CN111125294B - 一种空间关系的知识图谱数据模型表示方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间关系的知识图谱数据模型表示方法及系统，通过为在领域知识图谱图数据库中构建行政区划“实体”对象和网格空间“实体”对象；在基于空间关系分析算法建立了网格空间、行政区划空间“实体”间的从属、相交“关系”后；在进行海量时空事件数据的空间关系聚类分析时，依据领域知识图谱中网格空间“实体”的从属关系与相邻关系，进行地理空间关系聚类分析与空间相关性搜索运算，从而大幅提升公共安全业务领域中空间分析运算的实时性。

Description

一种空间关系的知识图谱数据模型表示方法及系统

技术领域

本发明涉及数据搜索与分析领域，更具体地说，涉及一种空间关系的知识图谱数据模型表示方法及系统。

背景技术

知识图谱最初是由谷歌提出用来优化搜索引擎的技术，在不断发展中外延也一度扩大。盘点目前知识图谱的发展，其已经助力了很多热门的人工智能场景的应用，例如语音助手、聊天机器人、智能问答等。当前的人工智能其实可以简单划分为感知智能(主要集中在对于图片、视频以及语音的能力的探究)和认知智能(涉及知识推理、因果分析等)，知识图谱就是认知智能领域中主要的技术之一。

从使用的范围来讲，知识图谱分为通用知识图谱和领域知识图谱。通用知识图谱主要应用于面向互联网的搜索、推荐、问答等业务场景。领域知识图谱通常需要依靠特定行业的数据来构建，具有特定的行业意义。通用知识图谱强调的是广度，数据也多来自于互联网，领域知识图谱中，实体的属性与数据模式往往比较丰富，需要考虑到不同的业务场景与使用人员。

中国专利“CN109753541A一种关系网络构建方法和装置、计算机可读存储介质”针对公共安全领域数据和业务特点，通过构建关系网络所需数据，并将数据映射至以下至少之一的空间：绝对空间、行政区划空间、点位空间，按照预设的关系抽取算子，从接入的不同事件数据中抽取所述映射的空间数据中的关系，再通过高级的规则组合过滤来挖掘多个主体间的深层次隐藏关系(如：同行、同住等)。

该专利考虑在实际的公共安全领域业务系统中，将物联网采集设备映射到一个GIS(Geographic Information System,地理信息系统)，在需要进行相关的地理空间关系搜索分析时，利用该GIS系统所采用的空间索引算法建立的由空间位置到空间对象的映射关系，来实现相关的地理空间关系搜索与分析。

然而由于这些物联网采集设备相关的绝对空间是一个个孤立的经纬度坐标点，在对这些物联网采集设备捕获生成的海量时空事件数据做空间关系聚类分析与空间相关性搜索时，只能利用关联GIS系统所提供的空间索引，基于“全量”物联网采集设备的绝对空间进行空间关系聚类分析与空间相关性搜索运算。这种处理方法不仅需要大规模算力支持，且每次进行空间关系聚类分析与空间相关性搜索时，都需要消耗大量的计算资源与重复计算时间，其实际上无法应对海量时空事件数据的“实时”地理空间关系聚类分析与空间相关性搜索应用需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术需要消耗大量的计算资源与重复计算时间的缺陷，提供一种基于空间关系的知识图谱数据模型表示方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种空间关系的知识图谱数据模型表示方法，包括以下步骤：

建立领域知识图谱图数据库；在所述领域知识图谱图数据库中，构建若干个行政区划“实体”对象；

确定目标地理空间，将所述目标地理空间均匀分割成一个大小为m×n的网格矩阵；

在所述领域知识图谱图数据库中，基于目标地理空间，创建网格空间“实体”对象；

提取网格空间“实体”对象与行政区划“实体”对象的地理空间位置，进行地理空间关系聚类分析，基于空间关系分析算法确认、并建立网格空间“实体”对象与行政区划“实体”对象间的从属和相交“关系”；重复执行当前操作，直到在所述领域知识图谱图数据库中，完成相关“实体”间的从属和相交“关系”的创建，得到包括不同实体空间关系的知识图谱数据模型；其中：

在得到知识图谱数据模型之后，在对知识图谱数据模型和领域知识图谱图数据库更新的时候，考虑：

在创建人、事、地、物、组织、案件等事件“实体”对象时，依据该事件“实体”对象的位置属性与特定网格空间的位置相关性(该“实体”对象的位置处于特定网格空间所对应的物理空间地理范围内)，在领域知识图谱图数据库中建立该事件“实体”对象与相关网格空间“实体”对象之间的空间从属“关系”；

按预设的隐性“关系”(行政区划聚类、相邻、非相邻)发现规则和/或根据人、事、地、物、组织、案件等“实体”对象与现有网格空间“实体”对象间的空间从属“关系”进行领域知识图谱图数据库的更新；所述预设的隐性“关系”发现规则包括对不同空间“实体”对象间的隐性空间从属“关系”进行挖掘，从而对领域知识图谱图数据库中的空间关系进行更新。

本发明公开的一种基于实体空间关系的知识图谱数据模型表示系统，包括以下模块：

行政区划“实体”对象构建模块，用于建立领域知识图谱图数据库；在所述领域知识图谱图数据库中，构建若干个行政区划“实体”对象；

网格空间“实体”对象创建模块，用于确定目标地理空间，将所述目标地理空间均匀分割成一个m×n的网格矩阵；在所述领域知识图谱图数据库中，基于目标地理空间，创建网格空间“实体”对象；

知识图谱数据模型表示模块，用于提取网格空间“实体”对象与行政区划“实体”对象的地理空间位置，进行地理空间关系聚类分析；基于空间关系分析算法确认、并建立网格空间“实体”对象与行政区划“实体”对象间的从属和相交“关系”；重复执行当前操作，直到在所述领域知识图谱图数据库中，完成相关“实体”间的从属和相交“关系”的创建，得到包括不同实体空间关系的知识图谱数据模型；其中：

所述知识图谱数据模型表示模块中还包括创建人、事、地、物、组织、案件等事件“实体”对象时的空间关系更新模块；所述空间关系更新模块用于在得到知识图谱数据模型之后，在创建人、事、地、物、组织、案件等事件“实体”对象时，依据该事件“实体”对象的位置属性与特定网格空间的位置相关性(该“实体”对象的位置处于特定网格空间所对应的物理空间地理范围内)，对知识图谱数据模型中的数据进行更新；

所述知识图谱数据模型表示模块中还包括隐性空间从属“关系”挖掘模块；所述隐性空间从属“关系”挖掘模块，用于按预设的隐性“关系”发现规则，对不同空间“实体”对象间的隐性空间从属“关系”进行挖掘，从而对领域知识图谱图数据库中的空间关系进行更新。

在本发明所述的一种基于实体空间关系的知识图谱数据模型表示方法及系统中，依据领域知识图谱中这些时空事件数据的网格空间“实体”从属关系与相邻关系进行地理空间关系聚类分析与空间相关性搜索运算，从而大幅提升公共安全业务领域中空间分析运算的实时性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明公开的一种空间关系的知识图谱数据模型表示方法执行流程图；

图2是本发明公开的一种空间关系的知识图谱数据模型表示系统的结构图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明公开了一种空间关系的知识图谱数据模型表示方法及系统，通过将现实地理空间分割为m×n个均匀分布的规则网格空间，并将其映射到领域知识图谱中对应的网格空间“实体”，实际上为领域知识图谱中矩阵式排列的网格空间“实体”建立了一种隐式空间关系(行政区划聚类、相邻、非相邻等“关系”)，再通过将这些网格空间“实体”与行政区划空间“实体”建立显式空间关系(从属、包含、相交等“关系”)，为空间关系聚类分析与空间相关性搜索运算提供了不依赖GIS系统的一种全新的计算方法。

下面将以公共安全业务为基础，将本发明公开的技术方案做进一步说明：

为了提升公共安全业务领域中空间分析运算的实时性，请参考图1，其为本发明公开了一种空间关系的知识图谱数据模型表示方法实施流程图，在进行知识图谱数据模型表示的时候：

首先，基于公共安全业务建立领域知识图谱图数据库；在所述领域知识图谱图数据库中，构建若干个行政区划“实体”对象；其中，参照中华人民共和国民政部正式颁布的全国行政区划统计表分省、地、县三级建立行政区划空间“实体”对象；为了保证行政区划“实体”对象的全面覆盖，参照行政区划从属关系，构建省、地、县三级建立行政区划“实体”对象间的从属“关系”；重复上述操作，直至在领域知识图谱图数据库中完成所有行政区划“实体”对象的构建。

其次，确定目标地理空间，将所述目标地理空间均匀分割成一个大小为m×n的网格矩阵；以中国领土范围举例，将中国领土所占据的地理空间映射到一个m＝5200、n＝5500的网格，每个网格的面积为1平方公里。

其次，在所述领域知识图谱图数据库中，基于目标地理空间，创建网格空间“实体”对象；其中，在领域知识图谱图数据库中创建完成网格空间“实体”对象后，基于目标地理空间的切割面积，将切割得到的每个网格矩阵，映射为领域知识图谱中对应的一个网格空间“实体”；而，本实施例下，为了实现对每个网格空间“实体”的区分，考虑对每个独立的网格空间“实体”按照其在网格空间中所处的位置赋予一个ID值，具体的区分方案可以采用：

将每个网格空间“实体”作为物理空间区域，且为其设定一个ID值，但每个“实体”对象的ID值不同，其中：

位处第i行第j列的网格空间“实体”的ID值设为：

ID[i,j]＝i+j×m；

其中，明确此固定长宽为m、n的网格空间“实体”的空间覆盖范围起止点的坐标属性；0≤i<m，0≤j<n。

最后，提取网格空间“实体”对象与行政区划“实体”对象的地理空间位置，进行地理空间关系聚类分析，并基于空间关系分析算法确认、并建立网格空间“实体”对象与行政区划“实体”对象间的从属和相交“关系”；如果这两类“实体”具备从属、相交关系，则将在公共安全业务领域知识图谱图数据库中为相关“实体”建立从属、相交“关系”；重复执行当前操作，直到在所述领域知识图谱图数据库中，完成相关“实体”间的从属和相交“关系”的创建，得到包括不同实体空间关系的知识图谱数据模型；其中：

基于空间关系分析算法，将所述人、事、地、物、组织、案件等事件“实体”对象均映射到现有的网格空间，建立该“实体”对象与网格空间“实体”之间的空间从属“关系”，其中，多个网格空间“实体”之间的空间相邻“关系”，通过其在m×n的网格分割矩阵中的相邻关系确定；

为了减少知识图谱分析、搜索运算的运算量，当前可以通过遍历公共安全业务领域知识图谱图数据库中的全部网格空间“实体”，删除所有与行政区划空间“实体”间没有从属、相交关系的“无用”网格空间“实体”，以节省存储空间；

为了保证数据分析的有效性，还需要对前述构建的知识图谱数据模型和领域知识图谱图数据库进行适时的更新，而更新的规则可以依据“实体”对象的相关位置对知识图谱数据模型进行更新，可以依据网格空间“实体”与对象之间的从属关系、相邻关系以及隐性关系对领域知识图谱图数据库进行更新，具体的，在实施的时候：

1、在创建人、事、地、物、组织、案件等事件“实体”对象时，当该事件“实体”对象与现有网格空间“实体”对象间存在空间从属“关系”时，在领域知识图谱图数据库中，建立并更新事件“实体”对象与现有网格空间“实体”对象间的空间从属“关系”，进而更新领域知识图谱图数据库中的空间关系；

2、在该事件“实体”对象与现有网格空间“实体”对象间没有空间从属“关系”的时候，按照预设的隐性“关系”发现规则，定期扫描所述领域知识图谱图数据库，所述预设的隐性“关系”发现规则可以通过对不同空间“实体”对象间的隐性空间从属“关系”进行挖掘，且将挖掘到的隐性空间从属“关系”更新到领域知识图谱图数据库中，进行空间关系的更新；

然而，在为了避免数据传输延时的情况下，在实施的时候，可以选择隐性“关系”发现规则或者基于人、事、地、物、组织、案件等“实体”对象的空间从属“关系”，来对领域知识图谱图数据库进行更新；

或者为了保证数据库涉及到的数据更加全面，也可以结合上述两种更新方式，来对数据库进行更新。

请参考图2,其为本发明公开的一种空间关系的知识图谱数据模型表示系统的结构图，本发明公开的一种空间关系的知识图谱数据模型表示系统，包括以下模块：

行政区划“实体”对象构建模块L1用于建立领域知识图谱图数据库；在所述领域知识图谱图数据库中，构建若干个行政区划“实体”对象；

网格空间“实体”对象创建模块L2用于确定目标地理空间，将所述目标地理空间均匀分割成一个大小为m×n的网格矩阵；在所述领域知识图谱图数据库中，基于目标地理空间，创建网格空间“实体”对象；其中：

所述网格空间“实体”对象创建模块L2中还包括“实体”对象区分模块L21；

所述“实体”对象区分模块L21用于在领域知识图谱图数据库中创建完成(m×n)网格空间“实体”对象后，基于目标地理空间的切割面积，将切割得到的每个网格矩阵，映射为领域知识图谱中对应的一个网格空间“实体”；其中，为了实现对每个网格空间“实体”的区分，考虑对每个独立的网格空间“实体”按照其在网格空间中所处的位置赋予一个ID值，具体的将每个网格空间“实体”作为物理空间区域，且为其设定一个ID值，但每个“实体”对象的ID值不同，其中：

位处第i行第j列的网格空间“实体”的ID值设为：

ID[i,j]＝i+j×m；

明确此固定长宽的网格空间“实体”的空间覆盖范围起止点的坐标属性；0≤i<m，0≤j<n。

知识图谱数据模型表示模块L3用于提取网格空间“实体”对象与行政区划“实体”对象的地理空间位置，进行地理空间关系聚类分析；基于空间关系分析算法确认、并建立网格空间“实体”对象与行政区划“实体”对象间的从属和相交“关系”；重复执行当前操作，直到在所述领域知识图谱图数据库中，完成相关“实体”间的从属和相交“关系”的创建，得到包括不同实体空间关系的知识图谱数据模型；其中：

所述知识图谱数据模型表示模块L3中还包括创建事件“实体”对象时的空间关系更新模块L31；所述创建事件“实体”对象时的空间关系更新模块L31用于在得到知识图谱数据模型之后，在创建人、事、地、物、组织、案件等事件“实体”对象时，依据该事件“实体”对象的位置属性与特定网格空间的位置相关性(该“实体”对象的位置处于特定网格空间所对应的物理空间地理范围内)，对知识图谱数据模型中的数据进行更新；

所述知识图谱数据模型表示模块L3中还包括隐性空间从属“关系”挖掘模块L32；所述隐性空间从属“关系”挖掘模块L32用于按预设的隐性“关系”发现规则，对不同空间“实体”对象间的隐性空间从属“关系”进行挖掘，从而对领域知识图谱图数据库中的空间关系进行更新。

所述知识图谱数据模型表示模块L3中还包括空间从属“关系”更新模块L33，所述空间从属“关系”更新模块L33用于当事件“实体”对象与现有网格空间“实体”对象间存在空间从属“关系”时，在领域知识图谱图数据库中，建立并更新事件“实体”对象与现有网格空间“实体”对象间的空间从属“关系”，进而更新领域知识图谱图数据库中的空间关系。

本发明通过将原来需基于GIS系统的空间关系运算转化为直接依赖领域知识图谱中的“实体”空间关系图谱运算，将极大降低空间关系运算的计算复杂度，并大幅提升公共安全业务中人、事、地、物、组织、案件知识图谱空间关系聚类分析与空间相关性搜索运算的灵活性与分析效率。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种空间关系的知识图谱数据模型表示方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立领域知识图谱图数据库；在所述领域知识图谱图数据库中，构建若干个行政区划“实体”对象；

确定目标地理空间，将所述目标地理空间均匀分割成大小为m×n的网格矩阵；

在所述领域知识图谱图数据库中，基于目标地理空间，创建网格空间“实体”对象；

提取网格空间“实体”对象与行政区划“实体”对象的地理空间位置，进行地理空间关系聚类分析，并基于空间关系分析算法确认、并建立网格空间“实体”对象与行政区划“实体”对象间的从属和相交“关系”；重复执行当前操作，直到在所述领域知识图谱图数据库中，完成相关“实体”间的从属和相交“关系”的创建，得到包括不同实体空间关系的知识图谱数据模型；其中：

在得到知识图谱数据模型之后，对知识图谱数据模型和领域知识图谱图数据库更新的时候，通过：

在创建包括人、事、地、物、组织、案件的事件“实体”对象时，依据该“实体”对象位置属性与网格空间“实体”对象的位置相关性，在领域知识图谱图数据库中建立该“实体”对象与相关网格空间“实体”对象之间的空间从属“关系”；

按预设的隐性“关系”发现规则和/或根据事件“实体”对象与现有网格空间“实体”对象间的空间从属“关系”进行领域知识图谱图数据库的更新；当中，所述隐性“关系”包括实体与对象之间的行政区划聚类、相邻和非相邻关系；所述预设的隐性“关系”发现规则包括对不同空间“实体”对象间的隐性空间从属“关系”进行挖掘，从而对领域知识图谱图数据库中的空间关系进行更新。

2.根据权利要求1所述的知识图谱数据模型表示方法，其特征在于，在对领域知识图谱图数据库更新的时候，在该事件“实体”对象与现有网格空间“实体”对象间没有空间从属“关系”的时候，按预设的隐性“关系”发现规则，定期扫描所述领域知识图谱图数据库，挖掘出不同空间“实体”对象间的隐性空间从属“关系”，且，将挖掘得到的隐性空间从属“关系”更新到领域知识图谱图数据库中，进行空间关系的更新。

3.根据权利要求2所述的知识图谱数据模型表示方法，其特征在于，在根据包括人、事、地、物、组织和案件的事件“实体”对象与现有网格空间“实体”对象间的空间从属“关系”进行领域知识图谱图数据库更新的时候，具体为：

当该事件“实体”对象与现有网格空间“实体”对象间存在空间从属“关系”时，在领域知识图谱图数据库中，建立并更新事件“实体”对象与现有网格空间“实体”对象间的空间从属“关系”，从而对领域知识图谱图数据库中的空间关系进行更新。

4.根据权利要求3所述的知识图谱数据模型表示方法，其特征在于，在领域知识图谱图数据库中，按省、地、县三级建立行政区划空间“实体”对象；

参照行政区划从属关系，构建省、地、县三级建立行政区划“实体”对象间的从属“关系”；

重复上述操作，直至在领域知识图谱图数据库中完成所有行政区划“实体”对象的构建。

5.根据权利要求4所述的知识图谱数据模型表示方法，其特征在于，在领域知识图谱图数据库中创建完成大小为m×n的网格空间“实体”对象后，基于目标地理空间的切割面积，将切割得到的每个网格矩阵，映射为领域知识图谱中对应的一个网格空间“实体”；其中，为了实现对每个网格空间“实体”的区分，对每个独立的网格空间“实体”按照其在网格空间中所处的位置赋予一个ID值。

6.根据权利要求5所述的知识图谱数据模型表示方法，其特征在于，将每个网格空间“实体”作为物理空间区域，且为其设定一个ID值，但每个“实体”对象的ID值不同，其中：

位处第i行第j列的网格空间“实体”的ID值设为：

ID[i,j]＝i+j×m；

其中，明确当前网格空间“实体”的空间覆盖范围起止点的坐标属性，0≤i<m，0≤j<n。

7.根据权利要求6所述的知识图谱数据模型表示方法，其特征在于，基于空间关系分析算法，将包括人、事、地、物、组织和案件的事件“实体”对象均映射到现有的网格空间，建立该事件“实体”对象与网格空间“实体”之间的空间从属“关系”，其中，多个网格空间“实体”之间的空间相邻“关系”，通过其在m×n的网格分割矩阵中的相邻关系确定。

8.一种基于实体空间关系的知识图谱数据模型表示系统，其特征在于，包括以下模块：

行政区划“实体”对象构建模块，用于建立领域知识图谱图数据库；在所述领域知识图谱图数据库中，构建若干个行政区划“实体”对象；

网格空间“实体”对象创建模块，用于确定目标地理空间，将所述目标地理空间均匀分割成一个大小为m×n的网格矩阵；在所述领域知识图谱图数据库中，基于目标地理空间，创建网格空间“实体”对象；

知识图谱数据模型表示模块，用于提取网格空间“实体”对象与行政区划“实体”对象的地理空间位置，进行地理空间关系聚类分析；基于空间关系分析算法确认、并建立网格空间“实体”对象与行政区划“实体”对象间的从属和相交“关系”；重复执行当前操作，直到在所述领域知识图谱图数据库中，完成相关“实体”间的从属和相交“关系”的创建，得到包括不同实体空间关系的知识图谱数据模型；其中：

所述知识图谱数据模型表示模块中还包括创建包括人、事、地、物、组织和案件的事件“实体”对象时的空间关系更新模块；所述空间关系更新模块用于在得到知识图谱数据模型之后，在创建包括人、事、地、物、组织和案件的事件“实体”对象时，依据该事件“实体”对象的位置属性与特定网格空间的位置相关性，对知识图谱数据模型中的数据进行更新；其中，所述位置相关性通过“实体”对象处于特定网格空间所对应的物理空间地理范围内的位置确定；

所述知识图谱数据模型表示模块中还包括隐性空间从属“关系”挖掘模块；所述隐性空间从属“关系”挖掘模块，用于按预设的隐性“关系”发现规则，对不同空间“实体”对象间的隐性空间从属“关系”进行挖掘，从而对领域知识图谱图数据库中的空间关系进行更新。

9.根据权利要求8所述的知识图谱数据模型表示系统，其特征在于，所述网格空间“实体”对象创建模块中还包括“实体”对象区分模块；

所述“实体”对象区分模块用于在领域知识图谱图数据库中创建完成网格空间“实体”对象后，基于目标地理空间的切割面积，将切割得到的每个网格矩阵，映射为领域知识图谱中对应的一个网格空间“实体”；其中，为了实现对每个网格空间“实体”的区分，对每个独立的网格空间“实体”按照其在网格空间中所处的位置赋予一个ID值，具体的将每个网格空间“实体”作为物理空间区域，且为其设定一个ID值，但每个“实体”对象的ID值不同，其中：

位处第i行第j列的网格空间“实体”的ID值设为：

ID[i,j]＝i+j×m；

明确此固定长宽的网格空间“实体”的空间覆盖范围起止点的坐标属性，0≤i<m，0≤j<n。

10.根据权利要求9所述的知识图谱数据模型表示系统，其特征在于，在所述知识图谱数据模型表示模块中还包括空间从属“关系”更新模块，所述空间从属“关系”更新模块，用于当事件“实体”对象与现有网格空间“实体”对象间存在空间从属“关系”时，在领域知识图谱图数据库中，建立并更新该事件“实体”对象与现有网格空间“实体”对象间的空间从属“关系”，进而更新领域知识图谱图数据库中的空间关系。

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