设备中的至少一个的基于标记的数据模型，每一个实体通过至少一个标记相关联；

- 通过以下生成语义web表示

- 通过建立至少一个实体与至少一个标记之间的基于标记的语义关系，和/或

- 通过建立至少一个实体与至少一个其它实体之间的基于参考的语义关系，

- 通过以下将所述语义web表示并入本体模型

- 通过针对由所述基于标记的语义关系而相关的至少一个标记检索本体模型的分类并且分配或创建本体模型中的个体；

- 通过检索由所述基于参考的语义关系而相关的本体模型的个体并且参考或创建本体模型中的所参考个体；

- 通过基于使所检索的至少一个个体的分类与所检索的至少一个其它个体的分类相关联的性质来以本体模型的性质使本体模型的至少一个个体与至少一个其它个体相关联。

在从属权利要求中阐述特定实施例。

本发明的范围仅仅由随附权利要求书定义并且在任何程度上都不受该发明内容内的陈述的影响。

附图说明

图1示出从标记实体生成的图形知识的框图；以及

图2示出标记本体的架构框图。

具体实施方式

根据实施例，提供一种用于通过实体表示至少一个设备的基于标记的数据模型，其中每一个或至少一个实体通过至少一个标记相关联。针对基于标记的数据模型项目Haystack而图示了这一点。然而，实施例不限于该数据模型项目Haystack的使用。

下文描述通过标记对实体（这里是数据点）——或者更具体是：传感器——的示例性建模：

id标记用于定义使用对仪器的参考“仪器参考（equipRef）”的系统中的实体的唯一标识符。标记或dis标记“点01254（point01254）”与实体一起使用以便定义用于针对人类用户描述实体的显示文本。数据点“点01254”属于仪器“仪器07454（equip07454）”并且被特别地体现为用于递送温度测量“温度（temp）”的空气出口“排放（discharge）”的传感器“传感器（sensor）”。

在以下步骤中，生成标记数据点的语义web表示。使用Notation3或N3格式示例性生成以上示出的标记的语义web表示或RDF表示（资源描述框架）：

由此，生成描述所述数据点的标记的个体——其是语义web术语中的“主题（subject）”。根据实施例，通过由命名空间和本地名称组成的IRI（国际化资源标识符）或URI（统一资源标识符）将个体唯一地标识为语义web资源。在以上示例中，命名空间被示例性地选取成并且数据点个体的本地名称是“点01254（point01254）”。预期图1的描述，在那里描绘的个体通过其本地名称被分配。

总之，从标记“点01254”生成数据点个体。

通过建立至少一个实体与至少一个标记之间的基于标记的语义关系来生成标记的一个种类的语义web表示。通过以上的“具有标记（hasTag）”声明来建立该基于标记的关系。

通过建立至少一个实体与至少一个其它实体之间的基于参考的语义关系（换言之：参考）来生成另一个种类的语义web表示标记。该基于参考的关系通过以上的“具有参考（hasRef）”声明来建立。该参考反映了示例性数据点属于标记为“仪器07454（equip07454）”的一件仪器。

在以下步骤中，将语义web表示并入本体模型。应用本体以将标记和底层语义并入正式图形表示。在图2中描绘了标记本体的架构框图——在此之后具体地称为Haystack标记本体（HTO），而不限制前述内容的一般性。

根据图2的Haystack标记本体示出了标题为词汇、域模型和元模型的三个部段。底层设计模式意图从包括类型和关系的本体部分或域模型分离由原始标记构成的词汇部分。使词汇和本体关系关于共同元模型而彼此一致。

将标记组织在词汇中并且关联到由域模型的分类所实例化的个体。该分类通过基于标记的语义关系而相关。

在所述设计模式中，域模型和词汇意识到元模型，即其实体包含或参考元模型的那些。此外，词汇注释域模型而后者没有意识到词汇。元模型促进词汇与域模型之间的模型变换，因为它们可以彼此参考。

根据图2中所描绘的元模型，Haystack标记具有类型“H标记（HTag）”。在OWL术语中，“H标记”是分类而标记是个体。Haystack标记用于对实体标记，这激发使H实体（HEntity）与H标记相联系的关系“具有标记”以及分类“H实体”的定义。OWL（web本体语言）中的关系被称为性质。“H实体”具有另外的自参考关系“具有参考”以便定义分类“H实体”的个体对分类“H实体”的其它个体的参考。上文使用该参考关系“具有参考”以便定义个体“数据点”属于个体“仪器”。

根据图2中的域模型的Haystack标记本体定义高级分类“点”、“部段（Section）”、“仪器”、“测量”和“物理体（PhysicalBody）”之间的本体性质连同针对这些分类中的每一个的分类法一起。

出于清楚起见，在图2中，高级分类“部段”被详述为“部段（感兴趣点）（Section (PointOfInterest)）”，高级分类“仪器”被详述为“仪器（平台）”，并且高级分类“测量”被详述为“测量（观察）”。高级分类名称下方的括号中添加的表述指示在标题为语义传感器网络（SSN）的本体中所使用的等同实体。

中央高级分类是“点”和“仪器”。“点”对数据点（即用于产生或消耗数据的自动化设备）建模。“仪器”对要自动化的任何种类的仪器建模。仪器还被组织在“部段”中，从而对例如管道系统、冷凝器或热轮建模。

现在转回到将语义web表示并入本体模型的步骤，根据以下描述的实施例，应用本体以将标记和底层语义并入正式图形表示。为了将语义web表示并入本体模型，应用模型变换。所应用的模型变换包括下文描述的以下子步骤。

通过第一子步骤，本体模型的分类针对通过基于标记的语义关系而相关的至少一个标记而被检索并且分配或创建本体模型中的个体。对于通过基于标记的语义关系而相关的每一个标记——参见以上定义的语义web表示——检索相关联的分类并且创建个体。对于个体已经存在的情况，分配现有个体。个体是在根据OWL（Web本体语言）的术语在域模型中使用的术语并且与实体对应。

以下示例示出了根据第一子步骤的模型变换的结果：

对于数据点“点01254”——针对其的语义web表示在上文被定义——创建由IRI定义的个体，其属于分类“传感器”——参见图2中的框“传感器（感测设备）”——属于高级分类“点”——参见图2中相同命名的框。

尽管已经通过语义web表示中的个体标号所连接的标记名称来命名数据点“点01254”，但是空气出口“排放”和温度测量“温度”保持没有标号。因而，已经针对相应个体在该第一子步骤内自动地生成实例名称“温度05488（temp05488）”和“排放06954（discharge06954）”，而所述个体仍旧保持基于原始标记而分配给适当分类。

在以上描绘的模型变换的结果中，使用两个命名空间。第一命名空间是隐含的，即在该命名空间中表述的所有资源被给予其完整名称，也就是。由快捷方式表述的第二命名空间包括所有本体数据，诸如传感器、仪器和标记。将快捷方式示例性地设定为。因而，完整名称对应于。

该惯例具有以下目的：从一般本性的第二命名空间分离特定本性的第一命名空间——在这里：示例性地专用于特定工厂。后一第二命名空间允许针对所有种类的项目的一般使用并且特别地不限于示例性。附加地，该分离准许从存储在设备中的数据分离一般数据模型。

模型变换主要基于以下事实：图2的域模型中的OWL（Web本体语言）分类对应于图2的词汇中的每一个标记。通过注释性质来指示分类与标记之间的映射。作为示例，本体包括关系，比如。在通过“温度（temp）”来标记给定实体的情况下，域模型通过包括类型“温度”的个体而反映该标记。

通过第二子步骤，检索通过基于参考的语义关系而相关的本体模型的个体并且参考或创建本体模型中的参考个体。对于通过基于参考的语义关系——参见以上定义的语义web表示——而相关的每一个参考，检索所参考个体。对于要参考的个体不存在的情况，创建并且然后参考要参考的个体。

以下示例示出根据第二子步骤的模型变换的结果：

对于针对其在以上的语义web表示中定义对仪器的参考的数据点，检索对类型“仪器（Equip）”的个体的参考。

通过第三子步骤，通过本体模型的性质使本体模型的至少一个个体与至少一个其它个体相关联。由此通过使所检索的至少一个个体的分类与所检索的至少一个其它个体的分类相关联的性质确定该性质。在以上的语义web表示中，这种关联是针对标记共同出现的情况，即其中至少一个标记通过声明而被分配给另一个标记。

至于标记共同出现，通过“传感器”、“温度”、“排放”来标记实体“点01254（point01254）”。共同出现是（传感器、温度）、（传感器、排放）和（温度、排放）。两个标记之间的共同出现是具有两个标记的数据点通过声明的关系，例如：

对于每一个标记共同出现，在第一子步骤中所检索的分类之间的相关联性质被检索，如果这样的性质存在的话。以下示例示出根据第三子步骤的模型变换的结果：

点“点01254”通过温度测量“温度05488”与性质——或者语义web术语中的“判定（predicate）”——“量化（quantify）”相关联，参见以上。在根据图1的所得到的图形知识的框图中描绘该性质。通过根据图2中的域模型的性质“量化（观察）”确定该性质，图2中的域模型的性质“量化（观察）”使所检索的个体“点01254”的分类“点”与所检索的个体“温度05488”的分类“温度”的高级分类“测量（观察）”相关联。

第三子步骤基于以下假定：域模型中的每一个分类通过至多一个性质连接到另一分类。在OWL方面，这意味着不同性质不能具有相同域和相同范围。在其中出现性质的三元组中，性质的域是第一实体的类型而性质的范围是第二实体的范围。根据图2的Haystack标记本体允许通过比较本体中的可用性质的范围和域来推断个体之间的正确关系。

最后，图1示出从以下引入的示例性标记实体生成的图形知识的框图。

本体模型的主要益处依赖于以下事实：连同标记一起在本体中包括共同出现。所提出的本体遵循新颖设计模式，其中标记从所生成的图形知识解耦合，但是遵循相同元模型。其具有以下益处：标记然后可以被转成图形知识并且反之亦然。变换还利用描述逻辑推理以在特定情况中的标记之间消除歧义。结果，所提出的本体组合两个模型的优点。除其它之外，可以使用标记的简明性以将它们直接存储在现场设备中，同时所生成的图形知识可以被用于设备上可用的数据/测量的自动处理。此外，本体设计模式可以用于在语义上增强任何种类的域模型词汇——或者标记的集合——只要后者足够详尽。

实施例有利地允许通过维持相同语义的两个并行表示（一方面是标记知识并且另一方面是本体图形知识）而以低计算能力对实体建模。

本体知识有利地允许标准化推理和搜索机制作为标准接口来检索和搜索数据。SPARQL（SPARQL协议和RDF查询语言）是针对查询语言的示例，其进一步允许检索和操纵存储在语义web或RDF格式中的数据。

实施例有利地使得能够以标准且机器可解释的方式来在语义上描述自动化系统，由此使得能够实现自动化系统的开发、设计、维护和文件编制方面的推进。

要理解到，可以以不同方式组合在随附权利要求中阐述的元素和特征以产生同样地落入本发明的范围内的新权利要求。因而，尽管下文所附的从属权利要求仅取决于属于单个独立或从属权利要求，但是要理解到，可以可替换地使这些从属权利要求在可替换方案中取决于任何之前或之后权利要求，不管是独立的还是从属的，并且这样的新组合要被理解为形成本说明书的部分。

尽管上文已经通过参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解到，可以对所描述的实施例做出许多改变和修改。因此，前述描述意图应被视为说明性而非限制性的，并且要理解到，实施例的所有等同方案和/或组合意图被包括在该描述中。