CN114116915A - 一种基于三维数字平台的水利工程智能图谱系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维数字平台的水利工程智能图谱系统，该系统包括基础数据层(10)、技术支撑层(20)、知识图谱层(30)、应用服务层(40)和用户界面层(50)。与现有技术相比，本发明基于三维数字平台，能够进一步促进知识图谱与人工智能的有机结合及其在水利工程领域的应用，有助于提升水利工程领域综合决策的智能化水平，提高指挥决策效率与准确性。
Description
技术领域
本发明涉及应急防灾领域，特别涉及一种水利工程智能图谱系统。
背景技术
水利工程领域涉及业务方向较多，包括水资源、水环境、水生态、水安全、水灾害、水文化等多个方向，水利业务交叉复杂，存在基础信息与行业数据繁杂、共享服务困难、决策效率偏低等实际问题，随着人工智能与计算机技术的快速发展及其在水利工程领域的融合应用，知识图谱作为一项实用的人工智能前沿技术，能够灵活集成多源异构数据，建立数据关联，实现实体链接，并进行大规模知识推理，其重要性更加凸显。目前知识图谱技术主要应用在国防、金融、医疗、司法、制造、交通、电网等领域，在智能问答、人机互动、数据整合与智能决策等方面发挥了重要支撑作用，但尚未在水利工程领域得到充分有效的应用。
发明内容
本发明结合水利工程领域复杂的业务需求而提出一种基于三维数字平台的水利工程智能图谱系统，实现了利用图谱分析和展示水利数据与业务整体知识架构。
本发明采用以下的技术方案来实现：
一种基于三维数字平台的水利工程智能图谱系统架构图，该系统包括基础数据层10、技术支撑层20、知识图谱层30、应用服务层40和用户界面层50；
进一步地，所述基础数据层10包括数据格式和数据类别；
进一步地，所述技术支撑层20整合了知识图谱支撑技术资源、人工智能支撑技术资源和系统开发技术资源；所述知识图谱支撑技术资源与人工智能支撑技术资源结合，为水利工程智能图谱的构建与应用提供技术支撑；
进一步地，在所述知识图谱层30中包括根据水利工程领域不同方向至少包括水资源、水环境、水生态、水安全、水灾害、水文化在内的不同类别的数据，采用知识图谱技术和人工智能技术，构建基础信息知识图谱和专业知识图谱，将基础信息知识图谱和专业知识图谱以挂接方式建成不同方向或业务部门的专项知识图谱，由不同方向或业务部门的专项知识图谱共同组成水利工程领域综合知识图谱库；
进一步地，在所述应用服务层40中包括提供语义搜索、智能推荐与辅助决策等不同的应用服务；
进一步地，在所述用户界面层50中实现了基于水利业务的三维数字平台、集成水利工程领域知识图谱、利用语义搜索与知识推理实现针对不同业务需求的知识智能选择或智能推荐和实现知识图谱的实时调用与动态展示。
所述数据格式至少包括结构化数据、半结构化数据、非结构化数据和多媒体数据等；
所述数据类别包括基础信息数据、水利工程领域概念词库知识、专项业务数据：①基础信息数据至少包括流域水系、重点防洪工程、行政区与重要城市县乡驻地、重要基础设施、社会经济与人口、地形、地貌在内的多源异构数据；②水利工程领域概念词库知识数据至少包括水利工程领域相关的概念词库、学术文献和专家经验知识；③专项业务数据至少包括水资源、水环境、水生态、水安全、水灾害和水文化在内的专业数据。
所述知识图谱技术资源至少包括知识表示、知识抽取、知识建模、知识融合、知识存储和知识推理；所述人工智能技术至少包括机器学习、深度学习、迁移学习、无监督学习、图数据库、图像识别等；系统开发技术至少包括WebGIS技术、三维GIS技术、数据库技术、Spring技术、中间件技术和WebServices技术；
所述人工智能技术资源至少包括机器学习、深度学习、迁移学习、无监督学习、图数据库、图像识别。
所述系统开发技术资源至少包括WebGIS开发、三维GIS开发、数据库开发、Spring开发、中间件开发和WebServices开发，为B/S架构信息系统开发提供开发技术支持。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)水利工程业务数据更加丰富，服务领域更加宽泛，图谱直观表现能力强，辅助决策智能化程度高，更好满足水利工程领域多业务协同联动工作需求；
(2)基于三维数字平台，进一步促进知识图谱与人工智能的有机结合及其在水利工程领域的应用，有助于提升水利工程领域综合决策的智能化水平，提高指挥决策效率与准确性；
(3)为解决水利工程领域多业务交叉与复杂数据交互的难题，提供了新的思路与方法；
促进水利工程领域多源异构知识的高效融合，为水利工程领域跨层级、跨地域、跨系统、跨部门的多业务交叉联合应用提供重要支持，进一步推进水利工程综合决策的智能化水平。
附图说明
图1为本发明的一种基于三维数字平台的水利工程智能图谱系统架构图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，为本发明的一种基于三维数字平台的水利工程智能图谱系统架构图，该系统包括基础数据层10、技术支撑层20、知识图谱层30、应用服务层40、用户界面层50。其中：
进一步地，所述基础数据层10包括数据格式和数据类别，其中：数据格式包括结构化数据、半结构化数据、非结构化数据及多媒体数据等。数据类别包括基础信息数据、水利工程领域概念词库知识及专项业务数据。其中，①基础信息数据包括流域水系、重点防洪工程、行政区与重要城市县乡驻地、重要基础设施、社会经济与人口、地形、地貌等多源异构数据；②水利工程领域概念词库知识数据包括水利工程领域相关的概念词库、学术文献和专家经验知识等；③专项业务数据包括水资源、水环境、水生态、水安全、水灾害、水文化等不同方向对应的专业基础数据库、水库调度预案、水利行业标准以及水资源分布、水环境功能分区、生态环境状况分布、历史洪涝灾害分布、洪水风险区划分布和水文化遗产分布等海量数据信息。
进一步地，所述技术支撑层20包括知识图谱技术资源、人工智能技术资源和系统开发技术资源。其中：知识图谱技术资源包括知识表示、知识抽取、知识建模、知识融合、知识存储、知识推理等；人工智能技术资源包括机器学习、深度学习、迁移学习、无监督学习、图数据库、图像识别等；知识图谱技术资源与人工智能技术资源的有机结合，为水利工程智能图谱的构建与应用提供技术支撑。系统开发技术资源包括WebGIS开发、三维GIS开发、数据库开发、Spring开发、中间件开发和WebServices开发等，为B/S架构信息系统开发提供开发技术支持。
进一步地，在所述知识图谱层30中包括：根据水利工程领域不同方向(水资源、水环境、水生态、水安全、水灾害、水文化等)对应的不同类别数据，采用知识图谱技术和机人工智能技术，构建基础信息知识图谱和专业知识图谱，将基础信息知识图谱和专业知识图谱以挂接方式建成不同方向或业务部门的专项知识图谱，由不同方向或业务部门的专项知识图谱共同组成水利工程领域综合知识图谱库。其中水资源方向主要提供水资源量分布、水资源供需分布、水资源优化配置、水资源综合规划、水库分布及其调度预案等方面的知识图谱应用服务，水环境与水安全方向主要提供水环境功能分区、污水处理厂分布、不同类别污染源分布、水环境监测数据与评价、饮水安全监测数据与评价等方面的知识图谱应用服务，水生态与水文化方向主要提供水生态环境状况分布、水生态系统保护分布与管理措施、水文化遗产分布、水文化规划等方面的知识图谱应用服务，水灾害方向主要提供历史洪涝灾害分布、洪水风险分析、风险区划分布、洪涝灾害监测预警、防汛预案、防汛会商、指挥决策等方面的知识图谱应用服务，以上应用服务功能可根据实际需要灵活增减。
进一步地，在所述应用服务层40中包括：针对水利工程领域不同方向或部门的业务职能，通过知识存储、知识检索与知识推理，为其提供语义搜索、智能推荐与辅助决策等不同的应用服务。其中水资源方向主要提供水资源量分布、水资源供需分布、水资源优化配置、水资源综合规划、水库分布及其调度预案等方面的知识图谱应用服务，水环境与水安全方向主要提供水环境功能分区、污水处理厂分布、不同类别污染源分布、水环境监测数据与评价、饮水安全监测数据与评价等方面的知识图谱应用服务，水生态与水文化方向主要提供水生态环境状况分布、水生态系统保护分布与管理措施、水文化遗产分布、水文化规划等方面的知识图谱应用服务，水灾害方向主要提供历史洪涝灾害分布、洪水风险分析、风险区划分布、洪涝灾害监测预警、防汛预案、防汛会商、指挥决策等方面的知识图谱应用服务，以上应用服务功能可根据实际需要灵活增减。
进一步地，在所述用户界面层中包括：基于水利业务的三维数字平台，集成水利工程领域知识图谱，通过Web浏览器访问，利用语义搜索与知识推理实现针对不同业务需求的知识智能选择或智能推荐，实现知识图谱的实时调用与动态展示，能够为水利部、应急管理部、流域管理机构、水利厅、水利局及其他水利工程领域管理部门提供及时、快速、高效的智能决策服务。
本发明的一种基于三维数字平台的水利工程智能图谱系统包括基础数据库构造、知识图谱库构建、应用系统开发与集成应用，具体实施过程如下：
(1)基础数据库构建
步骤1：收集研究区域基础信息数据，利用python等工具网络爬取水利工程领域概念词库知识，并收集不同水利行业部门已建的专业数据库。
步骤2：对收集的海量数据，按照结构化数据、半结构化数据、非结构化数据、多媒体数据等进行图谱信息分类，并借助数据库技术进行整编处理，建立不同知识实体的属性关联关系。
(2)知识图谱库构建
步骤1：根据研究区域基础地理信息，即流域水系、重点防洪工程、行政区与重要城市县乡驻地、重要基础设施、社会经济与人口、地形、地貌等多源异构数据，以及水利工程领域词库知识数据库，通过知识表示、知识抽取、知识建模、知识融合等构建水利语义网络图，形成基础信息图谱，描述江河水系、水利工程和人类活动等实体、概念及其关系。
步骤2：根据水利工程领域不同方向的专项业务数据库，更多以文本、点状图谱与线型图谱形式进行知识存储，利用相同的知识图谱技术构建各方向的专业知识图谱。
步骤3：由水资源、水环境、水生态、水安全、水灾害、水文化等不用方向的专业知识图谱，以及基础信息图谱，通过挂接方式，共同组成水利工程领域综合知识图谱库。
(3)应用系统开发与集成应用
步骤1：根据水利工程实际业务需求，分析应用系统的功能需求并进行详细设计，采用WebGIS、Spring、三维GIS与中间件等技术进行应用系统的功能开发，建立水利工程流域基础信息的三维数字平台，同时嵌入集成水利工程领域综合知识图谱库，研发一套B/S结构的水利工程智能图谱三维数字平台，实现知识图谱的可视化。
步骤2：通过Web浏览器访问水利工程智能图谱系统平台，利用语义搜索、知识推理与图像识别，实现针对不同业务应用需求的知识快速搜索、智能选择或智能推荐，以及知识图谱的实时调用与动态展示，从而为水利工程领域不同用户提供智能化的决策支持。
应当说明的是，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并非限制性的，本领域研究人员在本发明的启发下，凡不脱离本发明宗旨和权利要求保护范围对本发明做出形式上的变化和改动，均落入本发明的保护。
Claims (5)
1.一种基于三维数字平台的水利工程智能图谱系统，其特征在于，该系统包括基础数据层(10)、技术支撑层(20)、知识图谱层(30)、应用服务层(40)和用户界面层(50)；其中：
进一步地，所述基础数据层(10)包括数据格式和数据类别；
进一步地，所述技术支撑层(20)整合了知识图谱支撑技术资源、人工智能支撑技术资源和系统开发技术资源；所述知识图谱支撑技术资源与人工智能支撑技术资源结合，为水利工程智能图谱的构建与应用提供技术支撑；
进一步地，在所述知识图谱层(30)中包括根据水利工程领域不同方向至少包括水资源、水环境、水生态、水安全、水灾害、水文化在内的不同类别的数据，采用知识图谱技术和人工智能技术，构建基础信息知识图谱和专业知识图谱，将基础信息知识图谱和专业知识图谱以挂接方式建成不同方向或业务部门的专项知识图谱，由不同方向或业务部门的专项知识图谱共同组成水利工程领域综合知识图谱库；
进一步地，在所述应用服务层(40)中包括提供语义搜索、智能推荐与辅助决策等不同的应用服务；
进一步地，在所述用户界面层(50)中实现了基于水利业务的三维数字平台、集成水利工程领域知识图谱、利用语义搜索与知识推理实现针对不同业务需求的知识智能选择或智能推荐和实现知识图谱的实时调用与动态展示。
2.如权利要求1所述的一种基于三维数字平台的水利工程智能图谱系统，其特征在于，其中：
所述数据格式至少包括结构化数据、半结构化数据、非结构化数据和多媒体数据等；
所述数据类别包括基础信息数据、水利工程领域概念词库知识、专项业务数据：①基础信息数据至少包括流域水系、重点防洪工程、行政区与重要城市县乡驻地、重要基础设施、社会经济与人口、地形、地貌在内的多源异构数据；②水利工程领域概念词库知识数据至少包括水利工程领域相关的概念词库、学术文献和专家经验知识；③专项业务数据至少包括水资源、水环境、水生态、水安全、水灾害和水文化在内的专业数据。
3.如权利要求1所述的一种基于三维数字平台的水利工程智能图谱系统，其特征在于，其中：
所述知识图谱技术资源至少包括知识表示、知识抽取、知识建模、知识融合、知识存储和知识推理；所述人工智能技术至少包括机器学习、深度学习、迁移学习、无监督学习、图数据库、图像识别等；系统开发技术至少包括Web GIS技术、三维GIS技术、数据库技术、Spring技术、中间件技术和Web Services技术；
4.如权利要求1所述的一种基于三维数字平台的水利工程智能图谱系统，其特征在于，其中：
所述人工智能技术资源至少包括机器学习、深度学习、迁移学习、无监督学习、图数据库、图像识别。
5.如权利要求1所述的一种基于三维数字平台的水利工程智能图谱系统，其特征在于，其中：
所述系统开发技术资源至少包括Web GIS开发、三维GIS开发、数据库开发、Spring开发、中间件开发和Web Services开发，为B/S架构信息系统开发提供开发技术支持。
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