时空知识图谱研究进展与展望

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陆锋,诸云强,张雪英.时空知识图谱研究进展与展望[J].地球信息科学学报,2023,25(6):1091-1105. [ Lu F, Zhu Y Q, Zhang X Y.Spatiotemporal knowledge graph: Advances and perspectives[J]. Journal of Geo-information Science, 2023,25(6):1091-1105. ] DOI:10.12082/dqxxkx.2023.230154

引言

地理信息的不断泛化对经典的地理信息分析模式提出了巨大挑战，网络化的知识服务将逐渐成为地理信息应用的新模式，助力地理计算到社会计算的形态转变。

知识图谱是通过有向图的方式表达实体、概念及其相互之间语义关系的数据组织形式或产品。知识图谱不仅可有效表达人类已有知识，辅助推理新的知识，也可与人工智能模型相辅相成，提高数据分析模型的可解释性。地理知识服务需要打通人、机构、自然环境、地理实体、地域单元、社会事件之间的关联，促进知识辅助下的数据智能与计算智能。如何自动聚合多源异构地理空间数据，设计和构建具有地理隐喻与空间约束的地理时空知识图谱，智能识别地理实体间的空间关系与语义联系，发挥知识图谱强大的知识表示与语义推理能力，实现地理信息聚合、地理位置相关知识推断的新突破，具有重要的研究价值，也是地学时空相关知识搜索与智能问答、虚拟地理环境自动构建、地理时空知识智能计算与推理、位置服务信息聚合和推送的重要需求，是将地理信息服务拓展到地理时空知识服务的关键。

本文聚焦地理时空知识获取与形式化表达及分析的迫切需求，首先分析了时空知识图谱的基本概念与特征，认为时空知识图谱是指具有地理时空分布或位置隐喻的知识构成的有向图，即以时空分布特征为核心的知识图谱；然后提出了时空知识图谱的研究框架，该框架可实现时空大数据到时空知识服务应用的转变，包括泛在时空大数据、时空知识获取、时空知识管理、时空知识图谱、软件系统及行业应用等多个层次；接着从文本描述地理信息抽取、异构地理语义网对齐、时空知识表达与表示学习等方面，介绍了相关研究进展；结合应用实践，介绍了面向行业的时空知识图谱构建与应用途径；最后，讨论了时空知识图谱研究目前面临的关键科学问题与技术瓶颈，提出在大模型时代，构建显式的时空知识图谱，并针对行业需求开展知识推理，仍是时空知识服务的必由之路。

陆锋诸云强张雪英

作者简介

陆锋研究员

中国科学院地理科学与资源研究所研究员，博士生导师，本刊执行主编。兼任国家空天技术领域中长期科技创新规划专家组成员、国家重点研发计划“地球观测与导航”重点专项专家组成员、中国地理信息产业协会地理信息科学理论与方法工作委员会主任等。研究兴趣包括轨迹数据挖掘、文本挖掘与知识图谱、地理空间智能模型与算法、复杂网络分析、导航与位置服务技术等。先后承担国家“863计划”、国家自然科学重点基金、国家重点研发计划、中国科学院战略性科技先导专项项目、中国科学院重点部署项目等30余项。正式发表学术论文260余篇；获得发明专利授权20余项；获得国家和省部级科技奖励10余项。

诸云强研究员

中国科学院地理科学与资源研究所研究员、博士生导师、所学术委员会委员，中科院现有关键技术人才，国家重点研发计划项目首席。研究方向为地球科学数据共享与知识图谱，发表论文180多篇，出版专著7部，获国家科技进步奖二等奖1项，省部级科技奖4项等。目前兼任CODATA-PASTA设施能力小组共同主席、中国地理学会地理大数据工作委员会副主任、中国测绘学会智能化测绘工作委员会副主任、中国环境科学学会环境信息化分会常务委员、全国地理信息标准化技术委员会委员、中国科协联合国咨商信息与通信技术专委会委员、国家环境保护海洋生态环境整治修复重点实验室学术委员会委员等。

张雪英教授

南京师范大学教授、博士生导师，主要从事地理大数据、地理知识图谱、人文社会GIS等方面的研究。先后担任虚拟地理环境教育部重点实验室副主任、地理信息科学江苏省重点实验室主任、公安部警用地理信息技术重点实验室副主任等职务。兼任中国地理信息科学理论与方法委员会委员、中国测绘学会大数据与人工智能工作委员会委员、中国气象服务协会人工智能技术委员会指导专家组成员等。主持国家“863计划”课题、国家自然科学基金项目、国家科技支撑计划课题、国家重点研发计划课题等科研项目30余项和应用项目50余项，研究成果应用于公安、民政、气象、税务、测绘等多个行业领域。发表论文92篇，出版专著3部，授权专利14件，主持制定国家标准1项，获得省部级及以上奖项5项。

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《地球信息科学学报》是中国科技核心期刊、全国中文核心期刊，同时被以下数据库收录：CSCD、EI、Geobase、Scopus、JST、CNKI。

《地球信息科学学报》由中国科学院主管，由中国科学院地理科学与资源研究所、中国地理学会联合主办，由资源与环境信息系统国家重点实验室（中国科学院地理科学与资源研究所）、虚拟地理环境教育部重点实验室（南京师范大学）、三维信息获取与应用教育部重点实验室（首都师范大学）联合协办，月刊。学报创刊于1996年，创始人为陈述彭院士。学报现任主编徐冠华院士，执行主编陆锋研究员。

《地球信息科学学报》主要刊登以地理系统信息流为研究对象，以地理信息认知理论、地理时空大数据挖掘、地理空间智能分析、地球信息图谱、遥感信息提取、虚拟地理环境、地理空间综合分析等为研究主题的学术论文，以及相关评论与简讯，重点关注地球信息科学理论方法创新成果的报道。学报开办有地球信息科学理论与方法、地理空间分析综合应用、遥感科学与应用技术等栏目，并依托国家重大项目、面向国家战略需求，先后组织了多个专刊。欢迎国内外学者踊跃赐稿，欢迎国家重大科研项目、国内外学术会议组织专辑专栏。