一種基于本體的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)構(gòu)建領(lǐng)域，提供一種基于本體的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)構(gòu)建方法，該方法基于故障樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)鏈（riskpath）獲取方法，構(gòu)建地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并引入本體的概念，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的本體化表達(dá)與語義化描述，建立風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)本體庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)及其相互關(guān)系的明晰的語義表達(dá)，支持風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的計(jì)算機(jī)理解和語義推理。
【專利說明】一種基于本體的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)構(gòu)建方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)構(gòu)建領(lǐng)域，具體涉及一種基于本體的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn) 知識(shí)構(gòu)建方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在地鐵及各種地下工程的施工過程中，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理至關(guān)重要，作為風(fēng)險(xiǎn)管理的 一部分，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是一項(xiàng)知識(shí)密集型的任務(wù)。調(diào)查顯示，風(fēng)險(xiǎn)管理多是基于管理者前期經(jīng)驗(yàn) 的積累和知識(shí)的重用。由于缺乏足夠風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)導(dǎo)致無法有效識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，是項(xiàng)目實(shí)施階段最 常見的問題。
[0003] 傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)清單、風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)分解等方法普遍使用，但無法表達(dá)風(fēng)險(xiǎn)、致險(xiǎn)因素間的 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系，將彼此關(guān)聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)分割為孤立的知識(shí)項(xiàng)。實(shí)際上風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)間彼此關(guān)聯(lián)， 相互影響，構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而非單向的線性關(guān)系。
[0004] 同時(shí)，以往對(duì)風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的儲(chǔ)存管理通常以文檔形式備案，沒有形成可供計(jì)算機(jī)理 解并能進(jìn)行信息檢索的數(shù)據(jù)庫(kù)記錄，也沒有按照知識(shí)管理的要求，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化的 模型管理。
[0005] 已有的風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)模型多采用面向?qū)ο蟮慕７绞剑L(fēng)險(xiǎn)間復(fù)雜的依賴關(guān)系需要通 過關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)表間的推理進(jìn)行表達(dá)，缺乏明晰的語義表達(dá)。再者，這一建模方式導(dǎo)致后續(xù)的 調(diào)整需要重構(gòu)表間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。
[0006] 同時(shí)，這種知識(shí)模型也不便于擴(kuò)展與共享。風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)需要在工程參與各方之間協(xié) 調(diào)，而傳統(tǒng)的知識(shí)表達(dá)不支持風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)在參與方之間的共享。
[0007] 本體作為概念模型的明確的規(guī)范化說明，與語義網(wǎng)一起為領(lǐng)域知識(shí)的結(jié)構(gòu)化表示 和重用提供了支持。目前，本體技術(shù)在各行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，在建筑領(lǐng)域也展現(xiàn)了極大的 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。對(duì)于地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域來說，歷史風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的積累對(duì)今后施工過程中風(fēng)險(xiǎn)因素 的識(shí)別以及應(yīng)對(duì)措施的選擇具有重大作用，將本體和語義技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的構(gòu)建與表 達(dá)中，對(duì)實(shí)現(xiàn)該領(lǐng)域知識(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一構(gòu)建具有重大意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的就在于克服上述技術(shù)中的不足之處，提供一種基于本體的地鐵施工 風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)構(gòu)建方法，該方法基于故障樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)鏈（risk path)獲取方法，構(gòu)建地鐵 施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并引入本體的概念，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的本體化表達(dá)與語義化描述，建 立風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)本體庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)及其相互關(guān)系的明晰的語義表達(dá)，支持風(fēng)險(xiǎn)知識(shí) 的計(jì)算機(jī)理解和語義推理。
[0009] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為： 一種基于本體的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)構(gòu)建方法，首先獲取地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)的領(lǐng)域知識(shí)，構(gòu) 建風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象庫(kù)。然后通過故障樹抽取的風(fēng)險(xiǎn)因素及其因果鏈關(guān)系，并依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì) 象域中對(duì)象間的關(guān)系以及故障樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建地鐵施工網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化的風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)庫(kù)和案 例庫(kù)。然后將工程風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域知識(shí)建模進(jìn)本體模型，形成工程施工風(fēng)險(xiǎn)本體庫(kù)，所述本體庫(kù)基 于三層框架，分別是元本體、風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)表示本體、實(shí)例本體。其中元本體定義了風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的 元模型，表達(dá)了風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的抽象概念及其關(guān)系，為風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的語義表示提供統(tǒng)一的表達(dá)結(jié) 構(gòu)，也為風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的語義理解和推理奠定基礎(chǔ)。風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)表示本體，通過利用風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象 所處的特定領(lǐng)域知識(shí)概念對(duì)元本體中基本概念和關(guān)系的繼承，對(duì)監(jiān)控對(duì)象及其風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)進(jìn) 行本體表達(dá)得到。實(shí)例本體是在風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象庫(kù)及風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)庫(kù)的本體表達(dá)基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng) 險(xiǎn)案例庫(kù)的知識(shí)，來表達(dá)在某一項(xiàng)目具體情境的的實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)。
[0010] 上述一種基于本體的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)構(gòu)建方法，包括以下步驟： (1)分析領(lǐng)域知識(shí)，抽取概念；對(duì)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象庫(kù)中的知識(shí)以及知識(shí)之間的聯(lián)系進(jìn)行分 析，抽取相關(guān)概念及關(guān)系，建立相應(yīng)的概念圖。
[0011] (2)獲取風(fēng)險(xiǎn)鏈，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)語義網(wǎng)；利用一種基于風(fēng)險(xiǎn)故障樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn) 鏈（risk path)獲取方法，獲取風(fēng)險(xiǎn)與致險(xiǎn)因素間的依賴和影響關(guān)系。采用語義網(wǎng)進(jìn)行風(fēng) 險(xiǎn)知識(shí)的表達(dá)，將各風(fēng)險(xiǎn)鏈基于風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象的領(lǐng)域關(guān)聯(lián)關(guān)系，連接成為一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng) 絡(luò)地圖。并采用語義網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)，形成一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)語義網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn) 知識(shí)及其相互關(guān)系的明晰的語義表達(dá)，支持風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的計(jì)算機(jī)語義理解和推理。
[0012] 基于風(fēng)險(xiǎn)故障樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)鏈（risk path)獲取方法是一種廣泛使用的風(fēng)險(xiǎn) 概率和可靠性分析方法。它把風(fēng)險(xiǎn)事件作為"頂事件"，把產(chǎn)生事件的原因作為"基本事件"， 通過邏輯操作符("與"、"或"）表示基本事件的交叉狀態(tài)，來形象化的表示系統(tǒng)中不良事件 的關(guān)系。
[0013] 故障樹中"頂事件"、"中間事件"、"基本事件"之間的關(guān)系決定了風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中 各節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。在一定程度上，故障樹也揭示出導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)事件的致險(xiǎn)因素，所以，故障 樹為風(fēng)險(xiǎn)鏈的查找提供了可能。 如圖1是一個(gè)典型的故障樹轉(zhuǎn)化為知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)險(xiǎn)鏈的示意圖。
[0014] 連同施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象，相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)和致險(xiǎn)因素，所有的風(fēng)險(xiǎn)鏈與他們的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控 對(duì)象一起交織成一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)作為領(lǐng)域風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控的知識(shí)庫(kù)，不僅包括顯示 的知識(shí)表示，還可以基于規(guī)則從中推理出所蘊(yùn)含的隱性知識(shí)。
[0015] (3)形式化定義本體；對(duì)步驟（2)得到的風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的概念模型，根據(jù)本體的五 個(gè)基本元語來定義本體，簡(jiǎn)單的本體用類C和關(guān)系R定義，表示為0 : {C，R};復(fù)雜些的本體 用類C、關(guān)系R、屬性P、函數(shù)F、公理A、實(shí)例I定義，表示為0 : {C，R，P，F(xiàn)，A，1}。
[0016] (4)構(gòu)建本體模型，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的表達(dá)；在形式化定義本體后，利用本體編輯工 具和本體描述語言來構(gòu)建地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的本體模型，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的語義化描述；對(duì) 于風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則，采用SWRL進(jìn)行表達(dá)，完成風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則庫(kù)的建立。
[0017] 上述一種基于本體的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)構(gòu)建方法，所述步驟（4)中，本體編輯工具 有Prot6g6等，本體描述語言有RDF、0WL等，本體規(guī)則語言有SWRL等。
[0018] 本發(fā)明是基于本體的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)構(gòu)建方法，其特點(diǎn)和意義如下： 將風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案制定等知識(shí)進(jìn)行顯性化地表達(dá)，并利用語義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)間關(guān) 聯(lián)知識(shí)的表達(dá)，使得基于該類知識(shí)的系統(tǒng)具有智能性，便于計(jì)算機(jī)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的語義理解、 推理和檢索，為風(fēng)險(xiǎn)管理(識(shí)別)活動(dòng)提供知識(shí)支持。風(fēng)險(xiǎn)語義網(wǎng)絡(luò)的建立，便于風(fēng)險(xiǎn)管理人 員掌握領(lǐng)域知識(shí)，可視化的把握風(fēng)險(xiǎn)間的相互關(guān)聯(lián)和影響，提高了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，把控的能力。 有利于工程風(fēng)險(xiǎn)管控知識(shí)的利用，提高風(fēng)險(xiǎn)管控績(jī)效。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明方法中由故障樹轉(zhuǎn)化為風(fēng)險(xiǎn)鏈圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明方法中風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象庫(kù)與風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)庫(kù)關(guān)聯(lián)圖。
[0021] 圖3為本發(fā)明方法中面向地鐵工程施工風(fēng)險(xiǎn)分析和監(jiān)控的三層模型框架圖。
[0022] 圖4為本發(fā)明方法中構(gòu)建地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)本體庫(kù)的步驟圖。
[0023] 圖5為本發(fā)明方法中獲取風(fēng)險(xiǎn)鏈中的風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)及其依賴關(guān)系圖。
[0024] 圖6為本發(fā)明方法中Prot6g6環(huán)境下的實(shí)施平臺(tái)圖。
[0025] 圖7為本發(fā)明方法中深基坑實(shí)例本體截圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0027] 地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)及本體知識(shí)的分類： 基于本體的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)構(gòu)建，是對(duì)所包含的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象和風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)等提供概 念模型并進(jìn)行明確的形式化規(guī)范說明，同時(shí)也對(duì)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象庫(kù)中對(duì)象間的關(guān)系和通過故 障樹抽取的風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的因果鏈關(guān)系進(jìn)行描述，把知識(shí)間的邏輯、知識(shí)存儲(chǔ)以及知識(shí)應(yīng)用方 法整合為一個(gè)整體。
[0028] 本發(fā)明根據(jù)地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)的領(lǐng)域知識(shí)，構(gòu)建了風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象庫(kù)和風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)庫(kù)，如 圖2所示； 風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象庫(kù)包含諸如施工工藝、施工對(duì)象和施工資源等各種可能發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的施工 要素以及在施工過程中這些要素之間的關(guān)系。
[0029] 風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)庫(kù)包含風(fēng)險(xiǎn)、致險(xiǎn)因素、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施、風(fēng)險(xiǎn)可能的后果和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則 等內(nèi)容。
[0030] 通過故障樹分析方法提取風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)，并向風(fēng)險(xiǎn)鏈轉(zhuǎn)化，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象構(gòu)成一 個(gè)交織的風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。在故障樹中描述輸入輸出事件關(guān)系時(shí)，存在多種邏輯符號(hào)，例如 "與"、"或"、"異或"等。本發(fā)明不考慮這些關(guān)系之間的區(qū)別，即只考慮拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和對(duì)象屬性 "Cause"所聯(lián)系的上下層元素，通過具體規(guī)則對(duì)這些元素之間的布爾邏輯進(jìn)行建模。如圖1 中事件"E4"和"E5"，如果兩個(gè)事件在同一級(jí)別且是邏輯"或"的關(guān)系，那么他們之間的關(guān) 系可以通過建立兩條SWRL規(guī)則來表達(dá)。另外，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)元素在故障樹中出現(xiàn)多次，那 么只保留該元素唯一一個(gè)節(jié)點(diǎn)，其他與其相關(guān)的節(jié)點(diǎn)元素，會(huì)直接跟這個(gè)唯一的節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)。
[0031] 依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象域中對(duì)象間的關(guān)系以及故障樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建地鐵施工風(fēng)險(xiǎn) 知識(shí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。根據(jù)本體表達(dá)的過程和領(lǐng)域知識(shí)來源，本發(fā)明將工程風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域知識(shí)建模進(jìn) 本體模型，形成工程施工風(fēng)險(xiǎn)本體庫(kù)，所述本體庫(kù)基于三層框架：元本體、風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)表示本 體和實(shí)例本體，如圖3所示。
[0032] A.元本體定義了風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的元模型，表達(dá)了風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的抽象概念及其關(guān)系，為風(fēng) 險(xiǎn)知識(shí)的語義表示提供統(tǒng)一的表達(dá)結(jié)構(gòu)，也為風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的語義理解和推理奠定基礎(chǔ)。
[0033] B.風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)表示本體，通過利用風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象所處的特定領(lǐng)域知識(shí)概念對(duì)元本體 中基本概念和關(guān)系的繼承，對(duì)監(jiān)控對(duì)象及其風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)進(jìn)行本體表達(dá)得到。
[0034] C.實(shí)例本體，是在風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象庫(kù)及風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)庫(kù)的本體表達(dá)基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)案 例庫(kù)的知識(shí)，來表達(dá)在某一項(xiàng)目具體情境的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)例。
[0035] 構(gòu)建地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)本體的具體步驟： 如圖4所示，本發(fā)明構(gòu)建地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)本體知識(shí)具體步驟如下： (1)分析領(lǐng)域知識(shí)，抽取概念；對(duì)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象庫(kù)中的知識(shí)以及知識(shí)之間的聯(lián)系進(jìn)行分 析，抽取相關(guān)概念及關(guān)系，建立相應(yīng)的概念圖。
[0036] (2)獲取風(fēng)險(xiǎn)鏈，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)語義網(wǎng)；利用一種基于風(fēng)險(xiǎn)故障樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的風(fēng) 險(xiǎn)鏈（risk path)獲取方法，（依賴關(guān)系獲取方法)，獲取風(fēng)險(xiǎn)與致險(xiǎn)因素間的依賴和影響關(guān) 系。采用語義網(wǎng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的表達(dá)，將各風(fēng)險(xiǎn)鏈基于風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象的領(lǐng)域關(guān)聯(lián)關(guān)系，連接 成為一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)地圖。并采用語義網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)，形成一個(gè)風(fēng)險(xiǎn) 知識(shí)語義網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)及其相互關(guān)系的明晰的語義表達(dá)，支持風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的計(jì)算機(jī)語義 理解和推理。
[0037] (3)形式化定義本體；對(duì)步驟（2)得到的風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的概念模型，根據(jù)本體的五 個(gè)基本元語來定義本體。由于概念模型的復(fù)雜性，復(fù)雜些的本體用類C、關(guān)系R、屬性P、函數(shù) F、公理A、實(shí)例I定義，表示為0:{C，R，P，F(xiàn)，A，I}。
[0038] 這里的類主要來源于前面得到的風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的概念。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象來 說，一個(gè)施工建筑產(chǎn)品類由多個(gè)施工建筑產(chǎn)品子類組成，或者一個(gè)施工步驟有多種施工方 法可供選擇。
[0039] 關(guān)系主要來源于風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的概念間的關(guān)系。比如關(guān)系名稱為isPartOf代 表了施工產(chǎn)品間的整體部分關(guān)系，isComposedOf表示一個(gè)建筑施工過程由多個(gè)施工步驟組 成的關(guān)系，hasRisk表不風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象存在潛在風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系等等。
[0040] 屬性是二元關(guān)系，這里主要描述了施工方案的工程屬性信息，比如工程參數(shù)，幾何 參數(shù)，時(shí)間參數(shù)，調(diào)度參數(shù)等等；函數(shù)是指一個(gè)推理過程，如一些致險(xiǎn)因素的集合推出一個(gè) 風(fēng)險(xiǎn)等；公理是對(duì)對(duì)本體中的類、屬性、實(shí)例進(jìn)行的邏輯聲明；實(shí)例表達(dá)了某一項(xiàng)目具體情 境的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)例。
[0041] (4)構(gòu)建本體模型，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的表達(dá)；在形式化定義本體后，利用本體編輯工 具和本體描述語言來構(gòu)建地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的本體模型。本體編輯工具有Prot6g6等，本 體描述語言有RDF、0WL等，本體規(guī)則語言有SWRL等。使用者可根據(jù)所要表達(dá)知識(shí)的特點(diǎn)選 擇適合的一種來構(gòu)建和描述本體。然后進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的語義化描述，完成風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)本體庫(kù) 的建立。如圖6為Prot6g6環(huán)境下的實(shí)施平臺(tái)圖。
[0042] 除了 0WL顯式表示的知識(shí)外，還存在許多由規(guī)則表示的其他類型的知識(shí)，通過驅(qū) 動(dòng)規(guī)則，能夠從顯式知識(shí)中推理出一些結(jié)論或隱含的信息/知識(shí)。選取SWRL來表示約束規(guī) 則。
[0043] 一條SWRL規(guī)則包含前件（Body)和后件（Head)兩部分，他們由本體中的類、屬性、 實(shí)例和特征值組成。規(guī)則的前件表示可能導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的條件/情形，一旦規(guī)則的前件得 到滿足，那么規(guī)則會(huì)被觸發(fā)執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的推斷。規(guī)則執(zhí)行后，所推導(dǎo)出的新事實(shí)將會(huì)被存 儲(chǔ)起來，基于新的事實(shí)庫(kù)，其他前件得到滿足的規(guī)則，將會(huì)依次被觸發(fā)執(zhí)行，這也是風(fēng)險(xiǎn)語 義網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)險(xiǎn)鏈之間串聯(lián)的體現(xiàn)。
[0044] 利用本體中的概念和關(guān)系的組合作為識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)的前件，滿足風(fēng)險(xiǎn)前件，即可推理 出可能的風(fēng)險(xiǎn)，并將識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)與監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
[0045] 對(duì)于構(gòu)建完成的本體，除了進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別推理外，還可以實(shí)現(xiàn)基于本體的風(fēng)險(xiǎn) 信息查詢，得到更豐富的風(fēng)險(xiǎn)信息。
[0046] SWRL規(guī)則可以同SQWRL -并實(shí)現(xiàn)對(duì)0WL知識(shí)的查詢。通過SWRL編寫查詢規(guī)則實(shí) 現(xiàn)查詢，可以對(duì)所有可能的風(fēng)險(xiǎn)以及具體風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象包含的風(fēng)險(xiǎn)鏈進(jìn)行查找和羅列；同 時(shí)，推斷出在一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象施工過程中出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，也有可能出現(xiàn)在其他風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì) 象上。
[0047] (5)基于所構(gòu)建的風(fēng)險(xiǎn)語義表達(dá)模型，將本體、SWRL規(guī)則以及風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控信息實(shí)例轉(zhuǎn) 化為JESS規(guī)則引擎中的規(guī)則和事實(shí)，然后運(yùn)行規(guī)則庫(kù)中與事實(shí)相匹配的規(guī)則，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)知 識(shí)在JESS規(guī)則引擎中的識(shí)別推理，基于語義的風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)檢索、查詢等功能。
[0048] 以0WL語言表示的類與JESS規(guī)則引擎中的模板相對(duì)應(yīng)，類似于面相對(duì)象的過程， 用于定義類和類的層次結(jié)構(gòu)。
[0049] 0WL中類的實(shí)例，作為0WL-Prot6g6的事實(shí)，相應(yīng)的被轉(zhuǎn)化為JESS中的事實(shí)。同 樣，0WL中實(shí)例之間的關(guān)系，數(shù)據(jù)值，所定義的對(duì)象屬性和數(shù)據(jù)屬性也需要轉(zhuǎn)化為JESS中的 事實(shí)。SWRL規(guī)則通過轉(zhuǎn)換器SWRL2JESS轉(zhuǎn)換為JESS規(guī)則。通過轉(zhuǎn)化，實(shí)際的風(fēng)險(xiǎn)的語義推 理在JESS規(guī)則引擎中進(jìn)行。
[0050] 至此，地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)本體模型構(gòu)建完成。所建本體模型提供了風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)管理 數(shù)據(jù)庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)，也可以作為風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)管理和應(yīng)用的數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、歷史風(fēng)險(xiǎn) 事件的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防等；不僅克服了風(fēng)險(xiǎn)清單的限制，而且也可以實(shí)現(xiàn)類似基于案 例的推理（CBR)的功能。同時(shí)，通過0WL和SWRL語言進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的編碼和語義標(biāo)注，促 進(jìn)了風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的識(shí)別推理、語義檢索等功能應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)。
[0051] 下面為形式化定義深基坑領(lǐng)域風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)本體（FP0)的例子： 采用六元素法，F(xiàn)P0: :={Cf，Rf，Pf，F(xiàn)f，Af，If } Cf用來描述深基坑領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)內(nèi)容組成，例如深基坑工程中的支護(hù)結(jié)構(gòu)可以分為 地下連續(xù)墻，鉆孔灌注樁墻，板樁墻，土釘墻等，可形式化為Cf :={Cfl，Cf2，Cf3,……}，地 下連續(xù)墻還可分為槽段和連接件，比如Cn={Cfll，Cfl2} Rf用來描述深基坑領(lǐng)域知識(shí)中各個(gè)概念之間的關(guān)系，可以形式化為Rf :={isPart0f， isComposedOf, isDirectlyAfter, Cause,......}。isPartOf 表不部分屬于的關(guān)系，例如 連接件屬于地下連續(xù)墻的一部分；isComposedOf表示一個(gè)建筑施工過程由多個(gè)施工 步驟組成，例如地下連續(xù)墻的施工過程包括構(gòu)筑導(dǎo)墻、成槽、預(yù)插連接件等施工步驟； isDirectlyAfter表示了兩個(gè)施工步驟的順序關(guān)系，例如燒筑混凝土在清理連接件完成后 實(shí)施；Cause表示一項(xiàng)致險(xiǎn)因素可能引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，例如連接件斷裂可能引發(fā)地鐵連續(xù) 墻滲漏的風(fēng)險(xiǎn)，通過風(fēng)險(xiǎn)因素間的彼此"Cause"，形成一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)影響的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
[0052] Pf描述了深基坑領(lǐng)域知識(shí)概念的屬性集合，這些屬性描述了施工方案的 工程屬性信息，包括工程參數(shù)，幾何參數(shù)，時(shí)間參數(shù)，調(diào)度參數(shù)等等，可形式化為Pf : = {Pfl,Pf2,Pf3,……}，例如基坑底部土質(zhì)類別、基坑底部地下水深度等。
[0053] Ff描述的是深基坑領(lǐng)域風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的一些規(guī)則和推理，形式化為Ff : ={卩代？；1^代8?；1^}，表示丨；1^(口代？；〇1：11611〇^8?；〇，口代？；1^為多個(gè)概念元素的集合，代8?；1^為 這些概念元素推理出的結(jié)果。如對(duì)地下連續(xù)墻滲漏風(fēng)險(xiǎn)的推理判斷，if (連接件混雜泥土 &連接件斷裂）then (地下連續(xù)墻存在滲漏風(fēng)險(xiǎn))。
[0054] Af :={a}描述了深基坑領(lǐng)域中進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)推理所依賴的公理與約束。它是對(duì)本 體中的類、屬性、實(shí)例進(jìn)行的邏輯聲明。例如澆筑混泥土前必須對(duì)地下連續(xù)墻接頭進(jìn)行清 理，可以形成如下兩個(gè)公理1 :澆筑混凝土前必須清洗連接件(接頭）；公理2 :澆筑混凝土只 有一項(xiàng)緊前工作。再譬如，在地下連續(xù)墻的成槽施工中，吊裝鋼筋籠工序與灌注混泥土的間 隔時(shí)間不能超過6小時(shí)。
[0055] If :={i}描述了深基坑領(lǐng)域中的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)例對(duì)象。例如圖7所示的基坑實(shí)例本體中， 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注粧擋土墻，土質(zhì)類別為粉質(zhì)粘土，地下水頭差4米，基坑軟土層沒 有加固，粧的入巖，入土比為0. 7,基坑底土層厚度小于20cm，通常存在基坑底涌沙風(fēng)險(xiǎn)。
[0056] 0WL是一種基于語義用來描述邏輯的形式語言。它促進(jìn)了知識(shí)概念間的自動(dòng)推理， 并提供了 RDF / XML語法來表示本體知識(shí)，實(shí)現(xiàn)了不同知識(shí)領(lǐng)域的信息交流。例如地下連 續(xù)墻的成槽施工有三種施工方法：全沖孔式成槽法，抓斗機(jī)成槽法和旋挖成槽法。如下所示 的部分0WL文件碼在Prot6g6和OWL-SEditor的插件環(huán)境下生成，并且描述了這些概念和 關(guān)系。
[0057] 〈owl:Classrdf:about=〃# grab-bucket-digging-trench_method〃> 〈rdfs:subClassOfrdf:resource=〃# digging-trench-method 〃/> <owl:disjointWith> 〈owl:Classrdf:about=〃#percussive-drilling-digging-trench_method〃/> </owl:disjointWith> <owl:disjointWith> <owl: Classrdf: about=//#rotary-drilling-digging-trench-method 〃/> </owl:disjointWith> </owl:Class> 同樣的，屬性特征也可通過OWL文件碼描述。例如屬性isUsedin具有傳遞性，它的相 反屬性為Use，它的值域和定義域分別為施工設(shè)備類和施工活動(dòng)類。代碼如下所示： 〈owl:0bjectPropertyrdf:about=〃#isUsedin〃> <rdf : type rdf:resource = 〃http://www. w3. org/2002/07/ owl#TransitiveProperty///> <owl:inverse0f> 〈owl:0bjectPropertyrdf:about=〃#Use〃/> </owl:inverseOf> 〈rdfs:domainrdf:resource=〃#construction-equipment〃/> <rdf s: rangerdf: resource=//# construct ion-act ivity///> </owl:0bjectProperty> 基于深基坑本體模型，將建立的SWRL規(guī)則以及風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控信息實(shí)例轉(zhuǎn)化為JESS規(guī)則引 擎中的規(guī)則和事實(shí)。
[0058] 屬性"hasConTask" "hasConProcess"之間的層次關(guān)系可以用如下JESS模板進(jìn)行 表不。
[0059] (deftemplateowl:Thing (slot name)) (deftemplatehasConTaskowl: Thing) (deftemplatehasConProcess extends hasConTask) 事實(shí) Foundation-Pit_Bottom_l 作為 Foundation-Pit_Bottom 類的實(shí)例，被轉(zhuǎn)化為 JESS事實(shí)。
[0060] assert (Foundation-Pit-Bottom (name Foundation-Pit-Bottom-1)) 事實(shí)"the Construction-Task has its corresponding Construction-Method，'被 轉(zhuǎn)化為如下JESS事實(shí)。
[0061] (assert (hasConMethod Construction-Task Construction-Method)) 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別推理規(guī)則"Risk_ID_FlowingSand"，被轉(zhuǎn)化為下述JESS規(guī)則。
[0062] (defrule Rulel(Deep-Foundation-Pit (name ?pt)) ( BoredPile(name ?bp i 1 e)) ( Contiguous_pile_wal1 (name ?cpw)) ( isPartOf?cpw， ？pt) (isAssembled0f?cpw, ?bpile) (forceCall ?f:0&:(invokeSWRLBuiltln Rulel swrlb:StringEquallgnoreCase 0 ? bpile false)) (forceCall ?f: 1&: (invokeSWRLBuiltln Rulel swrlb: equal 0 ?bpile 0.7))( Foundation-Pit-Bottom(name?fpb)) (isPart0f?fpb， ？pt) (hasFoundationPitBottomSoi1 ?fpb，〃silt〃） (forceCall ?f:2&:(invokeSWRLBuiltln Rulel swrlb:StringEquallgnoreCase 0 ?fpbs true)) (hasBedthickness ?fpb， ?thikness) (forceCall ?f: 3&: (invokeSWRLBuiltln Rule8 swrlb: lessThan 0 ?thikness 200)) ( HGC0:UndergroundWater (name ?UGWater)) (hasUnderGroundWater (?fpb, ?UGWater) (hasWaterHead ?UGWater, ?waterhead) (forceCall ?f:4&: (invokeSWRLBuiltln Rule8 swrlb: lessThan 0 ?waterhead 4)) (Flowing-sand ?flowingsandrisk))) => (assert ( hasRisk ?fpb ?flowingsandrisk)) 可以看出在實(shí)例"Foundation-Pit_Bottom_l"的"hasRisk"信息欄中出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)例 "Flowing_Sand_Risk"，識(shí)別出基坑底部"流沙"的風(fēng)險(xiǎn)，并在"hasRiskPreventionMeasure" 屬性中給出該風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防措施，以此提醒管理者要注意風(fēng)險(xiǎn)的防范，提高施工的安全性。
[0063] 運(yùn)用相應(yīng)查詢規(guī)則，我們可以發(fā)現(xiàn)并列出深基坑領(lǐng)域所有可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)和具體 風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象的風(fēng)險(xiǎn)路徑。同時(shí)，我們也可以推斷出在風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象的施工過程中，可能會(huì) 給其他施工對(duì)象帶來的風(fēng)險(xiǎn)等等。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于本體的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)構(gòu)建方法，其特征在于：首先獲取地鐵施工風(fēng)險(xiǎn) 的領(lǐng)域知識(shí)，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象庫(kù)，然后通過故障樹抽取的風(fēng)險(xiǎn)因素及其因果鏈關(guān)系，并依 據(jù)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象庫(kù)中對(duì)象間的關(guān)系以及故障樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建地鐵施工網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化的風(fēng) 險(xiǎn)知識(shí)庫(kù)和案例庫(kù)，然后將工程風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域知識(shí)建模進(jìn)本體模型，形成工程施工風(fēng)險(xiǎn)本體庫(kù)； 所述本體庫(kù)基于三層框架，分別是元本體、風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)表示本體、實(shí)例本體，其中元本體定義 了風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的元模型，表達(dá)了風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的抽象概念及其關(guān)系，為風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的語義表示提供 統(tǒng)一的表達(dá)結(jié)構(gòu)，也為風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的語義理解和推理奠定基礎(chǔ)，風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)表示本體，通過利用 風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象所處的特定領(lǐng)域知識(shí)概念對(duì)元本體中基本概念和關(guān)系的繼承，對(duì)監(jiān)控對(duì)象及 其風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)進(jìn)行本體表達(dá)得到，實(shí)例本體是在風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象庫(kù)及風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)庫(kù)的本體表達(dá)基 礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)案例庫(kù)的知識(shí)，來表達(dá)在某一項(xiàng)目具體情境的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)例。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于本體的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)構(gòu)建方法，其特征在于該 方法包括以下步驟： (1) 分析領(lǐng)域知識(shí)，抽取概念；對(duì)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象庫(kù)中的知識(shí)以及知識(shí)之間的聯(lián)系進(jìn)行分 析，抽取相關(guān)概念及關(guān)系，建立相應(yīng)的概念圖； (2) 獲取風(fēng)險(xiǎn)鏈，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)語義網(wǎng)；利用一種基于風(fēng)險(xiǎn)故障樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)鏈獲 取方法，以獲取風(fēng)險(xiǎn)致險(xiǎn)因素間的依賴和影響關(guān)系；采用語義網(wǎng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的表達(dá)，將各 風(fēng)險(xiǎn)鏈基于風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控對(duì)象的領(lǐng)域關(guān)聯(lián)關(guān)系，連接成為一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)地圖，并采用語義 網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的表達(dá)，形成一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)語義網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)及其相互關(guān)系 的明晰的語義表達(dá)，支持風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的計(jì)算機(jī)語義理解和推理； (3) 形式化定義本體；對(duì)步驟（2)得到的風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的概念模型，根據(jù)本體的五個(gè)基 本元語來定義本體，簡(jiǎn)單的本體用類C和關(guān)系R定義，表示為0 : {C，R};復(fù)雜些的本體用類 〇、關(guān)系1?、屬性？、函數(shù)？、公理4、實(shí)例1定義，表示為0:{(：，1?，？，？，4，1} ; (4) 構(gòu)建本體模型，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的表達(dá)；在形式化定義本體后，利用本體編輯工具和 本體描述語言來構(gòu)建地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的本體模型，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)的語義化描述，完成風(fēng) 險(xiǎn)知識(shí)本體庫(kù)的建立，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則，則采用SWRL進(jìn)行表達(dá)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于本體的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)構(gòu)建方法，其特征在于： 所述步驟（4)中，本體編輯工具采用Prot6g6,本體描述語言采用RDF或OWL，本體規(guī)則語言 采用SWRL。
【文檔編號(hào)】G06Q10/06GK104123609SQ201410316786
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月5日
【發(fā)明者】丁烈云, 鐘波濤, 駱漢賓, 彭小凡 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)