一种基于领域知识本体的业务流程监控方法.pdf

本发明公开了一种基于领域知识本体的业务流程监控方法，包括以下步骤：根据业务领域的知识、业务流程以及监控需求建立相应的监控模型；实时获取业务流程数据并利用所述的监控模型进行监控。该业务流程监控方法中的监控流程是对监控规则推理出来的业务流程状态进行校验并得出监控结果，整个监控流程的执行过程平行于业务流程的执行，可以实现在业务流程执行过程中的监控。

权利要求书
1.  一种基于领域知识本体的业务流程监控方法，其特征在于，包括 以下步骤：
(1)根据业务领域的知识、业务流程以及监控需求建立相应的监控 模型；
(2)实时获取业务流程数据并利用所述的监控模型进行监控。

2.  根据权利要求1所述的基于领域知识本体的业务流程监控方法， 其特征在于，所述步骤(1)具体如下：
(1-1)调研业务领域的相关知识并建立领域知识本体模型；
(1-2)根据监控的需求在本体模型之上建立监控规则；
(1-3)根据业务流程建立相应的监控模型。

3.  根据权利要求2所述的基于领域知识本体的业务流程监控方法， 其特征在于，所述的领域知识本体模型用于定义与业务相关的领域概念， 以及各个领域概念之间的相互关系。

4.  根据权利要求2所述的基于领域知识本体的业务流程监控方法， 其特征在于，所述的监控规则根据所述领域知识本体模型中定义的领域概 念及相互关系，以及监控需求制定。

5.  根据权利要求1～4中任意一项所述的基于领域知识本体的业务流 程监控方法，其特征在于，所述步骤(2)包括具体步骤为：
(2-1)将获取的业务流程数据存储至在所述领域知识本体模型中；
(2-2)根据监控规则对存储在所述领域知识本体模型中的业务流程 数据进行推理，得出新的知识；
(2-3)根据监控流程对推理得到的知识进行校验，得到监控结果。

6.  根据权利要求5所述的基于领域知识本体的业务流程监控方法， 其特征在于，所述的业务流程数据包括业务流程信息，以及业务流程数据 与业务领域知识之间的关系，所述的业务流程信息包括基本属性、步骤与 步骤之间的关系。

7.  根据权利要求6所述的基于领域知识本体的业务流程监控方法， 其特征在于，所述步骤(2-2)中根据监控规则推理时：
对所述领域知识本体模型中的所有的业务流程数据进行推理，推理出 来的新知识形式为一个永真的陈述句，表述业务流程达到某一特定的状态。

说明书一种基于领域知识本体的业务流程监控方法
技术领域
本发明涉及领域知识本体领域，更进一步涉及业务流程执行及监控技 术，具体为一种基于领域知识本体的业务流程监控方法。
背景技术
本体作为源于哲学的一个概念，因具有良好的概念层次结构和对逻辑 推理的支撑，自20世纪后期人工智能领域的研究者开始了利用本体论思 想描述知识领域的对象、属性及相互关系的研究。本体作为一种能在语义 和知识层次上描述知识系统的概念模型和建模工具，自被提出以来就引起 了国内外众多科研人员的关注，并在计算机的许多领域得到了观念广泛的 应用，如知识工程、数字图书馆、软件复用、信息检索和Web上异构信 息的处理、语义Web等。本体是共享概念模型的形式化规范说明，通过 概念之间的关系来描述概念的语义。它是通用意义上的概念定义集，为人 与人之间或者组织与组织之间的通讯提供了共同的词汇，实现了某种程度 的知识共享和重用，同时为机器能自动理解语义提供最根本的支持。本体 的引入，为解决知识系统中知识共享与重用提供了一条新的思路。常见的 本体构成要素包括：
●个体(实例)：基础的或者说“底层的”对象。
●类：集合(sets)、概念、对象类型或者说事物的种类。
●属性：对象(和类)所可能具有的属性、特征、特性、特点和参数。
●关系：类与个体之间的彼此关联所可能具有的方式。
●函式术语：在声明语句当中，可用来代替具体术语的特定关系所构 成的复杂结构。
●约束(限制)：采取形式化方式所声明的，关于接受某项断言作为 输入而必须成立的情况的描述。
●规则：用于描述可以依据特定形式的某项断言所能够得出的逻辑推 论的，if-then(前因－后果)式语句形式的声明。
●公理：采取特定逻辑形式的断言(包括规则在内)所共同构成的就 是其本体在相应应用领域当中所描述的整个理论。这种定义有别于产生式 语法和形式逻辑当中所说的“公理”。在这些学科当中，公理之中仅仅包括 那些被断言为先验知识的声明。就这里的用法而言，“公理”之中还包括依 据公理型声明所推导得出的理论。
●事件(哲学)：属性或关系的变化。
领域本体是用于描述指定领域知识的一种专门本体。它给出了领域实 体概念及相互关系、领域活动以及该领域所具有的特性和规律的一种形式 化描述.我们认为，领域本体由属性、对象、关系和子领域本体组成。
业务流程是为达到特定的价值目标而由不同的人分别共同完成的一系 列活动。活动之间不仅有严格的先后顺序限定，而且活动的内容、方式、 责任等也都必须有明确的安排和界定，以使不同活动在不同岗位角色之间 进行转手交接成为可能。活动与活动之间在时间和空间上的转移可以有较 大的跨度。
随着计算机技术的发展，越来越多的企业应用计算机业务流程技术来 提高整体的工作效率，对业务流程的管理也越来越受到重视。其中，对业 务流程的监控可以帮助企业衡量和分析业务流程的性能，通过数据找出关 键业务问题，这样可以改善业务流程的速度、质量以及效率。目前，业务 流程的监控主要是通过规则对业务流程进行监控，如石美红等人在2013 年发布的《基于ECA规则的业务流程效率实时管理方法》，采用了ECA 规则对业务流程数据进行管理。采用规则进行业务流程监控方法一般存在 以下几点局限性：
(1)规则的表达能力较弱，无法表达一些比较复杂的逻辑；
(2)监控系统的数据结构需要针对特定的业务流程设计，业务流程发 生了变化则需要改变数据结构，无法进行复用。
发明内容
本发明针对现有技术的上述缺陷，提供了一种基本领域知识本体的业 务流程监控方法。
一种基于领域知识本体的业务流程监控方法，包括以下步骤：
(1)根据业务领域的知识、业务流程以及监控需求建立相应的监控 模型；
(2)实时获取业务流程数据并利用所述的监控模型进行监控。
本发明的业务流程监控方法在实施前需要调研并确定待监控的业务 领域的相关知识和监控需求。
所述步骤(1)具体如下：
(1-1)调研业务领域的相关知识并建立领域知识本体模型；
(1-2)根据监控的需求在本体模型之上建立监控规则；
(1-3)根据业务流程建立相应的监控模型。
所述的领域知识本体模型用于定义与业务相关的领域概念，以及各个 领域概念之间的相互关系。
建立时首先将业务领域的相关知识表达成OWL形式的领域知识本体 模型，具体对应关系如下：
(a)领域概念映射成类(Class)；
(b)概念的具体实例映射成个体(Individual)，概念与概念的具体实 例之间关系自动映射成是(is-a)关系；
(c)概念与概念之间的子类关系、包含关系映射成子类关系 (Subclass)；
(d)概念具有的属性映射成数据属性(Data property)；
(e)概念与概念之间的其他关系映射成对象关系(Object property)。
所述的监控规则根据所述领域知识本体模型中定义的领域概念及相 互关系，以及监控需求制定。
作为优选，所述步骤(1-2)中建立的监控规则时直接将监控需求表 达成基于步骤(1-1)中建立的领域知识本体的SWRL规则。
本发明中监控需求可被拆分成前提条件、要求和限制条件三部分并表 达成多条SWRL规则，每条SWRL规则由前提(Antecedent)和结论 (Consequent)两部分组成，前提满足则可推理出结论成立，结论代表的 是具体的业务流程状态。
所述步骤(2)包括具体步骤为：
(2-1)将获取的业务流程数据存储至在所述领域知识本体模型中；
(2-2)根据监控规则对存储在所述领域知识本体模型中的业务流程 数据进行推理，得出新的知识；
(2-3)根据监控流程对推理得到的知识进行校验，得到监控结果。
所述的业务流程数据包括业务流程信息，以及业务流程数据与业务领 域知识之间的关系，所述的业务流程信息包括基本属性、步骤与步骤之间 的关系。
步骤(2-1)中将业务流程数据与领域知识本体中的概念及关系进行 映射，映射后存入领域知识本体模型中。将将业务流程数据存入领域知识 本体，具体方法如下：
(a)找到相应的类；
(b)在该类下新建个体；
(c)对该个体的数据属性进行赋值；
(d)新建该个体与其他已存在个体的对象属性；
所述步骤(2-2)中根据监控规则推理时：
对所述领域知识本体模型中的所有的业务流程数据进行推理，推理出 来的新知识形式为一个永真的陈述句，表述业务流程达到某一特定的状态。
整个流程推理得到的表述业务流程达到某一特定的状态可以称为路 径状态，并通过图形形式进行表示。
本发明中的监控模型实际上为一个监控流程，该监控流程由多个相似 的监控子流程组成，每个监控子流程的具体过程如下：
(a)当前提条件满足时，进入监控子流程；
(b)校验监控要求是否满足，如果满足，则退出监控子流程；如果不 满足，则作出提醒；
(c)每隔一段时间间隔(根据具体应用领域和监控需要设定，可进行 调整)，重复步骤(b)；
(d)当超出限制条件时，最后一次对监控要求进行校验，如果不满足， 则作出警告，然后退出监控子流程。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
监控流程是对监控规则推理出来的业务流程状态进行校验并得出监 控结果，监控流程的执行过程平行于业务流程的执行，可以实现在业务流 程执行过程中的监控；
建立了两层的业务流程监控模型，底层模型由领域知识本体模型和相 应的监控规则(SWRL规则)组成，领域知识本体模型用于表达业务领域 知识和存储业务流程数据，监控规则用于对历史业务流程数据进行推理并 得到业务流程的状态，上层模型为根据业务流程建立同时又平行于业务流 程的监控流程，监控流程对下层模型推理出来的业务流程状态进行校验， 得出最终的监控结果。
附图说明
图1为基于领域知识本体的业务流程监控的流程图；
图2为不稳定性心绞痛临床路径的领域知识本体模型；
图3为不稳定性心绞痛临床路径的监控流程图；
图4为病程数据经过预处理后存入领域知识本体模型的信息图；
图5为根据监控规则对本体数据进行推理得到的临床路径状态信息图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例进一步阐释本发明。
本实施例中以对不稳定性心绞痛临床路径执行情况监控为例对本实 发明的基于领域知识本体的业务流程监控方法进行说明。
临床路径是指医生、护士及其他专业人员，针对某个病种或手术，以 循证医学为基础，以提高医疗质量和保障医疗安全为目的，所制定的有严 格工作顺序和准确时间要求的程序化、标准化的诊疗计划，以减少康复延 迟及资源浪费，使患者获得最佳的医疗护理服务。
本实施例的监控方法流程图如图1所示，包括如下步骤：
步骤S101：调研不稳定性心绞痛临床路径流程和不稳定性心绞痛领 域的相关知识。
表1给出了不稳定性心绞痛临床路径指南的部分内容。该临床指南明 确地规定了入径患者在确定的时间点应该实施什么样的治疗或者检查，如 表1中指出的几个阶段，如术前准备阶段和选择用药阶段。其中术前准备 阶段内，在入院0-3天内必需进行血液常规、血型鉴定、尿液常规等检查。
表1



步骤S102：根据不稳定性心绞痛领域的相关知识，建立了如图2所 示的领域知识本体模型(简称领域知识本体)，包括有26个类，12个数据 属性，26个关系属性和3479个个体(部分未在图2中显示)。
其中，类代表一些个体的集合，本体使用形式化(数学的)的方法精 确描述出该类中成员必须具有的条件，例如，领域中全部病人的个体都属 于病人类。个体则是类的具体一个对象，例如，张三是病人类的一个个体。 属性数据属性是类所具有的数值型的属性，例如，病人类的病人号、住院 号属性。对象属性是是个体之间的二元关系，例如，属性包含将病人类的 个体与病程类个体连接起来。
步骤S103：在上述领域知识本体模型之上，根据监控需求，设计相 应的SWRL规则，本实施例中SWRL规则如表2所示。
表2


步骤S104：根据不稳定性心绞痛临床路径的流程建立相应的监控流程 (即监控模型)。
图3给出了整个不稳定性心绞痛的监控流程，由图可以看出整个监控 流程由三个监控子流程组成，分别是入院后的监控子流程、PCI术后的监 控子流程和出院监控子流程。例如，PCI术后的监控子流程，当监测到PCI 术后这个状态满足后开始进入提醒流程，对在临床路径中规定进行的但没 有执行的诊疗计划进行提醒，而当监测到PCI术后超过一天这个状态满足 后开始进入警告流程，对在临床路径中规定进行的但没有执行的诊疗计划 进行警告。
步骤S105：从电子病历系统(EMR)实时地获取病人病程数据(即业 务流程数据)。表3给出了从EMR中实时获取的部分病程数据。该病程数 据包括多条医嘱信息，每条医嘱信息又包括具体的标识号、病人号、住院 号、内容和执行时间。
表3


步骤S106：对获取的病程数据进行预处理，包括中文分词、相似度 计算等，将医嘱的内容与领域知识本体模型中已定义的知识(领域知识) 进行映射。
步骤S107：用领域知识本体去解释病程数据，获取个体。图4给出 了表3中的病程数据经过解释后获取的个体，其中矩形(即□)表示个体， 尖括号(即〈〉)中的值表示是该个体的类，带星号(即*)的个体表示新 建的个体，个体名称下的为数据属性及其值，带箭头的线表示对象关系。 如图4所示，新建了“病人_1”、“病程_1”、“事件_1”、“事件_2”和“日 期_2013-4-21”五个个体以及它们之间的“包含”、“干预类型”和“执行 时间”对象关系。其中“事件_1”和“事件_2”建立起与领域知识本体模 型中定义的个体“入院”和“血常规检查”的“干预类型”对象关系。
步骤S108：根据表2的监控规则对病人的病程数据利用Pellet推理机 使用Tableau算法和正向推理进行推理，得到当前临床路径的执行状态。 图5给出了通过SWRL规则推理得到的临床路径状态信息(即临床路径状 态)。经过对“病程_1”的推理后，建立起“病程_1”与状态个体“已入 院”和“入院后进行血常规检查”的“满足”对象关系，表明该病程的临 床路径状态为已入院且已进行血常规检查。
步骤S109：根据图3的监控流程对图5的临床路径状态进行校验， 得到监控结果。表5给出了通过监控流程对病程状态进行校验得到的监控 结果。
表5

步骤S110：根据图3的监控流程对业务流程进行监控，判断业务流程 是否结束，若结束，则停止监控(即监控结束)；否则，返回步骤S105， 继续进行监控。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详 细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制 本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等， 均应包含在本发明的保护范围之内。