基于Protege的航空不安全事件的本体知识构建方法实例研究

周峰 胡雯

【关键词】航空;安全;本体;Protege

我国的民航客机数量和旅客运输量仍处在高速增长阶段，航空不安全事件呈多元化发展趋势。保障飞行安全是民航工作的首要任务。造成不安全事件的原因包括极端天气、人为事故、航电系统故障、发动机故障以及其他可能引起航空器故障的因素。中国民航局对航空不安全事件实行分级管理制度。不同等级的不安全事件之间以及相同等级的不安全事件之间均有着千丝万缕的联系。本研究的主要目的是将本体相关理论和构造方法引入到航空不安全事件的关联分析中。以此来提升民航不安全事件的分析预警水平。在航空领域的知识库构建中，Howne和KDML等被張桂平作为主要工具，形成了基础的知识库规则和动态特征选择规则。

本文运用Protege软件，针对鸟击、发动机停车、地面事故及擦碰、跑道入侵、通用航空器故障等不安全原因，使用OWL语言作为不安全事件原因的本体实例构建语言，完成了相关概念、属性和实例的构建与表达。

（一）本体描述语言

本体主要是用规范化的概念和关系模型，构建一种大家都能认可的、机器能够识读的、人和机器之间可以正常交流的。共享的一种定义。本体描述语言都是基于XML的RDF和RDFS、OIL、DAML、OWL等。其中，OWL可以用于帮助应用程序处理包含在文档中信息的内容而不是仅仅关注信息的显示方式，OWL可用于显示的表达在词汇表中项的含义和这些项之间的关系和它们之间关系的这种表达被称为本体。在OWL的语言中，OWL Lite是表达能力最弱的OWL描述语言，仅用于只需要一个分类层次和简单约束的描述;OWL DL支持强表达能力并保持了计算的完备性和可判定性;OWL Full表达能力最强但缺乏计算能力。

（二）本体构建工具Protege

Protege是一款基于JAVA开发的开源软件，被可以用于本体构建，最早是由斯坦福大学的生物研究中心开发推广的，现已成为核心构建工具，具有独特的优势。使用Protege创建基于OWL的本体时，可以不用拘泥于OWL语言编写规范，只需要专注于本体知识构建。

航空公司在分析不安全事件的过程中，依然采用以时间节点为基础的事件回溯推演复盘分析法，特别是在分析不安全事件的关联性时，不能以较强的逻辑来构建出不安全事件所涉知识之间的关系。因此，应用本体构建工具，完成航空安全领域的不安全事件规范概念模型，有助于快速分析查找不安全事件的具体原因。应用本体概念建模后，可以通过分析概念之间的关联，实现航空不安全事件的差错推理，可以为航空公司实现航空不安全事件半自动或自动推理奠定实践基础。航空不安全事件的原因众多，本文仅以基于人为原因导致的不安全事件的部分概念为实例进行说明。

（一）构建流程

根据本体的结构定义，需要首先构建不安全事件的人员原因本体概念，然后分析确定这些原因之间的关系，接着分析他们之间的关系所具有的特征，再接着完善概念的数据属性，最后构建出基于人员原因的航空不安全事件的本体实例。

（二）本体建立

本文应用5.5版本的Protege软件，自顶向下针对人为原因导致的不安全事件领域进行本体概念建模，确定了情境、飞机部件、事件起因、时间处理、状态、人员机构、设施、事件影响等8个顶层类，每个顶层类又包含若干个子类。人员机构类包括机组人员、机务人员、塔台人员、地面服务人员、站坪服务人员等6个子类。在构建过程中，Protege可以全程可视化构建，最终用OWLi{言存储本体。

1、概念关系建模

在建立类和子类后，还需要对类的关系属性进行建模，并对属性进行约束。

例如，“飞机部件状态”这种属性应该是用于连接飞机部件和状态的，反过来并不成立。因此，在Objectpropeety面板右侧窗口中，将domain设置为“飞机部件”，range设置为“状态”。

2、数据属性建模

在完成了对象属性建模之后，需要接着建立数据属性。

数据属性需要进行限制，例如，将起飞时间限制为datetime（时间）类型，设置部件编号为string（字符串）类型。

3、建立实体和实体之间的关系

在构建类、对象属性、数据属性、数据属性限制后，下一步需要建立实体并确定实体之间的关系。以“2020年10月17日B3124航班右发遭遇雷击”为例，构建实体及其关系。构建的实体如图1所示：

选择对象属性为“飞机部件状态”，实体为“雷击”建立关联操作。

由此，基本构建了示例本体。

本体描述方法为知识共享提供了可靠的理论和方法指导，通过规范化的描述使得知识易于被人机识读，被共同认可。本文基于本体理论和方法，运用Protege工具，完成了航空不安全事件的部分实例构建展示。探讨了一种可以用于航空公司中航空不安全事件知识管理的方式。后续可以考虑应用该方法构建完整的基于航空不安全事件的知识管理体系，基于此建设查询和推理系统。为航空公司的日常安全管理提供更高效的方法。