顾及时空特征的地理知识图谱构建方法

张雪英1,2*, 张春菊3, 吴明光1,2, 闾国年1,2

1. 虚拟地理环境教育部重点实验室 (南京师范大学), 南京 210023
2. 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心, 南京 210023
3. 合肥工业大学土木与水利工程学院, 合肥 230009

• 通信作者. E-mail: zhangsnowy@163.com 收稿日期: 2019–12–01; 接受日期: 2020–01–20; 网络出版日期: 2020–07–06 国家自然科学基金 (批准号: 41971337, 41631177, 41671393) 资助项目

摘要 地理知识是人类对地理现象或事物空间分布、演变过程和相互作用规律的认知结果. 当前大数 据环境下的地理信息服务, 普遍存在 “数据海量、信息爆炸、知识难求” 现象. 地理知识图谱是一种利 用语义网络对地理概念、实体及其相互关系进行形式化描述的知识系统, 在地理知识理解、地学问题 求解、时空预测决策等方面具有巨大的应用潜力. 地理知识除了具有通用知识的内涵和特点之外, 还 具有特定的时空特征和地学机理特点. 因此, 地理知识图谱构建和应用既具有一定的通用性, 同时具 有一定的专业特殊性. 本文结合地理知识的时空特征和知识图谱的表达形式, 提出了一种顾及时空特 征的地理知识图谱构建方法. 首先, 系统梳理了地理知识图谱构建的基本思路和技术流程, 并简要阐 述了地理知识获取、地理知识抽象与表达、地理知识组织与管理 3 个关键环节的主要研究内容及其 进展. 其次, 从地理学回答的基本问题出发, 对地理知识的内容特征进行概括和抽象, 构建了涵盖 “地 理概念 – 地理实体 – 地理关系” 3 个层次的地理知识表达模型, 用于描述不同粒度地理知识语义单元 的基本组成及其逻辑关系. 最后, 借鉴知识图谱采用的语义网络知识表示方法, 提出了基于 “过程 – 关 系” 的地理知识表示方法. 该方法以时间和空间特征为基本条件, 以地理实体的状态划分为基础, 实现 了地理实体演化过程以及复杂地理关系的形式化描述. 本文的研究成果有效解决了融合时空间维度 的地理知识结构化表达和形式表示问题, 为地理知识获取、融合、推理与应用奠定了基础. 同时, 在地 质、环境、气象等地学领域具有一定通用性, 对地学知识服务的推进具有重要参考价值.

关键词 地理实体, 时空特征, 地理知识表达模型, 地理知识形式化, 地理知识图谱