基于云原生的地理空间知识库管理关键技术与服务方法研究

关键技术

将庞大的地理空间知识库管理系统分解为细粒度、可独立运行和部署的微服务，通过全面把握地理空间知识库的生命周期，确定服务分类和编排方法，实现微服务统一调度。

图1 云原生架构下GeoKGMS微服务管理与统一调度模式

充分发挥机器挖掘与专家知识的优势，研究人机协同的地理空间知识图谱构建模式，实现可持续的地理空间知识图谱工程化协同构建。

图2 人机协同的地理空间知识图谱构建技术路线

通过整合多模态地理空间数据和时空信息，实现地理空间知识统一表示，使地理空间知识推理能够在统一的地理语义空间下进行。

图3 地理空间知识图谱的时空混合编码技术路线

采用多模态地理空间知识一体化存储和大规模时空图分割技术，解决复杂结构地理空间知识的高效管理和大规模时空知识元组的高效检索问题。

图4 "图-文-数"一体化的地理空间知识存储技术路线

GeoKGMS基于云原生架构理念设计了其总体架构，共分为五层：云原生基础设施层、知识库资源管理层、知识库服务管理层、API网关层和应用层。

图5 云原生地理空间知识库管理系统的总体架构

地理空间知识库管理系统的功能模块设计遵循高内聚、低耦合的原则，同时注重可扩展性和可维护性。GeoKGMS划分为六大功能模块：

图6 地理空间知识库管理系统功能模块结构

提供资源目录、创建和操作管理等功能，支持对数据源、知识库和相关模型进行创建、删除、保存和修改操作。

能从多模态数据源中提取地理空间知识，包括非结构化文本和地图，解决非结构化数据向结构化数据的转换问题。

通过人机协同的方式构建标准化地理空间知识图谱，涵盖知识映射、对齐、融合和冲突消解等功能。

旨在完善地理空间知识图谱并解决复杂地理问题，包括链接预测和知识补全等任务。

对地理空间知识图谱进行质量评估，质量评估的框架体系涵盖数据来源、构建方法和成果内容等多个维度。

具有地理空间知识可视化展示、查询、编辑、计算和样式定制等功能，适用于不同模态、层次、类别和粒度地理空间知识的可视化。

本研究以喀斯特地貌知识图谱为案例，验证GeoKG在地理空间知识资源管理和知识图谱人机协同构建的能力。喀斯特地貌知识图谱是一个"图-文-数"一体化的地理空间知识图谱，它在知识来源和可视化表达上都具备多模态的特点。

喀斯特地貌知识图谱的构建基于《地貌学》等涉及"喀斯特地貌"图文内容的地理学书籍以及相关的标准地图。通过构建流水线，地貌学专家用户与机器协同完成地理空间知识的映射、对齐、补全及冲突消解等步骤，最终由GeoKGMS自动化构建喀斯特地貌知识图谱。

图7 基于喀斯特地貌知识图谱的知识检索与可视化示意图

喀斯特地貌知识图谱的数据结构以树状知识框架为基础，结合网络和知识链表，有效支持知识的多模态和多层级特性。GeoKGMS通过地理空间知识库引擎的索引和查询功能，实现了喀斯特地貌知识图谱的可视化，展示了地理空间知识图谱多模态和多层级的特点。

地理空间知识库管理系统将成为组织和管理地理空间知识的基础软件，并且是地理空间智能发展的重要基石