Отчет по направлению «Моделирование наноразмерных структур и наноматериалов» icon

Отчет по направлению «Моделирование наноразмерных структур и наноматериалов»



НазваниеОтчет по направлению «Моделирование наноразмерных структур и наноматериалов»
страница1/4
Дата конвертации26.08.2012
Размер0.61 Mb.
ТипОтчет
  1   2   3   4

Институт проблем точной механики и управления РАН


Отчет


по направлению «Моделирование наноразмерных структур и наноматериалов»


(промежуточный, по первому этапу)


Саратов - 2008 г.

Введение


В соответствии с Президентской инициативой «Стратегия развития наноиндустрии», утвержденной Президентом Российской Федерации 24 апреля 2007 г. № Пр-688, и Программой координации работ в области нанотехнологий и наноматериалов в Российской Федерации, одобренной распоряжением Правительства Российской Федерации от 25 августа 2006 г. № 1188-р (Собрание законодательства Российской Федерации, 2006, № 36, ст. 3841), формирование современной инфраструктуры наноиндустрии планируется осуществлять таким образом, чтобы в результате была обеспечена координация научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в сфере нанотехнологий с целью исключения неоправданного дублирования.

С этой целью утверждена «Концепция национальной системы мониторинга исследований и разработок в сфере нанотехнологий» (приказ Министерства образования и науки Российской Федерации от 31 января 2008 г. № 34), основными понятиями которой являются следующие:

Наноиндустрия - интегрированный комплекс производственных, научных, образовательных и финансовых организаций различных форм собственности, осуществляющих целенаправленную деятельность по созданию интеллектуальной и промышленной конкурентоспособной продукции, относящейся к сфере нанотехнологий. Продукция наноиндустрии - интеллектуальная и промышленная конкурентоспособная продукция с ранее недостижимыми технико-экономическими показателями, создаваемая с широким применением наноматериалов, процессов нанотехнологий и методов нанодиагностики, ориентированная на решение задач обеспечения обороноспособности, безопасности и технологической независимости государства, реализацию социально и экономически значимых национальных проектов, повышение качества и разнообразия современных товаров и услуг.

^ Национальная нанотехнологическая сеть (ННС) - совокупность организаций различных организационно-правовых форм, выполняющих фундаментальные и прикладные исследования, обеспечивающих развитие инфраструктуры наноиндустрии, осуществляющих процесс коммерциализации технологий, а также организаций, ведущих подготовку кадров в области нанотехнологий. Деятельность ННС координируется федеральными органами исполнительной власти Российской Федерации на межотраслевом уровне.

Нанотехнологии - совокупность методов и приемов (технологий), позволяющих создавать и модифицировать объекты, размер которых не превышает 100 нм.


Основными целями функционирования системы мониторинга являются:

  • обеспечение органов управления полной, оперативной и достоверной информацией о процессах развития наноиндустрии в различных видах экономической деятельности;

  • своевременное предвидение позитивных событий, выявление негативных тенденций, оценка их возможного влияния на результативность процесса формирования передовой наноиндустрии в Российской Федерации;

  • информационное обеспечение исследователей и разработчиков, проводящих НИОКР в сфере нанотехнологий.

Задачей системы мониторинга является информационная поддержка процессов развития нанотехнологий и отечественного рынка наноиндустрии и интеграция в существующие отечественные и международные системы научно-технической информации.

Система мониторинга должна обеспечивать выполнение следующих функций:

  • сбора, обработки, анализа, хранения и передачи информации об исследованиях и разработках в сфере нанотехнологий;

  • формирования информационных баз данных для использования в целях:

  • управления и координации работ в области наноиндустрии, выполняемых в рамках федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2010 годы», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 2 августа 2007 г. № 498 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2007, № 33, ст. 4205), и других федеральных и ведомственных программ, а также отдельных программ регионального развития и проектов, реализуемых бизнес-сообществом;

  • информационной поддержки коммерциализации продукции наноиндустрии;

  • информационного обеспечения управленческих решений в сфере нанотехнологий;

  • предоставления по запросу в установленном порядке информационных ресурсов системы мониторинга, обеспечения защиты этих ресурсов от несанкционированного воздействия;

  • обмена информацией между организациями, входящими в состав ННС, с соблюдением, при необходимости, режима секретности;

  • формирования единого информационного пространства системы мониторинга на основе унификации и совместимости информационных, программных и аппаратных средств;

  • информационного обеспечения реализации международных проектов в сфере нанотехнологий, участницей которых является Российская Федерация.

Для реализации функций системы мониторинга должны быть разработаны следующие компоненты:

^ Информационная компонента, обеспечивающая полноту документальных структурированных данных об отечественных и зарубежных публикациях в области наноиндустрии, а также метаданных (формализованных описаний) содержательной информации и о результатах научных исследований, технологических разработок и инновационных проектов в сфере наноиндустрии, кадровом потенциале, производстве и продаже новой нанотехнологической продукции, материалов и оборудования и другое, Всю информацию планируется накапливать в следующих базах данных (далее - БД): организации и предприятия, являющиеся участниками ННС (разработчики, производители, продавцы, потребители, финансовые институты, прочие участники ННС); уникальное оборудование в сфере наноиндустрии; результаты НИОКР и соответствующая промышленная товарная продукция наноиндустрии, потенциально способная использовать результаты НИОКР; перспективные базовые нанотехнологии; направления, проекты и программы международного сотрудничества в сфере наноиндустрии; кадровый состав ведущих ученых и специалистов ННС; отечественные и зарубежные научно-технические публикации в сфере наноиндустрии; патенты в сфере наноиндустрии, находящиеся в хозяйственном обороте; мероприятия и государственные заказчики программ по сформированному полному перечню ФЦП, ведомственным программам, а также отдельным программам регионального развития, в том числе реализуемым бизнес-сообществом, касающихся сферы накоиндустрии; другие БД.

^ Лингвистическая компонента, обеспечивающая однозначность толкования всеми участниками системы предметов и явлений в области наноиндустрии и адекватность этих толкований взгляду на них мирового научного сообщества: терминологический справочник (глоссарий) основных понятий и терминов в области наноиндустрии; классификаторы в области наноиндустрии (предметный классификатор основных тематических направлений наноиндустрии, с учетом тематических направлений деятельности ННС, классификатора реальной и потенциальной промышленной продукции, относящейся к области наноиндустрии, а также других классификаторов, необходимых для четкой структуризации данных).

^ Программно-технологическая и телекоммуникационная компонента, обеспечивающая - интеграцию программно-технических решений и информационно-телекоммуникационных сетей, входящих в систему, с учетом требования унификации используемых проектных решений и технологий:

  • обеспечение интеграции программно-технологических решений для доступа к информационным ресурсам разных типов и технологического поддержания;

  • использование телекоммуникационных сетей;

  • обеспечение интеграции интернет-порталов, объединяющих портал головной научной организации, портал информационного центра, порталы головных организаций по направления работ (отраслей) в области наноиндустрии и порталы организаций, ведущих научную, инновационную и научно-образовательную деятельность в области наноиндустрии;

  • обеспечение единой навигации и поиска по массиву всех представленных данных;

  • обеспечение доступности информации о месторасположении данных и самих данных в случае наличия у пользователя соответствующей авторизации доступа;

  • реализации многоуровневой системы безопасности и контроля, выполняющей следующие задачи:

  • обеспечение равнопрочной защиты информации и контроля доступа к ней на всех этапах ее сбора, передачи, обработки, хранения и предоставления пользователю системы;

  • обеспечение конфиденциальности и целостности информации;

  • обеспечение защиты программных и технических средств, используемых для сбора, передачи и обработки информации от утечки и разрушающего воздействия.


^ 1. О необходимости разработки системы метаданных


В результате расширения информационных ресурсов Интернет все более актуальной становится проблема систематизации хранимой информации и оптимизации ее поиска. Часто информация, найденная по известным Web-адресам или с помощью поисковых роботов, не пригодна для использования, особенно в научных целях, поскольку не содержит необходимых атрибутов - отсутствуют данные об авторах, даты, ссылки на используемые ресурсы и т.д. Поэтому при размещении данных на сайтах Интернет важно придерживаться определенных стандартов их описания [1].

Еще до эпохи Интернет существовала необходимость систематизации накопленной обществом информации, что привело к созданию каталогов, картотек, справочников, словарей, энциклопедий. В этих структурах информация подробно описывалась, что давало возможность ее правильно хранить, осуществлять поиск и обработку.

В процессе развития систем хранения и поиска информации особе место занимали и занимают системы управления базами данных (СУБД). С ними связано такое понятие, как «структура базы данных», в которой содержится информация о названиях полей данных, их типах, размерах, комментарии. С появлением иерархических и распределенных баз данных их структура значительно усложнилась, и возникла необходимость в специальном описании самой структуры.

Интернет можно представить как гиперсложную совокупность информационных ресурсов, систем и баз данных. Поэтому службы каталогизации, индексации и поиска информации работают не только с данными, но, прежде всего, с их описанием. Для отличия между самими данными и их описанием стал использоваться термин "метаданные» [1-3, 7].

Первая составная часть термина «мета» переводится с греческого как «после, за, между» и означает, во-первых, следование за чем-либо, переход к чему-либо другому, перемену состояния, превращение (метагенез, метаморфоза), во-вторых, в современной логической терминологии используется для обозначения таких систем, которые служат, в свою очередь, для исследования или описания других систем (метатеория, метаязык) [6].

Согласно определению, данному коалицией Meta Data Coalition в документе «Open Information Model», метаданные - это описательная информация о структуре и смысле данных, а также приложений и процессов, которые манипулируют данными [3]. Термин «метаданные» уже давно и успешно применяется в таких контекстах, как информационные хранилища и системы аналитической обработки данных, электронный документооборот и управление потоками работ, управление знаниями. Язык HTML имеет тег META, содержащий данные об информации в документе.

Запись метаданных состоит из набора атрибутов или элементов, необходимых для описания данного ресурса. Так, в библиотеках система метаданных - библиотечный каталог - содержит набор записей метаданных с элементами, которые описывают книгу либо другую библиотечную единицу: автор, заглавие, дата создания или публикации, предметный охват и шифр, определяющий местонахождение единицы на полке.

Связь между записью метаданных и ресурсом, который она описывает, может осуществляться двумя способами [7]:

1. Элементы могут содержаться в записи, хранящейся отдельно от описываемой единицы, как это происходит в библиотечных каталогах.

2. Метаданные могут храниться непосредственно в теле ресурса. Например, титульные листы книг.

За последние годы в нашей стране и за рубежом выполнено много разработок по созданию различного рода электронных ресурсов, содержащих информацию из многих предметных областей: образовательной, экономической, химической, математической и других. В результате пользователи Интернет получают возможность приобщиться к новым знаниям. Однако увеличение общего количества информации влечет за собой увеличение времени на поиск необходимой.

Введение метаданных позволяет поисковым системам обращаться не к самой информации, а к ее описанию, что само по себе ведет к более быстрому поиску. Однако создание метаданных разного типа и состава не позволяет выработать оптимальные алгоритмы, что мешает дальнейшей оптимизации поиска.

В проекте «Концепции государственного регулирования негосударственными информационными ресурсами России» [4], представленном Министерством РФ по связи и информатизации, большое значение придается разработке системы метаданных на основе единого стандарта: «Для обеспечения эффективной навигации и поиска в быстро растущих информационных ресурсах глобального Интернета в обозримом будущем неизбежно появление стандарта де-факто на метаданные, вероятно, на базе Дублинского ядра метаданных. В этом случае необходимо разработать и реализовать программу по его внедрению в российском Интернете, также с участием ведущих государственных и частных производителей ресурсов. Следует также учитывать наличие конкурентных предложений, прежде всего, метаданных системы GILS, а также языков метаданных, предлагаемых для отдельных категорий ИР, например, геопространственных или аудиовизуальных.

Однако внедрение российской системы метаданных влечет за собой и необходимость чисто российской оригинальной крупной разработки, а именно, входящего в состав метаданных или совместимого с ним комплекса лингвистических средств (классификаторов, словарей и лингвистических процессоров), ориентированных на обработку и поиск русскоязычных текстов, а также автоматический перевод с русского языка и на русский. В силу объема и сложности этой задачи и наличия общей заинтересованности в ее решении крайне целесообразно скоординировать в этом направлении финансовые и интеллектуальные ресурсы государственных и частных разработчиков» [4].

Для использования единого стандарта в масштабах Интернет необходимо наличие таких качеств, как простота, универсальность, в том числе и в решении правовых вопросов.


^ 2. Стандарт элементов метаданных Дублинского ядра


Среди имеющихся стандартов можно выделить разработанный автоматизированным библиотечным центром с интерактивным доступом в г. Дублин штата Огайо, США стандарт элементов метаданных Дублинского ядра (Dublin Core), в котором используется набор из десяти атрибутов стандарта ISO/IEC (ИСО 11179 - Спецификация и стандартизация элементов данных) для описания пятнадцати элементов данных (название, создатель, предмет, описание, издатель и др.) [5]. Набор содержит следующие десять атрибутов:

  • имя - метка, определяющая элемент данных;

  • идентификатор - уникальный идентификатор, присвоенный элементу данных;

  • версия - версия элемента данных;

  • орган регистрации - организация (лицо), имеющая полномочия регистрации элемента данных;

  • язык - язык, на котором дается характеристика элемента данных;

  • определение - формулировка, которая четко представляет содержание и внутреннюю природу элемента данных;

  • обязательность - указывает, требуется ли элемент данных всегда либо может быть представлен в зависимости от необходимости (содержит значение);

  • тип данных - указывает тип данных, которые могут быть представлены в качестве значений элемента данных;

  • максимальная распространенность - указывает какие бы то ни было ограничения повторяемости данного элемента;

  • комментарий - примечание, касающееся применения элемента данных.

Шесть из перечисленных атрибутов являются обязательными для всех элементов Дублинского ядра. Это - версия (1.1), орган регистрации (Инициатива метаданных Дублинского ядра), язык (английский), обязательность (произвольный), тип данных (цепочка символов), максимальная распространенность (неограниченна). Остальные атрибуты описываются каждый конкретным образом. Например,

Элемент: Название
Имя: Название;
Идентификатор: Title;
Определение: Имя, данное ресурсу;
Комментарий: Обычно это имя, под которым ресурс официально известен.

Атрибуты описывают такие пятнадцать элементов, как название, создатель (лицо, отвечающее за создание содержания ресурса), предмет (тема содержания ресурса), описание, издатель (лицо, ответственное за исполнение), соисполнитель (лицо, внесшее вклад в создание ресурса), дата (формат ГГГГ-ММ-ДД), тип (жанр содержания), формат (физическое или цифровое представление ресурса), идентификатор, источник (ссылка на ресурс, из которого извлечен настоящий), язык (в кодах, например, en, fr), отношение (ссылка на родственный ресурс), охват (протяженность на местности или временной промежуток, единицы административного деления), права (положение о правовых нормах или ссылка на службу, предоставляющую информацию о правах использования, лицензировании, авторских правах).

Эта информация должна заполняться автором документа, но может генерироваться и автоматически в момент запроса. Дублинское ядро предусматривает поддержку на всех языках и помогает решить вопрос маркировки документа простым способом, не требующим интенсивного обучения авторов и издателей.

Однако, несмотря на преимущества, Dublin Core не обладает в полной мере универсальностью (например, правовые аспекты, а также не всегда рационален выбранный перечень элементов) и без доработки его вряд ли можно взять в качестве единого стандарта.

Как более удобный для использования был предложен так называемый RDF - шаблон описания ресурса - метод обмена метаданными на основе языка XML, разработанный Консорциумом W3 в связке с системой метаданных Дублинского ядра.

Возможно, будет выбран или создан иной вариант стандарта, но, на наш взгляд, создание единого универсального набора элементов метаданных с жесткой структурой может препятствовать развитию этой структуры. Для большей гибкости целесообразным было бы использование объектного подхода.

Такой подход реализован во многих современных объектно-ориентированных базах данных и информационно-поисковых системах, к примеру, в программно-технологической платформе V7, разработанной фирмой 1С для комплекса автоматизации управления предприятиями.

В объектно-ориентированной технологии за основу берется понятие программного объекта, который представляет собой данные и процедуры работы с ними (методы) как единое целое (инкапсуляция), что обеспечивает свойства и поведение объекта, возможность управления им. В виде объекта может быть представлена информация разного рода - текстовые документы, графические, анимационные фрагменты, диалоговые окна и т.п. Визуализация объекта дает возможность пользователю легко работать с ним.

Преимущества объектного подхода заключаются не только в наглядности представления информации и удобства работы, но и в возможности создавать объекты-потомки, обладающие дополнительными свойствами и особенностями (принцип наследования и полиморфизма).

В случае с метаданными информационных ресурсов Интернет в качестве объектов могут выступать справочники, словари, документы, энциклопедии, каталоги, тезаурусы, рубрикаторы, словари для регистрации событий и т.д. На основе стандартных объектов метаданных можно создавать метаданные-потомки, в которые разработчики могли бы вносить необходимые изменения или добавлять дополнительные элементы описания.

Объекты метаданных могут включать в себя другие объекты. Например, дата может быть самостоятельным объектом и включаться в другие метаданные.

В результате описания объектов метаданных конкретного информационного ресурса его можно представить в виде иерархической структуры или дерева метаданных. Такая структура, по сути, является моделью этого ресурса, причем с хорошо прослеживаемой логической связью между объектами. Объектный подход позволит отойти от жесткой привязки формирования запросов к фиксированию структуры логических связей.


^ 3. Опыт создания наборов метаданных для научных информационных ресурсов


Коллективом авторов Вычислительного Центра им. А.А. Дородницына РАН в работах [8-11] основательно рассмотрены вопросы формирования наборов элементов метаданных и онтологий для научных информационных ресурсов РАН в рамках проекта Единого Научного Информационного Пространства (ЕНИП) РАН. Рассмотрены потребности, цели и задачи организации ЕНИП РАН как среды взаимосвязанных распределённых гетерогенных систем. Дано представление о предметных областях и типах ресурсов, информацию о которых планируется представлять в ЕНИП. Описана методика, используемая для описания схем метаданных, приведен список проанализированных стандартов и предложений по схемам метаданных, использованных при разработке схем ЕНИП.


3.1. Структура, и особенности формирования
научных информационных ресурсов РАН


Российская Академия Наук имеет разветвлённую структуру, которая объединяет большое число научно-исследовательских учреждений и коллективов, расположенных на всей территории России и вовлеченных во всё многообразие видов научной деятельности. Эти учреждения обладают уникальными научными информационными ресурсами. Среди них – опубликованные результаты научных исследований и экспериментов, библиографические и фактографические базы данных, сведения об ученых, их научной деятельности, публикациях, проектах и т.п. Эти ресурсы представляют значительный интерес для сотрудников РАН, членов мирового научного сообщества, для представителей промышленности и предпринимателей, которые заинтересованы во внедрении результатов научных исследований.

Однако в настоящий момент значительная часть информационных ресурсов РАН недоступна широкому кругу научной общественности, а ресурсы, представленные  в Интернет, существенно разрознены, недостаточно систематизированы и структурированы. При  создании их описаний недостаточное внимание уделяется вопросам интероперабельности - слабо применяются соглашения по стандартизации электронного представления информационных ресурсов и соответствующие средства, призванные поддержать интеграцию информационных ресурсов, повышение точности поиска и т.п. Результатом этого является невозможность для пользователя получить полную и достоверную информацию о ресурсах, представляющих для него интерес. Очевидно, что  каждая область науки, оперируя со своими специфичными данными,  имеет потребности в собственных форматах их представления, обусловленных требованиями функциональности соответствующих систем обработки информации. Этим объясняется малая степень интеграции таких систем (например, по сравнению с системами обработки бизнес-данных). Тем не менее, необходимость обеспечения активных научных коммуникаций и эффективного использования научной информации делает актуальной задачу интеграции разнородных научных данных. На начальном этапе обеспечивается интеграция на некотором «верхнем уровне», общем для всех отраслей фундаментальной науки.  На решение этой задачи направлена разрабатываемая силами специалистов ВЦ РАН и ЦНТК РАН система [9, 10], имеющая целью поддержку формирования Единого Научного Информационного Пространства РАН, интегрированного источника научной информации.

Система предусматривает объединение сведений о разнородных научных информационных ресурсах РАН, обеспечение актуальности этих сведений и широких возможностей для достаточно точного поиска научных ресурсов на основе этих сведений, поддержку средств научной коммуникации, сервисов, связанных с возможностью оперативного информирования пользователей о необходимых им ресурсах и т.п.

Такая система обеспечит пользователей актуальными данными о текущем состоянии и характеристиках информационно-научной базы институтов РАН и их подразделений, упростит анализ состояния и тенденций развития науки. Облегченный доступ к информации изменит способы ведения научной деятельности, способы обучения.

В сложившейся ситуации, когда сведения о ресурсах представлены в виде слабоструктурированного текста, когда поисковые системы осуществляют полнотекстовый поиск нужных данных по запросам в свободной форме, пользователь получает огромное количество «шумовой» информации, среди которой очень трудно выбрать действительно полезные знания. Учитывая это обстоятельство, для представления сведений о ресурсах стали использовать структурное представление, выделять понятие метаданных, описывающих содержимое ресурса в виде набора именованных значений, в том числе связей с другими ресурсами. Метаданные используются для автоматизированного анализа содержимого ресурса, построения поисковых индексов и позволяют обеспечить достаточно высокую точность и эффективность поиска разнородной информации.

Очевидно, что глубина структуризации метаданных является одной из важнейших характеристик любой информационной системы. Слишком большая глубина усложняет процессы подготовки метаданных, слишком малая – ограничивает возможности системы. Глубина структуризации метаданных во многом определяется задачами конкретной системы. В узкопрофессиональных системах используют достаточно большую степень детализации и структуризации данных, что обусловлено необходимостью проведения специальных исследований и поддержки соответствующих процессов обработки информации. Однако во многих случаях при интеграции разнородных информационных ресурсов высокая степень структуризации не требуется, а также усложняет процессы формирования, поиска и представления данных. В связи с этим одной из первоочередных задач при разработке интегрированной системы представления научных данных является определение минимальной глубины структуризации метаинформации о ресурсах. Предполагая постепенное наращивание функциональности системы, необходимо выработать методику развития схем метаданных - увеличения глубины описания той или иной предметной области, детализации представления информации.

Для обеспечения взаимодействия существующих разнородных научных систем на информационном уровне необходимо выработать стандарты на интерфейсы взаимодействия, а также профили метаданных, что позволило бы реализовать инструментальные средства, обеспечивающие интеграцию данных в единую среду. Основные требования предъявляются к следующим элементам:

  • типовым интерфейсам взаимодействия (форматы данных, протоколы обмена) отдельных информационных источников (организаций РАН, поддерживающих собственные научные информационные ресурсы);

  • профилям метаинформации, предоставляемой этими источниками. В частности, производится разработка набора элементов метаданных для научной информации общего характера, предложений по формированию элементов метаданных для отдельных областей науки и согласование их с научным сообществом и международными открытыми стандартами;

  • справочникам и классификаторам ресурсов;

  • реализации политики информационной безопасности и требований по разграничению прав доступа к цифровым ресурсам.


3.2. Виды ресурсов ЕНИП


Информационное наполнение Единого Научного Информационного Пространства осуществляется с учетом того, что научные учреждения заинтересованы в предоставлении доступа к данным о научных достижениях, научной деятельности сотрудников, административной информации об организации. Эта информация представляет интерес и для конечных пользователей системы, осуществляющих поиск и навигацию по информационному пространству РАН, позволяет сотрудникам получить информацию о смежных со своими работах в других коллективах.

Естественно, что основным «информационным ресурсом» науки являются люди, которые эту науку делают. Поэтому остальные ресурсы являются производными от их деятельности, как схематично показано на рис. 1.




Рис. 1. Схема формирования ресурсов ЕНИП


Следует выделить базовый набор профилей метаданных информационных ресурсов РАН, состоящий из нескольких основных типов информационных ресурсов, которые разбиваются на множество взаимосвязанных подтипов. Это, в первую очередь, поддержка следующих видов ресурсов:

  • «^ Участники научной деятельности» - центральное звено, вся информация в РАН связана с научной деятельностью её сотрудников, «Персон», образующих разнообразные организационные объединения от формальных («Организации» и «Подразделения») до неформальных («Коллективы», «Сообщества» «Рабочие группы»). Примерами их уточнения могут служить «Читатели» библиотек,  «Разработчики», «Эксперты»  и «Инвесторы» инновационных систем и порталов и т.п.

  • «^ Документы и публикации» - ресурсы этого типа представляют собой научные труды, статьи, отчёты сотрудников (научные «Публикации» и «Диссертации»  сотрудников РАН, их «Коллекции»), возможно, административные  «Постановления» и «Распоряжения».  Примерами  специализации публикации могут служить, например, «Тезисы конференций» и т.п.

  • «Научная деятельность», в частности, «Проекты», отражающие процесс научной деятельности, информация о результатах проектов, патентах и т.п.

  • «Научные события» - представляющие как разовые, так и повторяющиеся научные мероприятия, такие как «Конференции», «Семинары», «Симпозиумы».

  • «Результаты научной деятельности», в которые могут входить:

    • «Интернет-системы» - Web-сайты и пр.,

    • «Базы данных», предоставляющие автономные коллекции информации с той или иной степенью интеграции с ЕНИП, и т.п.

    • «Экспериментальные данные» и их «Математические модели»,

    • «Программные системы», в частности, «Научные вычислительные приложения»,

    • «Экспериментальные установки», «Изобретения», «Технологии», и т.п.

Следует отметить, что на этом уровне тематическая специализация отраслей науки не существенна.




Рис. 2. Типы информационных ресурсов и направления специализации


Приведённая на рис. 2 диаграмма показывает не только упомянутые типы информационных ресурсов, но и направления специализации под конкретные прикладные области и приложения. Библиотечные системы имеют в основном дело с изданиями, статьями, авторами публикаций, они расширяют базовую атрибутику этих типов ресурсов, добавляя термины, специфичные для библиотечных специалистов. Кроме изданий как таковых, выделяются экземпляры изданий, которые могут получить на руки читатели, ведётся реестр читателей библиотеки и фиксируется выдача книг читателям. С другой стороны, информация о проектах может широко использоваться инновационными системами. Инновационные системы расширяют базовую схему для обеспечения эффективной оценки проектов экспертами, поиска проектов по запросу инвестора и пр.


3.3. Схемы метаданных ЕНИП


Для описания метаданных ЕНИП РАН использованы механизмы SemanticWeb. Модель данных SemanticWeb, ResourceDescriptionFramework (RDF) [12, 13], была специально спроектирована для интеграции распределённых метаданных в Web. RDF позволяет описывать объекты, или «ресурсы», указывая их «свойства» и значения свойств. Ресурсы можно идентифицировать URI-идентификаторами, аналогично тому, как Web-страницы идентифицируются URL. Каждое свойство ресурса также указывается URI-идентификатором. Использование URI-идентификаторов вместо коротких имён – следствие «распределённости» информации, с которой приходится сталкиваться в Web. Другое следствие – это «децентрализация» информации: при описании некоторого ресурса в RDF-документе (скажем, человека) не обязательно описывать значения всех его свойств (например, организацию, в которой он работает) – вместо этого можно указать это значение ссылкой по URI, аналогично тому, как в HTML указывают ссылки на другие Web-страницы. Кроме того, никакое описание ресурса не может считаться полным и окончательным – всегда есть возможность, что в Web содержится ещё какая-то дополнительная информация об этом ресурсе. Ведь ресурсы идентифицируются URI, и значит, могут быть описаны одновременно в нескольких RDF-документах. Это тоже следствие «децентрализации» информационной системы.

Язык RDFSchema позволяет описывать на RDF словари классов и свойств; можно описать и контролируемые словари вариантов значений свойств. Поскольку классы, свойства и экземпляры метаданных идентифицируются не просто именем, а URI, то это позволяет разделить их по «профилям», соответствующим разным «пространствам имён». RDFS служит базой для более сложного языка описания «онтологий» предметных областей, WebOntologyLanguage (OWL), который позволяет определить более сложные ограничения на применение классов и свойств, структуру метаданных.

В настоящее время заметна широкая тенденция по стандартизации RDF-словарей свойств метаданных для конкретных предметных областей – так называемых «обменных схем», или «профилей метаданных». Использование терминов (свойств, словарей значений и пр.), зафиксированных в стандартах, позволяет приложениям легко интегрироваться между собой, обмениваться информацией, понятной им всем. Например, при получении данных из сторонней системы, приложение может найти среди неизвестных ему свойств некоторые свойства, регламентированные стандартом, и соответственно будет уверено в их смысле, семантике, сможет правильно их проинтерпретировать. Это называется «семантической интероперабельностью», и считается одним из основных преимуществ SemanticWeb.

Dublin Core Metadata Initiative (DCMI) [13] определил минимальный набор свойств для описания цифровых ресурсов Web, а также их детализацию в рамках «общего профиля» [14]. Отдельные рабочие группы DCMI занимаются стандартизацией более специализированных профилей метаданных таких предметных областей, как библиотечная информация [15], образование [16], правительственная сфера [17], информация о людях [18] и  пр.

DublinCore стал базисом для других «стандартов обмена». В первую очередь, следует упомянуть стандарт PublishingRequirementsforIndustryStandardMetadata (PRISM) [19], разработанный издательскими организациями для обмена метаданными о публикациях (документах, журналах, книгах и пр.). Государственный архив Австралии выдвинул и стандартизовал основанный на DublinCore набор профилей метаданных для описания государственной информации – AGLSMetadataStandard [20]. Заслуживают упоминания также проекты, делающие попытку спецификации схем для библиографической информации (BIBLINK [23], bibTeX [24]), европейская инициатива по разработке схем для Math-Net [25], UKOLNCLD [26] профиль метаданных для описания цифровых коллекций и пр. Широкое применение нашли предложения по представлению информации стандарта VCard («визитная карточка») в RDF [21]. VCard определяет свойства для описания информации о людях, их контактной информации и пр. На описание информации о людях направлена также набирающая популярность открытая инициатива FriendofaFriend (FOAF) [22].

Помимо обменных «профилей метаданных», существуют инициативы по построению «онтологий» предметных областей, нацеленных больше на спецификацию большого количества классов и их взаимоотношений, нежели словарей свойств для обмена. Среди них есть весьма близкие к сложившейся в ИСИР РАН схеме минимальных научных метаданных [11]: это KA2 - KnowledgeAcquisitionCommunityOntology [28] и SWRC - SemanticWebResearchCommunityOntology [29]. Эти онтологии описывают персоналии, организации, проекты, публикации и пр. Из последних SemanticWeb-разработок в этой области следует упомянуть онтологию портала AdvancedKnowledgeTechnologies (AKT) - "AKTivePortal" [27].

При разработке предложений по наборам метаданных ЕНИП проведен детальный анализ всех упомянутых и других (daml.org, protege.stanford.edu, …) стандартов и предложений, а также анализ различных не-RDF ориентированных предложений по стандартизации метаданных (CERIF 2000 [30], CIDOC [31], MARC и RUSMARC и др.), различных отечественных и международных систем классификации ресурсов.

Кроме того, был учтен опыт разработки и поддержки информационного портала ИСИР РАН (http://isir.ras.ru), а также разработки информационных систем, в частности, Инновационного портала РФФИ [32], Портала библиотеки диссертаций РГБ [33], Информационного портала ГСНТИ, официального портала ВМиК МГУ (http://cmc.msu.ru), Портала Государственных Закупок МЭРиТ (http://pgz.economy.gov.ru).

Следует упомянуть также ведущиеся исследования по библиотечной подсистеме [34], порталу mathnet.ru [35], системе ведения конференций [36], системе каталогизации экспериментальных данных научных исследований [37], каталогизации музейной информации [38], подсистеме ведения тезаурусов [39], каталогизации online вычислительных сервисов. В плане взаимодействия с отечественными информационными системами, были рассмотрены варианты интеграции с Библиотекой Естественных Наук, системой Socionet Отделения Общественных Наук, системой Informika ГСНТИ и пр.


3.4. Методика разработки и развития схем метаданных


Схемы метаданных играют в ЕНИП двоякую роль. С одной стороны, они служат «обменными схемами», с разными уровнями детализации, для обмена данными между системами, входящими в Единое Научное Информационное Пространство РАН. С другой стороны, в рамках ЕНИП стоит задача не только предложить обменные схемы, но и разработать конкретные типовые информационные системы для научных институтов, библиотек, издательских отделов и пр., которые дали бы стимул к информационному наполнению ЕНИП.

Различные информационные системы могут ориентироваться на различные предметные области. Например, одни имеют дело с научными публикациями, другие с проектами, третьи и с тем, и с другим. Соответственно, каждую конкретную предметную область предлагается описывать отдельной схемой (а точнее, набором схем), возможно, опирающихся друг на друга. Это разбиение схемы по «минимальным предметным областям» мы называем разбиением на «модули». Модули рассматриваются не только как способ деления схемы, но и как способ деления функциональности реализуемых в рамках ЕНИП типовых информационных систем, порталов по отдельным компонентам.

Наряду с выделением профилей метаданных как таковых, делается попытка определиться со стратегиями, методиками развития схем – наращивания уровней, глубины описания той или иной предметной области, подходящих для разных систем. Необходимо не просто предложить схему для той или иной сущности или научной области, но и для каждой из них предложить несколько «уровней поддержки» схем, например:

  • минимальная – необходимый разумный минимум, минимально достаточный для обмена метаданными, поддержки взаимосвязей ресурсов;

  • базовая – объем достаточный для эффективной работы «дилетантов» в конкретной предметной области;

  • расширенная – объем достаточный для эффективной работы «специалистов» предметной подобласти;

  • специализированная – объем, ориентированный на «специалистов» предметной области, используется только в рамках подпространства, включающего  специализированные системы.

Разбиение схемы метаданных на последовательно наращиваемые подсхемы становится возможным благодаря свойственной RDF «децентрализации» данных: каждая схема рассматривается как набор утверждений, а расширенная схема – как набор дополнительных утверждений, вдобавок к утверждениям базовой схемы. WebOntologyLanguage (OWL) позволяет указывать метаданные о схемах, и, в частности, их функциональную зависимость - «импорт» схем. При импорте все утверждения импортируемой схемы становятся частью импортирующей онтологии (которую мы будем называть подсхемой). Интересная особенность заключается в том, что подсхема может не только определять собственные классы и их свойства, но и указывать любую дополнительную информацию об импортированных классах и свойствах, в частности, добавлять новые свойства к импортированным классам, уточнять тип значений и ограничения на импортированные свойства и пр. Такая особенность, непривычная для традиционной объектной парадигмы, оказывается очень полезной для эффективного наращивания детализации схем метаданных, перехода от обменных схем к схемам конкретных информационных систем.

«Минимальные» подсхемы ориентированы в первую очередь на обеспечение максимальной гибкости обмена данными. Здесь не важна спецификация детальной и точной структуры данных (например, разбиение почтового адреса по полям), но важно указать словарь свойств, терминов для обмена информацией в данной предметной области, а также отображение на стандартизованные и уже применяющиеся предложения по профилям метаданных. Рассмотрим методические приёмы, предоставляемые нам для этих целей языками RDFSchema и OWL:

  • Импорт схем позволяет добавить в разрабатываемую схему термины других схем, в частности, стандартных профилей метаданных. Эти термины могут использоваться как непосредственно, так и специализироваться механизмами подклассов и подсвойств, если их семантика слишком абстрактна для рассматриваемого уровня детализации схемы.

  • Традиционный механизм подклассов позволяет указывать специализацию классов, уточнение семантики термина и набора свойств. Пример: «диссертация» - подкласс «документа». Зная эту информацию, система, не работающая конкретно с диссертациями, получив данные из библиотеки диссертаций, сможет идентифицировать их как данные об абстрактном «документе» и воспользоваться такими свойствами как «автор», «издательство» и пр., проигнорировав информацию об оппонентах, дате защиты и пр.

  • Механизм подсвойств позволяет указать специализацию свойств – для того чтобы, в первую очередь, уточнять их смысл. Приведём пример: «аннотация» - подсвойство «описания», а «альтернативное название» - подсвойство «названия» (DublinCore). Этот нетрадиционный для объектно-ориентированных систем механизм играет ключевую роль в обеспечении семантической интероперабельности систем. Можно предположить, что некоторая специализированная система использует понятие «официального названия» (my:legal) для именования организаций и обменивается своими данными с другой системой, которая различает только простой термин «название» из DublinCore (dc:title). Без дополнительной информации, вторая система не имела бы ни малейшего шанса догадаться, что же за информация идёт в текстовом поле my:legal. Теперь допустим, что вместе с данными специализированная система предоставляет также свою RDF-схему, описывающую используемые термины. В частности, в этой схеме указано, что my:legal – это подсвойствоdc:title, то есть некоторая специализация стандартизованного в DublinCore термина «название», и используется для именования ресурса. Благодаря этой дополнительной информации вторая система сможет воспользоваться данными, указанными в поле my:legal. Естественно, она не сможет автоматически воспользоваться информацией о том, что это не просто название, а именно «специализированное официальное название», но эта информация систему и не интересует в рамках её предметной области. Помимо уточнения смыла, подсвойство может уточнять характеристики суперсвойства. В частности, подсвойства могут иметь более специализированный тип значений (см. ниже пример с «отчётами по проекту»).

  • OWL позволяет указывать эквивалентность классов, свойств, либо экземпляров (например, элементов различных словарей значений). Эти механизмы, наряду с механизмами подклассов и подсвойств, позволяют указать отображение схем на стандартные и широко применяющиеся профили метаданных, что гарантирует семантическую интероперабельность.

На этапе перехода от «минимальной» к «базовой» и более специализированным подсхемам встаёт вопрос о более чёткой спецификации структуры данных – в частности, чёткой спецификации типов значений свойств. Это возможно благодаря уже упомянутому механизму введения дополнительных утверждений об импортированных ресурсах, в частности, свойствах. Минимальная схема может не указывать явно тип данных свойства, если он потенциально может быть уточнён впоследствии, тогда более специализированная схема сможет указать специализацию этого типа. Если же тип значений с большой вероятностью подойдёт всем системам, то можно указать его уже в «минимальной» схеме, таким образом, накладывая некоторую резонную «строгость» на формат обмена. Например, можно указать, что «дата выпуска» издания имеет значения типа «дата» (xs:date), в чётко регламентированном формате (W3C-DTF). Это потребует все системы экспортировать данные о дате выпуска в этом формате, а не в виде произвольной строчки, и исключит ситуации непонимания формата при импорте данных.

Рассмотрим другой пример: если тип свойства – объект, то минимальная схема может указать тип значений как некоторый абстрактный класс, а специализированная схема – уточнить тип значений, указав его подкласс. Пусть имеется свойство «публикация выполнена по проекту», позволяющее указать литературу («публикации»), полезную для понимания проекта. В более специализированной схеме можно ввести понятие «отчёта по проекту»: для этого образуется соответствующий класс «Проектный Отчёт» (имеющий дополнительные метаданные, такие как номер отчёта) и свойство «отчёт по проекту», позволяющее сопоставлять проектам «отчёты». Это свойство считается подсвойством, частным случаем «публикации, выполненной по проекту», но с более специализированным типом значений.

В процессе детализации схемы возникает желание структурировать некоторые данные, которые до этого можно было считать строковыми. Например, резонно представлять телефонный номер строкой. Но зачастую возникает потребность указать к нему комментарий, если указано несколько телефонов, например, «предпочтительный», «рабочий», «домашний», «факс», «мобильный телефон» и пр. В таком случае каждый телефон представляет собой структуру: «комментарий» плюс «собственно значение». Аналогичный пример – адрес может быть структурирован с выделением страны, почтового индекса, региона, города, улицы, адреса по улице и пр. Ещё пример – степень (кандидата, доктора наук по некоторой дисциплине) можно минимально представить контролируемым словарём. Однако на базовом уровне детализации нужна возможность указать также дату присуждения степени, специальность ВАК и пр. А в схеме библиотеки диссертаций указать диссертацию, включающую также метаданные о дате и месте защиты, научных руководителях, оппонентах, рецензентах и пр.

Очевидно, что механизм наращивания структуризации должен учитывать необходимость семантической интероперабельности систем. Например, система, которая представляет адрес текстом, и система, которая представляет его в структурированном виде, должны беспрепятственно обмениваться адресной информацией и «понимать» друг друга. Язык RDF содержит встроенный механизм, помогающий нам в этом – предопределённое свойство rdf:value [13]. Это свойство позволяет выделить «собственно значение» из структурированного описания (не обязательно строковое, в рассмотренном нами примере со степенями значением является словарный элемент). Если система получает информацию, в которой значением свойства является некоторый объект неизвестного системе типа, но имеет свойство rdf:value, то система может опустить этот неизвестный объект и попытаться рассмотреть значение rdf:value как значение обрабатываемого свойства. Аналогичное поведение можно предложить для подсвойств rdf:value.

Рекомендация по применению DublinCore в RDF использует механизм rdf:value для определения «квалификаторов значений» (EncodingScheme [13]). Эти квалификаторы указывают схемы, помогающие системам в интерпретации значения свойства (контролируемые словари, правила разбора значения). Например, строку УДК можно «квалифицировать», указав вместо строчки объект типа «УДК» (dcterms:UDC), что поможет другим системам узнать систему классификации. Кроме того, можно указать название этого термина классификатора УДК помимо номера и пр. Рассмотренный механизм наращивания структуризации – некоторая аналогия «квалификаторов значений» DublinCore. Механизм же введения подсвойств для уточнения семантики свойства обозначается в DublinCore термином ElementRefinement [13]. Вместе эти два механизма, плюс механизм импорта схем в OWL, возможность расширения набора свойств классов, уточнения характеристик классов и свойств в подсхемах, расширения и специализации в подсхемах контролируемых словарей - служат основой для чёткой методики развития и специализации схем.

Как пример интерпретации менее специализированными системами (например, агрегирующими каталогами) информации, предоставляемой им более специализированными, можно рассмотреть алгоритм упрощения (DumbDown [13]), предлагаемый Dublin Core. Этот алгоритм заменяет все подсвойства (Element Refinements) свойств DC на их суперсвойства, входящие в 15 базовых элементов Dublin Core, а всякий «квалификатор значения» заменяет на «собственно значение», указанное в rdf:value. В результате детализированные структурированные данные сводятся к абстрактным и планарным. Аналогичный алгоритм можно использовать и для упрощения информации от более специализированной схемы ЕНИП некоторой предметной области к более общей («базовой», «минимальной»).

Как уже упоминалось, схемы метаданных ЕНИП играют двоякую роль: они, с одной стороны, служат схемами обмена данными,  а с другой стороны, служат для построения конкретных информационных систем с помощью технологий ИСИР [9, 10]. В соответствии с рассмотренным делением на подсхемы, построение информационной системы подразумевает, в частности:

  • выбор используемых предметных областей – «модулей» информационной системы (либо из набора стандартных, предлагаемых схемами ЕНИП, либо собственных, введённых в рамках данного специализированного приложения);

  • выбор уровней специализации для каждой предметной области – минимальный, базовый, расширенный, специализированный.

  1   2   3   4




Похожие:

Отчет по направлению «Моделирование наноразмерных структур и наноматериалов» iconОтчет по дисциплинарному направлению нанобиомедицина (окология), отчет гоу впо саратовский гму росздрава по дисциплинарному направлению нанобиомедицина (окология) содержание
В рамках работ была создана первая очередь обработки и хранения метаданных (справочника) по направлению нанобиомедицина (онкология),...
Отчет по направлению «Моделирование наноразмерных структур и наноматериалов» icon140182 г. Жуковский-2 Московской области, а/я 285
Ацюковский В. А. Общая эфиродинамика. Моделирование структур вещества и полей на основе представлений о газоподобном эфире. Издание...
Отчет по направлению «Моделирование наноразмерных структур и наноматериалов» iconМоделирование структур молекул по Огжевальскому
Таким автором, о котором необходимо упомянуть, являлся польский исследователь З. Огжевальский [1]. Им был создан фундаментальный...
Отчет по направлению «Моделирование наноразмерных структур и наноматериалов» iconЯ усматриваю будущее физики в продолжении механических моделей
Винити в 1980 г., затем в работе «Общая эфиродинамика», изданной там же в 1987 г., затем в книге «Общая эфиродинамика. Моделирование...
Отчет по направлению «Моделирование наноразмерных структур и наноматериалов» iconДокументы
1. /Info.txt
2. /Физико-топологическое моделирование...

Отчет по направлению «Моделирование наноразмерных структур и наноматериалов» iconОтчёт моу сош №6 об образовательной и финансово-хозяйственной деятельности
Развитых промышленных структур в станице не имеется. Основной вид деятельности – сельское хозяйство и животноводство. Станица Мингрельская...
Отчет по направлению «Моделирование наноразмерных структур и наноматериалов» iconДокументы
1. /4 Дружинин/Отчёт/Вступление.doc
2. /4...

Отчет по направлению «Моделирование наноразмерных структур и наноматериалов» iconСтруктуры данных
Этот материал посвящен описанию некоторых часто используемых на практике структур данных и способов эффективной реализации этих структур....
Отчет по направлению «Моделирование наноразмерных структур и наноматериалов» iconУрока: «Моделирование фартука средствами графического редактора Paint». Цели урока: Образовательные
Создать условия для изучения понятия «Моделирование», рассмотреть 2 вида моделирования: художественное и техническое
Отчет по направлению «Моделирование наноразмерных структур и наноматериалов» iconАналитический отчет о реализации мероприятий по государственной поддержке общеобразовательных учреждений, внедряющих инновационные образовательные программы, в 2006 – 2008 годах моу сош № Павловского района
Показатели реализации инновационных образовательных программ (по каждому направлению)
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов