一种面向船舶电力系统设计任务的知识图谱构建方法及装置

本发明属于船舶智能化设计领域，尤其涉及一种面向船舶电力系统设计任务的知识图谱构建方法及装置。

背景技术：

1、在船舶电力系统领域设计场景中，设计人员需要根据不同的设计业务需求制定个性化的设计任务。然而，由于船舶电力系统拥有较多的功能模块，如电源装置、配电装置计、电力网、电力系统保护等，每个功能模块的设计又涉及到多样化的设计知识。同时，不同的设计知识之间存在复杂的关联关系。因此，设计人员在设计时经常需要人工查询大量标准和规范，甚至寻求领域专家远程技术支持，致使整个设计过程耗时较长、效率较低、易出错，进而影响设计进程，智能化水平亟需提升。

2、目前，人工智能技术得到了飞速发展，在许多领域中都有了较为成熟的应用。知识图谱作为人工智能的一大分支，已经在搜索引擎、智能推荐、智能问答等相关领域得到了广泛的应用。若能将知识图谱应用于船舶设计阶段，将多样的设计知识以图的形式进行存储和表达，构建面向船舶设计的知识图谱，则有望提升船舶设计的智能化水平。

技术实现思路

1、为了解决上述已有技术存在的不足，本发明提出一种面向船舶电力系统设计任务的知识图谱构建方法及装置。

2、本发明能够对船舶设计知识及知识之间的关联关系进行有效建模，进而为设计人员快速获取船舶电力领域的设计任务及相关信息提供支撑，通过对原有非结构化数据进行解析，构建领域知识图谱，提高信息检索效率及用户体验。

3、本发明的具体技术方案如下：

4、本发明的一方面提供了一种面向船舶电力系统设计任务的知识图谱构建方法，包括以下步骤：

5、s1：模式层设计并定义船舶电力系统概念以及概念间的关系；

6、s2：对船舶设计使用手册、设计规范、设计标准中的非结构化数据进行数据预处理；

7、s3：根据模式层概念及概念之间的关系，对实体以及实体之间的关系进行标注，得到实体数据集与实体关系数据集；

8、s4：分别采用albert+双向lstm+crf算法和bert+双向gru+attention+fc算法对标注的实体数据集与实体关系数据集进行训练，得到实体识别模型和实体关系识别模型；

9、s5：基于得到的实体识别模型和实体关系识别模型，进行三元组抽取，导入到neo4j图数据库中，形成船舶电力系统概念知识图谱；

10、s6：结合领域专家知识和船舶电力系统产品结构，分析设计业务流程，提取设计任务，利用protege进行层次化建模，形成船舶电力系统设计任务知识图谱。

11、s7：通过实体对齐与消歧，将得到的船舶电力系统概念知识图谱和设计任务知识图谱进行融合，形成最终的面向船舶电力系统设计任务的知识图谱。

12、进一步地，所述步骤s1中的模式层设计是根据专家经验设计的，定义船舶电力系统概念类型以及概念间存在的关系。共包括8类实体，即功能部件、部件属性、人员、特点、情境、措施、产品和位置；10类实体关系，即belong to、trait of、part of、kind of、condition of、position of、apply to、infer to、participate in和equivalent to。

13、进一步地，所述步骤s2中对船舶设计使用手册、设计规范、设计标准等非结构化数据进行数据清洗，转化得到txt文件。

14、进一步地，所述步骤s3中的实体标注是根基于s1中的定义的概念，采用labelstudio标注工具进行标注，数据导出成csv格式，并通过代码转换成bio格式；实体关系标注是根据s1中定义的概念关系，并通过代码转换成txt格式。

15、进一步地，所述步骤s5中三元组抽取是联合实体抽取和关系抽取，得到的三元组形式为：<实体，关系，实体>，将三元组数据导入到neo4j图数据库中首先将三元组处理成entity.csv和relationship.csv的格式，采用neo4j-import的方式导入到neo4j图数据库中，形成船舶电力系统概念知识图谱。

16、进一步地，所述步骤s6设计业务流程包含无线电通信和导航系统设计、照明系统设计、电力拖动系统设计、电力推进系统设计、船舶电力系统设计、船舶自动化设计以及通信系统设计，在protege中构建好本体后导入到neo4j图数据库中，形成设计任务知识图谱。

17、本方面的另一方面提供了一种面向船舶电力系统设计任务的知识图谱构建装置，所述装置包括处理器；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行如上任一所述知识图谱构建方法。

18、本发明的有益效果在于：

19、(1)与传统的纯文本数据方式相比，知识图谱能够更加有效地表达船舶电力系统设计知识之间的关联关系，同时，也便于数据的结构化管理，为后续设计知识的智能化应用提供了支撑。

20、(2)本发明中的知识图谱中不仅包含了传统的船舶设计概念知识，还包含了设计任务，更加贴近设计人员的实际需求。

技术特征：

1.一种面向船舶电力系统设计任务的知识图谱构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种面向船舶电力系统设计任务的知识图谱构建方法，其特征在于，所述步骤s1中所定义的关系共包括8类实体和10类实体关系；

3.根据权利要求1所述的一种面向船舶电力系统设计任务的知识图谱构建方法，其特征在于，所述步骤s2中对船舶设计使用手册、设计规范、设计标准中的非结构化数据进行数据清洗，转化得到txt文本。

4.根据权利要求1所述的一种面向船舶电力系统设计任务的知识图谱构建方法，其特征在于，所述步骤s3中的实体标注是根基于s1中的定义的概念，采用label studio标注工具进行标注，数据导出成csv格式，并通过代码转换成bio格式；实体关系标注是根据s1中定义的概念关系，并通过代码转换成txt格式。

5.根据权利要求1所述的一种面向船舶电力系统设计任务的知识图谱构建方法，其特征在于，所述步骤s5中三元组抽取是联合实体抽取和关系抽取，得到的三元组形式为：<实体，关系，实体>，将三元组数据导入到neo4j图数据库中，首先将三元组处理成entity.csv和relationship.csv的格式，采用neo4j-import的方式导入到neo4j图数据库中，形成船舶电力系统概念知识图谱。

6.根据权利要求1所述的一种面向船舶电力系统设计任务的知识图谱构建方法，其特征在于，所述步骤s6设计业务流程包含无线电通信和导航系统设计、照明系统设计、电力拖动系统设计、电力推进系统设计、船舶电力系统设计、船舶自动化设计以及通信系统设计，在protege中构建好本体后导入到neo4j图数据库中，形成设计任务知识图谱。

7.一种面向船舶电力系统设计任务的知识图谱构建装置，其特征在于，所述装置包括处理器；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行如权利要求1～6之任一所述知识图谱构建方法。

技术总结
本发明公开了一种面向船舶电力系统设计任务的知识图谱构建方法及装置。该方法包括以下步骤：进行模式层设计，定义船舶电力系统概念以及概念间的关系；对非结构化数据进行数据预处理；对实体以及实体之间的关系进行标注；对标注的实体数据集与实体关系数据集进行训练，得到对应的模型；基于得到的模型进行三元组抽取，导入到图数据库中，形成船舶电力系统概念知识图谱；进行建模，形成船舶电力系统设计任务知识图谱；进行图谱融合，形成最终的知识图谱。本发明能够实现船舶电力系统设计任务知识图谱的构建，使得领域内的知识图谱构建更具有便捷性、高效性和准确性，为后续利用图谱搭建查询平台提供知识库，使得船舶设计人员的检索效率得到提高。

技术研发人员：徐晓滨,廖庆,章振杰,沈旭峰,李建宁,袁赵峰,冯静,罗洋
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12