张春晓副教授团队在《Environmental Modelling & Software》发表关于知识图谱与地理模型服务集成的研究论文

2021-08-07     发布：信息工程学院    点击：38次

地理环境是一个涉及自然环境、人文环境及其相互作用的复杂系统，对其演化过程的模拟分析是研究人地关系可持续发展的重要方法。因此，基于地理模型的地理模拟分析成为新时代地理学发展乃至地球科学突破的研究热点。为进一步提升地理模拟能力，在研究模型资源的共享与重用的同时，模拟知识的管理与共享成为当前地理环境模拟研究的重要内容。与此同时，知识图谱，作为一种结构化人类知识的技术，引起了学术界与工业界极大关注，逐步应用至地理信息科学领域。因此，本文关注模型资源与模拟知识的管理与共享，将基于Web的模型服务与基于文献构建的知识图谱进行集成，实现了模型资源与模拟知识的共享与重用，研究取得的主要成果如下：

(1)提出一个集成知识图谱与模型服务的地理模拟方法，实现模型资源与模拟知识的共享与重用（图1和图2）。

(2)针对模拟知识图谱的构建，本文提出了一个基于双向长短时记忆和条件随机场方法(Bilateral Long Shortterm Memory ‐ Conditional Random Field (BiLSTM - CRF))的知识提取模型，用于从海量领域文献中提取结构化模拟知识。

(3)以城市水管理模型Storm Water Management Model (SWMM)作为模型案例，构建了本领域的知识图谱（图3），并通过设计Web原型系统有效验证了方法的有效性与可行性（图4）。以四川省南充市作为模拟研究区域，通过用户体验评估，证明原型系统可有效缓解SWMM模拟的难度，降低模型使用的门槛，有助于进一步改善地理模拟能力（图5）。

地理环境的科学模拟与分析是地理科学研究的焦点，该研究成果对于地理模拟知识的抽取、地理模拟知识的共享与重用、特别是地理模拟知识与模型资源的耦合联动等科学问题都有重要的参考意义。

图1 集成知识图谱与模型服务的地理模拟方法

图2 基于模拟知识与模型资源集成模拟方法的系统框架设计

图3  模拟知识图谱(部分)

图4  SWMM模型服务

图5  Web原型系统界面

该项研究成果发表在环境科学国际权威刊物《Environmental Modelling & Software，2021》,IF 2021=5.288，中国地质大学（北京）自然科学学术论文等级D。

引文格式：Li,H., Zhang, C.X., Xiao, Z.W., Chen, M., Lu, D.Q., Liu, S.H., 2021. A Web-based geo-simulation approach integrating knowledge graph and model-services. Environ. Model. Software 144, 105160.

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2021.105160