CN110489562A - 一种基于本体的电网调度规程规定知识建模方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于本体的电网调度规程规定知识建模方法及系统，方法包括以下过程：对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体；获取各概念实体之间的层次关系；根据各概念实体之间的层次关系构建对应的电网调度知识本体。本发明构建的电网调控知识本体可根据调度员输入的调度场景与需求进行搜索及匹配，达到辅助决策的效果；亦可根据调度员对知识关键词的搜索给出对应的知识具体内容，充当电子知识库的角色。
Description
技术领域
本发明属于电力系统本体模型构建技术领域，具体涉及一种基于本体的电网调度规程规定知识建模方法及系统。
背景技术
随着电网的高速发展和运行规模的不断扩大，传统组织与管理模式的局限性日渐显现。目前，国家电网大力推进调控一体化建设，着力于提升电网的管理运行水平。在调控一体化模式下，面对海量的信息与调控需求，调控人员的工作压力陡增。与调度计划制定、执行相关的资料条目繁多、类型复杂，涉及的单位数量多、范围广，传统的规程规定检索查询方式已经落后，特别是在多种调控需求或故障告警同时产生时，调控人员难以及时、准确地对事件优先级排序、判定故障类型并提出解决方案。
近年来，本体逐渐被引入到人工智能、图书情报、知识工程等领域，本体理论及其应用已经成为国内外学者的研究热点。关于本体的定义，目前公认的是Studer于1998年提出的“共享概念模型明确的形式化规范说明”。通俗来讲，本体是一种描述术语及术语之间的概念模型，其目标是捕获相关领域的知识，提供对这一领域知识的共同理解，确定领域内共同认可的词汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇术语之间相互关系的明确定义。而基于本体构建的知识库，知识的表示具有唯一性与无二义性，知识的共享性好，并可由计算机识别与处理。
为此，本发明提出了基于本体对电网调度规程规定的知识建模，在已知事件种类的情况下通过匹配、推理、查询功能输出符合规程规定的操作步骤与方案，使调度人员能够在有参考的情况下准确、快速地判断电网运行状态、做出调度决策。实例化的电网调控知识本体可提供信息资料查询、辅助决策、紧急情况处理、信息核对等多种功能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于本体的电网调度规程规定知识建模方法，解决了多事件并发为调度员带来的工作压力，为调度员的工作提供便利。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于本体的电网调度规程规定知识建模方法，其特征是，包括以下过程：
对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体；
获取各概念实体之间的层次关系；
根据各概念实体之间的层次关系构建对应的电网调度知识本体。
进一步的，对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体的过程包括：
对电网调度规程规定文本进行分词并去除通用字得到多个概念实体。
进一步的，对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体的过程还包括：
获取各概念实体的词频，去除词频小于词频阈值的概念实体。
进一步的，还包括对电网调度知识本体进行查询和推理。
进一步的，还包括对电网调度知识本体进行语义分析。
相应的，本发明还提供了一种基于本体的电网调度规程规定知识建模系统，其特征是，包括分词模块、关系构建模块和本体构建模块，其中：
分词模块，用于对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体；
关系构建模块，用于获取各概念实体之间的层次关系；
本体构建模块，用于根据各概念实体之间的层次关系构建对应的电网调度知识本体。
进一步的，分词模块中，对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体的过程包括：
对电网调度规程规定文本进行分词并去除通用字得到多个概念实体。
进一步的，分词模块中，对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体的过程还包括：
获取各概念实体的词频，去除词频小于词频阈值的概念实体。
进一步的，还包括查询推理模块，用于对电网调度知识本体进行查询和推理。
进一步的，还包括语义分析模块，用于对电网调度知识本体进行语义分析。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：构建的电网调控知识本体可根据调度员输入的调度场景与需求进行搜索及匹配，达到辅助决策的效果；亦可根据调度员对知识关键词的搜索给出对应的知识具体内容，充当电子知识库的角色。
附图说明
图1为为实体关系构建的基本术语层次关系导图；
图2为利用Protégé软件构建的本体框架；
图3为利用电网调控本体知识库查询“年度运行资料”的结果；
图4为本体推理中“月调度资料”子类属性设置；
图5为本体推理中“省公司交易中心资料”子类属性设置；
图6为本体推理之前本体示意图；
图7为本体推理之后本体示意图；
图8为本体一致性校验中语义不一致的子类设置；
图9为本体一致性校验中推理错误提示语句；
图10为实施例中开关与刀闸操作基本规定的部分本体结构；
图11为实施例中“禁止用开关操作情况”的检索结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的一种基于本体的电网调度规程规定知识建模方法，包括以下过程：
步骤1、基于本体的电网调度规程规定知识建模。
1.1概念实体的抽取。
利用中科院开发的ICTCLAS分词软件对《福建省电力系统调度规程》的文本分词(分词即将一句完整的话拆分成几个词的过程)并构建停用词表。停用词即为经常出现在文本中但对信息检索没有帮助的通用词，其在文本处理过程中会存在很大的干扰性，不仅携带较少的文本信息，还会对其他词语产生一定的抑制作用，很大程度上影响文本处理效率和精准性。停用词表建立后去除通用字以提高词频计算的准确性，通用字为停用词表中包含的文字，去除通用字可以使得文本处理的结果都为专业领域范围内的名词，可直接用于本体的构建。对电网调度规程规定文本进行分词与去除通用字即可得到概念实体，概念实体指对文本处理后得到的术语。
对《福建省电力系统调度规程》中的第四章《电力系统运行方式编制和管理》内容分词的若干结果如下：电力、系统、运行、方式、编制、机构、电网、调度、计划等。
首先定义词频(ni)：其中，ni为第i个概念实体出现的次数。设定词频阈值为3，词频小于该阈值时该概念实体可忽视。对调规中的《电力系统运行方式编制和管理》共提取概念实体154个，其中部分常出现的词，如表1所示。其中词性代表词的属性；n是名词；vn是动词；n-new是ICTCLAS分词软件的基础词库中未收录的新名词。
表1高频词(部分)
1.2概念实体关系的构建。
由于选用的电网调度规程规定文本篇幅有限，有关术语出现的次数较少，不满足统计学、聚类等概念抽取方法的使用条件；且本发明中本体构建的目标是用于辅助决策与信息查询，从满足决策的正确率与查询的准确率考虑，以专家意见为参考的基本术语层次关系导图能够更准确地抽取实现概念实体之间的相互关系。因此本体中概念实体关系的构建采用手动方法，其根据专家意见与领域相关知识，人工构建概念实体的关系层次，具有关系准确的特点。
基于表1给出的分词结果，本发明构建的概念实体关系的基本术语层次关系如附图1所示。其中“各时段运行方式”是核心概念，其下细分为“电力系统年度运行方式”、“月度调度计划”等多个子类。为说明具体架构，对“电力系统年度运行方式”与“日调度计划”两个子类展开，可见其中包括各类运行方式的内容、编制要求与原则、资料需求等。
1.3知识本体的构建。
根据附图1，可将关注度高的重要术语分为3类：1)部门单位、2)行为类别、3)信息资料，由于规程的专用名词多、文本书面化程度高、规定类的语句多而无具体事例，因此本文选用本体四元组进行本体构建。本体编辑工具选用斯坦福大学开发的Protégé软件，其支持中文输入、并支持多种插件拓展，具有比较全面的本体相关功能；并使用OWL语言表示电网调控知识本体，其具有非常强大的语义表达能力。
使用自上而下的方法来定义类与类之间的继承结构，将部门单位、行为类别、信息资料三个大类作为父类，根据基本术语层次关系导图对其细化填充，将具体部门单位名称、行为、资料名称、类别及其相关信息在对应的类别下进行补充定义。在细化了类的具体目次后，可以得到本体的基础框架。然后对每一具体的类目进行属性的编辑与描述，如定义资料的时间限制、动作的先后关系等外在属性。由于类的内在属性为数据类型，而本体基础数据来源于规程类文本，因此不做内在属性的相关定义。由于相关类目无具体的数值限制，因此没有定义属性的约束。
得到的本体框架关系示意图如附图2所示，其中对“行为”中的“资料”子类进行具体展开，“资料”子类分为两个大类，而每个大类下分为若干个具体的小类。对具体单位资料的内容进行定义时，由于Protégé只能定义英文子类，因此本文使用新建的拼音子类与原子类一一对应。
按照以上描述的步骤，根据电网调度规程规定的概念实体关系导图构建得到电网调控知识本体。
步骤2、电网调控本体知识库的应用。
2.1知识库查询的实现。
对电网调控知识本体使用Protégé软件中的查询功能，例如以“年度运行资料”为关键词进行查询，其结果如附图3所示。
2.2调控知识本体推理。
通过本体查询能够得到与查询条件相关的信息，但是查询结果不一定是用户需要的，很多有价值的信息隐藏在海量信息之中，因此需要应用本体推理，从海量信息中找出隐含的有价值的信息，实现数据挖掘。因此，本发明选用Protégé内嵌的Fact++和Hermit两种推理机。以Fact++为例，对“省公司交易中心资料”和“月调度资料”两个子类之间隐含关系的推理过程为：
(1)在初始的本体关系中，“省公司交易中心资料”和“月调度资料”两个子类相互独立。设置“月调度资料”的概念属性、关系与关系属性。附图4的设置表示“月调度资料”属于“资料(报送)”、“月调度资料”通过“资料上报”这一动作与“省公司”关联，且该动作只局限于“月调度资料”与“省公司”之间。
(2)设置“省公司交易中心资料”的相关属性。附图5中“省公司交易中心资料”通过“资料上报”与“省公司交易中心”关联，且只限于两者之间。另外一个相关逻辑是“省公司交易中心”为“省公司”的一个子类，而子类继承父类的属性，因此“省公司交易中心资料”与“省公司”有唯一关联。由于“月调度资料”与“省公司”之间有唯一关联，因此“省公司交易中心资料”与“月调度资料”之间应有归属关系。
(3)启动FaCT++推理机，附图6是推理之前的本体，“月调度资料”与“省公司交易中心资料”两个子类是相互独立的；附图7是推理之后的本体，“省公司交易中心资料”与“月调度资料”之间隐含的归属关系得以显性表示。
2.3本体一致性检验
本体构建要保证结果的完整、准确与一致，应用过程中需要不断地进行更新与维护。为了保证本体内容的一致性，需要进行一致性检查，避免更新与维护过程中的误操作造成系统混乱。本体的一致性包括：(1)本体描述语言的语法规则一致性；(2)本体描述语言的语义一致性；(3)用户自定义的一致性，即符合具体的领域规则。
本发明使用Tableaux算法完成对本体一致性的检验，其基本思想是构建一个概念树模型，树的边表示概念之间的关系。按照一定的规则将概念关系转化为标准形式，直到关系全部转换成功或因发现冲突而终止。若构建的本体不满足语义一致，则推理结果将显示本体中出现子类冲突等逻辑错误。
以人为设置的语义不一致的子类为例，使用Tableaux算法进行本体一致性检验。首先，设置“省公司交易中心资料”作为“年度运行资料”的一个子类。然后设置“年度运行资料”与“月调度资料”两个概念的子概念互不相交。由于“省公司交易中心资料”原本就是“月调度资料”的子类，且“年度运行资料”与“月调度资料”两个子类是互斥的，因此在“省公司交易中心资料”这一子类上出现了语义不一致问题。推理之后得到错误提示并显示语义不一致的具体子类，如附图9所示。
步骤3、基于本体的调控需求语义查询方案。
语义查询的过程是通过分词工具对检索语句分词，以获得初始关键词序列。同时根据结合目前主流的通用中文停用词表人为构建停用词表和同义词表，用于剔除停用词和同义词，进而得到标准关键词序列。然后利用电网调控知识本体对分词后的关键词序列进行分析，根据分词结果与本体中概念实体的相似度先将关键词映射到电网调控知识本体中的概念(即重要术语)，得到概念序列，再从电网调控知识本体中查找概念之间可能存在的约束关系，同时根据电网调控知识本体对概念序列进行语义扩展，即在知识库的术语当中查找与该概念相似度较大的概念或与之相关的概念，得到尽可能多的相关信息，将语义分析结果组合生成具体的检索条件。在组合检索条件时，借助逻辑运算，先独立检索每个小条件，然后通过运算组合检索结果，按照满足的条件数目对检索结果排序。
实施例：
五防是系统运行安全的重要保障措施。为了防止误操作，已经建立了较为完善的管理体系，包括操作票制度、工作票制度、岗位责任制等，并推出了多种机械、电气防误装置。但是，防误操作不仅与现场的运行状态有关，也与调度人员的专业知识、工作经验与心理素质等有关，操作事故难以完全避免。因此对操作票的二次校核十分必要。
基于调度规程规定本体，可以实现“五防”二次检验。首先，由于调规中未包含“五防”的具体内容，因此结合调规第十一章与“五防”的具体内容进行本体构建，开关与刀闸操作的本体结构如图10所示。
操作票中有与刀闸或开关有关的执行步骤，调度员可以在检索界面通过输入关键词查询对应的操作注意事项。以开关的操作为例，若调度员在检索界面输入“禁止用开关操作情况”，其检索结果如图11所示：“带接地刀闸合隔离开关”与“带负荷拉、合隔离开关”两类操作在开关的操作中是禁止的，若操作票中出现了此类错误，则要求进行相应的修改。
相应的，本发明还提供了一种基于本体的电网调度规程规定知识建模系统，其特征是，包括分词模块、关系构建模块和本体构建模块，其中：
分词模块，用于对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体；
关系构建模块，用于获取各概念实体之间的层次关系；
本体构建模块，用于根据各概念实体之间的层次关系构建对应的电网调度知识本体。
进一步的，分词模块中，对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体的过程包括：
对电网调度规程规定文本进行分词并去除通用字得到多个概念实体。
进一步的，分词模块中，对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体的过程还包括：
获取各概念实体的词频，去除词频小于词频阈值的概念实体。
进一步的，还包括查询推理模块，用于对电网调度知识本体进行查询和推理。
进一步的，还包括语义分析模块，用于对电网调度知识本体进行语义分析。
本发明采用中科院开发的ICTCLAS平台，对电网调度规程规定的文本分词并构建停用词表，实现概念实体的抽取；通过手动方法构建概念实体之间的关系；基于概念实体及其实体关系，由斯坦福大学开发的Protégé软件建立电网调度规程规定的本体模型；通过这一模型实现本体推理，推导出不同类别之间隐含关系，并实现简洁、准确、快速的智能信息搜索与查询。实例化的电网调控知识本体可提供信息资料查询、辅助决策、紧急情况处理、信息核对等多种功能。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于本体的电网调度规程规定知识建模方法，其特征是，包括以下过程：
对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体；
获取各概念实体之间的层次关系；
根据各概念实体之间的层次关系构建对应的电网调度知识本体。
2.根据权利要求1所述的一种基于本体的电网调度规程规定知识建模方法，其特征是，对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体的过程包括：
对电网调度规程规定文本进行分词并去除通用字得到多个概念实体。
3.根据权利要求2所述的一种基于本体的电网调度规程规定知识建模方法，其特征是，对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体的过程还包括：
获取各概念实体的词频，去除词频小于词频阈值的概念实体。
4.根据权利要求1所述的一种基于本体的电网调度规程规定知识建模方法，其特征是，还包括对电网调度知识本体进行查询和推理。
5.根据权利要求1所述的一种基于本体的电网调度规程规定知识建模方法，其特征是，还包括对电网调度知识本体进行语义分析。
6.一种基于本体的电网调度规程规定知识建模系统，其特征是，包括分词模块、关系构建模块和本体构建模块，其中：
分词模块，用于对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体；
关系构建模块，用于获取各概念实体之间的层次关系；
本体构建模块，用于根据各概念实体之间的层次关系构建对应的电网调度知识本体。
7.根据权利要求6所述的一种基于本体的电网调度规程规定知识建模系统，其特征是，分词模块中，对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体的过程包括：
对电网调度规程规定文本进行分词并去除通用字得到多个概念实体。
8.根据权利要求7所述的一种基于本体的电网调度规程规定知识建模系统，其特征是，分词模块中，对电网调度规程规定文本进行分词得到多个概念实体的过程还包括：
获取各概念实体的词频，去除词频小于词频阈值的概念实体。
9.根据权利要求6所述的一种基于本体的电网调度规程规定知识建模系统，其特征是，还包括查询推理模块，用于对电网调度知识本体进行查询和推理。
10.根据权利要求6所述的一种基于本体的电网调度规程规定知识建模系统，其特征是，还包括语义分析模块，用于对电网调度知识本体进行语义分析。
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