2023年7月29日发(作者：)

２０１４年第５期文章编号：１００９—２５５２（２０１４）０５—００７１—０４中图分类号：ＴＭ７３４文献标识码：Ａ基于本体的ＩＥＣ６１８５０语义信息模型一致性校验杨紫苓１，顾建炜２，张铁峰１（１．华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定０７１００３；２．杭州供电公司，杭州３１０００９）摘要：针对ＩＥＣ６１８５０互操作过程中出现的模型不匹配问题以及对静态测试列举测试条目较少的缺点，提出基于本体的语义信息模型一致性静态测试方法。基于本体技术对变电站相关知识进行语义建模，可对变电站自动化系统中所包含的知识语义进行有效的描述和传输交换。在基于本体语义测试方法的基础上，设计了一套模型验证工具并详细阐述。关键词：ＩＥＣ６１８５０；一致性校验；语义信息模型；静态测试；本体ＣｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｖａｌｉｄａｔｉｏｎｆｏｒＩＥＣ６１８５０ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｏｎｔｏｌｏｇｙＹＡＮＧＺｉ—ｌｉｎ９１．ＧＵＪｉａｎ．ｗｅｉ２，ＺＨＡＮＧＴｉｅ－ｆｅｎ９１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ０ｒ７１００３，ＨｅｂｅｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ；２．ＨａｎｇｚｈｏｕＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１０００９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｏｆｍｏｄｅｌｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｉｓｓｕｅｏｆｆｅｗｅｒｌｉｓｔｅｄｔｅｓｔｅｎｔｒｉｅｓｉｎｓｔａｔｉｃｔｅｓｔｉｎｇｉｎＩＥＣ６１８５０ｓｔａｎｄａｒｄｓ．ａｖａｌｉｄａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒ山ｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｓｔａｔｉｃｔｅｓｔｉｎｇｆｏｒｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｏｎｔｏｌｏｇｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｋｎｏｗｌｅｄｇｅｂａｓｅｄｏｎｏｎｔｏｌｏｇｙｃａｎａｃｈｉｅｖｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｏｆｓｅｍａｎｔｉｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｎｓｕｂｓｔａｔｉｏｎａｕｔｏｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｅｍａｎｔｉｃｖａｌｉｄａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｔａｔｉｃｔｅｓｔｉｎｇ．ａｓｅｔｏｆｍｏｄｅｌｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｖａｌｉｄａｔｉｏｎｔｏｏｌｓａｌ＇ｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩＥＣ６１８５０；ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙｖａｌｉｄａｔｉｏｎ；ｓｅｍａｎｔｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ；ｓｔａｔｉｃｔｅｓｔｉｎｇ；ｏｎｔｏｌｏｇｙ０引言很好的表达能力和推理能力才能满足元数据的语义ＩＥＣ６１８５０是目前数字化变电站自动化系统的校验要求。近几年，本体（ｏｎｔｏｌｏｇｙ）技术因其能很好核心标准之一ｕ］，而标准的一致性测试是确保不同地满足语义校验对语义表达能力强大的需求，在语厂家产品实现互操作的关键一ｏ。然而，目前的研究义网研究领域发展得很快。国内一些学者也利用本大部分集中在ＳＣＬ配置工具的研究与开发上＿。１，体的这种特点，将本体技术引人信息模型领域开展ＩＥＣ６１８５０标准现有版本关于配置文件测试的内容了相关研究一Ｊ，用本体表达电力系统模型，实现语很少，这就导致在实际工程的测试中没有依据。义互操作同样是未来发展的方向。ＩＥＣ６１８５０—１０为动态测试（即ＡＣＳＩ模型和服务映引入本体后，结合本体的逻辑推理能力，构建逻射的测试）提供了１７０多个详细的肯定测试和否定辑层，可以开发基于本体的ＩＥＣ６１８５０语义信息模测试用例，而对静态测试（配置文件和数据模型测型一致性校验工具，实现变电站应用间的语义信息试）只作了笼统的原则性的要求，列举的测试条目的互操作校验，有效解决互操作语义表达不足导致较少，远没有涵盖所有的错误细节一６｜。加之当前的的模型不匹配问题，也可克服静态测试条目少的缺ＩＥＣ６１８５０互操作校验局限于语法层面，容易导致互操作失败。收稿日期：２０１３—０８—２０作者简介：杨紫苓（１９８８一），女，硕士研究生，从事配电自动化信息在信息互操作的领域，描述元数据的语言要有模型研究工作。一７ｌ一万方数据点，为信息集成奠定坚实的基础。本文首先分析了ＳＣＬ文件的结构，然后提出引入本体技术，并基于本体构建ＩＥＣ６１８５０的语义信息模型，进一步研究了语义信息模型一致性校验方法和机制，给出了校验框架及流程，对设计的校验工具进行了详细介绍。１变电站配置语言ＳＣＬ（ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｌａｎ－ｇｕａｇｅ）基于可扩展标记语言ＸＭＬ（ｅＸｔｅｎｓｉｂｌｅＭａｒｋ—ｕｐＬａｎｇｕａｇｅ），是ＩＥＣ６１８５０定义的变电站配置描述语言。ＳＣＬ能够完整地描述变电站自动化系统的全部配置信息，为实现变电站内智能电子设备及系统问的互操作提供了一个很好的平台。ＩＥＣ６１８５０—６部分采用的是ＸＭＬＳｃｈｅｍａｌ．０协议，为使ＳＣＬ文件有效并规范ＸＭＬ，制定了八个Ｓｃｈｅｍａ模式文件。每个ＳＣＬ元素都包含若干属性和子元素，他们均从根元素类型派生出来，语法结构都遵循ＸＭＬＳｃｈｅｍａ的规定，基本语法结构如图１所示。属性Ｉ下一级根元索列属性２属性Ｎ望一工二堡堡匹耋！下一级根无豢２下一级根元素Ｎ圈１ＳＣＬ基本语法结构２基于本体的模型校验２．１本体的引入ＸＭＬＳｃｈｅｍａ在结构描述和数据类型的表达上具有很大优势，而对概念关系间的描述表现出相当差的能力，所以它的缺陷就在语义表达这一方面。近几年，在语义网研究这一领域，本体受到的关注越来越多。本体能够建立对某个领域概念的共同理解，使得人与计算机互相交流，同时能够减少甚至消除概念、术语的混乱，支持在语义层面上对多种资源的集成和互操作，便于实现知识的共享。２．２模型校验机制互操作从层次上分为技术层（语法）、信息层（语义）和组织层（业务），各个层次的标准相互独立。因此，实现信息交互的重点就在于语法互操作以及语义理解两部分，ｊ。一条ＩＥＣ６１８５０的信息要能够被理解，必须遵循以下要素：①语义信息模型的结构层次的一致性。②名称空间的一致性。③信息数据类型的一致性。因此，需要从语义上对模型进一７２一万方数据行校验。以往的ＳＣＬ／ＸＭＬ文档校验，只能保证其在语法上的兼容性，因此，极有可能导致信息交互失败，且难以查找错误来源，其根本原因就是模型不匹配或者语义不一致。本文提出的语义信息模型校验，对ＳＣＬ／ＸＭＬ进行元数据校验，从根本出发保证模型在语义上的一致。２．３基于本体的语义信息模型搭建ＩＥＣ６１８５０规约定义了包括断路器（ＸＣＢＲ）、距离保护（ＰＤＩＳ）等约９０种逻辑节点，每个逻辑节点都代表特定意义的数据。ＳＣＬＳｃｈｅｍａ２．０的Ｓｕｂ—ｓｔａｔｉｏｎ．ＸＳＤ文件的部分代码是：＜ＸＳ：ｃｏｍｐｌｅｘＴｙｐｅｎａｍｅ＝“ｔＳｕｂｓｔａｔｉｏｎ”＞＜ｘｓ：ｃｏｍｐｌｅｘＣｏｎｔｅｎｔ＞＜ＸＳ：ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｂａｓｅ＝“ｔＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏｎｔａｉｎｅｒ”＞＜Ｘ８：ｓｅｑｕｅｎｃｅ＞＜ＸＳ＂ｅｌｅｍｅｎｔＲａｆｆｌｅ＝“ＶｏｌｔａｇｅＬｅｖｅｌ”ｔｙｐｅ＝“ｔＶｏｌｔａｇｅＬｅｖｅｌ”ｍａｘＯｃｃｕｒｓ＝“ｕｎｂｏｕｎｄｅｄ’’＞＜ｘｓ：ｕｎｉｑｕｅｎａｎｌｅ＝“ｕｎｉｑｕｅＢａｙＩｎＶｏｌｔａｇｅＬｅｖｅｌ”＞＜ＸＳ：ｓｅｌｅｃｔｏｒｘｐａｔｈ＝“．／ｓｃｌ：Ｂａｙ’’／＞＜ｘｓ：ｆｉｅｌｄｘｐａｔｈ＝“＠ｎａｍｅ”／＞＜／ｘｓ：ｕｎｉｑｕｅ＞＜ｘｓ：ｕｎｉｑｕｅＢａｆｆｌｅ＝“ｕｎｉｑｕｅＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＩｎＶｏｌｔａｇｅＬｅｖｅｌ”＞＜ＸＳ：ｓｅｌｅｃｔｏｒｘｐａｔｈ＝“．／ｓｃｌ：ＰｏｗｅｒＴｒａｎｓｆ０１Ｔ１１一ｅｒ”／＞＜ｘｓ：ｆｉｅｌｄｘｐａｔｈ＝“＠ｎａｍｅ”／＞＜／ｘｓ：ｕｎｉｑｕｅ＞＜ｘｓ：ｕｎｉｑｕｅｎａｍｅ＝“ｕｎｉｑｕｅＧｅｎｅｒａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＩｎＶｏｌｔａｇｅＬｅｖｅｌ’’＞＜ｘｓ：ｓｅｌｅｃｔｏｒｘｐａｔｈ＝“．／ｓｃｌ・ＧｅｎｅｒａｌＥｑｕｉｐ—ｍｅｎｔ’’／＞＜ｘｓ：ｆｉｅｌｄｘｐａｔｈ＝“＠ｎａｍｅ”／＞＜／ｘｓ：ｕｎｉｑｕｅ＞＜ＸＳ：ｕｎｉｑｕｅｎａｍｅ＝“ｕｎｉｑｕｅＣｈｉｌｄＮａｍｅｌｎＶｏｌｔａｇｅＬｅｖｅｌ”＞＜ＸＳ：ｓｅｌｅｃｔｏｒｘｐａｔｈ＝“．／：｝：”／＞＜ｘｓ：ｆｉｅｌｄｘｐａｔｈ＝“＠ｎａｍｅ”／＞＜／ｘｓ：ｕｎｉｑｕｅ＞＜ＸＳ：ｕｎｉｑｕｅｎａｍｅ＝“ｕｎｉｑｕｅＬＮｏｄｅｌｎＶｏｌｔａｇｅＬｅｖｅｌ’’＞＜ＸＳ：ｓｅｌｅｃｔｏｒｘｐａｔｈ＝“．／ｓｃｌ：ＬＮｏｄｅ”／＞＜ｘｓ：ｆｉｅｌｄｘｐａｔｈ＝“＠ｌｎＩｎｓｔ”／＞＜ｘｓ：ｆｉｅｌｄｘｐａｔｈ＝“＠ｌｎＣｌａｓｓ”／＞＜ｘｓ：ｆｉｅｌｄｘｐａｔｈ＝“＠ｉｅｄＮａｍｅ”／＞＜ＸＳ：ｆｉｅｌｄｘｐａｔｈ＝“＠ｌｄｌｎｓｔ”／＞＜ｘｓ：ｆｉｅｌｄｘｐａｔｈ＝“＠ｐｒｅｆｉｘ”／＞由此可以看到各个节点间的关系很复杂，所以，要建立基于本体的语义信息模型，首先应该解析ＩＥＣ６１８５０—６标准定义的ＳＣＬＳｃｈｅｍａ文件，创建ＳＣＬ语法结构图形。ＳＣＬ语法结构树规定了元素的层次关系及元素类型定义，明确了元素具有哪些属性、哪些子元素，使各节点间的关系图形化，才能准确地建立语义信息模型，图２是利用ＸＭＬＳｐｙ解析ＳＣＬＳｃｈｅｍａ２．０的图形文件部分截图，根据各节点之间的关系，利用ｐｒｏｔ６９６本体建模工具可以建立ＳＣＬ本体模型。莲圣亘ｉ叵：：三：薹墓虱Ｕ…∞图３一致性校验总体思路本体构建模块ＸＭＬ解析转化模块图２一个ＳＣＬＳｃｈｅｍａ２．０文件解析图功能层３一致性校验工具的设计静态测试的内容主要包含三部分：（１）配置描述信息的语法检查。检查提交的各模型校验模块种文件是否齐全、设备的控制版本是否正确以及ＳＣＬ文件是否符合ＸＭＬ的基本语法规范。（２）配置描述信息的有效性检查。检查ＳＣＬ文件的结构是否符合Ｓｃｈｅｍａ规定。（３）对象模型的完整性与一致性检查。检查模型的一致性，以便进行互操作。根据静态测试的内容，本文设计了针对静态测试的一致性校验工具。其功能是首先从ＳＣＬ文件图４一致性校验工具框架性校验打下基础；推理模块根据导入本体模式（ＳＣＬＳｃｈｅｍａ）所采用的ＯＷＬ（ＷｅｂＯｎｔｏｌｏｇｙＬａｎｇｕａｇｅ）语言，使用推理机来完成基于本体的推理；模型校验模块是结合本体推理完成的结果来进行类、属性、关系等方面的比对。物理层主要实现外部文档（ＸＭＬ和Ｓｃｈｅｍａ）的导人及管理。中解析出模型元数据信息，再将其与统一的ＳＣＬ语义信息模型比较，然后分析语法格式是否兼容及模型语义是否一致，校验出不相同的信息，从根本上保证语义的一致性。校验的流程图如图３所示。校验工具总体设计框架如图４所示，工具主要分为三层：用户层、功能层和物理层。用户层主要实现将ＳＣＬ／ＸＭＬ校验结果中不兼容的信息以报表的形式输出显示。功能层主要实现ＸＭＬ文件到ＲＤＦ（ＲｅｓｏｕｒｃｅＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ（１）ＸＭＬ解析转化模块。本文选用Ｊｅｎａ—ｏ这个目前广泛使用的本体模型构建、解析工具，因Ｊｅｎａ对本体模型的操作使用ＲＤＦＡＰＩ，所以该模块完成ＳＣＬ／ＸＭＬ文档的导入，并完成ＸＭＬ语义信息的抽取，将其转换成用ＲＤＦ描述的元数据。’０］。为了能够完成ＸＭＬ的语义信息抽取，首先用ＪＤＯＭ（Ｊａｖａ文档对象模型，ＪａｖａＤｏｃｕｍｅｎｔＦｒａｍｅｗｏｒｋ）文件的解析转化，基于本体的推理以及模型校验三大功能模块。ＯｂｊｅｃｔＭｏｄｅｌ）解析器其中，ＸＭＬ文件解析转化模块是将导人的外部ＸＭＬ文档转换为ＲＤＦ元数据，即解析出ＳＣＬ文件的元数据信息，为本体的知识推理以及语义的一致解析ＳＣＬ／ＸＭＬ文档，提取出实际的数据，同时也能检查文档的格式。然后利用Ｊｅｎａ解析本体文件得到的概念、属性，通过语义标注，建立本体元素和一７３—万方数据ＸＭＬ元数据的映射关系。被标记后的ＳＣＬ／ＸＭＬ结构模型中的层次关系是一种隐含的语义，ＲＤＦ的三种基本对象为资源，属性和属性值三元组结构，将ＸＭＬ中的层次关系与ＲＤＦ的三元组用算法实现映射，最后实现ＸＭＬ到ＲＤＦ的转换，其语义信息抽取模型的基本结构如图５所示。此模块同时完成了配置文档的语法检查和有效性检查。图５ＸＭＬ语义信息接取模型（２）模型校验模块。在该模块中进行ＳＣＬ／ＸＭＬ文件的校验，主要功能为：对配置文件ＳＣＬ／ＸＭＬ进行Ｓｃｈｅｍａ检验，实现对象模型的完整性与一致性检查。对ＸＭＬ解析转化模块得到的ＲＤＦ文件用Ｊｅｎａ本体模型工具包进行解析并构建形成相应的本体模型。接下来对该模型进行比较、校验。首先对需要校验的模型进行遍历，遍历该本体模型中的每一个实例，然后通过ＳＰＡＲＱＬ（ＳｉｍｐｌｅＰｒｏｔｏｃｏｌａｎｄＲＤＦＱｕｅｒｙＬａｎｇｕａｇｅ）查询语言，查询标准的本体模型里面是否有与之对应的实例。若在标准的模型里面找到与之对应的实例，则进一步校验它们各自所属的类是否一致，以及它们各自所具有的属性关系是否一致。如果两者均一致，则表明两个模型中此部分的信息一致，通过校验；若在比较过程中，存在某些信息不一致则将不一致的信息记录在验证结果的报表中，待完成所有比较后，统一输出所有不一致信息，反馈给用户。具体的校验流程如图６所示。（３）界面管理模块。主要负责人机交互接口的管理，给用户提供校验指导。程序启动以后，用户点击“进行Ｓｃｈｅｍａ校验”按钮，界面会自动弹出“打开文件”对话框，然后用户选择待校验的文件进行校验即可。在校验完成后，校验结果显示在界面上。测试完成后，通过点击“保存结果”按钮，可将测试结果保存起来，以方便调阅。４结束语ＩＥＣ６１８５０是数字化变电站通信网络和系统的核心技术标准。本文基于ＩＥＣ６１８５０标准，研究了ＳＣＬ的语法结构、对象模型，并引入本体技术，利用本体的逻辑推理能力构建逻辑层，给出基于本体的一７４一万方数据图６模型校验详细流程ＩＥＣ６１８５０语义信息模型校验方法。同时，为便于校验出待测试文件与测试模型的差异，设计了一致性校验工具，可实现ＩＥＣ６１８５０互操作时信息模型在语义的一致性校验。参考文献：［１］高翔．数字化变电站应用技术［Ｍ］．北京：中国电力出版社，２００８．［２］吴在军，胡敏强．基于ＩＥＣ６１８５０标准的变电站自动化系统研究［Ｊ］．电网技术，２００３，７（１０）：６１—６５．［３］王德文，朱永利，邸剑，等．一种改进的ＳＣＬ系统配置工具［Ｊ］．电力系统自动化。２００９，３３（１２）：７５—７９．［４］李蓓，沐连顺，苏剑．基于关系模型映射的ＩＥＣ６１８５０ＳＣＬ配置器建模［Ｊ］．电网技术，２００６。３０（１０）：９５—９９．［５］林知明，蒋士林．基于ＳＣＬ模型的配置工具的设计与实现［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００９，３７（１２）：８２—８５．［６］ＩＥＣ６１８５０—１０．Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｓａｎｄｓｙｓｔｅｍｓｉｎｓｕｂｓｔａ－ｔｉｏｎｓ．ｐａｒｔ１０：ｂａｓｉｃｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓａｎｄｆｅｅｄｅｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔ：ｃｏｎｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｉｎｇ［Ｓ］．２００５．［７］谢俊，石东源，段献忠．基于本体的异构图形信息共享和互操作［Ｊ］．电力系统自动化，２００７，３１（２３）：４６—５１．［８］荆铭，许洪强，梁成辉．智能电网信息标准化在调度中心的应用［Ｊ］．电网技术，２０１０，３４（１０）：１５—１９．［９］ＪｅｎａＧｒｏｕｐ．Ｊｅｎａ［ＥＢ／ＯＬ］．（２００９—０２－２７）．ｈｔｔｐ：／／ｊｅｎａ．ｓｏｕｒｃｅ—ｆｏｒｇｅ．ｎｅｔ／．［１０］乔卫．基于领域本体的ＸＭＬ语义信息抽取的研究与实现［Ｄ］．湖北：武汉理工大学，２００９．责任编辑：张荣香基于本体的IEC 61850语义信息模型一致性校验作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：杨紫苓， 顾建炜， 张铁峰， YANG Zi-ling， GU Jian-wei， ZHANG Tie-feng杨紫苓,张铁峰,YANG Zi-ling,ZHANG Tie-feng(华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定,071003)， 顾建炜,GU Jian-wei(杭州供电公司,杭州,310009)信息技术Information Technology2014(5)

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