鐵路行業(yè)科研管理智能服務平臺構(gòu)建與應用實踐

安 源，翟夏普，龍藝璇

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 科學技術(shù)信息研究所，北京 100081；2.中國國家鐵路集團有限公司 科技成果知識產(chǎn)權(quán)管理辦公室，北京 100081）

鐵路行業(yè)快速發(fā)展過程中，鐵路科技創(chuàng)新發(fā)揮了關(guān)鍵作用[1]，而高效、安全、智能的科研管理信息系統(tǒng)一直是我國鐵路行業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展的堅實保障。2006年，原鐵道部編制并下發(fā)《鐵路科技管理信息化專項規(guī)劃》（科技運〔2006〕71號），在此指導下首次開展初代鐵路科研管理信息系統(tǒng)開發(fā)工作。2008年，該系統(tǒng)完成技術(shù)驗收（科技綜〔2009〕75號），并在鐵路推廣試用[2]。如今，在大數(shù)據(jù)智能浪潮的強力沖擊之下，跨學科合作密集、學科交叉明顯、科研數(shù)據(jù)量與日俱增，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系日漸復雜[3-4]。此外，伴隨著科研環(huán)境的變化，用戶需求開始向個性化、定制化、精準化、扁平化、快速響應化邁進[5]。

現(xiàn)階段已有不少學者針對大數(shù)據(jù)環(huán)境下的科研管理服務進行了研究。楊曉剛等人[6]從社會媒體環(huán)境出發(fā)，針對科研人員知識共享開展了相關(guān)平臺研究；韓麗華等人[7]分析了大數(shù)據(jù)環(huán)境下信息資源管理模式的轉(zhuǎn)變；解海燕[8]針對大數(shù)據(jù)背景下科研環(huán)境的變化，提出了精準科研信息服務體系。但現(xiàn)有研究多以理論研究為主，從宏觀角度為科研管理服務發(fā)展指明方向，鮮有從平臺構(gòu)建或系統(tǒng)設(shè)計角度出發(fā)，探索如何落地科研管理智能服務模式。

本文在初代鐵路科研管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，經(jīng)由中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）統(tǒng)一部署，結(jié)合當前鐵路行業(yè)科研管理服務面臨的挑戰(zhàn)，開發(fā)了以科研項目管理為基礎(chǔ)，集立項管理、合同管理、執(zhí)行管理、變更管理、結(jié)題管理于一體，并具備科技專家管理、知識產(chǎn)權(quán)管理、科技資源數(shù)字化加工、科技成果共享及科技門戶等功能的科研管理智能服務平臺，2021年通過技術(shù)評審（信技網(wǎng)技函〔2021〕29號），并在鐵路推廣使用。實踐證明，該平臺為鐵路科技創(chuàng)新提供了更廣闊的空間。

1 平臺架構(gòu)

科研管理智能服務平臺集云平臺、數(shù)據(jù)匯集層、信息關(guān)聯(lián)層、信息分析層、知識組織層以及創(chuàng)新服務層為一體，總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 科研管理智能服務平臺總體架構(gòu)

1.1 云平臺

為實現(xiàn)海量科研信息資源的高效處理與分析，以開源架構(gòu)為基礎(chǔ)，以云平臺作為支撐，優(yōu)先國產(chǎn)化替代，采用國產(chǎn)化組件，利用Nginx、Tomcat等中間件，設(shè)計前后端分離架構(gòu)和內(nèi)外穿網(wǎng)部署，通過場景化、差異化流程模版配置，提供科研管理云服務。其中，后端數(shù)據(jù)庫部署在中國鐵路主數(shù)據(jù)中心內(nèi)部服務網(wǎng)；前端資源在鐵路內(nèi)部服務網(wǎng)和外部服務網(wǎng)各部署一套。在充分保障安全的同時，解決內(nèi)外網(wǎng)使用割裂的問題，提高數(shù)據(jù)資源計算效率，保障鐵路行業(yè)科研管理智能服務平臺的數(shù)據(jù)安全和運行流暢。

1.2 數(shù)據(jù)匯集層

數(shù)據(jù)匯集層包含科研全創(chuàng)新要素信息和鐵路領(lǐng)域語料庫2部分。

1.2.1 科研全創(chuàng)新要素信息

科研全創(chuàng)新要素信息主要分為以下3類。

（1）科研項目和成果數(shù)據(jù)：根據(jù)國鐵集團科研管理相關(guān)辦法，依托科研管理信息系統(tǒng)，高效匯集鐵路內(nèi)部數(shù)據(jù)，包括國鐵集團、中國鐵道科學研究院集團有限公司、18 個鐵路局集團公司的立項、合同、結(jié)題、評審、獎勵、科研成果等涉及科研管理全流程的數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)的權(quán)威性，同時引進專利、標準、期刊、會議等外部數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)全面性。

（2）創(chuàng)新人才和機構(gòu)數(shù)據(jù)：包括科研人員、企業(yè)人員、領(lǐng)域?qū)＜业热藛T類型及研究機構(gòu)、企業(yè)公司、第三方等機構(gòu)類型數(shù)據(jù)。

（3）產(chǎn)業(yè)市場數(shù)據(jù)：包括鐵路產(chǎn)業(yè)鏈上各企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。

通過“科研信息+創(chuàng)新主體+行業(yè)市場”的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，打通科研項目到行業(yè)市場的通道，從源頭提高科技資源利用效率，解決科技成果轉(zhuǎn)化問題。

1.2.2 鐵路領(lǐng)域語料庫

鐵路領(lǐng)域語料庫涉及鐵路行業(yè)的理論基礎(chǔ)、科學研究方法、相關(guān)政策、新聞動態(tài)等多維度完備的領(lǐng)域信息，是機器理解領(lǐng)域知識的基礎(chǔ)，可為科研信息分析提供先驗知識，有利于提高信息分析的智能性和準確性。

1.3 信息關(guān)聯(lián)層

信息關(guān)聯(lián)層以科研項目為核心，對鐵路科研全創(chuàng)新要素數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)表達和建模，其架構(gòu)如圖2所示。

圖2 信息關(guān)聯(lián)層架構(gòu)

該層負責描述科研項目全生命周期中存在的實體及實體間的關(guān)系。其中，科研項目中的實體包括課題基本信息、參與人員、參與機構(gòu)、資助機構(gòu)及研究成果；實體之間的關(guān)系包括人員與項目之間的負責/參研關(guān)系、機構(gòu)與項目之間的主持/參與關(guān)系、資助機構(gòu)與項目之間的資助關(guān)系、項目與成果之間的產(chǎn)出關(guān)系等。

平臺通過信息關(guān)聯(lián)層理清數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系，關(guān)聯(lián)科技大數(shù)據(jù)的知識、技術(shù)、人才、資本全創(chuàng)新要素，打通國鐵集團及其所屬單位各類科研數(shù)據(jù)之間的壁壘，從而實現(xiàn)鐵路行業(yè)科研數(shù)據(jù)一張網(wǎng)的目標。

1.4 信息分析層

信息分析層是整個平臺的核心技術(shù)支撐。在數(shù)據(jù)匯集層及信息關(guān)聯(lián)層的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)融合、關(guān)聯(lián)分析、機器學習、自然語言處理等信息技術(shù)，開展科研實體識別、關(guān)系抽取與知識表示學習，為知識組織層模型庫、本體庫與規(guī)則庫奠定基礎(chǔ)，完成領(lǐng)域知識圖譜的繪制，并基于知識圖譜與知識推理技術(shù)，實現(xiàn)科研信息的智能服務。

1.5 知識組織層

傳統(tǒng)的科研信息組織只包含“用代屬分參”關(guān)系，難以揭示科研信息中復雜的語義信息。因此，本文使用算法模型及知識圖譜的方法組織信息。

（1）模型庫中的算法模型主要采用數(shù)據(jù)挖掘、機器學習等方式自動生成，存儲成計算機可理解的、以數(shù)字符號形式呈現(xiàn)的知識，用于計算機對未知信息的預測分析。

（2）采用自然語言處理技術(shù)、知識表示學習等結(jié)合人工配合的方式生成的知識圖譜，以本體庫與規(guī)則庫為基礎(chǔ)，包含了科研信息語義分析、科研知識可視化以及科研知識推理等功能，用于存儲人類可理解的、以文字、圖形或符號形式呈現(xiàn)的知識。

1.6 創(chuàng)新服務層

創(chuàng)新服務層指依據(jù)實際科研需求，智能感知用戶偏好，敏捷應對外部需求變化，為用戶提供個性化、定制化、專業(yè)化的科技情報服務。

（1）個性化科研知識推送：主動抓取用戶需求，為科研人員推送課題內(nèi)容相關(guān)的最新科研成果。

（2）智能檢索式構(gòu)建：通過語義計算提供滿足科研用戶全方位科研需求的檢索結(jié)果。

（3）顛覆性技術(shù)分析：提供科學研究主題的關(guān)鍵技術(shù)知識圖譜，揭示關(guān)鍵技術(shù)突破可能帶來的顛覆性技術(shù)創(chuàng)新機會。

（4）全要素知識圖譜：提供人才—科學—技術(shù)—成果四維一體的全創(chuàng)新要素關(guān)聯(lián)知識圖譜，滿足成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)學研創(chuàng)新主體及風險投資機構(gòu)個性化的技術(shù)、人才和機構(gòu)的信息需求。

（5）潛在合作推薦：提供研發(fā)合作網(wǎng)絡知識圖譜，揭示研發(fā)合作網(wǎng)絡的機構(gòu)、熱點領(lǐng)域和核心團隊分布。

（6）產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢追蹤：提供面向重大產(chǎn)品全創(chuàng)新鏈的“科學—技術(shù)—產(chǎn)業(yè)”成長知識圖譜，協(xié)助科研用戶及時了解產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢和學術(shù)研究發(fā)展動態(tài)，為鐵路行業(yè)重大新產(chǎn)品研發(fā)、科技成果技術(shù)成熟度評價、科技成果信息的知識管理與運用提供決策支持。

平臺通過創(chuàng)新服務，初步實現(xiàn)了智能化科研、網(wǎng)絡化協(xié)同、場景化配置、服務化延伸及數(shù)字化管理，促進了鐵路行業(yè)科研管理向更加柔性化轉(zhuǎn)變。

2 平臺功能

科研管理智能服務平臺為所有用戶提供統(tǒng)一的登陸門戶與身份認證平臺，其功能如下。

2.1 支撐科研管理

在科研管理活動中，科研管理智能服務平臺可提供從科研項目立項、執(zhí)行、結(jié)題到成果產(chǎn)業(yè)化全流程中每一環(huán)節(jié)的定制化、配置化專屬流程服務。

2.2 支撐科學研究

科研管理智能服務平臺提供豐富的面向課題研究的服務。

（1）課題立項階段：為科研人員提供國家重大專項、重大計劃、科學技術(shù)部項目等基金項目信息，并基于科研人員的研究方向制定個性化的基金項目推送。

（2）課題執(zhí)行階段：為科研人員提供課題研究內(nèi)容相關(guān)的信息推送，及時跟進研究最新動態(tài)，推進科研項目研究進展。

（3）課題結(jié)題階段：依據(jù)合同要求評價課題完成情況，使用語義查重系統(tǒng)鑒定課題成果的原創(chuàng)性。

（4）課題成果產(chǎn)業(yè)化階段：利用平臺為企業(yè)需求與科研成果對接提供機會，加速科研成果的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，推動鐵路行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

2.3 支撐科學決策

科研管理智能服務平臺可根據(jù)科研用戶實際需求，提供智能檢索、研究趨勢預測及知識圖譜展示等功能。

（1）在智能檢索模塊，基于知識圖譜對用戶檢索式進行語義擴展，提高檢索查全率。

（2）在研究趨勢預測模塊，基于權(quán)威專家判斷結(jié)論、文獻和專利計量的統(tǒng)計與聚類分析結(jié)果、權(quán)威機構(gòu)發(fā)布的研究報告、科學技術(shù)獎勵等統(tǒng)計數(shù)據(jù)及多維度分析指標，分析研究前沿與研究熱點，發(fā)現(xiàn)潛在的突破性或顛覆性技術(shù)。

（3）在知識圖譜可視化模塊，基于國家重大科技專項和重點研發(fā)計劃項目成果信息及相關(guān)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展信息，實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破、研發(fā)合作網(wǎng)絡、全創(chuàng)新要素關(guān)聯(lián)及面向重大產(chǎn)品全創(chuàng)新鏈等多種類型的知識圖譜展示。

3 平臺應用實踐

科研管理智能服務平臺已在國鐵集團、中國鐵道科學研究院集團有限公司、蘭州局集團公司、太原局集團公司、廣州局集團公司等單位成功應用，社會效益顯著。

該平臺匯集了國鐵集團及各所屬單位的科研項目立項、合同、結(jié)題、技術(shù)評審、獎勵等科研全過程數(shù)據(jù)，鐵路企業(yè)主要產(chǎn)品等產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)據(jù)，鐵路行業(yè)全領(lǐng)域的論文、專利等公開數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)條數(shù)達千萬級別，最早可追溯至1957年。通過開發(fā)自動化數(shù)據(jù)加工平臺，基于鐵路技術(shù)詞表和產(chǎn)業(yè)詞表對科研數(shù)據(jù)進行標引，構(gòu)建機車車輛、牽引供電、通信信號等行業(yè)細粒度專題庫。利用數(shù)據(jù)挖掘、自然語言處理等信息技術(shù)，對各類資源進行關(guān)聯(lián)分析，嘗試實現(xiàn)創(chuàng)新鏈、技術(shù)鏈、知識鏈、產(chǎn)業(yè)鏈之間的互聯(lián)互通，改善了鐵路各單位系統(tǒng)分散、技術(shù)標準不統(tǒng)一的現(xiàn)狀，形成了鐵路行業(yè)科研資源知識服務生態(tài)體系，如圖3所示。該平臺的應用為鐵路行業(yè)工作人員提供了智能、精準、及時的個性化定制科研信息服務，為實現(xiàn)科研決策提供支撐。

圖3 鐵路行業(yè)科研資源知識服務生態(tài)體系

4 結(jié)束語

本文結(jié)合鐵路行業(yè)科研管理現(xiàn)狀，構(gòu)建了集云平臺、數(shù)據(jù)匯集層、信息關(guān)聯(lián)層、信息分析層、知識組織層及創(chuàng)新服務層于一體的鐵路行業(yè)科研管理智能服務平臺，并面向鐵路行業(yè)開展了應用實踐。該平臺將面向科研成果的被動知識服務升級為面向科研用戶需求的主動知識服務，以科研為主線，貫穿科研項目管理、科技成果管理、科研項目后評估等活動，為不同等級、不同角色的科研管理人員設(shè)定不同權(quán)限，實現(xiàn)科研全流程數(shù)字化管理，極大地提高了科研管理工作效率。

未來，將繼續(xù)圍繞鐵路科技創(chuàng)新生態(tài)體系，進一步從科研管理信息服務的精準度、及時度、專業(yè)度、智能化及個性化等角度升級完善平臺的數(shù)據(jù)與服務；進一步集成科技專家、知識產(chǎn)權(quán)、科技評價、科技獎勵、技術(shù)標準、質(zhì)量抽查、產(chǎn)品認證等業(yè)務子系統(tǒng)，對其整合并實行分級分類授權(quán)，以提高科技資源使用率，為鐵路科研成果的高效管理與科技成果的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化提供有力支持。