基于网络资源的煤矿事故本体知识库的构建研究

摘要

煤矿开采在我国一直属于高危行业，近年来煤矿安全形式虽有好转，但煤矿事故仍时有发生，煤矿安全管理仍需加强。而要提高煤矿安全管理水平，消除管理上的漏洞，避免或减少煤矿事故的发生，煤矿事故知识的管理和再利用则是尤为重要的保障之一。随着煤矿信息化的发展，煤矿企业积累了大量的煤矿事故数据资源，而这些数据资源并没有得到充分利用，使得“数据爆炸知识匮乏”的局面长期存在。如何利用这些数据为煤矿企业提供更好的知识服务是当前亟待解决的问题。本体作为一种知识组织模型，可以很好地对数据知识进行组织和表示，对于煤矿事故数据知识的共享与再利用具有重要作用。本研究从知识管理角度，将本体理论应用到煤矿事故管理中，以煤矿事故案例为数据对象构建煤矿事故本体知识库，为煤矿事故管理提供知识服务，从而在一定程度上提高煤矿安全管理决策水平。
　　首先，在文献研究的基础上，着重分析了领域本体构建、煤矿安全领域知识库以及煤矿事故知识管理的研究应用现状。进而提出将本体理论应用到煤矿事故的知识管理中，构建基于本体的煤矿事故知识库。并从本体概念、本体描述语言及开发工具等方面对本体相关理论进行研究，对比分析知识库与数据库、本体之间的区别与联系，阐述知识库的相关构建技术。
　　然后，从煤矿事故致因机理角度，将煤矿事故知识抽象为六元组。结合本体建模元语，定义了煤矿事故本体模型。基于此，设计了煤矿事故知识库模型以及构建方法，并从知识获取和知识库构建两大方面详细阐述了基于本体的煤矿事故知识库的构建流程。
　　接着，以网络文本资源为数据获取对象，设计网络爬虫获取煤矿事故案例数据。并利用混合方法从文本数据中抽取煤矿事故知识。先通过分词和词性标注提取领域词性规则模板，采用基于规则匹配的方法提取候选领域概念。而后采用基于互信息和信息熵的方法对候选领域概念进行过滤，从而实现煤矿事故案例知识获取。
　　最后，在上述研究的基础上，通过定义本体类及类间层次结构、对象属性、数据属性以及添加事故实例来构建煤矿事故本体，并在知识规则获取、自定义规则的基础上，利用SWRL和Jena的规则语言对知识规则进行形式化，以此形成事故知识规则库，进而实现煤矿事故本体知识库的构建。利用Protégé软件及其插件实现了煤矿事故本体的可视化和查询。并采用“Drools+Jena”组合推理策略进行知识推理，挖掘本体知识库中的隐性知识和新知识，从而实现煤矿事故本体知识库的基本应用。
　　通过研究，本文提出了煤矿事故本体知识库构建方法，从网络数据资源中获取到了煤矿事故案例数据，并基于混合法提取本体概念，在此基础上构建了煤矿事故本体知识库，并对所构建的本体知识库进行了推理应用分析，为煤矿事故管理提供更加智能的知识服务奠定基础，对于加强煤矿事故管理，提高煤矿安全管理水平具有重要意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 领域本体构建研究现状

1．2．2 煤矿安全领域知识库研究现状

1．2．3 煤矿事故知识管理研究现状

1．3 研究内容及技术路线

1．4 论文组织结构

2．1．1 本体定义

2．1．2 本体建模元语

2．1．3 本体描述语言

2．1．4 本体开发工具

2．2 知识库相关理论

2．2．1 知识库、数据库与本体

2．2．2 知识库构建技术

2．3 本章小结

3 煤矿事故本体知识库构建框架

3．1 煤矿事故知识表示模型

3．1．1 事故知识表示元组

3．1．2 事故本体模型

3．2 煤矿事故本体知识库模型

3．3 煤矿事故本体知识库构建流程

3．3．1 煤矿事故知识获取流程

3．3．2 煤矿事故本体构建流程

3．3．3 事故知识规则库构建流程

3．4 本章小结

4 基于网络资源的煤矿事故知识获取

4．1 概念提取流程及方法选择

4．2 煤矿事故数据的获取及处理

4．2．1 煤矿事故案例数据的爬取

4．2．2 事故案例文本的分词处理

4．3 基于规则匹配的事故概念提取

4．3．1 词性规则集的建立

4．3．2 基于规则匹配的概念提取

4．4 基于互信息和信息熵的煤矿事故概念筛选

4．5 本章小结

5 煤矿事故本体知识库构建及应用分析

5．1 煤矿事故本体构建

5．1．1 定义事故本体类及层次结构

5．1．2 定义事故本体的类属性

5．1．3 创建事故本体实例

5．2 煤矿事故知识规则库构建

5．2．1 事故知识规则的规范化

5．2．2 自定义事故本体属性规则

5．2．3 事故知识规则形式化

5．3 煤矿事故本体知识库的应用分析

5．3．1 事故本体知识库的可视化与查询

5．3．2 基于事故本体知识库的知识推理

5．4 本章小结

6．1 总结

6．2 研究不足与展望

参考文献

附录

致谢

读研期间主要科研成果