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2018 , Vol. 3 >Issue 1: 2 - 11

DOI: https://doi.org/10.13266/j.issn.2095-5472.2018.001

Analysis of Springer Nature SciGraph Linked Open Data

  • Bai Linlin , 1, 2 ,
  • Zhu Zhongming 1
Expand
  • 1Lanzhou Library, Chinese Academy of Science, Lanzhou 730000
  • 2University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049

Received date: 2017-09-15

  Online published: 2025-04-28

Fold

Abstract

[Purpose/significance] The analysis of the linked open data provided by the Springer Nature SciGraph platform provides a reference for the domestic publishers to use the linked data to promote the practice of linked open research in the scholarly communication and the semantic publishing, and push forward the further development of the open scientific research movement.[Method/process] This paper analyzed the entity objects, vocabularies and data models of the Springer Nature SciGraph platform in detail.[Result/conclusion] Springer Nature SciGraph represents the data by building its own ontology and using a simpler serialized format N-Triples triple for RDF.As one of the world’s largest publishers, Springer Nature Linked Data will provide some references for other publishers to realize the linked research in the future.

Key words： Springer Nature; SciGraph; linked open data; open research

Cite this article

Bai Linlin , Zhu Zhongming . Analysis of Springer Nature SciGraph Linked Open Data[J]. Knowledge Management Forum, 2018 , 3(1) : 2 -11 . DOI: 10.13266/j.issn.2095-5472.2018.001

1 引言

关联数据作为一种最佳的语义网实践，从2006年提出至今十多年的时间，经历了从最简单的知识库与词汇表到不用领域的应用。L. Jens、A. Sören、C. Sarven等在2017年第10届LDOW（Linked data on the Web）会议上对关联数据在过去十年的的发展进行了总结，并指出在未来的十年，关联数据在学术交流中将发挥较大的作用[1]，且此次会议提出“开创关联开放科研知识云（pioneering the linked open research cloud）”[2]的新型倡议，鼓励学者将关联数据技术与最佳实践应用于学术交流中。C. Sarven等提出关联开放原则（linked research priciple）以鼓励关联科研知识的开放[3]。ScholarlyData.org[4]利用会议本体数据模型[5]对语义网会议相关的论文、人员、组织和事件进行了组织。欧盟、美国政府和澳大利亚政府等在2013年成立国际研究数据联盟（Research Data Alliance）[6]，利用数据标准和实践促进科研数据的共享与交换，通过科研数据转换平台（research data switchboard）与科研图谱（research graph）项目实现了连接科研人员、出版物、研究资助和研究数据集（研究数据）的功能。Springer Nature为帮助科研共同体充分利用开放科研所带来的便利，新推出SciGraph关联开放数据平台[7]，集成了Springer Nature及其合作伙伴的数据资源，如有关科研资助机构、科研项目及拨款、会议、科研单位和出版物的信息，让分析Springer Nature出版物的相关信息变得更加容易，目前，该平台包含了1.55亿条学术界关注对象的信息（三元组）。更多的数据，如引用、专利、临床试验和使用数量等，也将分阶段推出，这样到2017年底，Springer Nature SciGraph的三元组数量将增至10亿条以上[8-9]。
本文以Springer Nature SciGraph平台提供的关联开放数据为研究对象，对其发布的实体对象、采用的本体和词表、数据模型进行分析，旨在为国内在学术交流和开放科研中使用关联数据提供参考，促进国内科研数据的语义化、国际化共享和开放科研运动的进一步向前发展。

2 Springer Nature SciGraph的实体对象分析

Springer Nature的关联开放数据中分了主体（agent）、资产（asset）、概念（concept）、事件（event）四大类，其中概念和事件类中包括的实体是Springer Nature发布的重点。概念的下一层分类包括：注释、合同、出版物、类型，注释的子类主要是引文计量类，合同的子类是资助类，出版物的子类包括产品（产品指Springer Nature对外提供的文章、图书、书的章节、期刊）和作品（专著、连续出版物），类型包括主题、获取类型、文章类型、会议系列、产品市场编号、出版物状态子类。事件的下一层分类包括：隶属机构、聚合事件、注释事件、会议、贡献者、出版事件[8]。事物（thing）类是所有类的上位类。
在发布关联数据之前，需要明确待发布的数据中实体类型及实体间的关系。遵循关联数据发布原则第一条，即用URI作为任何资源的名称，确保资源的可获取性。Springer NatureSciGraph的URI主要有两种模式：
这两种模式是一样的，第二种模式主要是针对主题类实体对象的。首先以http://www.springernature.com/scigraph/作为基地址，该地址作为Springer NatureSciGraph关联开放数据的发布平台。“thing”类是所有类的上位类。“datasets”为各类实体组成的数据集，其属性值可以有articles、grants、journals、journalbrands、subjects、contributions、books等，必须指定数据集才能访问其中的对象。对象集后必须有相应的对象，URI中用“scigraphId”或“topic”表示，否则无法找到对象。
目前Springer Nature已发布的关联开放数据中实体类型有文章、期刊、主题、资助，各数据对应的URI如表1所示。
表1 实体对象的URI
实体对象 URI
概念 article（文章） http://www.springernature.com/scigraph/things/articles/{scigraphId}
journal（期刊） http://www.springernature.com/scigraph/things/journals/{scigraphId}
subject（主题） http://www.springernature.com/scigraph/things/subjects/{topic}
grant（资助） http://www.springernature.com/scigraph/things/grants/{scigraphId}
具体实例如：
主题URI：http://www.springernature.com/scigraph/things/subjects/geology（在Springer Nature中的主题词geology）
Springer Nature不仅为数据建立了有效、唯一的URI，还建立了一个SciGraphcore ontology（前缀：sg）本体，这个本体由45个类和206个属性组成，拥有自己的命名空间（http://www.springernature.com/scigraph/ontologies/core/，前缀sg :)。在概念上，这个本体是以前的nature.com核心本体[10]的延伸。构建这个本体的原因一是由于在其他本体或词汇表中找不到相应的词汇来描述某些数据或属性，二是符合本模型特色的类和属性，可以使Springer Nature在更好描述数据的同时被外界更好地引用。并与外部的全球研究标识符数据库（Global research identifier database, GRID）[11]、澳大利亚与新西兰标准研究分类法：研究领域（Australian and New Zealand standard research classification: fields of research，ANZSRC-FOR）[12]、DOI[13]建立了链接。
澳大利亚与新西兰标准研究分类法：研究领域（ANZSRC-FOR）是根据研发过程中所用的方法对研发活动进行分类，而不是根据研发单位或者研发目的进行分类。ANZSRC-FOR分类法中的类别包括由企业、大学、高等学校、国立科研机构和其他组织研究探讨的主要研究领域及相关子领域和新型领域。
全球研究标识符数据库（Global research identifier database，GRID）不仅提供有关组织的ID和名称，而且提供了数据类型、等级结构、所处位置等元数据，与GeoNames、WikiData、CrossRef、开放资助者注册表、国际标准名称标识符（international standard name identifier ，ISNI）等实现链接，扩充了元数据。

3 Springer Nature SciGraph词表

关联数据的发布原则第三条是尽可能复用已有的、成熟的词表来描述资源，用以提高词汇表的互操作性，减少对本地词汇的管理。Springer Nature SciGraph所用的词汇表主要分为通用词表和专用词表两类（如表2所示），其中通用词汇表主要用于描述实体的一般属性，如实体类型、实体类型之间的关系等；专用词表用以描述具体实体，并具有所描述实体的属性。可看出，Springer NatureSciGraph用复用通用的词汇表来描述实体的类型、RDF数据的元数据（VoID[14]）、注释所用的词汇等，使用的专用词汇表只有SKOS和自建的本体SciGraph Core Ontology，并未复用其他词汇表对资源进行描述，但是Springer Nature提供了与bibo[15]、crm（conceptual reference model）[16]、depedia[17]、depedia –owl 、dc、dcterms、event、fabio（the FRBR-aligned bibliographic ontology）[18]、foaf、mesh（medical subject headings）[19]、obo（open biomedical ontologies）[20]、prism（publishing requirements for industry standard metadata）[21]、schema、skos、vcard[22]、vivo（integrated semantic framework）[23]、wd（wikidata） [24]本体之间的映射，其中与dbpedia、mesh、wd是主题词之间的映射，其他是类和属性之间的映射。
可看出，SciGraph Core Ontology所描述类和属性比较全面，虽然未复用已有成熟词表，但是使用根据自身需求建立的本体可以更准确地描述相关的类和属性。
表2 词表及注释
词表 注释
通用词表 OWL（Web ontology language） 网络本体语言，用以在万维网中发布和共享本体
RDF（resource description framework） 资源描述框架，一种通过“主-谓-宾”三元组形式描述Web资源的标记语言
RDFS（resource description framework schema） 是RDF词汇表的扩展词汇表，为RDF数据提供数据建模词汇表
Dcterms（DCMI metadata terms） 都柏林词汇表的扩展词汇表
DC（Dublin core） 都柏林词汇表
Vann（a vocabulary for annotating
vocabulary descriptions）		 通过用例和使用说明注释词汇，描述进行注释的词汇表
VoID（vocabulary of interlinked datasets） 用以对RDF数据的元数据进行描述
专用词表 SKOS（simple knowledge organization System) 用以对受控词表中词汇进行描述的知识组织系统词汇表
sg（SciGraph Core Ontology） Springer Nature自己构建的本体，用以描述Springer Nature网站提供的资源

4 Springer Nature SciGraph数据模型分析

目前Springer Nature发布的关联开放数据中实体类型有文章、期刊、主题、资助者，这些数据之间的关系模型如图1所示[8]，文章通过sg:hasJournal、sg:hasSubject分别与期刊和主题进行链接，资助实体通过sg:hasFundedPublication与文章进行链接，如图2所示。本文将这个数据模型进行拆分并分别进行分析。
图1 SciGraph数据模型
图2 文章数据模型

4.1 文章数据模型

Springer Nature为文章类数据模型提供了20个属性，将20个属性分为类型、标识符、标签、贡献者、出版商、主题信息、来源6类。使用rdf:type表示类型；标识符属性包括：scigraphId、数字对象标识符（digital object identifier，DOI）和数字对象标识符链接；标签属性包括：语种、题名、翻译题名、摘要、翻译摘要；出版商信息包括：出版年、出版年月、出版日期、Springer Nature网页；主题信息包括澳大利亚与新西兰标准研究分类法：研究领域（ANZSRC-FOR）[12]和Springer Nature自己建立的主题词；来源信息包括期刊、期刊卷、期刊期号。
在各属性的取值中，与Springer Nature提供的贡献者、资助数据、期刊、主题词类对应的实例URI进行内部链接，选用数字对象标识符系统提供的DOILINK和ANZSRC-FOR提供的分类号作为外部链接，其他属性值取值为文本值或数值，见图2。
Springer Nature目前并没有贡献者（contribution）的数据模型。但是从其发布的N-Triples [25]格式的三元组数据，可知贡献者属性有数据类型、scigraphId、对外公开的姓名、对外公开的姓、对外公开的名、排序（文章作者排序）、是否为通讯作者（属性值为布尔值true或false）、角色（取值为“author”“editor”或“principal investigator”）、隶属机构（为Springer Nature提供的实体）[26]。

4.2 资助数据模型

Springer Nature为资助类数据模型提供了18个属性，将18个属性分为类型、标识符、标签、资助额、资助时间、资助主体、其他6类。使用rdf:type表示类型；标识符属性为资助的scigraphId；标签属性包括：语种、题名、翻译题名、摘要、翻译摘要；资助额信息包括：资助金额、融资货币；资助时间包括资助开始时间、资助结束时间；资助主体包括资助组织、被资助组织；其他属性包括与资助相关的贡献者、资助的研究领域分类号、资助的出版物、许可条款、所在网页。
在各属性的取值中，与Springer Nature提供的与资助相关的贡献者、资助的出版物文章对应的实例URI进行内部链接，选用全球研究标识符数据库（global research identifier database，GRID）[11]提供资助组织与被资助组织URI和ANZSRC-FOR提供的分类号作为外部链接，其他属性取值为文本值或数值，如图3所示：
图3 资助数据模型

4.3 期刊数据模型

Springer Nature为期刊类数据模型提供了8个属性，将8个属性分为类型、标识符、所属期刊品牌、格式、是否为正在出版、是否为历史期刊6类。使用rdf:type表示类型；标识符属性包括为期刊的scigraphId、ISSN号、DOI；使用sg:hasJournalBrand表示所属期刊品牌；格式主要指期刊的媒介形式；是否为正在出版用sg:isActivePublication属性表示；是否有历史期刊用sg:isHistoricalJourna表示。
在各属性的取值中，与Springer Nature提供的与期刊所属的期刊品牌、出版在期刊上的文章对应的实例URI进行内部链接，其他属性取值为文本值或数值，其中期刊的媒介属性文本取值为“Electronic”和“Paper (journals, normal index)”，“是否为正在出版期刊”和“是否为历史期刊”属性取值均为为布尔值“true”或“false”，见图4。
图4 期刊数据模型
从Springer Nature提供的期刊数据模型的N-Triples格式的三元组数据可知，期刊品牌属性有数据类型、scigraphId、语种、标题、标题简称、副标题、版本说明、出版商、知识产权所有者、所在网页、添加Springer Nature数据库的日期、创建年代、结束年代、开始卷号、结束卷号、卷数、开放获取（取值为“Fully Open Access”或“Hybrid (Open Choice)”）。

4.4 主题数据模型

Springer Nature的主题主要是自己网站建立的主题词，主要分为生物科学、地球与环境科学、生命科学、物理科学、科学共同体与社会、社会科学、人文科学、商务贸易、弃用的九大类主题。Springer Nature为主题数据模型提供了16个属性，将16个属性分为类型、标签、标识符、参照、SKOS表示5类。使用rdf:type表示类型；使用rdfs:label表示标签；标识符属性为主题的Id号；参照类属性包括Springer Nature主题词之间的相关关系、替代关系；SKOS表示是通过SKOS命名空间对Springer Nature主题词进行组织表示，包括其首选词、非首选词、定义、注释、范围注释、主题词所属主题词表、上下位关系和族首词。
在各属性的取值中，与Springer Nature提供的相关主题词、替代主题词、被替代主题词对应的实例URI进行内部链接；并通过SKOS对Springer Nature的主题词进行组织，实现语义表示；其他属性取值均为文本值，如图5所示：
图5 主题数据模型

5 RDF实现

Springer Nature SciGraph关联开放数据平台目前对外只提供了N-Triples格式的三元组，N-Triples 是用于RDF的一种更简单的序列化，一种面向行的格式。每个三元组必须写成一个独立行，它由主语说明符、谓语说明符以及宾语说明符组成，后面还有一个句号。如果它们有 URI，那么它们用尖括号将绝对 URI 引用括起来[27]。截取Springer Nature SciGraph提供的有关主题词“genomics”的一些N-Triples格式的代码，如图6所示：
图6 “genomics”的一些N-Triples格式的关联数据

6 授权许可

授权许可通过明确发布和使用关联数据过程中的各项法律问题，包括所有权、发布权、使用权、收益权等，针对不同对象限定不同的权限，构建合理利用关联数据的保护机制，以达到促进数据开放、保证开放数据安全、提高数据重用性的目的。授开放许可是语义网环境下关联数据能够真正开放并长久发展的必要条件。授权许可通过嵌入数据，使得用户在访问数据时无需征得数据发布者的许可，授权许可包含了用户被许可的所有操作和未被许可的的操作。目前已有的授权模型有:免费文献许可协议(GNU free documentation license)、共享文件许可协议( common documentation license)、知识共享许可协议(creative commons license)等，各个协议能够实现对不同类型开放数据的保护。
Springer Nature SciGraph发布关联数据的目的是为了将其科研数据融入关联数据网络中，使其在公共领域发挥作用，因而选择较为通用的知识共享许可协议作为授权许可协议。Springer Nature SciGraph中的数据是在署名-非商业性使用国际4.0 (CC BY-NC 4.0)授权模型下获取的[28]，表示允许在任何媒介以任何形式复制、发行本作品，并允许修改、转换或以本作品为基础进行创作，但不能将本作品用于商业目的[29]。通过dcterms: license属性表示该知识共享协议，属性值为https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/表示对数据使用进行授权。

7 结语

Springer Nature SciGraph关联开放数据平台的推出，是出版领域实现关联开放科研的起点。Springer Nature SciGraph关联开放数据的实现，打破了原有数据组织结构体系，实现了数据关联、互操作、数据挖掘等功能，从概念角度对出版物进行描述，通过对Springer Nature SciGraph关联开放数据模型的分析，可知出版社作为发布出版物的源头，对出版进行语义描述对于实现数据互操作、数据关联有着重要的意义。我国出版领域应借鉴这种科研出版物实现关联开放模式，通过详细分析中文出版物包含的实体、属性及彼此之间的关系，选择合适的本体或在面对我国特有的文献（古籍、拓片等）时构建自己的本体，构建数据模型来实现中文出版物的语义描述和语义出版，同时指定授权许可明确数据使用过程中的各项法律问题。当然实现过程离不开软件平台的使用，考虑到成本问题和不同出版社之间数据的互操作问题，针对不同的学科，考虑使用开源软件和同一学科下的出版社之间采用统一的数据模型、统一的词汇表来实现出版物的关联开放。

白林林： 负责论文的数据获取、提纲与撰写；

祝忠明： 负责论文的修订。

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