分析基于图数据库和知识图谱的电力设备质量综合管理系统研究

（国网甘肃省电力公司信息通信公司，甘肃兰州 730050）

0.引言

自物联网发展战略目标设定以来，国家电力设备管理相关部门陆续建设了相配套的信息管理系统，力求实现对电力设备购置、调试运行、检修管护等全面管理，产出大量数据，对物资、调度、运营检修等业务运转也提供有效支撑。电力设备运营状态及维管情况关系着电网运转状态及效益产出情况。图数据库以“节点”与“边”为基本单元存储数据，基于不同节点间在物理层面上形成相互“指向”特征，能对毗邻节点共用“无索引”的关联性操作服务，明显提升数据存储、处置工效，在管理、处置与分析大批量对象相互关系问题方面表现出良好效能[1]。从本质上分析，知识图谱是一种语义网络，基于语义检索技术捕获并有机整合始源于多个渠道的信息，宗旨在于提高检索引擎的质量。

1.有关技术介绍

1.1 图数据库

本文以图数据为基础设计系统。图数据库采用图结构存储、查找数据，节点、边、属性是基本的存储单元。和关系型数据库相比较，图数据库最大的独特之处是用边衔接不同节点，而不是依靠外键。Titan就是一个典型的分布式图数据库，对横向拓展过程能起到一定支撑作用，能包容数千亿个顶边与边。Titan还能支持上千个用户并发与测算复杂图形遍历。

1.2 Gremlin

Titan将Gremlin设定为读获、修正数据信息的查询语言。Gremlin与路径相对应，能较简洁的阐述图的繁杂遍历与转型操作过程，可以将其看成是将遍历操控与路径阐述相整合的一类功能性语言。为一种Java DSL语言，频繁而大量的使用XPath完成图表查找、分析与操控任务[2]。

2.规划设计可视化的人机界面

近些年，数据挖掘、关联分析技术在智能电网高级别业务领域中的应用范畴有不断拓展趋势，不同业务在紧扣某个主题解读电网数据，通常产出的结果不是单个数据，而是紧扣主题、互为关联的数个信息层面构建的信息多面体。本文拟定设计时空可视化人机交互界面，主题多样、可追溯性、互动性是该界面的主要特征，能够智能支撑多项功能。

2.1 语音对话

智能式语音对话是在人工智能背景下开发出的一种新型交互问答系统，面对用户的提问，机器不仅能做到智能解答，还能开启联想推测能力，并朝向用户发出新的对话。自然语言处理（NLP）与面向知识的问答系统（KQA）为语音对话的重要构成。

2.2 可溯式呈现

因知识图谱内牵扯到繁杂推测，本文拟定规划了推测全程式的可塑式呈现技术[3]，功能以推理正向查阅、逆向溯源与重要路径的可视化，顺利由知识源发展至推理过程，而后发展至呈现各推理流程结果，同时把最后推理全程录入子图内，作为决策凭据被保管。

2.3 层次化组织

面对多面体内储存的知识，规划设计了数据层次化组织的可视化，依靠不同知识之间形成的相关性，结合知识所属主题类别的差异性予以分层化组织，在呈现页面内，结合用户群体持有的查询需求，共用能多步骤衔接的多种图表的呈现页面[4]。当前电力行业内研发的知识图谱内，能利于数个页面从多个角度层次化呈现出设备装置既往物流流程与即时状态信息等。

3.系统功能分析

3.1 设备的分类和查询

应用社区发现法规划电力设备质量事件的所属类别，对基于设备类型、电压级别、作业环境等诸多条件，对某个电力设备出现的故障、缺陷事件类型作出规划，深度挖掘诱发问题的始源和外在表象等知识间存在的隐在关系，为用户群体快捷解读设备真实缺点故障、定位问题始源创造便利条件。可以利用左侧端设置的过滤栏落实设备故障、缺陷的查询任务，在筛查数据库内囊括的全部故障与缺陷事件时，将电力设备投用时间、设备类型、制造厂家与事件类型作为参照凭据，同时于相应地图上呈现出该质量事件的具体场站。以表格为载体把真实的筛选结果呈现于页面下端，而页面右端能直观、真切、全面地呈现出表格内信息。依照质量事件故障类型与质量缺陷严重程度（一般、重度、危急），对筛查出的结果再进行分类，协助用户完善电力设备的运维策略[5]。

3.2 设备质量溯源

采用前向链多步推理完成，具体是将目标设定为导向，查找并呈现出当下知识库中已经出现的缺陷故障类型，并确定始源对应的事件类别。单击地理接线图上某个场站，系统能以图数据库内CIM/E模型数据为支撑，和电网拓扑结构数据之间建立联动关系，协同智能勾画出场站中接线图，单击接线图中某个设备，这样便能在下方智能化地呈现出其详实的质量、衔接样态、运转参数等诸多信息。

3.3 分析设备缺陷或故障对应的时序

电力系统内配置的设备装置均具有一定的适用周期，但因设备的运转环境有差别，温度、湿度及光照等客观指标和时间改变之间形成的关联性，很可能会作用于设备运行阶段故障或缺陷事件发生过程。依照既往气候与环境数据信息，构建不同月份下电力设备运转环境模型，解读对设备健稳运作状态形成不良影响的主要因素，协助维修、养护技术人员有针对性地完善检修方案，尽早建设主动式检修模式并将传统被动检修形式取而代之，为更精确感知设备运营、维护真实状态。

4.结语

本文提出基于图数据库和知识图谱建设电力设备质量综合管理系统的建议，以此为支撑实现综合管理设备的目的。该系统在实施过程中，应用图数据库的形式，以图为载体存储电力设备持有的质量信息，和电力系统拓扑结构之间有较高的匹配度。该系统能支撑设备质量追溯、分析疑似家族性缺陷与故障时序等多项功能，具有较大的推广价值。