CN112182234B

CN112182234B - 流域防洪规划数据知识图谱构建方法

Info

Publication number: CN112182234B
Application number: CN202010746347.6A
Authority: CN
Inventors: 黄艳; 谢明霞; 罗斌; 许力; 宫留留
Original assignee: Changjiang Spatial Information Technology Engineering Co ltd; Wuhan Hongshu Technology Co ltd; Changjiang Institute of Survey Planning Design and Research Co Ltd
Current assignee: Changjiang Spatial Information Technology Engineering Co ltd; Wuhan Hongshu Technology Co ltd; Changjiang Institute of Survey Planning Design and Research Co Ltd
Priority date: 2020-07-29
Filing date: 2020-07-29
Publication date: 2022-06-28
Anticipated expiration: 2040-07-29
Also published as: CN112182234A

Abstract

本发明涉及一种流域防洪规划数据知识图谱构建方法，该方法基于时空、拓扑、层级关系等构建流域防洪规划数据知识图谱，结合空间和统计分析方法进行防洪规划数据知识图谱应用。该方法可以有效提高流域防洪规划数据搜索和整理效率，以及规划设计的协同能力；可以提高流域防洪规划数据间关联关系的分析能力，以及数据的应用服务能力；流域防洪规划数据知识图谱的构建和应用充分利用了现有技术和方法，且速度快，通用性强，不仅可以应用流域于防洪规划领域，结合其它领域知识，也可应用于枢纽设计、流域联合调度以及建设运维等，值得应用推广。

Description

流域防洪规划数据知识图谱构建方法

技术领域

本发明涉及流域防洪规划和空间分析领域，具体涉及一种流域防洪规划数据知识图谱构建方法。

背景技术

知识图谱(Knowledge Graph)是通过将应用数学、图形学、信息可视化技术、信息科学等学科的理论与方法与计量学引文分析、共现分析等方法结合，并利用可视化的图谱形象地展示学科的核心结构、发展历史、前沿领域以及整体知识架构达到多学科融合目的的现代理论。它把复杂的知识领域通过数据挖掘、信息处理、知识计量和图形绘制而显示出来，揭示知识领域的动态发展规律，为学科研究提供切实的、有价值的参考。

空间分析是对于地理空间现象的定量研究，主要通过空间数据和空间模型的联合分析来挖掘空间目标的潜在信息，而这些空间目标的基本信息，无非是其空间位置、分布、形态、距离、方位、拓扑关系等，其中距离、方位、拓扑关系组成了空间目标的空间关系，它是地理实体之间的空间特性，可以作为数据组织、查询、分析和推理的基础。

目前流域防洪规划主要是基于规划人员的经验知识进行数据搜集、整理、分析和方案设计，一方面人工数据搜集费时费力，难以协同，且数据完整性无法保证；另一方面，数据的分析和利用难以深入，通过零散的数据难以充分发挥数据资产整体价值，难以进行数据的有效分析。

因此，将流域防洪规划领域成熟的经验知识进行总结和归纳，形成数据知识图谱，一方面有利于提高流域防洪规划效率；另一方面有助于流域防洪规划相关数据的深入利用和分析挖掘。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种流域防洪规划数据知识图谱构建方法，将防洪规划设计的基本方法结合专家的经验知识转换为知识图谱，并根据应用需求进行可视化展示和分析，提高防洪规划数据的搜索和分析效率，并结合空间分析、统计分析等方法辅助进行流域防洪规划数据深度挖掘和应用。

本发明采用的技术方案是：一种流域防洪规划数据知识图谱构建方法，包括以下步骤：

1)、梳理流域防洪规划需要的数据；

2)、从不同数据源获取防洪规划所需数据，对数据获取与否进行标识；

3)、以水系为基础，构建数据目录，形成流域防洪规划数据结构树；

4)、依据空间属性关系，构建流域防洪规划数据时空拓扑关系；

5)、据流域防洪目标，结合现状需求，构建防洪工程与防洪对象数据关系模型，在此基础上，构建流域防洪规划数据知识图谱；

6)、从流域、区域、河段、具体防洪对象等层级展示防洪规划数据知识图谱；

7)、利用流域防洪规划数据知识图谱进行数据推送，及信息统计、查询和分析，结合缓冲区分析、叠置分析和拓扑分析进行防洪规划数据深度融合挖掘和应用。

作为优选，步骤1)中，根据防洪规划编制规程(SL 669-2014)、防洪规划资料以及规划设计人员经验知识，提取和整理防洪规划所需的数据项，包括自然状况、水文气象、经济社会、洪涝灾害、防洪治涝工程措施和非工程措施现状资料，经济社会发展规划及相关行业(部门)规划，以往水利规划和有关分析、研究成果等，并基于领域专家知识，对提取的数据项进行筛选和标注类型标签。

其中，自然状况资料主要包括：自然地理、地形地貌、河流水系、湖泊、湿地、区域地质、自然资源以及生态环境等资料；水文气象资料主要包括：反映流域、区域气象、水文特征的有关数据；主要测站的降水、水位、流量、泥沙、潮汐等实测系列资料及历史调查资料；历史暴雨洪水、高含沙洪水、冰凌洪水及河口天文大潮、风暴潮资料；反映洪水特性的各河段洪水传播时间、速度等数据资料；经济社会资料包括：规划范围内人口、国民经济、土地利用、城市发展、工农业发展等经济社会指标和基本统计资料；防洪治涝工程措施现状资料包括：规划范围内的堤防、水库、蓄滞洪区、蓄涝区、河势控制分洪道，重要的节制闸、挡潮闸、排水泵站等资料；非工程措施包括：防洪与排涝管理，调度预案或方案，监测预警、防汛指挥系统等。

作为优选，步骤3)中，首先根据地理空间数据、水利数据、社会经济数据等分类标准，以及流域防洪规划数据类型标签，对流域防洪规划数据进行分类；在对流域防洪规划数据进行分类的基础上，利用各类型数据分层分级标准，构建流域防洪规划数据结构树。

作为优选，步骤2)中，根据步骤1)中提取的流域防洪规划数据项，从已有数据库和互联网获取流域防洪规划所需数据，并对各数据项数据获取与否进行标识。

作为优选，步骤4)中，通过位置信息，实现数据库中带有地理空间位置信息的防洪规划专题数据与空间数据的关联，构建空间拓扑关系；通过时间信息，生成与时间相关的流域防洪规划数据的时序数据。

作为优选，步骤5)中，根据步骤2)、步骤3)和步骤4)中获取流域防洪规划所需数据的获取与否、分类分级关系、空间拓扑关系和时序关系构建流域防洪规划数据知识图谱。

作为优选，步骤6)中，在Web前端页面使用可视化技术，对存储的数据知识图谱以知识树和图谱形式展示，并根据数据获取标识进行动态调整和更新。

作为优选，步骤7)中，根据流域防洪规划数据知识图谱和数据获取标签，以及数据知识图谱与数据库联动更新机制，对流域防洪规划所需的数据的获取状态进行动态直观展示；根据缓冲区分析，实时获取缓冲区内防洪规划所需数据的统计分析结果；根据拓扑分析，获取流域防洪规划选取流域的拓扑相关的其它要素信息；利用叠置分析对流域防洪规划选取流域范围内的各专题信息进行叠加可视化，在此基础上进行直观的数据融合分析。

本发明取得的有益效果是：

(1)可以有效提高流域防洪规划数据搜索和整理效率，以及规划设计的协同能力；

(2)可以提高流域防洪规划数据间关联关系的分析能力，以及数据的应用服务能力；

(3)流域防洪规划数据知识图谱的构建和应用充分利用了现有技术和方法，且速度快，通用性强，不仅可以应用流域于防洪规划领域，结合其它领域知识，也可应用于枢纽设计、流域联合调度以及建设运维等，值得应用推广。

附图说明

图1为本发明总体设计流程图；

图2为本发明根据防洪规划编制规程、流域防洪规划资料、规划设计人员经验知识，以及地理空间数据、水利数据等分类分级标准构建的流域防洪规划数据结构实例图；

图3为本发明以某一流域防洪规划为例，数据知识图谱应用服务流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-2所示，本发明的一种流域防洪规划数据知识图谱构建方法，包括以下步骤：

1)、梳理流域防洪规划需要的数据；根据防洪规划编制规程(SL669-2014)、防洪规划资料以及规划设计人员经验知识，提取和整理防洪规划所需的数据项，包括自然状况、水文气象、经济社会、洪涝灾害、防洪治涝工程措施和非工程措施现状资料，经济社会发展规划及相关行业(部门)规划，以往水利规划和有关分析、研究成果等，并基于领域专家知识，对提取的数据项进行筛选和标注类型标签。

2)、从不同数据源获取防洪规划所需数据，对数据获取与否进行标识；首先根据地理空间数据、水利数据、社会经济数据等分类标准，以及流域防洪规划数据类型标签，对流域防洪规划数据进行分类；在对流域防洪规划数据进行分类的基础上，利用各类型数据分层分级标准，构建流域防洪规划数据结构树；

3)、以水系为基础，构建数据目录，形成流域防洪规划数据结构树；根据步骤1)中提取的流域防洪规划数据项，从已有数据库和互联网获取流域防洪规划所需数据，并对各数据项数据获取与否进行标识；

4)、依据空间属性关系，构建流域防洪规划数据时空拓扑关系；通过位置信息，实现数据库中带有地理空间位置信息的防洪规划专题数据与空间数据的关联，构建空间拓扑关系；通过时间信息，生成与时间相关的流域防洪规划数据的时序数据；

5)、据流域防洪目标，结合现状需求，构建防洪工程与防洪对象数据关系模型，在此基础上，构建流域防洪规划数据知识图谱；根据步骤2)、步骤3)和步骤4)中获取流域防洪规划所需数据的获取与否、分类分级关系、空间拓扑关系和时序关系构建流域防洪规划数据知识图谱；

6)、从流域、区域、河段、具体防洪对象等层级展示防洪规划数据知识图谱；在Web前端页面使用可视化技术，对存储的数据知识图谱以知识树和图谱形式展示，并根据数据获取标识进行动态调整和更新；

7)、利用流域防洪规划数据知识图谱进行数据推送，及信息统计、查询和分析，结合缓冲区分析、叠置分析和拓扑分析进行防洪规划数据深度融合挖掘和应用；根据流域防洪规划数据知识图谱和数据获取标签，以及数据知识图谱与数据库联动更新机制，对流域防洪规划所需的数据的获取状态进行动态直观展示；根据缓冲区分析，实时获取缓冲区内防洪规划所需数据的统计分析结果；根据拓扑分析，获取流域防洪规划选取流域的拓扑相关的其它要素信息；利用叠置分析对流域防洪规划选取流域范围内的各专题信息进行叠加可视化，在此基础上进行直观的数据融合分析。

如图3所示，为本发明实例选取某一流域进行防洪规划设计，进一步说明流域防洪规划数据知识图谱的应用服务情况。具体包括如下步骤：

步骤1：通过构建的流域拓扑关系，选取某一具体流域；

步骤2：对上述已构建的流域防洪规划数据知识图谱进行可视化；

步骤3：利用防洪规划数据间空间拓扑、关联关系等，进行缓冲区分析，获取流域防洪影响的区域；

步骤4：针对流域防洪影响区域，通过流域防洪规划数据知识图谱与数据库的动态关联，实时更新展示防洪规划数据知识图谱，并推送区域内防洪规划所需数据的获取情况，辅助数据补充，避免数据的重复获取，以及人工检查和判断，提高防洪规划效率；

步骤5：利用流域防洪规划数据知识图谱，快速获取影响区域内交通、洪水推演、LBS、居民地、行政区划、自然保护区、生态红线等数据信息；

步骤6：根据流域防洪规划数据知识图谱和数据获取标签，以及知识图谱与数据库联动更新机制，对防洪规划设计所需的数据的获取状态进行动态直观展示；根据缓冲区分析，实时获取缓冲区内防洪规划设计所需数据的统计分析结果；根据拓扑分析，获取防洪规划选取流域(区域)的拓扑相关的其它要素信息；利用叠置分析对防洪规划选取流域(区域)范围内的各专题信息进行叠加可视化，在此基础上进行直观的数据融合分析，实现防洪规划数据的深度挖掘和利用。

流域防洪规划数据知识图谱应用服务：将交通、洪水推演、LBS、居民地、行政区划等信息进行叠置，利用网络分析等进行居民转移规划路径设计，辅助防灾减灾联合调度。

选取影响区域内的某点，基于居民地信息，利用缓冲区和统计分析，对缓冲区范围内的居民信息进行统计，辅助防洪过程中的移民规划。

选取影响区域内的某点，基于自然保护区、生态红线等信息，利用叠置分析、缓冲区分析和统计分析等方法，对防洪影响区域中涉及的自然保护区和生态红线范围内区域进行统计，辅助防洪过程中的生态保护设计。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种流域防洪规划数据知识图谱构建方法，包括以下步骤：

1)、梳理流域防洪规划需要的数据；

2)、从不同数据源获取防洪规划所需数据，对数据获取与否进行标识；根据步骤1)中提取的流域防洪规划数据项，从已有数据库和互联网获取流域防洪规划所需数据，并对各数据项数据获取与否进行标识；

3)、以水系为基础，构建数据目录，形成流域防洪规划数据结构树；首先根据地理空间数据、水利数据和社会经济数据分类标准，以及流域防洪规划数据类型标签，对流域防洪规划数据进行分类；在对流域防洪规划数据进行分类的基础上，利用各类型数据分层分级标准，构建流域防洪规划数据结构树；

5)、依据流域防洪目标，结合现状需求，构建防洪工程与防洪对象数据关系模型，构建流域防洪规划数据知识图谱；根据步骤2)、步骤3)和步骤4)中获取流域防洪规划所需数据的获取与否、分类分级关系、空间拓扑关系和时序关系构建流域防洪规划数据知识图谱；

6)、从流域、区域、河段、具体防洪对象层级展示防洪规划数据知识图谱；

2.根据权利要求1所述的流域防洪规划数据知识图谱构建方法，其特征在于：步骤1)中，根据防洪规划编制规程和防洪规划资料，提取和整理防洪规划所需的数据项，包括自然状况、水文气象、经济社会、洪涝灾害、防洪治涝工程措施和非工程措施现状资料，经济社会发展规划及相关行业规划，以往水利规划和有关分析、研究成果，对提取的数据项进行筛选和标注类型标签。

3.根据权利要求2所述的流域防洪规划数据知识图谱构建方法，其特征在于：自然状况资料包括：自然地理、地形地貌、河流水系、湖泊、湿地、区域地质、自然资源以及生态环境资料；水文气象资料包括：反映流域、区域气象和水文特征有关数据，主要测站的降水、水位、流量、泥沙和潮汐实测系列资料及历史调查资料，历史暴雨洪水、高含沙洪水、冰凌洪水及河口天文大潮和风暴潮资料，反映洪水特性的各河段洪水传播时间和速度数据资料；经济社会资料包括：规划范围内人口、国民经济、土地利用、城市发展、工农业发展经济社会指标和基本统计资料；防洪治涝工程措施现状资料包括：规划范围内的堤防、水库、蓄滞洪区、蓄涝区和河势控制分洪道，重要的节制闸、挡潮闸和排水泵站资料；非工程措施包括：防洪与排涝管理，调度预案或方案，监测预警、防汛指挥系统。

4.根据权利要求1所述的流域防洪规划数据知识图谱构建方法，其特征在于：步骤6)中，在Web前端页面使用可视化技术，对存储的数据知识图谱以知识树和图谱形式展示，并根据数据获取标识进行动态调整和更新。

5.根据权利要求1所述的流域防洪规划数据知识图谱构建方法，其特征在于：步骤7)中，根据流域防洪规划数据知识图谱和数据获取标签，以及数据知识图谱与数据库联动更新机制，对流域防洪规划所需的数据的获取状态进行动态直观展示；根据缓冲区分析，实时获取缓冲区内防洪规划所需数据的统计分析结果；根据拓扑分析，获取流域防洪规划选取流域的拓扑相关的其它要素信息；利用叠置分析对流域防洪规划选取流域范围内的各专题信息进行叠加可视化，在此基础上进行直观的数据融合分析。