张烨华，张子仲，顾建炜

（1.国网电力科学研究院，南京 210028； 2.国电南瑞科技股份有限公司，南京 210028；3.国网浙江省电力有限公司杭州供电公司，杭州 310009）

近年来，随着配电增量市场的放开和电力体制改革的逐步深入，要求各供电企业能够更有效、更灵活地进行运作。只有拥有一个足够灵活的信息技术构架及能够获取整个运行系统信息，并进行控制的供电企业，才能与日益变化的商业环境相适应。

1 语义网基本概念

语义网由万维网发明者英国科学家蒂姆·伯纳斯·李于1998年提出。它的核心概念是：通过给万维网上的文档加上能够被计算机所理解的语义，使得整个互联网成为一个通用的信息交换媒介，也就是数据网或者说全球数据库[1-2]。本质上，语义网将知识分布在万维网上，使得不通过机器学习，让系统获得知识、理解概念，从而促使知识孤岛的集成和合作。例如，一个供电企业中有不同的业务系统，且这些业务系统对相同的业务对象有着不同的认识背景，语义网可以通过语义处理将不同知识领域关联起来。如当某变压器出现事故时，事故分析人员希望了解有关该变压器的所有信息，包括资产信息、资源信息等[3-5]。传统信息技术系统需要联系各系统维护人员，对照数据字典，从各业务中心数据库中逐一检索并提取信息，这一过程极度依赖各业务系统数据库维护人员[6-9]。当原维护人员离职或调离岗位时，需要对新维护人员进行培训以适应前者的维护内容。极端情况下，甚至由于原维护人员的离开，导致失去原业务系统有关方面的资料，不得不重新规划系统[10-11]。

语义网技术能够通过“将知识传授给计算机，让计算机理解业务”的方式，在有效提高分析效率的同时，降低企业系统维护成本，规避人员流动带来的维护风险。

2 语义网实现方式

语义网实现的主要方式是建立来源于哲学的本体概念。笛卡尔在《第一哲学沉思集》中对本体进行了如下阐述：“一件东西，以它为主体直接寄托着、或者以它为依靠存在着某种我们理会到的东西，即我们心里有实在观念的某种特性、性质或属性，就是本体。因为严格来说，我们对于本体没有别的观念，只认为它是这样一个东西，其中形式地或卓越地存在着我们所理会地东西，即客观地在我们的某个观念里面的东西，因为天然的光亮告诉我们，无是不能有任何实在的属性的。”

本体的本意是有可区别性且内于其自身而独立存在的某种事物。在相关领域中，本体可以理解为“对特定领域之中某套概念的形式化表达”。简单来说，在系统中“存在”一个事物，使得系统理解什么是变压器，什么是断路器。

显然，光有本体不能解决一切，还需要关心不同主体之间的关系以及不同关系之间的联系。例如，2台不同业务系统中的变压器之间的关系，变压器A的容量是100 kVA和100 kVA是变压器A的容量之间的关系。

主体以及它们之间的关系共同组成了语义网的主要组成部分。通俗来说，在系统中“镜像”现实世界，进而获取所需要的信息。图1展示了语义网中各个关键技术的架构分层。

图1 语义网架构

3 语义网在电力行业的应用前景

自2009年下半年起，国家电网公司开始全面建设智能电网，其中配电自动化是智能电网建设的一项重要内容，现已在60多个城市建立了配电自动化系统[1]。目前，最常用的方法是使用可XML（扩展标记语言）作为数据集成的工具[2]。虽然对于XML有了各种解析推理器，但是XML并没有定义书写内容，使得各类文件所用词汇不具有通用性。因此，必须拥有一个相同的引擎来处理词汇的语义。IEC（国际电工委员会）提出了CIM（公共信息模型）这一抽象模型，表示包含包括EMS（能源管理系统）在内的在供电企业中的所有主要对象，即规定了书写内容。

但是CIM也有其局限性，如CIM没有覆盖电力行业所有业务信息范围；UML（统一建模语言）不支持在ESM中对业务词汇极其重要的同义词；CIM不支持OCL（对象约束语言）等。

通过在电力行业应用语义网技术，结合CIM模型，能够更好地将模型驱动应用到更广领域。

4 UML，CIM和语义网的关系

利用统一建模语言能够方便地建立各类模型，CIM是采用其建立的模型之一，通过对类、属性及其之间关系的描述，建立继承关系、关联关系、组合关系和聚合关系等。

UML和语义网可在一定程度上互相转换。但是相比而言，语义网更侧重于领域知识的表示和共享，而UML更侧重于建模过程中开发人员与用户之间的交流[3]。

因此，从模型设计上考虑，UML也具有一些缺点：一方面，UML不能描述语义，如极其重要的同义词概念不能灵活地和其他信息模型结合；不能将模型和数据结合等。另一方面，因为UML更多考虑的是软件工程，因此在继承上不鼓励使用多重继承，然而多重继承在业务层面是极其重要的。CIM因使用UML进行建模，所以继承了UML的这些缺点。

语义网在建立本体的过程中，更多考虑的是业务领域而不是软件工程。在语义网中，本质上描述了资源和资源、资源和属性之间的路线网，并基于此进行推理。因此，语义网对UML（CIM）来说，核心优势在于能进行语义推理。根据系统已获取的知识来对存储的信息进行推理，这是UML做不到的。

从语义网的角度考虑，CIM本质上不单单是一种数据交换规范，而是对一个本体的描述。CIM描述了电力行业各个业务领域的主体及其之间的关系。因此，可将CIM转换为语义网中的本体，进而根据各业务系统需要增加主体及其间的关系，最终使得各个业务系统知识孤岛得到互联互通。

5 语义网优势

语义网对于传统技术，使得计算机能够存储知识，利用知识实现一定程度的人工智能。传统信息技术取决于维护人员，当维护人员离职或调离岗位时，需要重新对新上任的维护人员进行培训以适应之前的环境，尤其表现在传统关系型数据库的管理和SQL语句的操作上。语义网技术能够使得计算机存储并理解知识，进而理解业务环境，一定程度上不受限于开发、维护人员。当新的维护人员上任后能较为容易地承上启下，有效降低企业维护成本。

6 简单展示

以下选取某区域电网PMS（生产管理系统）和CIS（营销系统）不同数据源的数据，通过语义网进行简单展示。

表1数据来自于PMS，表2数据来自于CIS，二者均为传统关系型数据库表。OID和OBJ_ID均表示各业务系统中的唯一ID。PMS中的设备ID（SBID）应与CIS中的DXMPYXKID一一对应。同时，设备名称（SBMC）也应唯一存在。

图2展示了PMS的语义网，通过图2可以清楚地看到不同类之间的关系以及实体和类之间的关系。如资产变压器和电气系统资源变压器有关联关系，它们都是资源的子类；实例ID为80001104，是系统资源变压器的一个实例。

图2 PMS语义网展示

图3展示了PMS和CIS中某台变压器的实例，其中SBMC等箭头表示原始关系型数据库中的关系。等价和重复这种关系在原始关系型数据库中是不存在的，通过推理引擎使得计算机能够理解语义并推理出相应的关系。由图3可知，来自PMS的OID为80001104的变压器，和来自CIS的OBJ_ID为959242af-10e9-4bb3-8fc6-b238ab092c83的变压器，为同一变压器，且它们的命名和其他变压器存在重复。

图4显示了具有重复ID的实例。原始数据中并没有命名重复关系，也没有重复ID错误关系，这些层关系是由系统根据所具有的知识推理判断得出的。

图5显示了单一实例。可以清楚地看到这一实例有多少相关的关系，每个关系有多少资源与其连接。

通过工程实例可知，通过语义网的强力支撑，赋予了原有数据以语义，使得模型、信息和数据的处理不再分割。因此，借助语义网强大的支撑，可以使得现有的信息系统得到本质的提升。

表1 原始数据1

表2 原始数据2

图3 PMS和CIS实例联合展示

图4 具有重复ID的实例

图5 单一实例展示

7 结语

近年来，随着配电增量市场放开及电力体制改革的逐步深入，要求各个供电企业能够更有效、更灵活地进行运作。各个供电企业纷纷开始采用IEC主导的CIM作为自身信息系统的模型。但是，对于CIM的利用仅仅停留在将CIM作为数据传输规范，用于不同系统间的数据传输。文中通过介绍语义网技术，将UML、CIM和语义网进行对比，并将语义技术融入CIM，扩展CIM适用范围，突破各个业务系统间的知识壁垒，使得各个业务系统的知识孤岛得以连接，促使各个知识孤岛的合作和互联。

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