基于油气管道标准知识图谱的标准草案辅助编写技术研究与系统研发

关键词：油气管道；标准；知识图谱；辅助编写；数字化

DOI编码：10.3969/j.issn.1674-5698.2025.01.006

0 引言

党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央高度重视数字化发展，明确提出“十四五”时期要加快数字经济发展，以数字化转型整体驱动生产方式、生活方式和治理方式变革。2021年10月，中共中央、国务院印发《国家标准化发展纲要》，将“标准数字化水平不断提高”作为战略目标之一，提出“发展机器可读标准、开源标准，推动标准化工作向数字化、网络化、智能化转型”。国家管网集团坚决贯彻党中央决策部署，把数字化战略作为公司发展的“四大战略”之一，把数字化转型作为事关全局的系统性变革、事关长远发展的关键举措、事关员工福祉的重点任务来谋划和推动，以数字化转型支撑国家管网集团建设中国特色世界一流能源基础设施运营商，陆续部署开展了油气管道机器可读标准相关项目的研究和实践应用，研究开发了机器可读标准辅助工具，以实现机器可读标准制修订过程的数字化支撑和基于标准要素提取的智能化应用服务[1]。同时，油气管道标准知识图谱的研究与实践应用等项目也在同步开展。

国际标准化组织以及英国、美国、德国、俄罗斯等国家，也将实现标准数字化转型纳入其标准化战略并开展了相关的研究。ISO于2019年提出了SMA RT 标准的新型标准概念，确定了SMA RT标准的发展阶段及特征，依据标准内容与机器的交互程度将标准的演进划分为“纸质文本”“开放数据格式”“机器可读文档”“机器可读内容”“机器可交互内容”共5个阶段，各阶段对数字技术的使用逐步深入，如：文本识别、可扩展标记语言（XML）、本体建模、知识图谱等[2]。ISO和IEC联合开发的在线标准制定（OSD）平台将于2025年1月起投入使用，实现了从准备阶段至发布阶段的在线协同标准制定。俄罗斯在《俄罗斯标准化战略（2019-2027）》中明确提出制定“机器可读标准”的要求，将国家标准转换为“机器可读格式”，通过自动化系统提供标准文本的创建、编辑和应用，以及在不同系统间交换文本的能力[3]。

在对油气管道领域技术人员进行的机器可读标准典型需求调研中，在标准研制阶段的需求包括：标准编写需要满足严格要求，审核工作量大；需要参考大量其他标准，查询与引用难。在德国标准学会（DIN）和德国电工委员会（DKE）于2022年5月31日发布的《SMART标准用例白皮书》中，涉及标准创建者的用户需求包括：希望能够“掌握所有引用的标准和标准内容”，以便“一目了然地查看所有标准内容中的必要要求”；希望能够“知道为什么该标准机构要对标准进行修改”，以便“理解修改的原因”[4]。从这些调研中可见，参考和引用标准问题是标准研制过程中的共性需求，标准编写格式要求也是困扰标准制定人员的普遍问题。

针对标准研制过程中的这些问题，本文以研究构建的油气管道标准知识图谱知识库为基础数据支撑，提出标准草案辅助编写技术方案，并进行系统研发，为标准研制人员提供标准草案的自动生成服务，促进标准研制的效率提高和标准的协调一致性，提高标准质量，推进油气管道标准数字化工作的深入开展。

1 油气管道标准辅助编写技术方案

1.1 标准草案自动生成思维导图

根据GB/ T 1.1-2020《标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则》[5 ]，按照标准内容的功能，标准可分为术语标准、符号标准、分类标准、试验标准、规范标准、规程标准、指南标准；标准的结构包括：封面、目次、前言、引言、范围、规范性引用文件、术语和定义、符号与缩略语、分类和编码/系统构成、总体原则和/或总体要求、核心技术要素、其他技术要素、参考文献和索引。

按照各功能类型标准的要求和结构，归纳各类标准的核心技术要求和结构，作为标准草案内容生成的数据指导，标准草案内容的生成思路，如图1所示。

首先需要将某形式的标准文档中的内容提取出来并转化为能够导入Neo4j的数据格式。

其次需要一个统一的模型，检测到某标准中出现某类标准的核心技术要素时，就生成一个该类标准核心要素类型的节点，挂载到该标准节点上去。

在解决上述两个问题之后，就可以通过数据导入流程将数据导入进Neo4j，之后再通过合适的算法对数据进行应用（根据关键词查询标准或是提供关键词来生成标准）。

对于每一个标准，都将成为图数据库中的一个标准类型节点，标准中的内容，例如：术语条目、范围、前言、引言、单位、其他文件，将通过包含或是引用的关系挂载到该节点上，从而表达出，该标准包含/引用/起草了这些术语条目、范围、其他文件的信息。

1.2 标准草案的XML文件标签化处理

为了使标准草案直接成为机器可读标准，在设计时直接使用已经研究的油气管道标准标签集作为模板。我们在草案编制过程中引入了标签化、结构化和数据格式规范化的原则。这意味着将每个标准条目、定义和技术规范都进行标签化处理，使其符合统一的数据模型，以便后续在数字化平台上进行自动解析和应用。

油气管道标准标签集分为两大类，通用标签集和扩展标签集。通用标签集又分为全文结构化标签集和技术指标标签集。

（1）全文结构化标签基于标准结构元素进行标准信息单元划分，包括单位、术语和定义、封面、引言、前言、范围、与其他文件的关系等，封面实体中包括文件名称、文件英文译名、采用国际文件、采用文件编号、采用文件英文名称、一致性程度标识、文件编号、等同采用文件编号、被替代文件等属性。

（2）技术指标标签在结构化单元基础上进行更细颗粒度的识别，标准信息单元细化到标准指标对象，包括指标名称、指标内容、指标影响因素、指标性质-定量/定性等属性。

扩展标签集根据对油气管道标准领域主要技术内容、标准应用场景等特征，分为对象和业务两个维度，对象维度和业务维度的扩展标签集示例分别见表1、表2。

2 油气管道标准辅助编写系统需求分析

2.1 功能点分析

油气管道标准辅助编写系统的具体功能点见表3。

2.2 智能推荐功能

智能推荐用例中，根据用户所要生成的标准类别、关键词等信息，智能推荐相关标准，并可选择性地将推荐的相关标准信息（范围、术语、实验步骤等）加入标准草案。表4详细描述了智能推荐用例。

2.3 标准草案自动生成功能

生成草案用例中，向用户自动推荐要生成的草案信息，并根据用户的选择生成草案，用户可导出草案内容，生成Word或XML文件保存。表5详细描述了草案自动生成用例。

3 程序描述

3.1 基于结构的推荐

方法名：recommendStructure

参数：关键词、协作关系列表

功能描述：该方法根据业务人员的关键词查询或选择，利用协作关系列表中的节点信息，得到知识图谱中的结构信息，从知识图谱中推荐出与用户需求相关的知识，并将结果返回给用户。

实现思路分析：业务人员输入要推荐的源数据（如：标题、类别、摘要等），以及要参考引用的标准，然后利用Java去调用Python实现推荐算法。算法思路是使用Neo4j的GDS库中的FastRP算法来为每个节点生成一个低维嵌入向量，用于表示节点在图中的位置和邻居信息，然后使用GDS库中的K最近邻居算法（K-Nearest Neighbor，简称KNN），来为每个节点找到最相似的K个节点，并在它们之间建立相似关系（SIMILAR），从而实现协作过滤（Collaborative Filtering），为当前关键词推荐最相关的或者最感“兴趣”的标准。最后利用Neo4j去查询这些标准获得包含此关键词的内容或条目，并按相似度降序，从而实现基于结构的top10推荐算法。如图2所示为基于结构的推荐流程图。

按照各类标准编写的规则[6]，基于结构推荐所涵盖的结构元素示例见表6。

3.2 基于内容的推荐

方法名：recommendSemantic

参数：关键词

功能描述：该方法根据业务人员的关键词查询或选择，结合知识图谱中的内容信息，利用知识图谱全文索引的特性，从知识图谱中搜索出与用户需求相关的知识，并将推荐返回给用户。

实现思路：使用d b.index. f u l ltext .createNodeIndex（ ）过程创建一个全文索引，指定要索引的节点标签和属性。然后使用db.index.fulltext.queryNodes（）过程查询全文索引，传入索引名称和查询字符串，返回匹配的节点及其Lucene查询分数，并按其相似度降序，从而实现基于内容的top10推荐算法。

基于内容的推荐时序图如图3所示。

3.3 获取草案模板

方法名：showDraftTemplate

参数：标准类型

功能描述：该方法根据业务人员选择的草案类型，获取服务端的模板文件，并将文件返回给用户。

草案生成实现思路：因为标准文件具有类型效应，即每一标准类型的标准核心技术要素是一致的，有共同的框架结构，因此可以基于该框架模板进行草案生成，并结合智能推荐实现对草案内容进行不同粒度的推荐，由此辅助生成标准草案。获取草案模板的时序图如图4所示。

4 系统实现

4.1 系统功能概述

基于油气管道标准知识图谱，实现油气管道标准草案的辅助编写，用户在进行草案生成工作中，可选择两种方式。

（1）用户可以选择标准的类型，系统根据相关标准自动生成标准草案的XML结构。

（2）用户也可以选择内容推荐，通过输入关键词、关联标准等信息告知系统所需推荐的信息，系统显示相关推荐结果。推荐结果支持用户拷贝，系统也支持在加工区域编辑导出。系统主页如图5所示。

4.2 结构推荐

选择“结构推荐”，输入关键词，结构推荐处的关键词是左侧编辑区域中提供的XML内容的标签名。（例如：titlePage、foreword、tableOfContent、scope等），点击生成按钮，显示推荐结果列表，选中列表中某一项，可查看具体内容，如图6 所示。输入关键词“titlePage”，生成4条推荐内容，点击每条推荐内容查看具体信息，如推荐1内容为“lt;titlePagegt;lt;ChineseDocumentNamegt;油气管道计量及交接技术规范 第1部分：输气管道lt; /ChineseDocumentNamegt;…lt;/titlePagegt;”。

4.3内容推荐

选择“内容推荐”，输入关键词，点击生成按钮，显示推荐结果列表，选中列表中某一项，可查看具体内容，如图7所示。输入关键词“故障”，生成2条推荐内容，查看推荐1具体内容为“lt;Pgt;计量回路应设置故障保护，当运行计量回路出现通讯或电力中断等故障导致不能计量时…线色谱分析仪数据时，应根据相邻站场天然气实际组分，修改组分替代值。lt;/ Pgt;”。

4.4 编辑并导出

根据推荐内容，可复制到左侧编辑区域，并进行修改，点击导出按钮可将当前编辑区域的内容，以XML格式导出文件，如图8所示。将生成的内容/结构推荐的内容粘贴到左侧特定位置，如：“目次”结构下。点击“导出XML文件”按钮可将编辑好的文本内容保存到本地XML文件中。

5 结语

本文提供了一种基于油气管道标准知识图谱的标准草案辅助编写的解决思路、技术方案和实践应用，目前应用重点在于支持标准立项、标准预研等工作，可直接辅助生成油气管道标准草案。该系统目前作为油气管道标准知识图谱系统的服务功能之一，未来应用将与油气管道机器可读标准辅助系统有效结合并融合使用，在标准制定全过程中支持标准制修订，进一步拓展油气管道标准知识图谱的智能化应用，实现油气管道标准的数字化转型。该技术方案也可为其他行业提供借鉴参考。