關于數據采集分析的結構化思考

龔劍超，徐國華，戴建軍

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺317200）

1 前言

系統就是由相互作用和相互依賴的若干組成部分結合成的具有特定功能的有機整體[1]。電力系統是一個相對穩定的系統，其系統要素相對固定，系統關系相對明確，有關電力生產的全過程研究充分，相關技術規范也十分全面，在充分發掘數據內涵上具有良好的基礎。但是如何通過數據表達電力系統，如何利用電力系統數據指導實際工作，需要一個便于利用的數據結構以及利用數據的理論和方法。

本文主要討論電力系統數據的結構化和語義學對于電力系統數據應用的作用。數據的結構化與語義學結合，可以挖掘出數據在特定范圍內的深度內涵，并提供智能化的策略指導。

本文所述電力系統預設為一個相對封閉的系統，一些對電力系統影響不大的系統外環境所對應要素和關系暫不討論。

2 系統要素

根據哈蒙的概念作用語義學觀點，思維的內容是由概念的組織結構所決定的，系統要素與結構的表達也存在類似情況，即采用概念化的系統要素提取方法，可以提高系統要素的表述適用范圍，從而使系統要素的內容不僅包含實物設備類，還包含電力系統運營相關的概念內容[2]。

電力系統的系統要素包含實物要素（設備）和非實物要素（事件或概念），其數據化描述應能描述電力系統的系統要素，明確系統要素涉及的各類性質、狀態信息。

電力系統的非實物要素一般指對應的電力生產經營的相關事件，如電力生產的具體檢修、維護等工作內容，也可以指電力行業經營行為，如采購、交易等工作內容，甚至可以是執行某項工作的方法、標準。比如發電生產系統的繼電保護校驗工作可以是一個系統要素，繼電保護校驗工作中的安全措施恢復也可以是一個系統要素。

3 系統關系

在有限系統中，排除外部環境的影響，當系統要素全面了解時，各系統要素之間的關系可以最簡認定為因果關系。

但是全因果關系是無法全面描述一個大規模的系統的。電力系統由于系統功能明確，系統結構的組成一致，系統要素間的關系可以在一定范圍內近似簡化描述為全因果關系統，但是在系統內多個分支之間有一定關聯關系的子系統之間只能以對等關聯關系加以描述，以簡化非重點關注部分的系統結構和關系。單純以因果關系來判斷會產生大量變量分析，一方面消耗大量系統資源，另一方面由于部分要素缺失，很難得出有效結論。

4 電力系統數據的特征

4.1 電力系統要素相對固定，系統關系相對明確

電力系統的要素對應于發電生產的全過程，其生產過程結構嚴謹，科學規范，構成要素及關系相對固定，系統關系相對明確。

4.2 電力系統結構形式的簡化表達

電力系統數據的相關內容眾多，系統關系復雜，且由于不同分支設備系統的原理結構存在差異，其系統結構也存在多種類型。

根據電力生產的功能明確、測量量作用過程承續性強，設備工作條件（或工作環境）要求嚴格的特點，電力生產設備通常可以采用“輸入→處理單元→輸出”的結構給予簡化表示。涉及反饋等環節的復雜系統結構，可以在系統結構層級中通過子系統間的關聯關系來表達，從而簡化系統關系。

高度可繼承的數據可以為邏輯表達或語義學表達提供形式更為統一的表達形式。

4.3 電力系統結構具有高度一致性

電力系統電力運維部分各系統分支的構成在同類型的近似容量等級的電力系統廠（站）中基本一致；且各分支系統的功能、系統關系，甚至執行技術規范也具有高度一致性；其技術指標與電力系統廠（站）類型和容量等級相應一致，即系統要素和關系內容具有高度一致性。

系統要素和關系內容具有高度一致性的特點對于系統關系描述的封裝比較有益，即只要形成一個典型的電力生產系統結構模型，就可以在大量同類系統中反復應用。

例如某電站主變保護系統結構模型建立后，有關此主變保護的所有系統要素和各要素間的系統關系描述已明確，則所有與此類主變保護配置情況一致的本電站或其他電站的主變保護系統的數據結構也可以參照此模型建立。

4.4 電力系統數據結構有關事件表達的形式語義學要求

根據形式語義學理論，“句子的語義從信息內容上看可以分成三種類型：真值條件義、表情感嘆義和言語行為義。”[3]真值條件義描述現象、事實的真偽，表情感嘆義描述價值觀或主觀意愿，言語行為義描述行為。這三類語義形式的表達可以代表對系統的狀態判斷、趨勢判斷和行為指導。相應的系統要素和關系的描述也需要就真偽、價值判斷和事件等語義內容提供相應數據信息。

以某電壓互感器為例，該電壓互感器的狀態是工作狀態還是檢修狀態，是真值條件義描述范圍，可以用表示狀態的字段直接用真假來表示；其電壓采樣值的準確度可以在表情感嘆義中描述，則需要相應的價值判斷信息，可以用標準狀態和最優狀態對應語境下的標準數據來參照，通過對比計算得出價值判斷依據，并得出結論；有關該電壓互感器的檢修工作則屬于言語行為義描述范圍，應有該行為（事件）的細節描述，以明確檢修工作的工作目的、執行步驟、執行標準等具體內容。

真值條件義和表情感嘆義的判斷必然涉及語境、句義主體、判斷屬性或指標，在不考慮語句形式優美的情況下，可以忽略修飾用語，直接選定要素（實物或非實物）為主體，然后在此主體相關系統要素描述及系統基本信息（如時間）中選取語境，根據語境提取判斷屬性或指標內容，最終得出判斷結果或價值評價結論。語境的形成與要素的描述信息、該要素的系統關系描述信息等各類基礎數據的詳細程度有關，數據內容越多，形成的語境越復雜，越容易表達電力生產的實際情況，并根據結論推出言語行為義句式。

以某電壓互感器為主體情況下，有關電壓互感器的要素描述中選擇檢修周期信息，上次檢修時間信息，當前時間信息，形成檢修是否超期的判斷指標，并最終判斷是否超期。當判斷為超期時，推出檢修計劃要求的言語行為義句式。

言語行為義句式必然涉及語境、句義主體、行為（事件）內容。有關行為內容在系統要素的行為（事件）信息中應有詳細描述。

由此，電力系統事件的表達可以簡單統一為“語境+主體→判斷（或語境+主體→事件）”的句式進行表達。注意，主體可以是實物要素，也可以是非實物要素。

這一系列的表達可以程序自主構建生成。但是隨機自動構建的句式未必是有意義的，只有通過篩選，才能實際使用；當然也可以根據已有內容，人工構建句式。由于每個可用句式均包含一個結論或行為指向，數據內涵的可用性就得到了提高。

5 系統要素及關系的數據化結構描述

5.1 系統要素的數據化結構描述

系統要素的數據描述需要明確以下內容：

（1）系統要素的性質。指明本系統要素是實物要素還是非實物要素，或者其他特定的要素分類性質。

（2）系統要素在系統樹型網狀立體結構中所在結構位置的分支、層級和點位描述。

（3）系統要素的基本內容描述。

系統要素的基本內容是語境構成的重要基礎，其構成與系統要素本身的特點有關，其詳細程度與生成有效句式的可能性直接相關。但是這個描述是不可能一蹴而就的，因此要素基本內容的生成和維護需要一個過程，并且其數據的輸入需要一個自動化的工作環境。

5.2 系統關系的數據化結構描述

對應系統關系的描述，應明確以下內容：

（1）系統關系的性質。系統關系性質標明是否因果關系。

（2）系統關系所對應的描述。對于因果性關系，可以因指向果加以描述，對于非因果關系，可以雙向指示，分別描述。

（3）系統關系的基本內容描述。系統關系描述應介紹兩個子系統（或要素）之間產生關系的原因，理論依據及相關標準等。

5.3 系統要素及關系的數據結構化描述對比

系統要素及關系的數據結構化描述對比詳見表1。

表1 系統要素及關系的數據結構化描述對比表

由表1可以看出系統要素及關系兩者是對立統一的，電力系統數據的結構化包含以下內容：

（1）數據所描述的對象的性質。

（2）數據所描述的對象的結構位置及關聯信息。

（3）數據所描述的對象的基本內容，這個基本內容是可擴充的，可借鑒的。

同時可以看到通過系統要素及關系的結構位置的描述可以構建系統關系圖。而通過系統要素及關系的基本內容描述則可以構建語境。

通過構建系統關系圖及相關語境描述，對于電力生產可以：

（1）根據系統功能理清各系統之間及內部關系，促進實際設備智能化或工作的系統化和標準化[4]。

（2）由系統關系圖列出系統分界點，構建關鍵點安全措施庫和系統危險點預控庫。

（3）通過軟件可以重點突出系統關系圖的關注部分，明確工作重點。

對于數據的應用，可以：

（1）通過電力系統關系圖的構建，衍生出實時系統關系圖，這個圖及其相關的信息流代表著一個電力系統數據應用平臺，只要做好信息網絡分層控制和應用的權限管理，電力系統相關信息的記錄、瀏覽、統計等一系列行為都可以在特定條件下開放給指定的不同類型的用戶，從而實現大數據的實際應用。

（2）電力系統關系圖直接與泛在電力物聯網結合，由特定語境指導智能化電網設備按要求動作，完成特定指標。

6 數據內涵發掘的研究

語義學數據內涵發掘的關鍵在于生成一個個特定的語境，由此封閉語境，對特定事物進行描述，并最終形成判斷和行為導向。

（1）通過結構化的電力系統數據，可以把各類數據以系統關系圖的形式組織起來，為語境內容的充實和篩選提供方向。即解決系統到底需要什么數據，數據應當如何引用的問題。

（2）電力系統中任意實物及事件主體都可以描述為系統要素，當根據系統關系圖標示的各要素被充分描述時，電力系統相關數據在有限封閉環境下是最接近事實的，且是最容易共享并引用的。

（3）系統基本信息包括系統時間（時序）、系統結構（系統關系圖）等可全面應用于全系統的系統信息。要充分發掘數據內涵，系統基本信息必然作為系統特殊的要素或關系的基本內容在較大范圍內被引用和對比。比如時間，時間是有關系統要素描述中極為重要的內容，時間軸是電力系統關系圖按時間關系衍進的基礎，是必須加以統一描述的系統信息。在語境應用中常會引用系統時間并與系統要素的時標對比，從而產生判斷結果。

7 小結

當一個較為全面詳細的系統關系圖建立起來時，通過不斷組合系統信息，形成不同封閉語境，可以組合出一定規模的數據內涵庫，通過篩選，可得到有用的數據分析結果。這個過程一方面提高了數據內涵挖掘程度，另一方面也為數據需求規劃提供了方向。

電力系統的數據化、結構化以及語義學表達，對于三型兩網的數據應用具有重要意義。結構化的系統關系數據描述和語義學表達可以為三型兩網所需的數據收集提供導向，并為數據內涵的發掘提供基礎。因此結構化的系統關系數據的語義學描述，可以幫助衍進形成可廣泛共享的數據應用平臺，進而指導泛在電力物聯網進行智能聯動。