CN115422317A - 一种语义标签约束的地理信息检索意图形式化表达方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种语义标签约束的地理信息检索意图形式化表达方法，主要步骤包括：1）结合用户检索需求及认知习惯，概括和抽象地理信息资源检索意图的基本组成要素及其逻辑关系，构建“意图‑子意图‑维度分量”多维多层次的检索意图模型，其中维度分量由维度标识符、关系及正、负标签组成；2）结合相关元数据规范构建地理信息资源检索意图维度树，为意图描述提供参考；3）基于地理本体扩展意图维度分量，对意图进行语义化描述。本发明的检索意图形式化表达方法旨在建立地理信息资源检索意图的统一描述机制，为意图传递与识别提供表示模型，以满足检索需求复杂且表达受限情景下资源精准发现的需求。

Description

一种语义标签约束的地理信息检索意图形式化表达方法

技术领域

本发明属于信息检索领域，具体涉及一种正负语义标签双向约束的地理信息资源检索意图形式化表达方法。

背景技术

地理信息资源检索意图反映了用户在查找地理信息资源时的期望与目标，设计具有足够表达能力的检索意图模型对资源需求的描述与识别具有重要应用意义。目前，意图形式化表达方式主要包括预定义类别与词项向量两种。（1）预定义类别根据待检索对象及用户检索行为的特点建立意图分类体系，并使用意图类别表示用户检索需求。预定义类别简单有效，应用广泛，但仅能描述用户需求大致范围，无法全面刻画需求的具体内容，难以描述复杂检索意图。（2）词项向量通过为地图资源涉及的所有词项赋予权重，实现对用户需求内容及强度的综合表达。然而，向量形式的意图描述未顾及词项间的概念层次关系，对各词项逻辑关系的表达也较为隐式，难以精确定位用户兴趣资源。针对以上两种意图形式化表达方式的不足，学者们尝试将语义信息与逻辑关系融入意图表达模型以提升对复杂检索需求的描述能力，如有向无环图、“概念-属性”层次化模型A²H、结构化查询语言（Structured Query Language, SQL）、自然语言等。但这些模型依然存在形式冗余、仅能描述单个检索目标、语义信息利用不足或不利于后续查询匹配等问题，导致地理信息资源检索需求难以精准描述，进而限制了基于意图的信息检索方法的应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种正负语义标签双向约束的地理信息资源检索意图形式化表达方法，同时从正向意图与负向意图两个方面对检索需求进行描述，并利用地理本体对意图模型进行语义化扩展，实现复杂检索场景下用户需求的细粒度描述。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案是一种正负语义标签双向约束的地理信息资源检索意图形式化表达方法，包括以下步骤：

1）结合用户检索需求及认知习惯，概括和抽象地理信息资源检索意图的基本组成要素及其逻辑关系，构建“意图-子意图-维度分量”多维多层次的检索意图模型，其中维度分量由维度标识符、关系及正、负标签组成；

2）结合相关元数据规范构建地理信息资源检索意图维度树，为意图描述提供参考；

3）在检索意图模型的基础上，基于地理本体扩展意图维度分量，对意图进行语义化描述。

按上述方案，所述步骤1）中地理信息资源检索意图模型组成要素及各要素逻辑关系为：

S11、检索意图模型组成要素包括意图、子意图、维度分量、正向（关系，标签）二元组及负向（关系，标签）二元组；

S12、一个检索意图是若干个子意图的逻辑“或”组合，表示为

，其中m为 子意图个数，I^k为第k个子意图，V表示逻辑“或”关系；

S13、一个子意图是若干维度分量的逻辑“与”组合，各维度分量分别表示用户需求 的不同方面，因而子意图记为

，其中n为维度分量个数，

表示第k个子意图的第 i个维度分量，∧表示逻辑“与”关系；

S14、维度分量包含维度标识、正向意图与负向意图三个部分，形式化表达为

，其中，d_i为维度标识符；

表示正向意图，由（关系，标签）二元 组共同约束，正向意图应当包含在该维度上满足用户检索需求的全部事物；

表示负向意图，由（关系，标签）二元组

的集合构成，用 于表达正向意图中不满足用户需求而应当被排除的事物集合，因此，某个维度分量表示在 该维度上属于正向（关系，标签）二元组

且不属于负向（关系，标签）二元组集合

的所 有事物集合。

按上述方案，所述步骤2）中地理信息资源检索意图维度树的构建方法为：

S31、参考美国联邦地理数据委员会 (Federal Geographic Data Committee,FGDC) 的数字地理空间元数据内容标准 (Content Standard for Digital GeospatialMetadata, CSDGM)、中国数字图书馆标准（Chinese Digital Library Standards, CDLS）中的舆图元数据规范、都柏林核心元数据（Dublin Core Metadata, DC）及Beamer与Kuźma提出的地图元数据规范，结合地理信息资源特有的时空属性与地学属性，归纳形成内容、空间、时间、特有维度、其他5个地理信息资源元数据元素子集；

S32、根据各元数据元素的含义确定其上下位关系，进而组织成层次树的形式。

其中，内容维度包括地理信息资源的主题、地理要素和地理规律，地理要素进一步包括地理属性、地理实体和地理现象；空间维度表示空间覆盖范围，包括水平范围和垂直范围；时间维度用于表达地理信息资源的采集、生成加工或成图时间；特有维度所描述的内容因地理信息资源类型不同而异，包括地图数据、矢量数据和栅格数据，地图数据进一步包括比例尺、地图配色、地图方向、成图方式、地图投影、辅助要素和制图方法，地图配色包括配色方案和色彩构成，配色方案包括颜色种类和颜色映射，色彩构成包括颜色占比和空间分布，辅助要素包括注记、附图、图例、图名、图表和编绘说明，栅格数据进一步包括波段数、分辨率和传感器，分辨率包括空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率；其他维度是除去前面4个维度以外，对地理信息资源其他方面信息的补充描述，包括语种、格式、提供者、质量、费用和权限，其中质量进一步包括地图精度和地图完整度，权限进一步包括获取权限和使用权限；

按上述方案，所述步骤3）中基于地理本体的意图维度分量方法扩展为：分别为各意图维度指定地理本体，使用本体中的关系及概念集合作为对应维度分量中关系及标签的取值来源，扩展后维度分量表示在该维度上所有被正向（关系，标签）二元组覆盖且未被任何负向（关系，标签）二元组覆盖的事物集合。

与现有技术相比，本发明产生的有益效果是：地理信息资源检索意图的形式化表达是用户需求描述与基于意图检索的前提，本发明构建“意图-子意图-维度分量”多维多层次的意图形式化表达模型，使用概念间的关系与正负标签的组合定义维度分量，并结合地理本体对意图模型进行语义扩展，实现了地理信息资源检索需求的统一描述。具体地，本发明提供从正、负需求两个方面共同约束的意图描述机制，提高用户检索需求描述的灵活性、简洁性与准确性；使用地理本体中的关系与概念作为维度分量中的关系与标签取值来源，使得意图描述更符合用户认知习惯；利用维度分量的层次化逻辑组合表示意图，为后续将意图描述转化为查询语句提供便利；使用（关系，标签）二元组实现对未命名概念的表达，增强用户需求描述能力。本发明可应用于各类地理信息门户，为地理信息资源检索意图的传递与识别提供表示模型，进而提升地理信息共享与发现的服务品质。

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是本发明的地理信息资源检索意图形式化表达模型与整体流程图，其中（a）表示整体流程图，（b）表示地理信息资源检索意图形式化表达模型；

图2是本发明的地理信息资源检索意图维度树；

图3是本发明的地理信息资源检索意图语义化描述过程；

图4是本发明的地理信息资源检索意图形式化表达示例。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种正负语义标签双向约束的地理信息资源检索意图形式化表达方法，包括：

1）结合用户检索需求及认知习惯，概括和抽象地理信息资源检索意图的基本组成要素及其逻辑关系，构建“意图-子意图-维度分量”多维多层次的检索意图模型，其中维度分量由维度标识符、关系及正、负标签组成：

1.1）检索意图模型组成要素包括意图、子意图、维度分量、正向（关系,标签）二元组及负向（关系，标签）二元组；

1.2）一个检索意图是若干个子意图的逻辑“或”组合，表示为

，其中m为 子意图个数，I^k为第k个子意图，V表示逻辑“或”关系；例如意图“全球水体地图或南美洲范 围内的降雨分布图”包括“全球水体地图”及“南美洲范围内的降雨分布图”两个子意图；

1.3）一个子意图是若干维度分量的逻辑“与”组合，各维度分量分别表示用户需求 的不同方面，因而子意图记为

，其中n为维度分量个数，

表示第k个子意图的第 i个维度分量，∧表示逻辑“与”关系。例如子意图“空间范围属于南美洲且地理要素为降雨 分布”同时对空间范围及地理要素两个维度进行约束；

1.4）维度分量包含维度标识、正向意图与负向意图三个部分，形式化表达为

，其中，d_i为维度标识符；

表示正向意图，由（关系，标签）二元 组共同约束，正向意图应当包含在该维度上满足用户检索需求的全部事物；

表示负向意图，由（关系，标签）二元组

的集合构成，用 于表达正向意图中不满足用户需求而应当被排除的事物集合，因此，某个维度分量表示在 该维度上属于正向（关系，标签）二元组

且不属于负向（关系，标签）二元组集合

的所 有事物集合。例如意图维度分量“（空间范围，（在......范围内，美国），{（在......范围内， 佛罗里达州），（与......邻接，犹他州）}）”表示，用户想要“空间范围维度上处于美国范围 内，但不属于佛罗里达州且不与犹他州邻接”的地图。

2）结合相关元数据规范构建地理信息资源检索意图维度树，为意图描述提供参考：

2.1）参考美国联邦地理数据委员会 (Federal Geographic Data Committee,FGDC) 的数字地理空间元数据内容标准 (Content Standard for Digital GeospatialMetadata, CSDGM)、中国数字图书馆标准（Chinese Digital Library Standards, CDLS）中的舆图元数据规范、都柏林核心元数据（Dublin Core Metadata, DC）及Beamer与Kuźma提出的地图元数据规范，结合地理信息资源特有的时空属性与地学属性，归纳形成内容、空间、时间、特有维度、其他5个地理信息资源元数据元素子集，其中内容、空间、时间、和其他维度为基本维度；

2.2）根据各元数据元素的含义确定其上下位关系，进而组织成层次树的形式，实际应用中可以针对不同的地理信息资源、检索场景选取维度树的子集，或对维度树进行扩展，如图2所示。其中，内容维度包括地理信息资源的主题、地理要素、地理规律等，其中地理要素进一步包括地理属性、地理实体和地理现象；空间维度表示空间覆盖范围，包括水平范围、垂直范围等；时间维度用于表达地理信息资源的采集、生成加工或成图时间；特有维度所描述的内容因地理信息资源类型不同而异，例如地图数据、矢量数据和栅格数据等，地图数据进一步包括比例尺、地图配色、地图方向、成图方式、地图投影、辅助要素和制图方法，地图配色包括配色方案和色彩构成，配色方案包括颜色种类和颜色映射，色彩构成包括颜色占比和空间分布，辅助要素包括注记、附图、图例、图名、图表和编绘说明，栅格数据进一步包括波段数、分辨率和传感器，分辨率包括空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率；其他维度是除去前面4个维度以外，对地理信息资源其他方面信息的补充描述，包括语种、格式、提供者、质量、费用、权限等，其中质量进一步包括地图精度和地图完整度，权限进一步包括获取权限和使用权限；

3）在地理信息资源检索意图模型的基础上，分别为各意图维度指定地理本体，使用本体中的关系及概念集合作为对应维度分量中关系及标签的取值来源，扩展后维度分量的含义为在该维度上所有被正向（关系，标签）二元组覆盖且未被任何负向（关系，标签）二元组覆盖的事物集合。例如对于地理要素维度，指定地球与环境术语语义网（Semantic Webof Earth and Environmental Terminology, SWEET）为该维度对应本体，将该本体中subclass_of、has_substance等关系作为该维度关系取值，将River、Body of Water、Soil等概念作为该维度标签取值。语义拓展后的意图模型中标签所表达的含义不再是词项本身，而是词项对应的概念，如图3中（关系，标签）二元组“（subclass_of，Body of Water）”表示所有属于水体的事物（河流、湖泊、水库等）。

根据以上意图模型、维度分量语义扩展方法及维度树构建方法，意图“全球范围内使用分级统计图法制作的海水温度分布图或者地中海区域的海水盐度分布图，其中海水温度分布图不在印度洋或北冰洋范围内”可形式化表达为“（（空间范围，（在......范围内，全球），{（在......范围内，印度洋），（在......范围内，北冰洋}）∧（地理要素，（属于，温度），Ø）∧（制图方法，（属于，分级统计图法），Ø））∨（（空间范围，（等于，地中海），Ø）∧（地理要素，（属于，盐度），Ø）∧（制图方法，（属于，分级统计图法），Ø））”，如图4所示。图中part_of和subclass_of分别表示空间维度和其余维度的属于关系，spatial_equals表示空间维度的等于关系。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种语义标签约束的地理信息检索意图形式化表达方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）结合用户检索需求及认知习惯，概括和抽象地理信息资源检索意图的基本组成要素及其逻辑关系，构建“意图-子意图-维度分量”多维多层次的检索意图模型，其中维度分量由维度标识符、关系及正、负标签组成；

2）结合相关元数据规范构建地理信息资源检索意图维度树，为意图描述提供参考；

3）在地理信息资源检索意图模型的基础上，基于地理本体扩展意图维度分量，对意图进行语义化描述，即分别为各意图维度指定地理本体，使用本体中的关系及概念集合作为对应维度分量中关系及标签的取值来源，扩展后维度分量的含义为在该维度上所有被正向（关系，标签）二元组覆盖且未被任何负向（关系，标签）二元组覆盖的事物集合。

2.根据权利要求1所述的一种语义标签约束的地理信息检索意图形式化表达方法，其特征在于：步骤1）的具体实现方式如下：

S11，检索意图模型组成要素包括意图、子意图、维度分量、正向（关系，标签）二元组及负向（关系，标签）二元组；

S12，一个检索意图是若干个子意图的逻辑“或”组合，表示为

，其中m为子意 图个数，I^k为第k个子意图，V表示逻辑“或”关系；

S13，一个子意图是若干维度分量的逻辑“与”组合，各维度分量分别表示用户需求的不 同方面，因而子意图记为

，其中n为维度分量个数，

表示第k个子意图的第i个 维度分量，∧表示逻辑“与”关系；

S14，维度分量包含维度标识、正向意图与负向意图三个部分，形式化表达为

，其中，d_i为维度标识符；

表示正向意图，由（关系，标签）二元 组共同约束，正向意图应当包含在该维度上满足用户检索需求的全部事物；

表示负向意图，由（关系，标签）二元组

的集合构成，用 于表达正向意图中不满足用户需求而应当被排除的事物集合，因此，某个维度分量表示在 该维度上属于正向（关系，标签）二元组

且不属于负向（关系，标签）二元组集合

的所 有事物集合。

3.根据权利要求1所述的一种语义标签约束的地理信息检索意图形式化表达方法，其特征在于：步骤2）中地理信息资源检索意图维度树的构建方法为：

S21，构建内容、空间、时间、特有维度和其他5个地理信息资源元数据元素子集；

S22，根据各元数据元素的含义确定其上下位关系，进而组织成层次树的形式。

4.根据权利要求3所述的一种语义标签约束的地理信息检索意图形式化表达方法，其特征在于：内容维度包括地理信息资源的主题、地理要素和地理规律，地理要素进一步包括地理属性、地理实体和地理现象。

5.根据权利要求3所述的一种语义标签约束的地理信息检索意图形式化表达方法，其特征在于：空间维度表示空间覆盖范围，包括水平范围和垂直范围。

6.根据权利要求3所述的一种语义标签约束的地理信息检索意图形式化表达方法，其特征在于：时间维度用于表达地理信息资源的采集、生成加工或成图时间。

7.根据权利要求3所述的一种语义标签约束的地理信息检索意图形式化表达方法，其特征在于：特有维度所描述的内容因地理信息资源类型不同而异，包括地图数据、矢量数据和栅格数据，地图数据进一步包括比例尺、地图配色、地图方向、成图方式、地图投影、辅助要素和制图方法，地图配色包括配色方案和色彩构成，配色方案包括颜色种类和颜色映射，色彩构成包括颜色占比和空间分布，辅助要素包括注记、附图、图例、图名、图表和编绘说明，栅格数据进一步包括波段数、分辨率和传感器，分辨率包括空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率。

8.根据权利要求3所述的一种语义标签约束的地理信息检索意图形式化表达方法，其特征在于：其他维度是除去内容、空间、时间、特有维度这4个维度以外，对地理信息资源其他方面信息的补充描述，包括语种、格式、提供者、质量、费用和权限，其中质量进一步包括地图精度和地图完整度，权限进一步包括获取权限和使用权限。

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