多源异构数据的大规模地理知识图谱构建

虚拟地理环境作为新一代的地理语言,需要通过对多源异构时空数据的分析与挖掘,构建虚拟地理环境知识工程,实现“数据—信息—知识—智慧”的转化,促进智能虚拟地理环境系统中地理知识的快速转换和融合,从而为虚拟地理环境中地理信息的智能化处理、地理知识的智慧化服务提供支撑。知识图谱是人工智能与虚拟地理环境知识工程相结合的桥梁。本文系统评述了知识图谱、地理知识图谱的研究现状,提出了地理知识图谱的构建流程,重点研究了地理知识图谱构建的关键技术,讨论和阐述了地理知识图谱的应用方向。本文的研究将有助于实现地理信息的知识化,提高虚拟地理环境系统的智能化服务水平。     

基础地理知识服务的基本问题与研究方向

基础地理数据具有空间载体和知识存量两大作用。以往人们主要关注其空间载体作用,研发和提供了丰富多样的基础地理数据服务与信息服务,但对其知识存量挖掘不够,提供的地理空间知识服务极少。近年来,“数据海量,信息爆炸,知识难求”现象愈加突出,从地理数据信息服务走向知识服务势在必行,已成为测绘科技转型升级的一项重要任务。借鉴知识图谱的最新研究进展,讨论了基础地理数据、信息和知识的基本内涵,提出了以结构化和关联化为重要特征的基础地理知识服务总体思路,分析了由此带来的4方面问题;继而从领域知识体系构建、关键技术、应用服务3个方面讨论了基础地理知识服务的研究方向与重点;以GlobeLand30知识服务为例,介绍了初步研究进展。     

高分辨率遥感影像智能解译研究进展与趋势

遥感影像解译是一个不断发展的研究方向,随着日新月异的遥感应用需求、高分辨率遥感数据的快速发展、地理知识的日积月累、以及人工智能技术的发展,亟需发展自动化、智能化的遥感影像解译技术。本文针对遥感影像智能解译,首先从遥感影像解译单元、分类方法、解译认知3个方面阐述遥感影像解译的研究进展,然后提出了面向地理场景的 “地理知识图谱构建—深度学习模型构建—地理知识图谱与深度学习模型协同的遥感影像语义分类”遥感影像智能解译总体框架,并给出初步试验成果,最后对智能解译的重要发展趋势予以展望,以期拓展遥感影像智能解译研究的思路与方法,提高遥感影像智能解译的精细程度和智能化水平,使智能解译具备地理空间理解能力,推动“数据—信息—知识—智能”的深度转化。     

利用地理知识图谱的COVID-19疫情态势交互式可视分析

新型冠状病毒肺炎(coronavirus disease 2019,COVID-19)疫情的暴发产生了海量与时空信息相关的数据,当前的地理时空疫情分析难以关联人物关系、事件等数据,由此提出了一种利用地理知识图谱结合交互式可视分析COVID-19疫情态势的方法。首先定义了病患实体和关系类型,提出了事件语义模型和事件关系分类,并根据不同的数据分类设计了知识抽取和知识表示方法,构建了病患时空信息知识图谱;然后分别从宏观和微观层次把控疫情态势的任务出发,设计了知识图谱可视化视图和交互分析方法;最后构建实验分析系统,利用COVID-19确诊患者数据,通过地图分布可视化、图谱可视化和轨迹可视化等多视图协同交互对COVID-19疫情态势进行分析实验。实验结果表明,该方法能够从实时疫情态势监控、病患关联关系、高危人群防控和地区防控态势等方面为疫情态势分析提供一种新的思路与方法。     

为地理知识库构建位置本体

随着网络中各种地理相关的应用越来越多,要想解决地理空间信息语义层次上的应用问题,就需要用到地理知识库。其中本体是地理知识库的核心。地理本体是研究地理信息科学领域内不同层次和不同应用方向上的地理空间信息概念的详细内涵和层次关系。本文为地理知识库构建了极具实用性的的位置本体,并详细阐述了基于ETL的数据知识库从资源采集,到数据集成,最后到本体构建的过程。     

虚拟地理环境下的地理空间认知初步探索

地理空间认知是人类获取地理空间知识、认知地理环境的重要方法和手段,虚拟地理环境VGEs（Virtual Geographic Environments）作为继地图和地理信息系统（GIS）之后的新一代地理分析工具,在地理空间认知方面具有显著优势,但目前相关研究尚处于概念探讨和框架搭建阶段,缺乏对地理空间认知内涵及相关技术方法的论述和研究。本文以经典的地理学6问题求解为导向,从地理本体认知、地理过程认知和地理行为认知3个层次,阐述了VGEs地理空间认知的内涵和基本内容;进一步重点探讨了实现VGEs地理空间认知的相关技术方法,包括城市空间表达与城市计算、多模式人机交互、地理知识图谱与空间推理、地理过程模拟、地理行为模式识别与情感计算等方面。以重庆为例开展了应用案例实践,展示了如何利用相关技术方法实现对地理环境和地理空间对象的认知和理解。本文提出的总体框架和技术体系为VGEs地理空间认知的深入开展和技术实现提供了新的思路和解决方案,有助于将该项工作从理论探讨阶段推向技术实现阶段。     

基于时空地理格网的空间数据融合方法

针对时空数据海量、多源、异构造成难以融合、难以深度挖掘数据知识等问题,文中提出时空地理网格概念,将空间数据的时间维和空间维度有效地结合起来,构建时空地理网格单元,通过时空地理网格单元为时空数据赋予时空属性,用以解决时空多源数据融合的问题。以基于北京市多源信息的人口分析为例,验证多源时空信息网格的可靠性,并进一步研究北京市人口发展规律,为智慧城市发展提供决策分析。     

地理空间智能研究进展和面临的若干挑战

随着地理空间科学、人工智能、高性能计算技术的迅速发展,地理空间智能已成为处理和分析地理空间大数据的主要手段,并将在地球科学、空间认知、智慧城市、智慧社会等科学研究、工程建设和社会发展中发挥越来越重要的作用.地理空间智能作为地理空间科学和人工智能深度融合的交叉领域,其发展受到多学科的驱动,目前已在算力增强软硬件研制、系统开发、数据与模型共享、服务与应用方面不断取得进展,显示出巨大的活力和潜能,同时难题和挑战也相生相伴.本文首先阐述地理空间智能的概念演进、若干技术系统构建思路和国内外科学研究现状,然后梳理地理空间智能的典型应用,分析地理空间智能面临的问题和挑战,最后对其重要的发展方向及趋势予以展望.     

从地理信息服务到地理知识服务:基本问题与发展路径

从地理信息服务升级到地理知识服务,既是一种必然的发展趋势,也是信息爆炸困境下的迫切现实需求.本文辨析了地理知识服务的内涵、与地理信息服务的联系及区别,以及其对形式化知识表示与智能化知识处理的要求.在分析传统人工智能技术的局限性和人工智能技术新近突破性进展的基础上,指出最新发展水平的人工智能技术为发展地理知识服务提供了令人乐观的认知智能基础.从地理知识服务的时空本质特性的角度,指出了发展地理知识服务面临的空间表示知识化、空间分析认知化、知识服务情境化3方面的主要问题,进而提出了地理知识服务的分级发展策略和推进路径.     

时空大数据时代的地理知识工程展望

伴随智慧城市的逐步建设,日益成熟的传感网技术使时空数据的获取变得容易。遥感影像、地图瓦片、视频监控、网络爬虫、社交平台等各类时空数据常有PB级的巨量数据存储,人类社会已全面进入时空大数据时代。然而,海量数据的骤增与信息增值机制的缺乏形成了鲜明的对比,仅仅依靠信息技术尚难以快速地产生地理知识。如何利用新兴的信息化技术手段,结合地理信息及地理分析手段,快速挖掘、产生和利用时空数据成为当前亟待解决的关键问题。地理知识工程围绕人类空间认知与复杂知识发掘技术,对大数据时代的智能化应用和政府决策有重要的意义。立足于时空大数据背景,展开地理知识工程的内涵、时代特点、结构组成及研究方向等论述。地理知识工程的发展将在以虚拟地理环境、数字地球、智慧城市为代表的新型地理信息系统推动下,促进传统地理信息系统向着符合人类认知特点和探索过程的方向转变。通过海量时空数据到地理知识的快速转化,最终将解决"地理数据爆炸但地理知识贫乏"这一重要难题,提升数据的使用效能。     

中国洪水灾害风险区划及其成因分析

洪涝灾害发生过程中观测数据多源异构（遥感影像、社交媒体文本、地理信息数据等）,难以利用互补优势融合应用于风险评估和提供决策知识。研究基于多模态数据的洪涝灾害知识图谱构建方法,融合抽取遥感影像与社交媒体文本知识,形成多模态洪涝灾害知识图谱。基于自顶向下的方法细分领域概念,构建洪涝灾害领域本体层。通过深度残差全卷积神经网络对遥感影像进行智能解译,利用地理逆编码将影像解译信息转化为文本,实现影像信息到文本知识的转化。基于命名实体识别技术与关系抽取技术对社交媒体文本数据进行知识抽取。通过训练词向量,利用语义相似度计算关联文本知识与影像知识,实现多模态数据知识统一表达。以中国湖北省洪涝灾害为例,该方法将多源异构的数据高效转化为知识并进行关联,形成领域知识图谱,实现了多源异构数据到多模态知识的转化。在灾害不同时期提供相应应急措施,并且通过关联农业受灾面积、农作物类型、农作物价值实现湖北省洪涝灾害评估。该方法结合深度遥感解译、文本知识抽取技术以及语义相似度计算,实现了多源异构数据到多模态知识的转化。

     

空间关系词汇与地理实体要素类型的语义约束关系构建方法

为克服依赖常识人工归纳总结的局限性,采用定性和定量相结合的方式,自动构建空间关系词汇与地理要素类型的语义约束关系。首先,以《中国大百科全书(地理版)》空间关系标注语料库为基础数据,采用Overlap语义相关度计量方法,挖掘空间关系词汇与地理要素类型约束关系的先验知识;然后以地理要素分类体系提供的概念语义相关性对先验知识进行扩展;最后采用本体工具Protégé建立相关知识库。     

自然灾害应急知识图谱构建方法研究

中国自然灾害发生频繁,受自然灾害的威胁极大,防灾减灾、抗灾救灾是人类生存发展的永恒课题。在自然灾害应急领域中,相关数据骤增而应急关键知识明显匮乏,存在"数据-信息-知识"转化能力不足的问题,由此提出了自顶向下和自底向上相结合的自然灾害应急知识图谱构建方法。围绕自然灾害事件、灾害应急任务、灾害数据、模型方法 4个要素,自顶向下构建模式层,通过本体建模形成知识图谱的概念框架;自底向上构建数据层,通过数据获取、知识抽取、融合、存储建立实体间关联关系。以洪涝灾害应急知识图谱为例进行实验验证,结果表明,该方法能够对自然灾害事件、灾害应急任务、灾害数据、模型方法 4要素的概念层次关系及要素属性、要素间语义关联关系进行形式化表达,实现了从多源数据到互联知识的转化。     

基于大数据的世界文化遗产属性深度融合与分析

全球世界文化遗产本体及其环境数据是遗产价值认知和保护的基础,更是大数据时代遗产研究、展示以及可持续利用的依据。本文基于网络和地球大数据,利用自然语言处理、空间分析、领域知识图谱等技术,构建了包括领域知识图谱5万个节点,94万条三元组的全球世界文化遗产知识图谱,支持世界文化遗产的属性、节点关系查询以及图结构表达。基于知识图谱,进行世界文化遗产的景观特征、文化延续性、土地覆被状态以及遗产与城市、社区的空间关系特征分析。研究表明：世界文化遗产具有沿着山脉、水系分布的特点,因此可参考地理单元,形成区域特色的文化遗产管理和保护体系,促进以区域为整体的遗产可持续发展;通过文化的延续性分析可以发现遗产所具有的特定历史文化时代属性,揭示遗产所蕴含的文化多样性,为遗产的整体保护提供新的切入点;遗产和城市与社区的空间关系变化可分为3个阶段：1990年—2000年的匀速靠近期,2000年—2015年的放缓靠近期和2015年—2018年的加速逼近期,因此未来需要持续关注城市和遗产空间关系变化对遗产可持续发展的影响。     

“数字城市”地理空间框架数据建设研究

“数字城市”通过整合大比例尺城市基础地理信息数据为社会提供详尽、准确的地理空间数据服务。完整、规范的地理空间框架数据是“数字城市”的基础。通过对“数字城市”地理空间框架数据技术指标的研究分析,探索科学、高效的数据生产方式,规范数据生产流程,从而为“数字城市”建设提供可靠的数据保障。     

面向工程地质领域的滑坡知识图谱构建方法研究

大数据为滑坡研究带来了新机遇,但由于数据类型复杂、语义关系多样、共享机制不明等问题,对滑坡数据深层挖掘仍然有限,在滑坡研究中大数据优势较难发挥。提出一种面向工程地质领域的滑坡知识图谱构建方法,抽取、融合、结构化多源异构滑坡知识,实现对滑坡知识大数据的询查、关联和推理。采用自顶向下和自底向上结合方法,划分滑坡概念和本体,形成以滑坡野外调查、滑坡评价、滑坡类型、滑坡地貌特征、滑坡形态特征、滑坡致灾信息、滑坡活动状态、滑坡成因机制、滑坡稳定性分析方法、滑坡防治措施10大类知识为基础的滑坡知识体系,建立了包括概念层、属性层、关系层、规则层、实例层的知识图谱模式层;从广阔数据源抽取滑坡知识信息、建立语义网络,对冗余知识进行融合,构建了知识图谱数据层;利用Neo4j平台存储滑坡知识,实现了知识可视化与检索,为滑坡机理研究与防灾减灾提供新思路、新方法。所提的滑坡知识图谱构建方法可拓展到其他类型灾害知识图谱研究,并与其他学科领域产生联系,促进学科深度交叉与融合。     

铁路隧道钻爆法施工智能管理的安全质量进度知识图谱构建方法

复杂艰险的山区环境和不确定的地理地质条件是影响铁路隧道施工建设安全、质量和进度的关键因素,面向智能化、精准化的施工管理,提出一种铁路隧道钻爆法施工安全质量进度知识图谱构建方法。首先,根据铁路隧道施工建设过程中与安全质量进度关联的人机料法环5类关键要素的概念与语义关系,设计了模式层自上而下和数据层自下而上双向协同的构建方式;然后,抽取实体及关系并进行融合、存储,完成模式-数据关联的知识图谱构建;最后,以某新建铁路隧道出口工区施工事件为例构建实例图谱。结果表明,该方法构建的知识图谱精细刻画了影响安全、质量和进度的关键要素属性、要素间语义关联关系以及互馈作用关系等,为铁路隧道钻爆法施工全过程的安全质量进度整体性、系统性的智能化管理提供了关键支撑,也为铁路隧道工程数字孪生奠定了基础。     

多源地理空间矢量数据关联分析

针对多源地理空间矢量数据多来源、难以集成综合利用这一现状,本文提出了多源地理空间矢量数据关联方法,并以此为基础构建了多源地理空间矢量数据关联的可视与计算查询系统。首先,对多源地理空间矢量数据关联的概念及分类进行了定义。然后,以此为基础,提出了关联关系构建技术：自适应四叉树编码技术、扫描线技术、几何匹配及语义匹配技术。最后,为实现关联关系的直观展示,设计了原型系统。关联技术的提出可建立起多源地理空间矢量数据之间的关联关系,原型系统的构建也为用户综合利用多源地理空间矢量数据提供了平台,提高了数据的利用率及数据查询的效能。     

宝鸡市道路几何网络模型的建立与应用

主要是结合MapGIS6.5软件对宝鸡市的道路网进行网络分析,进而在此基础上对该系统进行二次开发,建立道路网数据库,为宝鸡市的城市建设、交通规划以及道路管理提供空间数据;同时也为人们的旅游出行提供方便;更为智能交通和“数字宝鸡”的建设提供地理空间基础数据。通过对宝鸡市几何道路模型的研究,探索出一条适合中小城市空间信息应用和地理数据资源集成共享的模式与解决方案。     

遥感知识图谱创建及其典型场景应用技术

相对于当前指数级增长的强大遥感数据获取能力,遥感大数据的智能处理和知识服务能力相对滞后,海量多源化遥感数据堆积与有限信息孤岛并存的矛盾日益突出,亟需有效的遥感领域知识建模技术来辅助挖掘遥感大数据的有用信息并形成知识服务能力。知识图谱技术以符号形式描述物理世界中的概念及其相互关系,具有强大的知识建模与推理应用能力,在搜索引擎、电子商务、社交网络分析等领域已经得到成功应用。在通用知识图谱技术启发下,本文首次提出建立遥感领域知识图谱研究构想,可以为遥感领域知识建模与知识服务提供支撑。本文首先回顾通用知识图谱的发展历程,然后探讨遥感知识图谱的构建技术、遥感知识图谱驱动的典型地学应用案例,最后对遥感知识图谱的应用现状与未来研究方向进行分析论述。总体来说,遥感知识图谱的研究有利于更好的归纳遥感领域学科概念化知识、管理遥感大数据所蕴含的新增信息与知识,可以向多领域众多用户提供灵活便捷的遥感知识查询与知识服务能力,有助于全面提升海量多源遥感观测成果的应用能力,在全球遥感地表覆盖分类、气候变化、国际人道主义援助等方面都将发挥重要作用。