CN116484875A - 支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法 - Google Patents

Abstract

支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法，包括结合变电站全景信息语义，对一般性的网络本体语言OWL语法进行数据类型属性和对象属性扩充；采用扩充后的OWL语法对变电站全景信息进行语义本体建模，以提供变电站全景信息自描述语义化数据管理服务，支撑变电站全景信息数据监控。为变电站全景信息监控的高阶语义应用提供数据处理、本体建模、知识抽取和时间序列数据关联的完整解决方法。

Description

支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法

技术领域

本发明属于变电站自描述语义化数据管理技术领域，涉及一种支撑变电站全景信息监控的自描述语义化数据管理方法。

背景技术

变电站全景信息包括位于电力安全I区的主一次设备的运行数据，测控保护数据，网络安全监测数据，位于电力安全II区的故障录波数据，计量数据，一次设备在线监测数据、消防、安防及动环等辅助设备数据，位于电力安全IV区的在线巡视数据。

变电站内监控信息并不是所有信息都可以简单的用一个表中字段对应，自描述语义数据是一种半结构化数据，但是结构变化很大，是一种标记服务的基础模型，可用于Web上的共享信息。半结构化数据一般是"无模式"的，数据具有自描述的特性。而XML是较为适合存储这种半结构化的数据格式，一般性的网络本体语言(Web Ontology Language,OWL)也是基于XML的语法约束对本体进行语义描述。

大数据人工智能时代的到来，为各行各业重新定义行业数据提供了可行技术。其中，RDF是一种不错的本体描述方式，可以根据对现实世界的理解针对某个领域定义词汇来描述这个领域的知识，但是无法对局部值域的属性进行限制，无法声明两个或者多个类、属性和个体是否等价、无法声明两个类是不相交的、无法通过类的并、交和补的声明事项对某些类的结合构建新类、无法声明属性的某些特性(如传递性、函数性、对称性和互逆性)、无法对某些值可能或必需的取值范围进行约束。为解决以上诸多不足，OWL应运而生，OWL弥补了RDF的不足。OWL作为一种语义表示方式，运用AI中的逻辑论来赋予网络以语义，但对关系属性的描述不够丰富，属性的分层描述与领域应用结合不够。另外，变电站监控系统能够对变电站的全景数据进行标准化通信和简单融合，但无法从语义层面对高级应用进行完整技术支撑，且变电设备知识图谱能够对变电站全景信息进行语义刻画和描述，但对于时间序列数据与本体实例的关联普遍没有较好的解决手段。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明提供支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法。

本发明采用如下的技术方案。

支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法，包括以下步骤：

步骤1、结合变电站全景信息语义，对一般性的网络本体语言OWL语法进行数据类型属性和对象属性扩充；

步骤2、采用扩充后的OWL语法对变电站全景信息进行语义本体建模，以提供变电站全景信息自描述语义化数据管理服务，支撑变电站全景信息数据监控。

优选地，步骤1中，数据类型属性扩充包括：

在数据类型属性DatatypeProperty描述中增加：

(1)对象属性域objectPropertyDomain、文本索引提示textIndexHints和搜索searchable、可删除deleteable、可更新updateable、可添加addable标签，分别用于允许将属性添加到edge/objectProperty、指定全文搜索中如何索引文本、配置属性是否显示在搜索界面的“按属性过滤”列表中、配置删除按钮是否显示在UI中并允许删除REST调用中的属性、配置编辑按钮是否应显示在UI中并允许更新REST调用中的属性值、配置add属性列表是否应显示此属性并允许在REST调用中创建属性值；

(2)属性组propertyGroup标签，用于指定允许在检查员Inspector中的统一可折叠标题下包含多个属性；

(3)可能的值possibleValues标签，用于在用户界面UI上创建选择列表。

优选地，步骤1中，对象属性扩充包括：

对于对象属性objectProperty增加：

可删除deleteable标签、可更新updateable标签，用于表示删除、编辑按钮是否显示在UI中并允许删除、更新REST调用中的属性。

优选地，对象属性扩充还包括：

增加字形图标文件名glyphIconFileName、颜色color、显示类型displayType、标题格式titleFormula、副标题格式subtitleFormula、时间格式timeFormula、添加相关概念白名单addRelatedConceptWhiteList、可删除deleteable、可更新updateable类标签，分别用于描述在UI上显示实体的图像、设定在文档文本部分中为实体加下划线时使用的颜色、指定UI如何显示不同类型实体、在搜索结果中设置显示标题和子标题信息的JavaScript代码段、在搜索结果中设置显示时间信息的JavaScript代码段、“添加相关”对话框限制可以添加的项目、设置实体是否可从UI中删除、更新。

优选地，步骤2中，采用扩充后的OWL语法对变电站全景信息进行语义本体文件描述，具体为：

采用经步骤1扩充后的OWL语法，按照一次设备主接线拓扑、二次设备网络拓扑、传感器与一次设备本体的对应关系、所属区域关系、故障归因关系进行本体Schema设计，并用OWL文件进行描述，得到本体Schema描述实例。

优选地，所述本体Schema描述实例的类型分为物理图谱和语义图谱，其中物理图谱是指静态事实类信息所构建的知识图谱，语义图谱是指从非结构化文档中通过机器学习算法抽取知识构建的知识图谱。

优选地，物理图谱通过如下方式生成：

通过对SCD文件进行解析后，通过开发规则转换器将其映射为OWL文件描述，同时，生成知识图谱时，若本体实例的属性关联时间序列数据，则通过数据库的转换规则生成符合OWL本体定义属性实例数据。

优选地，语义图谱通过如下方式生成：

将故障报告、规章规程和故障录波数据首先进行本体Schema的设计，然后以此设计为实体、关系和属性的概念类型指导进行知识图谱所需知识抽取，采用基于BERT的预训练的语言表征模型进行实体、关系、属性和故障事件元数据的抽取，抽取后的元数据即为知识图谱本体Schema的实例化数据，各个实例数据对应的本体定义和关联关系及属性描述与OWL文件的本体定义一一对应。

优选地，步骤2中，基于变电站全景信息的语义本体模型，以提供变电站全景信息自描述语义化数据管理服务，支撑变电站全景信息数据监控，具体为：

按照所述语义本体模型的OWL定义类型通过REST接口对外提供服务，包括：

本体Schema以及与之对应的实体、关系、属性及事件实例的导入、导出、自动生成、编辑、删除操作，并提供实体、关系的条件搜索和可视化图谱展示。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

本发明针对变电站监控系统现有通信模型语义描述能力不足的现状，提出了基于OWL的变电站监控系统全景信息建模表示方法。首先，对OWL的描述语法进行了词汇扩展，增加了对对象属性(关系数据)的属性描述，使得知识图谱对于关系数据的描述更为细腻和全面，为关系数据增加了属性一级的数据描述方法，更符合人类处理概念信息的方式和习惯，同时通过对OWL在本体的全文检索、UI展示及管理上的标签扩展，使得系统更容易对知识图谱的属性进行更细粒度的管理，对知识图谱关系数据的操作更为丰富。同时结合对OWL的扩展，本发明给出了变电站全景信息数据语义知识获取和本体建模方法，并给出尤其适用于变电站监控场景的时间序列数据与知识图谱本体属性间的映射和转换方法，为知识图谱对变电站全景监控信息进行了更为完整的描述和刻画，为变电站全景信息监控的高阶语义应用提供数据处理、本体建模、知识抽取和时间序列数据关联的完整解决方法。

本发明采用对语义描述更为友好的网络本体语言(OWL)，对变电站监控信息进行语义概念建模，发掘各类数据的语义关联，挖掘非结构化文档的语义知识，对变电站全景监控信息形成语义联动，融合了现有监控系统的通信模型描述和事实类存储数据及非结构化语义数据，形成统一的语义建模和知识表示方法，为一系列语义任务提供服务；对OWL的对象属性(objectProperty)进行扩展，为对象属性增加对应的属性描述，同时各类属性的全文检索、UI展示方式及管理方式进行标记扩展，基于底层数据存储和操作能力实现了诸多的扩展方式与语义描述的融合；对知识图谱属性实例提供多值存储和快速索引和检索支持，基于海量数据的存储和快速访问支持实现了属性实例数据与多值数据的一对多映射。

附图说明

图1是本发明实施例中支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本申请所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例1提供支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法，在本发明优选但非限制性的实施方式中，所述方法包括以下步骤：

步骤1、结合变电站全景信息语义表示，对一般性的网络本体语言OWL语法进行数据类型属性和对象属性扩充；

进一步优选地，数据类型属性扩充包括：

在数据类型属性DatatypeProperty描述中增加：

(1)对象属性域objectPropertyDomain、文本索引提示textIndexHints和搜索searchable、可删除deleteable、可更新updateable、可添加addable标签，分别用于允许将属性添加到edge/objectProperty、指定全文搜索中如何索引文本、配置属性是否显示在搜索界面的“按属性过滤”列表中、配置删除按钮是否显示在UI中并允许删除REST调用中的属性、配置编辑按钮是否应显示在UI中并允许更新REST调用中的属性值、配置add属性列表是否应显示此属性并允许在REST调用中创建属性值；

(2)属性组propertyGroup，用于指定允许在检查员Inspector中的统一可折叠标题下包含多个属性；

(3)可能的值possibleValues，用于在用户界面UI上创建选择列表。

对象属性扩充包括：

对于对象属性objectProperty增加：

(1)可删除deleteable、可更新updateable，用于表示删除、编辑按钮是否显示在UI中并允许删除、更新REST调用中的属性。

(2)增加字形图标文件名glyphIconFileName、颜色color、显示类型displayType、标题格式titleFormula、副标题格式subtitleFormula、时间格式timeFormula、添加相关概念白名单addRelatedConceptWhiteList、可删除deleteable、可更新updateable类标签，分别用于描述在UI上显示实体的图像、设定在文档文本部分中为实体加下划线时使用的颜色、指定UI如何显示不同类型实体、在搜索结果中设置显示标题和子标题信息的JavaScript代码段、在搜索结果中设置显示时间信息的JavaScript代码段、“添加相关”对话框限制可以添加的项目、设置实体是否可从UI中删除、更新。

步骤2、采用扩充后的OWL语法对变电站全景信息进行语义本体建模，以提供变电站全景信息自描述语义化数据管理服务，支撑变电站全景信息数据监控。

进一步优选地，采用扩充后的OWL语法对变电站全景信息进行语义本体文件描述，具体为：

采用经步骤1扩充后的OWL语法，按照一次设备主接线拓扑、二次设备网络拓扑、传感器与一次设备本体的对应关系、所属区域关系、故障归因关系进行本体Schema(模式)设计，并用OWL文件进行描述，得到本体Schema描述实例，结合上文增加的各类标签进行如下例所示：

所述本体Schema描述实例的类型分为物理图谱和语义图谱，其中物理图谱是指变电站设备台账、设备拓扑关系等静态事实类信息所构建的知识图谱，语义图谱是指从非结构化文档中通过机器学习算法抽取知识构建的知识图谱。分别通过如下方式得到：

(1)对于物理图谱生成：通过对SCD(变电站配置描述文件)文件进行解析后，通过开发规则转换器将其映射为OWL文件描述，同时，生成物理图谱时，若本体实例的属性关联时间序列数据，则通过数据库的转换规则生成符合OWL本体定义属性实例数据；

(2)对于语义图谱生成：

将故障报告、规章规程和故障录波等非结构化数据首先进行本体Schema的设计，然后以此设计为实体、关系和属性的概念类型指导进行知识图谱所需知识抽取，采用基于BERT(Bidirectional Encoder Representation from Transformers)的预训练的语言表征模型进行实体、关系、属性和故障事件等元数据的抽取，抽取后的元数据即为知识图谱本体Schema的实例化数据，各个实例数据对应的本体定义和关联关系及属性描述与OWL文件的本体定义一一对应。

进一步优选地，基于变电站全景信息的语义本体模型，支撑变电站全景信息数据监控，具体为：

对于变电站监控系统基于语义的高阶应用，则按照所述语义本体模型的OWL定义类型通过REST接口对外提供服务，包括：

本体Schema以及与之对应的实体、关系、属性及事件实例的导入、导出、自动生成、编辑、删除等操作，并提供实体、关系的条件搜索和可视化图谱展示。

本发明实施例2提供支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理系统，包括：

属性扩展模块，用于结合变电站全景信息语义表示，对一般性的网络本体语言OWL语法进行数据类型属性和对象属性扩充；

语义本体模型构建模块，用于采用扩充后的OWL语法对变电站全景信息进行语义本体建模，以提供变电站全景信息自描述语义化数据管理服务，支撑变电站全景信息数据监控。

一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述方法的步骤。

计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

本发明针对变电站监控系统现有通信模型语义描述能力不足的现状，提出了基于OWL的变电站监控系统全景信息建模表示方法。首先，对OWL的描述语法进行了词汇扩展，增加了对对象属性(关系数据)的属性描述，使得知识图谱对于关系数据的描述更为细腻和全面，为关系数据增加了属性一级的数据描述方法，更符合人类处理概念信息的方式和习惯，同时通过对OWL在本体的全文检索、UI展示及管理上的标签扩展，使得系统更容易对知识图谱的属性进行更细粒度的管理，对知识图谱关系数据的操作更为丰富。同时结合对OWL的扩展，本发明给出了变电站全景信息数据语义知识获取和本体建模方法，并给出尤其适用于变电站监控场景的时间序列数据与知识图谱本体属性间的映射和转换方法，为知识图谱对变电站全景监控信息进行了更为完整的描述和刻画，为变电站全景信息监控的高阶语义应用提供数据处理、本体建模、知识抽取和时间序列数据关联的完整解决方法。

本发明采用对语义描述更为友好的网络本体语言(OWL)，对变电站监控信息进行语义概念建模，发掘各类数据的语义关联，挖掘非结构化文档的语义知识，对变电站全景监控信息形成语义联动，融合了现有监控系统的通信模型描述和事实类存储数据及非结构化语义数据，形成统一的语义建模和知识表示方法，为一系列语义任务提供服务；对OWL的对象属性(objectProperty)进行扩展，为对象属性增加对应的属性描述，同时各类属性的全文检索、UI展示方式及管理方式进行标记扩展，基于底层数据存储和操作能力实现了诸多的扩展方式与语义描述的融合；对知识图谱属性实例提供多值存储和快速索引和检索支持，基于海量数据的存储和快速访问支持实现了属性实例数据与多值数据的一对多映射。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其它自由传播的电磁波、通过波导或其它传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

步骤1、结合变电站全景信息语义，对一般性的网络本体语言OWL语法进行数据类型属性和对象属性扩充；

步骤2、采用扩充后的OWL语法对变电站全景信息进行语义本体建模，以提供变电站全景信息自描述语义化数据管理服务，支撑变电站全景信息数据监控。

2.根据权利要求1所述的支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法，其特征在于：

步骤1中，数据类型属性扩充包括：

在数据类型属性DatatypeProperty描述中增加：

(1)对象属性域objectPropertyDomain、文本索引提示textIndexHints和搜索searchable、可删除deleteable、可更新updateable、可添加addable标签，分别用于允许将属性添加到edge/objectProperty、指定全文搜索中如何索引文本、配置属性是否显示在搜索界面的“按属性过滤”列表中、配置删除按钮是否显示在UI中并允许删除REST调用中的属性、配置编辑按钮是否应显示在UI中并允许更新REST调用中的属性值、配置add属性列表是否应显示此属性并允许在REST调用中创建属性值；

(2)属性组propertyGroup标签，用于指定允许在检查员Inspector中的统一可折叠标题下包含多个属性；

(3)可能的值possibleValues标签，用于在用户界面UI上创建选择列表。

3.根据权利要求1所述的支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法，其特征在于：

步骤1中，对象属性扩充包括：对于对象属性objectProperty增加可删除deleteable标签、可更新updateable标签，用于表示删除、编辑按钮是否显示在UI中并允许删除、更新REST调用中的属性。

4.根据权利要求3所述的支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法，其特征在于：

对象属性扩充还包括：对于对象属性objectProperty增加增加字形图标文件名glyphIconFileName、颜色color、显示类型displayType、标题格式titleFormula、副标题格式subtitleFormula、时间格式timeFormula、添加相关概念白名单addRelatedConceptWhiteList、可删除deleteable、可更新updateable类标签，分别用于描述在UI上显示实体的图像、设定在文档文本部分中为实体加下划线时使用的颜色、指定UI如何显示不同类型实体、在搜索结果中设置显示标题和子标题信息的JavaScript代码段、在搜索结果中设置显示时间信息的JavaScript代码段、“添加相关”对话框限制可以添加的项目、设置实体是否可从UI中删除、更新。

5.根据权利要求1所述的支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法，其特征在于：

步骤2中，采用扩充后的OWL语法对变电站全景信息进行语义本体文件描述，具体为：

采用经步骤1扩充后的OWL语法，按照一次设备主接线拓扑、二次设备网络拓扑、传感器与一次设备本体的对应关系、所属区域关系、故障归因关系进行本体Schema设计，并用OWL文件进行描述，得到本体Schema描述实例。

6.根据权利要求5所述的支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法，其特征在于：

所述本体Schema描述实例的类型分为物理图谱和语义图谱，其中物理图谱是指静态事实类信息所构建的知识图谱，语义图谱是指从非结构化文档中通过机器学习算法抽取知识构建的知识图谱。

7.根据权利要求6所述的支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法，其特征在于：

物理图谱通过如下方式生成：

通过对SCD文件进行解析后，通过开发规则转换器将其映射为OWL文件描述，同时，生成知识图谱时，若本体实例的属性关联时间序列数据，则通过数据库的转换规则生成符合OWL本体定义属性实例数据。

8.根据权利要求6所述的支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法，其特征在于：

语义图谱通过如下方式生成：

将故障报告、规章规程和故障录波数据首先进行本体Schema的设计，然后以此设计为实体、关系和属性的概念类型指导进行知识图谱所需知识抽取，采用基于BERT的预训练的语言表征模型进行实体、关系、属性和故障事件元数据的抽取，抽取后的元数据即为知识图谱本体Schema的实例化数据，各个实例数据对应的本体定义和关联关系及属性描述与OWL文件的本体定义一一对应。

9.根据权利要求1所述的支撑变电站全景信息监控的自描述语义数据管理方法，其特征在于：

步骤2中，基于变电站全景信息的语义本体模型，以提供变电站全景信息自描述语义化数据管理服务，支撑变电站全景信息数据监控，具体为：

按照所述语义本体模型的OWL定义类型通过REST接口对外提供服务，包括：

本体Schema以及与之对应的实体、关系、属性及事件实例的导入、导出、自动生成、编辑、删除操作，并提供实体、关系的条件搜索和可视化图谱展示。