基于领域本体的数字孪生流域知识图谱构建与应用

为支撑数字孪生流域知识图谱的快速高效构建,以澧水流域为例,参照水利对象分类总则,通过梳理澧水流域内与江垭皂市工程相关的知识对象,选取关键属性,运用本体语义关系表达物理流域中的江河湖泊、水利工程和水利对象治理管理活动等实体、概念及其关系,构建了面向防洪兴利的数字孪生流域知识本体。基于水利领域本体模型和设计图数据模式进行结构化分类和关联,快速构建了数字孪生流域知识图谱;再利用MySQL和Neo4j图数据库进行知识混合存储,利用Cypher检索语句查询和应用对象关系,以支撑水利知识的快速检索和定位。

面向数字孪生工程的水利知识图谱构建及应用

构建水利领域的知识图谱可为数字孪生水利工程建设提供结构化的知识支持。基于黄河小浪底、万家寨水利枢纽预报调度、工程安全、业务规则数据,使用实体识别和关系抽取模型构建面向数字孪生工程的水利知识图谱(KG4DT),并对图谱进行可视化展示。以水利枢纽为核心确定实体分类体系及关系分类体系,构建KG4DT的模式层。使用二次开发的标注平台对非结构化文本进行半自动标注和人工校对,构建KG4DT的数据层。以黄河小浪底和万家寨水利枢纽防洪、减淤、供水、发电业务为主线,结合AC自动机等技术设计知识检索、预案自动生成应用,可为工程运行提供智能决策支撑。

面向工业数字孪生的三层知识图谱结构设计方法

随着工业领域数字化和智能化的发展,企业正面临着提高生产效率、降低生产成本、优化生产过程以及实现实时监控等挑战。数字孪生技术作为一种有效的解决方案,受到了广泛关注。然而,工业建设数字孪生过程中存在数据获取与整合、模型构建与更新以及实时性与精度等难点。为解决这些问题,提出了一种基于数字孪生的知识图谱概念-实例-模块结构设计方法。数字孪生知识图谱模型采用概念-实例-模块三层架构,概念层通过知识图谱建立全面有机的知识网络;实例层进行数字化建模,实现理论参数的真实再现;知识模块层则将前两层知识进行融合,形成功能模块,以实现全面监测和控制。这一模型能够对工业加工知识进行更为准确、细致的建模和分析,帮助企业实现数字化建模、精确仿真模拟、预测分析、异常检测等高级应用功能。

基于文献计量的数字工程研究进展与趋势分析

数字工程被认为是系统工程在数字化时代的延伸,具有能有效缩短装备研制周期、提升产品质量、优化工程体系等优点,实现装备采办过程由“以文本为中心”向“以数据为中心”的范式转变。为全面系统地分析数字工程的发展概况和研究动态,通过对Web of Science数据库中“Digital Engineering”相关文献进行CiteSpace计量分析,分别从发文量、研究领域与文献分布、所属国家与机构分布、作者与机构合作知识图谱、共被引知识图谱、关键词共现等不同角度审视研究主题结构,结合可视化知识图谱对数字工程研究的现状、趋势和热点进行了分析。分析结果表明,数字工程研究具有多学科、跨领域的交叉特性,已跨入快速上升期;已初步形成多个数字工程研究团队,但核心作者较分散;美国、英国、德国等发达国家投入数字工程研究力度大且取得成果丰硕,而我国在数字工程研究的资助和战略部署方面亟待加强。此外,从研究趋势的演进来看,未来数字工程研究的重点将聚焦于基于模型的系统工程、Digital Twin等技术体系。最后,进行全文结论性总结,指出数字工程面临的挑战以及未来重点发展方向。

基于装配语义与图神经网络的产品虚拟装配线智能化构建方法

随着智能制造技术的快速发展,数字化工厂方法在生产系统规划设计中的应用日益广泛。构建虚拟装配线或装配线数字孪生体已成为实现装配线数字化规划设计的关键环节。然而,传统的设计方法主要依赖于经验,存在效率低下、设计周期长、优化困难等问题。为了克服上述困难,本研究以产品装配线设计为背景,提出一种基于产品装配语义和图神经网络的产品虚拟装配线智能化构建方法。为验证所提出方法的可行性和有效性,本研究以某液压缸虚拟装配线构建为案例进行了实证研究。结果表明,该方法能够提高装配线设计效率,缩短设计周期,并实现装配线布局的智能优化。

基于知识图谱的复杂薄壁零件机械加工工艺知识建模研究

智能工艺设计是数字孪生环境下工艺设计的核心,零件工艺知识建模是实现基于数字孪生的智能工艺设计的前提。为此,针对航空航天领域复杂薄壁零件机械加工工艺数据结构化程度低、难以重用的问题,提出了典型复杂薄壁零件机械加工工艺知识图谱的构建和质量评估方法。首先,对机械加工工艺知识组成和结构进行分析。其次,通过本体建模、知识抽取、知识储存等相关技术实现了工艺知识的可视化表征,并基于Neo4j图数据库实现机械加工工艺知识检索。最后,利用层次分析法对构建完成的知识图谱进行评估,并以框段类零件的机械加工工艺知识为验证对象,得到子图谱的综合准确度为92.28%。试验结果表明,基于知识图谱的工艺知识建模方法切实可行,有助于实现工艺知识的有效组织和重用,为数字孪生的智能工艺设计奠定基础。

基于数字孪生的后雨刮生产线本体建模研究

针对汽车后雨刮生产线数字孪生项目实现虚实映射过程中,面临大量零散映射数据缺乏有效的信息组织管理、导致开发人员难以获取相关数据和重用性不高的问题,对基于本体的生产线数字孪生知识网络模型构建方法进行研究。从生产线数字孪生实现过程出发,提出了涵盖虚拟样机层、自动控制层和生产流程层的孪生数据知识网络结构模型。结合基于字符串、语义和结构的相似度算法及集成学习技术,建立本体融合的框架模型,实现了对孪生数据的信息融合,为后期孪生服务应用打下基础。

时空语义数字底板技术研究及其在物流领域的应用

随着数字孪生在各行各业的推进,传统的数字底板已经不能满足更加智能的时空还原和推演需求。提出了时空语义数字底板的概念,结合物流的应用场景,阐述了时空语义数字底板的功能框架和分层模块功能,从数据和知识双轮驱动的角度,构建了数据驱动画像和空间语义知识图谱,并对地址切分和融合技术、时空语义知识图谱等关键技术进行了分析。最后,介绍了时空语义数字底板在智慧物流中的应用,展示了其时空还原和时空推演的能力。

离散数学自适应导学实践教学探索

本文针对离散数学课程教学中存在的诸多问题,探索“人工智能+教育”教学模式,提出基于知识图谱的自适应导学理念的新生态教学模式探索改革方法。首先对优质资源进行筛选、整合与建设,构建双层知识图谱;然后构建课程群体数字孪生模型,给出融合教育理论的自适应导学推荐算法,并利用个体孪生数字模型对基于知识图谱RippleNet算法产生的学习路径进行分析,择优推荐出符合学习者个体特征的学习路径,有效利用资源,以备教师对学习者效果有效预估、预警。

数字孪生黄浦江防汛预案知识图谱构建及应用研究

为解决防汛预案利用率低、难以满足快速精准的信息检索等问题,提升防汛预案管理的自动化和信息化水平,通过分析领域知识图谱需求,构建具有完整结构的防汛预案静态知识本体,提升防汛预案信息检索效率。同时运用知识抽取理论分析不同实体特点,研究领域数据层的构建方法。利用自然语言处理、图数据库等计算机技术创建黄浦江防汛预案知识图谱,并基于知识图谱构建防汛业务应用,为防汛调度会商研判和精准决策指挥提供数据支撑,提升黄浦江防汛业务的自动化和智能化水平。

面向数字孪生流域的知识平台构建关键技术

数字孪生流域中的知识平台需要支撑物理流域全映射与孪生流域可互动等应用要求。针对知识平台中的水利知识图谱、历史场景模式、业务规则、专家经验等建设内容,提出了一种基于知识图谱的数字孪生流域知识体系架构。在该架构中,利用图模型描述业务场景中实体概念间的关联关系,以事件为视角描述事件演化背后的机理与模式,以业务为导向形成业务-事件-要素间的关联网络,最终构建形成全景式耦合网络。基于全景式耦合网络,进一步建立了物理空间与数字空间、业务层与支撑层互动关联的闭环式应用架构。将此架构应用至数字孪生流域平台中,以事件为驱动,通过数据反馈形成决策闭环,从而达到支撑水利业务智能管理与决策的目的。

数字孪生汉江流域建设先行先试关键技术探讨

针对汉江流域水工程种类多样、体量庞大、预报调度任务复杂且艰巨、水资源管理与调配业务信息化程度不足的现状,选取汉江流域作为数字孪生建设先行先试工作试点,重点围绕防洪调度和水资源管理与调配业务需求,开展数字孪生平台及预报、预警、预演、预案“四预”功能建设。目前,数字孪生汉江流域已初步构建与流域实体孪生的数据底板,搭建统一且通用的模型平台和微服务化的知识平台,融合专业模型、知识图谱与业务应用,基于水工程联合调度规则库、水位目标控制的水库调度方式优化、行蓄洪空间防洪调度知识图谱等关键技术,形成防洪调度和水资源管理与调配智慧应用。建设过程中在可视化技术、孪生平台、知识图谱等方面凝练相关技术成果,可为其他数字孪生建设提供支撑参考。

数字孪生流域知识图谱构建及其应用

为通过数字孪生构建物理流域与数字流域关联,实现对流域资源、环境、生态等多方面的监测、分析与优化配置,探讨了数字孪生流域建设过程中知识图谱的应用前景、构建方法、应用和面临的挑战。在知识工程相关技术基础上,以甘肃省白龙江干流舟曲县河段流域为例,对其中水利对象、防洪保护对象及其之间的关联关系进行了知识表示、抽取、融合和推理,构建了可视化、交互式的流域知识拓扑图,使其为数字孪生流域管理提供需求分析、知识检索、决策分析等应用价值,并对可能面临的挑战进行了分析,如需提升数据质量与标准化问题、或将面临的技术瓶颈等。研究成果可为水利工程知识图谱建设与推广应用提供参考。

基于数字孪生的增强现实多人协作装配

为了保证复杂产品在关键装配阶段的一次成功率和质量一致性,提出一种基于数字孪生的增强现实(AR)多人协作装配方法。首先提出基于数字孪生的AR多人协作装配架构,根据协作装配的复杂性对装配序列进行过程分解;其次将装配过程上下文数据构造为装配工艺知识图谱,明确了协同过程装配信息的传递与迭代机制,提高了AR协作装配的工况自适应性。在此基础上采用基于根锚点的协同方法实现多人装配过程的AR场景协同,并通过装配工艺知识图谱提供的实时知识实现数据协作,保证了协同装配的质量和效率。以某钢厂复杂轧机的装配为例,建立了基于增强现实的多人协作数字孪生装配系统,验证了所提方法的有效性和可行性。

四川省数字孪生流域知识图谱的设计与实现

为解决水利信息资源管理分散、利用率低、缺乏统一整合和关联应用等问题,满足数字孪生流域建设中知识平台的构建需求,以数字孪生流域建设的数据底板为基础,依托自顶向下和自底向上相结合的方法,通过总体框架设计,基于BERT-BiLSTM-CRF命名实体识别、Transformer模型的关系抽取、Neo4j的存储和可视化展示完成知识图谱的搭建,并基于知识图谱建设性构建智能问答系统,为四川省数字孪生流域物理流域的全映射提供支撑,实现知识的可视化表达、精准查询与智能推荐,为四川省河湖智能管理提供知识性参考。

数字孪生体系下长线水利工程可视化模型和地质剖面图信息联动展示研究及实践

为响应水利数字孪生要求,研究长线性水利工程数字孪生实现路径,实时反映工程全线任意位置的工程情况,以BIM+GIS技术和传统的地质剖面图结合为切入点,创新性提出一种二三维工程数据联动查询和空间最短距离匹配查询算法,通过数据融合、数据结构设计、软件开发等步骤实现了数字化场景与地质剖面图的视图联动、信息联查。用户通过鼠标移动悬浮在任意BIM模型上即可在地质剖面图中实时获取该段管线或建筑物对应的桩号、地质条件、设计断面、施工情况、运行状态等全要素信息。通过在某长线性深邃引水工程中的实践表明,基于实时监测和上报的数据,利用该联动查询方法,工程管理人员足不出户即可随机查询和掌握工程全线任意桩号的实时信息,为数据底板的实时更新查询及工程生产运营管理等业务应用奠定基础,在一定程度上实现了工程的数字孪生。

斜秩等于围长的定向图的刻画

设G^(σ)是定向图,S(G^(σ))是其斜邻接矩阵.图G^(σ)的斜秩sr(G^(σ))定义为其斜邻接矩阵的秩.图G^(σ)的围长,记为g(G),定义为其基础图G中最短圈的长度.刻画了斜秩等于围长的定向双圈图,定向三圈图进而推广至所有定向含圈图.

医药卫生领域数字孪生相关文献计量与知识图谱分析

目的 运用文献计量学的方法分析医药卫生领域数字孪生相关研究的现状和发展趋势。方法 在中国知网、万方、维普、PubMed和Web of Science数据库检索自建库至2022年10月15日已发表的有关医药卫生领域数字孪生研究的文献,通过NoteExpress进行查重和筛选,运用VOSviewer进行知识图谱分析。结果 2021年起医药卫生领域有关数字孪生的文献量大幅增长,Journal of Medical Ethics是发表文献最多的期刊(8篇),Mohammed和Shamanna是发文最多的作者(9篇),荷兰的马斯特里赫特大学则是发表文献最多的机构(9篇);研究热点包括数字孪生与机器学习、人工智能等新兴技术的结合,以及其在个性化医疗等领域的应用。结论 目前数字孪生在医药卫生领域引起了较多的关注,其应用尚且有限,但结合数据、知识和算法的数字孪生潜力巨大。

基于科学知识图谱的数字孪生发展可视化分析

随着工业4.0、智能制造等技术与发展战略的出台,数字孪生领域的研究与应用探索逐渐成为研究热点。通过定量化与可视化的文献计量分析方法,对WoS数据库中数字孪生领域的研究成果进行梳理,并运用科学计量理论算法与可视化分析软件分析了数字孪生领域的文献外部特征,讨论了领域的研究热点以及热点演进趋势,展望了领域未来的研究方向,为关注数字孪生领域的学者与企业实践者提供参考。

有向无环图-双支持向量机的多类分类方法

针对多分类支持向量机算法中的低效问题和样本不平衡问题,提出一种有向无环图-双支持向量机DAG-TWSVM(directed acyclic graph and twin support vector machine)的多分类方法。该算法综合了双支持向量机和有向无环图支持向量机的优势,使其不仅能够得到较好的分类精度,同时还能够大大缩减训练时间。在处理较大规模数据集多分类问题时,其时间优势更为突出。采用UCI(University of California Irvine)机器学习数据库和Statlog数据库对该算法进行验证,实验结果表明,有向无环图-双支持向量机多分类方法在训练时间上较其他多分类支持向量机大大缩短,且在样本不平衡时的分类性能要优于其他多分类支持向量机,同时解决了经典支持向量机一对一多分类算法可能存在的不可分区域问题。