基于本体和知识图谱的双层次多重时空耦合建模方法技术

本发明专利技术提供一种基于本体和知识图谱的双层次多重时空耦合建模方法，包括以下步骤：基于空间位置对物理地理空间内的地理实体及其关联关系进行抽象描述，并以第一数据结构形式存储在地理数据库中，形成数据模型；基于语义概念将地理知识空间内的知识及其关系以第二数据结构形式进行描述，并以图数据库的形式进行存储和管理进行存储和管理，形成知识模型；其中，采用基于本体和知识图谱的图数据库构建方法，构建基于图数据库的空间知识库；基于空间位置建立数据模型和知识模型的空间映射，实现空间知识地图数据模型的一体化建模；基于语义概念建立数据模型和知识模型的语义映射，实现空间知识地图数据模型的一体化空间表达。现空间知识地图数据模型的一体化空间表达。现空间知识地图数据模型的一体化空间表达。

【技术实现步骤摘要】
基于本体和知识图谱的双层次多重时空耦合建模方法


[0001]本专利技术涉及一种建模方法，具体的说，涉及了一种基于本体和知识图谱的双层次多重时空耦合建模方法。

技术介绍

[0002]时空数据模型是随着地籍、房产GIS的发展而出现的一种数据模型。随着城市基础测绘更新速度的加快，时空数据模型开始渗透到城市测绘领域。
[0003]结合目前时空数据对空间信息组织方式，目前可将时空数据模型分为拓展关系以及面向对象这两种类型。目前，面向对象的思想已成为时空数据模型构建的主流思想。其核心是将地理实体及其关系抽象为具有共同属性和操作方法的类（对象），然后采用面向对象编程技术进行规范化描述和程序化实现。与此同时，特征、事件、作为描述时空对象的状态、变化原因、语义关联的地理本体，成为时空数据模型的核心概念。然而，主流时空数据模型多是从计算机表达的角度出发，主要面向数据的高效存储和检索而不是面向地学问题分析，对地理实体或现象的显式定义和基础关系描述不足，不能在语义层次上实现数据的共享，缺乏面向该数据模型的时空分析和应用。
[0004]为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种基于本体和知识图谱的双层次多重时空耦合建模方法。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于本体和知识图谱的空间知识库构建方法，包括以下步骤：基于地图可视化表达方法梳理地理知识空间内与空间知识地图表达有关的知识，形成包含地理特征数据和地理事件数据的空间知识地图知识体系；基于地理特征数据和地理事件数据分别构建地理特征知识本体和地理事件知识本体；基于地理特征知识本体和地理事件知识本体构建知识模板；在知识模板的指导下，从异构数据源抽取与知识图谱存储相关的空间知识并以三元组表示；按照对地理实体本质特征及其内在规律性不同程度的反映，将空间知识划分为事实知识和概念知识；基于CQL将概念知识存储至neo4j图数据库，基于Neo4j Spatial将事实知识存储至neo4j图数据库。
[0007]优选的，基于Neo4j Spatial将事实知识存储至neo4j图数据库的具体步骤如下：在Neo4j图数据库中创建点状事实知识节点、线状事实知识节点或者面状事实知识节点；
将点状事实知识的地理坐标作为点状事实知识节点的节点属性进行存储，将线状事实知识或者面状事实知识的地理坐标串采用WKB格式作为线状事实知识节点或者面状事实知识节点的节点属性进行存储。
[0008]优选的，基于地图可视化表达方法梳理空间知识，形成事实知识库和概念知识库的具体步骤如下：在地理特征本体、地理事件本体的基础上，依托推理规则库和推理机，对概念知识关联关系进行推理，并经过数据清洗操作，形成包含实体分类、关系类别和属性特征的基于本体的概念知识；基于知识模板从地理数据空间和地理知识空间抽取关于地理特征和地理事件的事实知识，形成包含地理实体、地理属性及相关关联关系的基于本体的事实知识。
[0009]本专利技术第二方面提出一种基于本体和知识图谱的双层次多重时空耦合建模方法，包括以下步骤：基于空间位置对物理地理空间内的地理实体及其关联关系进行抽象描述，并以第一数据结构形式存储在地理数据库中，形成数据模型；基于语义概念将地理知识空间内的空间知识及其关系以第二数据结构形式进行描述，并存储到空间知识库中，形成知识模型；其中，采用前述的基于本体和知识图谱的图数据库构建方法，构建基于图数据库的空间知识库；基于空间位置建立数据模型和知识模型的空间映射，实现空间知识地图数据模型的一体化建模；基于语义概念建立数据模型和知识模型的语义映射，实现空间知识地图数据模型的一体化空间表达。
[0010]优选的，基于空间位置建立数据模型和知识模型的空间映射，实现空间知识地图数据模型的一体化建模的具体步骤如下：基于空间位置建立事实知识与地理特征的空间映射，以地理逻辑结构图的形式实现事实知识逻辑结构空间化；基于区域范围建立事实知识与地理事件的空间映射，以区域拓扑图的形式实现事实知识区域结构空间化；建立概念知识点间的关联关系，并采用地图或者图表的方法表示概念知识点间的关联关系，实现概念知识空间化。
[0011]优选的，基于语义概念建立数据模型和知识模型的语义映射，实现空间知识地图数据模型的一体化空间表达的具体步骤如下：通过概念抽象获得概念标签，为事实知识增加概念标签，通过概念标签建立概念知识和事实知识的实体链接，实现概念知识的空间范围与其链接的事实知识的空间位置的空间映射。
[0012]本专利技术相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本专利技术基于本体驱动的思想，采用面向对象和多重表达的方法，基于空间位置和语义概念分别建立数据模型和知识模型，并通过空间映射和语义映射关系，实现了数据模型和知识模型的关联统一，最终形成空间知识地图双层次、一体化模型，为空间知识地图的多重表达和知识服
务提供了良好的模型支持，实现了数据模型设计从“信息论”到“认知论”的升华。
附图说明
[0013]图1是本专利技术基于本体和知识图谱的空间知识库构建方法的流程示意图。
[0014]图2是本专利技术基于本体和知识图谱的双层次多重时空耦合建模方法的流程示意图。
[0015]图3是双层次多重时空耦合模型的示意图。
[0016]图4是概念知识和事实知识的实体链接。
具体实施方式
[0017]下面通过具体实施方式，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
[0018]地理实体是现实世界中的各种客观存在，具有一系列允许人们依据相似性进行拆分和分类的共同属性。其既可能是某种自然现象：如油井、河流、湖泊；也可能是某种社会现象：如行政区划、经济带。自然现象类地理实体的空间位置由自然界定，而社会经济类地理实体的空间位置人为划定。
[0019]地理特征对应于认知世界，是地理实体在人脑中的反映，是人们对地球表面及其附近地理实体各种认识的集成。地理特征可以看作是拥有共同属性和关系的实体类，是对现实世界中地理实体及其在计算机世界中的地理对象（实体全部或部分特性在数字化环境下的表达）的高度概括和抽象。数字环境下，特征是实体表达和时空数据组织的基本单元，代替专题和图层成为地理信息集成和分析的基本单位。地理特征既包括自然地理特征，也包括人文地理特征，常被多种维度表示：时间、空间、属性以及特征间的关系。
[0020]地理事件是指地理实体在某时间（确切为时刻）的值或某空间的值（强调值在空间或时间的关注度）。事件是导致时空数据发生变化的原因。地理事件通常通过具有共同时空行为的特征对象的状态及其变化来体现。地理事件隐含了时空变化的内部规律。
[0021]地理本体存在于逻辑世界，指与地理空间位置有关的任何不可再进行同一类型个体区分的事物（如油井或河流等）或某种社会现象（如行政区划、经济带）。本体常用于描述特定的地理领域，表达真实世界的概念。其通过对运用形式化语言描述地理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于本体和知识图谱的空间知识库构建方法，其特征在于，包括以下步骤：基于地图可视化表达方法梳理地理知识空间内与空间知识地图表达有关的知识，形成包含地理特征数据和地理事件数据的空间知识地图知识体系；基于地理特征数据和地理事件数据分别构建地理特征知识本体和地理事件知识本体；基于地理特征知识本体和地理事件知识本体构建知识模板；在知识模板的指导下，从异构数据源抽取与知识图谱存储相关的空间知识并以三元组表示；按照对地理实体本质特征及其内在规律性不同程度的反映，将空间知识划分为事实知识和概念知识；基于CQL将概念知识存储至neo4j图数据库，基于Neo4j Spatial将事实知识存储至neo4j图数据库。2.根据权利要求1所述的基于本体和知识图谱的图数据库构建方法，其特征在于，基于Neo4j Spatial将事实知识存储至neo4j图数据库的具体步骤如下：在Neo4j图数据库中创建点状事实知识节点、线状事实知识节点或者面状事实知识节点；将点状事实知识的地理坐标作为点状事实知识节点的节点属性进行存储，将线状事实知识或者面状事实知识的地理坐标串采用WKB格式作为线状事实知识节点或者面状事实知识节点的节点属性进行存储。3.根据权利要求1所述的基于本体和知识图谱的图数据库构建方法，其特征在于，基于地图可视化表达方法梳理空间知识，形成事实知识库和概念知识库的具体步骤如下：在地理特征本体、地理事件本体的基础上，依托推理规则库和推理机，对概念知识关联关系进行推理，并经过数据清洗操作，形成包含实体分类、关系类别和属性特征的基于本体的概念知识；基于知识模板从地理数据空间和地理知识空间抽取关于地理特征和地理事件的事实知识，形成包含地理实体、地理属性及相关关联关系的基于本体的事实知识。4.一种基于本体和知识图谱的双层次多重时空耦合建模方法，其特征在于，包括以下步骤：基于空间位置对物理地理空间内的地理实体及其关联关系进行抽象描述，并以第一数据结构形式存储在地理数据库中，形成数据模型；基于语义概念将地理知识空间内的空间知识及其关系以第二数据结构形式进行描述，并存储到空...

【专利技术属性】
技术研发人员：王富强，王光霞，张路路，武玉国，武志强，刘灵杰，苏东辉，
申请(专利权)人：郑州信大先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：