基于數(shù)據(jù)挖掘的石油信息資源共享系統(tǒng)

［摘 要］為解決石油信息資源在共享傳輸中存在的丟失問(wèn)題，引進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，設(shè)計(jì)一種針對(duì)石油信息資源的全新共享系統(tǒng)。開發(fā)石油信息資源共享系統(tǒng)架構(gòu)，在云平臺(tái)中建立石油信息資源倉(cāng)庫(kù)，將多個(gè)數(shù)據(jù)表與資源池建立連接，并按照連接規(guī)則，進(jìn)行前端倉(cāng)庫(kù)訪問(wèn)控制；引進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，將資源池中的石油信息資源導(dǎo)入極限學(xué)習(xí)模型，對(duì)資源進(jìn)行多次迭代與訓(xùn)練學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)石油信息資源的聚類；采用分布式技術(shù)設(shè)計(jì)不同網(wǎng)格在空間中的連通節(jié)點(diǎn)，建立石油信息資源有效通信信道，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資源的分布式傳輸與共享。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，設(shè)計(jì)的資源共享系統(tǒng)可以在確保資源共享傳輸具有較高穩(wěn)定性的同時(shí)，降低傳輸中的信息丟失量。

［關(guān)鍵詞］數(shù)據(jù)挖掘；資源聚類；資源倉(cāng)庫(kù)；系統(tǒng)；資源共享；石油信息

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2023.05.043

［中圖分類號(hào)］TP315 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］1673-0194（2023）05-0161-04

［作者簡(jiǎn)介］陳立萍（1985— ），女，重慶人，工程師，主要研究方向：數(shù)據(jù)建設(shè)與管理。

0" " "引 言

為助力我國(guó)石油產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，應(yīng)將現(xiàn)代化技術(shù)與信息化技術(shù)作為支撐，建立石油信息資源共享系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)產(chǎn)業(yè)最新技術(shù)成果、學(xué)術(shù)成果、研究成果的共享與公開，為相關(guān)地區(qū)的石油單位建設(shè)提供技術(shù)支撐［1］。現(xiàn)階段，我國(guó)石油化工單位已經(jīng)認(rèn)知到了此項(xiàng)工作的重要性，并開發(fā)了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)、基于云端存儲(chǔ)技術(shù)的石油信息資源共享系統(tǒng)，但現(xiàn)有的共享系統(tǒng)在應(yīng)用中，普遍存在交互性差、無(wú)法為共享信息資源安全提供保障等問(wèn)題。因此，本文將在此次設(shè)計(jì)研究中，嘗試引進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，設(shè)計(jì)一種針對(duì)石油信息資源的全新共享系統(tǒng)［2］。相比現(xiàn)有共享系統(tǒng)在建設(shè)中的其他集成技術(shù)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)具有歸納性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)執(zhí)行水平高等優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大量、異構(gòu)數(shù)據(jù)的深度挖掘。

1" " "石油信息資源共享系統(tǒng)架構(gòu)

目前，石油產(chǎn)業(yè)在云端資源共享建設(shè)方面的研究仍處于起步階段，為確保開發(fā)的石油信息資源共享系統(tǒng)可以在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮預(yù)期的效果，需要在開發(fā)系統(tǒng)前，明確系統(tǒng)的實(shí)際構(gòu)成，通過(guò)在系統(tǒng)內(nèi)合理部署傳輸信道、通信接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源在云端的動(dòng)態(tài)共享。根據(jù)石油企業(yè)的共享需求，設(shè)計(jì)基于三層架構(gòu)的石油信息資源共享系統(tǒng)［3］。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

本文開發(fā)的系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)，由上到下分別為服務(wù)層、中間層與存儲(chǔ)層。

系統(tǒng)的最底層為石油信息資源存儲(chǔ)層，其中包括資源倉(cāng)庫(kù)與資源池，資源池中涉及大量的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也可以將此層作為系統(tǒng)資源的整合層，主要負(fù)責(zé)聚類各種資源，使石油信息資源以統(tǒng)一、規(guī)范的格式存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，為資源共享等協(xié)同工作的實(shí)施提供幫助。

中間層是石油信息資源共享系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)層，主要負(fù)責(zé)對(duì)各類石油信息資源進(jìn)行協(xié)同管理，此結(jié)構(gòu)層中集成了高新調(diào)度算法與安全加密技術(shù)，通過(guò)算法與技術(shù)的應(yīng)用，為存儲(chǔ)、傳輸、共享石油信息提供安全保障。

系統(tǒng)的首層為服務(wù)層，此層主要負(fù)責(zé)提供石油信息資源共享接口，保證系統(tǒng)在運(yùn)行中的高交互性［4］。用戶可以在輸入正確信息進(jìn)入系統(tǒng)后，根據(jù)個(gè)人需求，在檢索功能欄中輸入檢索信息，此時(shí)可視化窗口與界面將主動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)資源共享傳輸路徑，用戶可以選擇此路徑進(jìn)行資源信息的共享與交互。按照上述方式，完成對(duì)石油信息資源共享系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)。

2" " "石油信息資源倉(cāng)庫(kù)建立

本文在傳統(tǒng)系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。在云平臺(tái)中建立石油信息資源倉(cāng)庫(kù)，通過(guò)此種方式，為系統(tǒng)使用者提供數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行界面。同時(shí)，用戶在登錄時(shí)可以直接上傳和瀏覽數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)共享的效率［5］。資源倉(cāng)庫(kù)由腳本文件、資源表等構(gòu)成，將多個(gè)數(shù)據(jù)表與資源池建立連接，并按照連接規(guī)則，進(jìn)行前端倉(cāng)庫(kù)訪問(wèn)的控制。此過(guò)程如公式（1）所示。

公式（1）中：A表示前端倉(cāng)庫(kù)訪問(wèn)控制；O表示腳本文件；w表示資源表；f表示連接規(guī)則；p表示資源池中的數(shù)據(jù)。按照上述方式，建立石油信息資源倉(cāng)庫(kù)與用戶端的訪問(wèn)控制連接。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)石油信息資源倉(cāng)庫(kù)中資源表構(gòu)成［6］。具體內(nèi)容如表1所示。

按照上述格式，進(jìn)行信息資源表的填充，以此完成對(duì)石油信息資源倉(cāng)庫(kù)的建立。

3" " "基于數(shù)據(jù)挖掘的石油信息資源聚類

完成上述設(shè)計(jì)后，引進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對(duì)石油信息資源進(jìn)行聚類處理，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)石油信息資源在共享前的封裝與打包。為滿足數(shù)據(jù)的封裝聚類需求，引進(jìn)極限學(xué)習(xí)模型，將資源池中的石油信息資源導(dǎo)入極限學(xué)習(xí)模型，對(duì)資源進(jìn)行多次迭代與訓(xùn)練學(xué)習(xí)，通過(guò)

此種方式，構(gòu)建針對(duì)石油信息資源的模糊函數(shù)。函數(shù)表達(dá)式如下：

公式（2）中：P表示石油信息資源模糊函數(shù)表達(dá)式；m表示極限學(xué)習(xí)模型；n表示迭代與訓(xùn)練學(xué)習(xí)次數(shù)。在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，對(duì)模糊數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)采樣，以此種方式掌握數(shù)據(jù)在空間中的分布方式與結(jié)構(gòu)，為石油信息資源聚類提供參照。石油信息資源隨機(jī)采樣處理過(guò)程，可用公式（3）表示。

公式（3）中：B表示石油信息資源隨機(jī)采樣處理；N表示數(shù)據(jù)在空間中的分布方式；b表示數(shù)據(jù)分布密度；i表示隨機(jī)采樣次數(shù)。通過(guò)公式（3），明確不同類型石油信息資源的融合中心。將此中心作為聚類中心，提取資源信息的屬性，構(gòu)建屬性集合，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。分類過(guò)程如公式（4）所示。

公式（4）中：F表示石油信息資源分類；k表示石油信息資源的融合中心；a0表示屬性集合。參照線性回歸方程，根據(jù)屬性數(shù)據(jù)的時(shí)空分布，進(jìn)行資源的分段挖掘，以此掌握數(shù)據(jù)在空間中的集成規(guī)律，如公式（5）所示。

公式（5）中：D′表示石油信息資源的分段挖掘；d表示時(shí)空分布特征；e表示挖掘處理過(guò)程；j表示聚類中心。按照上述方式，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的石油信息資源在空間中的聚類處理。

4" " "信息資源分布式傳輸與共享

在上述設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，引進(jìn)分布式技術(shù)，進(jìn)行信息資源傳輸與共享的設(shè)計(jì)。在此過(guò)程中，引進(jìn)語(yǔ)義計(jì)算網(wǎng)格，設(shè)計(jì)不同網(wǎng)格在空間中的連通節(jié)點(diǎn)，建立石油信息資源有效通信信道。此過(guò)程如公式（6）所示。

公式（6）中：K表示石油信息資源有效通信信道；γ表示網(wǎng)格空間；U表示連通節(jié)點(diǎn)；L表示傳輸距離。為避免石油信息資源在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)丟失等問(wèn)題，需要在信道傳輸節(jié)點(diǎn)進(jìn)行資源的重構(gòu)。通常情況下，節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)后，會(huì)打亂數(shù)據(jù)在空間中的秩序，進(jìn)行信息的重組，重組后的信息將根據(jù)離散信息所表達(dá)的語(yǔ)義發(fā)生互連。即具有相同語(yǔ)義或表達(dá)相同內(nèi)容的資源將在空間中以集成狀態(tài)呈現(xiàn)，反之，具有不同語(yǔ)義或表達(dá)不同內(nèi)容的資源將在空間中以分散狀態(tài)呈現(xiàn)。石油信息資源的集成與互聯(lián)過(guò)程可用公式（7）表示。

公式（7）中：α表示石油信息資源的集成與互連過(guò)程表；Y表示資源充足；G表示信息語(yǔ)義；h表示集成狀態(tài)；Q表示分散狀態(tài)；y表示數(shù)據(jù)在空間中的秩序；z表示傳輸共享節(jié)點(diǎn)。當(dāng)前端發(fā)生檢索行為或發(fā)送石油信息資源共享請(qǐng)求時(shí)，系統(tǒng)將主動(dòng)建立對(duì)端的通信連接，從而在指定的網(wǎng)絡(luò)鏈路或信道中進(jìn)行石油信息資源的共享傳輸。此過(guò)程如公式（8）所示。

公式（8）中：β表示石油信息資源的共享傳輸；χ表示網(wǎng)絡(luò)鏈路；J表示頻帶資源；μ表示信道可重復(fù)使用性；s表示信道總數(shù)。按照上述公式，完成對(duì)石油信息資源的分布式傳輸與共享設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的石油信息資源共享系統(tǒng)的開發(fā)。

5" " "對(duì)比實(shí)驗(yàn)

上文完成了基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的石油信息資源共享系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中功能與性能的檢驗(yàn)，下面將采用設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方式，對(duì)系統(tǒng)展開測(cè)試。

為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行，應(yīng)在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)前，搭建系統(tǒng)可視化測(cè)試環(huán)境，在測(cè)試終端部署服務(wù)器。測(cè)試環(huán)境具體技術(shù)參數(shù)如表2所示。

完成對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的設(shè)計(jì)后，在通信終端部署傳感器，建立對(duì)端石油信息資源共享傳輸信道，使用本文開發(fā)的系統(tǒng)，進(jìn)行共享設(shè)計(jì)。在此過(guò)程中，先在資源層與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層搭建一個(gè)云平臺(tái)，在云平臺(tái)內(nèi)建立石油信息資源倉(cāng)庫(kù)，對(duì)多渠道、不同類型的信息資源進(jìn)行格式的歸一化處理。在此基礎(chǔ)上，引進(jìn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對(duì)存儲(chǔ)在終端的石油信息資源進(jìn)行聚類，根據(jù)對(duì)端共享與通信傳輸請(qǐng)求，進(jìn)行信息資源分布式傳輸與共享設(shè)計(jì)。將石油信息資源在共享傳輸中的CPU占有率變化情況作為評(píng)價(jià)該系統(tǒng)可行性的關(guān)鍵指標(biāo)。根據(jù)該系統(tǒng)在運(yùn)行中的技術(shù)指標(biāo)，明確在穩(wěn)定傳輸共享狀態(tài)下，系統(tǒng)CPU占用率應(yīng)在20%～45%范圍內(nèi)。如果CPU占用率超過(guò)45%，說(shuō)明系統(tǒng)處于負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)，即系統(tǒng)運(yùn)行已經(jīng)處于負(fù)荷狀態(tài)。參照上述標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)在對(duì)端傳輸過(guò)程中系統(tǒng)CPU占用率的變化情況，將其作為系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試結(jié)果，如圖2所示。

從圖2所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，信息共享過(guò)程中系統(tǒng)CPU占用率穩(wěn)定在20%～45%范圍內(nèi)，說(shuō)明系統(tǒng)共享傳輸穩(wěn)定、無(wú)異常現(xiàn)象。

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，引進(jìn)基于MapReduce的石油信息資源共享系統(tǒng)，使用本文系統(tǒng)與傳統(tǒng)系統(tǒng)，進(jìn)行石油信息資源的共享傳輸。將共享傳輸距離作為變量，對(duì)比兩種系統(tǒng)在傳輸相同石油信息資源時(shí)的丟失量。以此種方式，評(píng)估并檢驗(yàn)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性，丟失量可以用“傳輸量-接收量”計(jì)算得到。按照上述方式，統(tǒng)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如表3所示。

從表3所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文系統(tǒng)在信息共享過(guò)程中的資源丟失量少于傳統(tǒng)系統(tǒng)在信息共享過(guò)程中的資源丟失量。同時(shí)，隨著共享傳輸距離的增加，傳統(tǒng)系統(tǒng)丟失量呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)，而本文系統(tǒng)在共享傳輸過(guò)程中的信息丟失量并未隨著距離的增加出現(xiàn)顯著增多的趨勢(shì)。綜上所述，得出此次對(duì)比實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)論：相比基于MapReduce的共享系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)的基于數(shù)據(jù)挖掘的石油信息資源共享系統(tǒng)，可以在確保資源共享傳輸具有較高穩(wěn)定性的同時(shí)，降低傳輸中的信息丟失量。

6" " "結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)建立石油信息資源倉(cāng)庫(kù)、石油信息資源聚類、信息資源分布式傳輸與共享，完成了基于數(shù)據(jù)挖掘的石油信息資源共享系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。完成設(shè)計(jì)后，引進(jìn)基于MapReduce的共享系統(tǒng)，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)可以在確保資源共享傳輸具有較高穩(wěn)定性的同時(shí)，降低傳輸中的信息丟失量。相比傳統(tǒng)系統(tǒng)而言，本系統(tǒng)的共享傳輸效果更佳，應(yīng)用本系統(tǒng)，不僅可以提高傳輸共享的穩(wěn)定性，還可以為資源信息的安全性提供全面的保障。

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