面向船舶运行数字孪生体的孪生数据集成化管理方法技术

本发明专利技术涉及一种面向船舶运行数字孪生体的孪生数据集成化管理方法，包括：对船舶运行过程中数字孪生体的孪生数据数据源进行采集，构建本体知识库；定义面向船舶运行数字孪生体孪生数据的全局本体和局部本体之间的概念的映射和关系，实现孪生数据统一描述模型构建；根据所建立的船舶运行过程孪生数据的统一描述模型，实现船舶孪生数据的统一存储与管理。本发明专利技术针对船舶运行数字孪生体的孪生数据多源、异构以及数据量大的特点，提取不同数据源的语义特征，构建数据的统一描述模型并实现了孪生数据的统一存储与管理，使得船舶运行孪生数据的查询及使用操作更加直观便捷，为船舶数字孪生相关应用提供集成化数据基础。字孪生相关应用提供集成化数据基础。字孪生相关应用提供集成化数据基础。

【技术实现步骤摘要】
面向船舶运行数字孪生体的孪生数据集成化管理方法


[0001]本专利技术涉及船舶运行管理领域，更具体地说，涉及一种面向船舶运行数字孪生体的孪生数据集成化管理方法。

技术介绍

[0002]近年来，数字孪生技术在船舶领域有着非常广泛的应用需求和市场前景，通过建立面向船舶运行的数字孪生体，能够以数字化的方式建立船舶物理实体的多维、多时空尺度、多学科、多物理量的动态虚拟模型来仿真和刻画真实船舶在真实运行环境中的属性、行为、规则等，在船舶运行状态实时跟踪、运行状态预测、故障分析等方面具有十分重要的意义。在船舶运行过程中，通过数字孪生技术刻画的船舶物理实体、虚拟模型以及服务系统会产生具有多源、异构、数据量大等特征的孪生数据，这些孪生数据是推动数字孪生船舶各部分的运转以及船舶数字孪生相关应用的核心。运行船舶数字孪生体的孪生数据多源、异构、数据量大的特点，现有技术难以实现集成化管理。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种面向船舶运行数字孪生体的孪生数据集成化管理方法，能够使得船舶运行孪生数据的查询、使用以及管控等操作更加直观便捷，为船舶数字孪生相关应用提供集成化数据基础。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种面向船舶运行数字孪生体的孪生数据集成化管理方法，包括以下步骤：
[0005]S1、对船舶运行数字孪生体的孪生数据数据源进行收集分析，在此基础上对孪生数据进行本体建模构建本体知识库，即面向船舶运行数字孪生体孪生数据的全局本体知识库与局部本体知识库；所述本体知识库包括以下四部分：
[0006](1)表示船舶运行孪生数据源的概念及相互关系的类；
[0007](2)支持船舶运行孪生数据全局本体和局部本体构建的类的属性；
[0008](3)全局本体和局部本体所包含类之间的属性约束；
[0009](4)描绘船舶运行孪生数据的全局本体和局部本体所包含类的数据实例；
[0010]S2、定义面向船舶运行数字孪生体孪生数据的全局本体和局部本体之间的概念的映射和关系，通过定义类之间的对象属性解决数据之间存在的语义异构问题，实现数据统一描述模型构建；
[0011]S3、根据所建立的船舶运行孪生数据的统一描述模型，将船舶运行孪生数据本体模型以三元组的形式持久化存储到关系数据库，实现船舶孪生数据的统一存储与管理。
[0012]按上述方案，在所述步骤S1中，对船舶运行数字孪生体的所有孪生数据源进行分析的具体过程如下：
[0013](1)确定船舶运行孪生数据本体的具体构建领域；
[0014](2)选择本体构建领域内应该写入本体知识库的概念；
[0015](3)对本体构建领域里内的概念和关系进行分析，确认源中存放数据的来源、类型及与其他数据的规则关系，提取数据特征如下：
[0016]C
i
＝{S
i
,T
i
,R
i
}
[0017]其中i为孪生数据的编号，C
i
为孪生数据i属性的集合，S
i
,T
i
,R
i
是编号为i的数据的属性，S
i
表示该孪生数据的来源，T
i
表示该孪生数据的类型，R
i
为该孪生数据的与其它数据的规则关系。
[0018]按上述方案，在所述步骤S1中，表示船舶运行孪生数据的概念及相互关系的局部本体及全局本体构建步骤如下：
[0019](1)定义类和层次结构：根据数据属性集合确立概念间基本关系，采用自顶向下的开发方法确立船舶运行孪生数据全局本体以及船舶基本信息、传感器数据、子系统数据、几何模型数据以及船舶运行状态数据五个局部本体的类等级结构，在prot
é
g
é
内建立相应的本体大类以及细化后的各小类；
[0020](2)定义类的属性：定义船舶运行孪生数据全局本体以及五个局部本体下类的对象属性和数据属性；其中，通过对象属性描述类与类之间的关联，通过数据属性以数据的形式对类本身进行更进一步的描述；
[0021](3)定义属性约束：在本体类的对象属性和数据属性定义完成后，通过对船舶运行孪生数据全局本体以及五个局部本体下类的属性定义属性约束，对该属性添加约束和限制；
[0022](4)创建实例：在概念的对象属性与数据属性确定后，使用Prot
é
g
é
中Cellfie语言将所收集的船舶运行数字孪生体的孪生数据作为实例批量导入相应类下。
[0023]按上述方案，在所述步骤S2中，解决语义异构问题方法如下：
[0024](1)通过本体定义语法中的rdfs:subClassof以及rdfs:subpropertyof进行解决外延异构中的包含元素类型异构；
[0025](2)命名异构中的相同实体使用不同名字的异构、外延异构中的等价元素类型异构通过owl:equivalentClass和owl:equivalentProperty语法解决；
[0026](3)属性异构通过使用本体中的rdfs:subPropertyof语法来解决；
[0027](4)格式异构通过类公理或函数、查找转换表来解决，根据温度数据精度不同，通过定义温度值与等级值之间的映射表，解决格式异构问题；
[0028](5)混淆异构通过为产生混淆的术语指定一个标准来解决。
[0029]按上述方案，在所述步骤S3中，船舶孪生数据的统一存储与管理实现方法如下：
[0030](1)在Prot
é
g
é
工具中将所建立的船舶运行孪生数据全局本体模型以及五个局部本体导出为.owl文件，即本体信息文件；
[0031](2)使用关系数据库MySQL以三元组的形式来持久化存储所建立的舰船运行过程本体数据，使用Navicat for MySQL数据库可视化工具创建存储所建立本体的数据库；
[0032](3)本体模型与数据库之间的连接通过Jena2工具包来建立，在eclipse通过Jena2的数据库引擎接口创建本体持久模型，实现(1)中的本体信息文件与(2)中建立的数据库的连接，进而在MySQL对本体模型进行持久化存储实现孪生数据的统一存储与管理，包括以下5个步骤：
[0033]①
加载数据库JDBC驱动；
[0034]②
创建(2)中所建立存储船舶运行孪生数据本体的数据库与编程IDE的连接；
[0035]③
为数据库创建一个ModelMaker对象，负责创建本体模型的具体操作，也将模型与数据库进行关联；
[0036]④
为船舶运行孪生数据本体创建一个基于关系型数据库的语义模型；
[0037]⑤
对本体数据进行读取并转化成三元组存储到MySQL数据库中。
[0038]实施本专利技术的面向船本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向船舶运行数字孪生体的孪生数据集成化管理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对船舶运行数字孪生体的孪生数据数据源进行收集分析，在此基础上对孪生数据进行本体建模构建本体知识库，即面向船舶运行数字孪生体孪生数据的全局本体知识库与局部本体知识库；所述本体知识库包括以下四部分：(1)表示船舶运行孪生数据源的概念及相互关系的类；(2)支持船舶运行孪生数据全局本体和局部本体构建的类的属性；(3)全局本体和局部本体所包含类之间的属性约束；(4)描绘船舶运行孪生数据的全局本体和局部本体所包含类的数据实例；S2、定义面向船舶运行数字孪生体孪生数据的全局本体和局部本体之间的概念的映射和关系，通过定义类之间的对象属性解决数据之间存在的语义异构问题，实现数据统一描述模型构建；S3、根据所建立的船舶运行孪生数据的统一描述模型，将船舶运行孪生数据本体模型以三元组的形式持久化存储到关系数据库，实现船舶孪生数据的统一存储与管理。2.根据权利要求1所述的面向船舶运行数字孪生体的孪生数据集成化管理方法，其特征在于，在所述步骤S1中，对船舶运行数字孪生体的所有孪生数据源进行分析的具体过程如下：(1)确定船舶运行孪生数据本体的具体构建领域；(2)选择本体构建领域内应该写入本体知识库的概念；(3)对本体构建领域里内的概念和关系进行分析，确认源中存放数据的来源、类型及与其他数据的规则关系，提取数据特征如下：C
i
＝{S
i
,T
i
,R
i
}其中i为孪生数据的编号，C
i
为孪生数据i属性的集合，S
i
,T
i
,R
i
是编号为i的数据的属性，S
i
表示该孪生数据的来源，T
i
表示该孪生数据的类型，R
i
为该孪生数据的与其它数据的规则关系。3.根据权利要求1所述的面向船舶运行数字孪生体的孪生数据集成化管理方法，其特征在于，在所述步骤S1中，表示船舶运行孪生数据的概念及相互关系的局部本体及全局本体构建步骤如下：(1)定义类和层次结构：根据数据属性集合确立概念间基本关系，采用自顶向下的开发方法确立船舶运行孪生数据全局本体以及船舶基本信息、传感器数据、子系统数据、几何模型数据以及船舶运行状态数据五个局部本体的类等级结构，在prot
é
g
é
内建立相应的本体大类以及细化后的各小类；(2)定义类的属性：定义船舶运行孪生数据全局本体以及五个局部本体下类的对象属性和数据属性；其中，通过对象属性描述类与类之间的关联，通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文君，熊晓峥，刘佳宜，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：