地震灾害应急管理知识图谱构建研究_贺海霞.pdf
《地震灾害应急管理知识图谱构建研究_贺海霞.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《地震灾害应急管理知识图谱构建研究_贺海霞.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 42 卷第 3 期2023 年 6 月兰州交通大学学报Journal of Lanzhou Jiaotong UniversityVol 42 No 3Jun 2023收稿日期:2023-03-01学报网址:https:/lztx cbpt cnki net基金项目:国家自然科学基金(42261076);国家自然科学基金(42061060);地理信息工程国家重点实验室/自然资源部测绘科学与地球空间信息技术重点实验室联合开放基金(2022-03-03);甘肃省科技重大专项(22ZD6GA010);兰州交通大学天佑创新团队(TY202001);兰州交通大学优秀平台支持(201806)第一作者:
2、贺海霞(1996 ),女,山西吕梁人,硕士研究生,主要研究方向为灾害应急与知识图谱。E-mail:743738167 qq com通信作者:刘涛(1981 ),男,湖北随州人,教授,博士生导师,工学博士,主要研究方向为空间关系理论与地图制图综合。E-mail:ltaochina foxmail com文章编号:1001-4373(2023)03-0113-11DOI:10 3969/j issn 1001-4373 2023 03 016地震灾害应急管理知识图谱构建研究贺海霞1,2,3,刘涛*1,2,3,杜萍1,2,3(1 兰州交通大学 测绘与地理信息学院,兰州730070;2 地理国情监测技
3、术应用国家地方联合工程研究中心,兰州730070;3 甘肃省地理国情监测工程实验室,兰州730070)摘要:当前,地震灾害相关数据体量较大、来源众多,难以进行统一的组织与管理。以知识图谱为工具,梳理并整合了地震灾害领域的多源数据,通过“数据-信息-知识”的转换,为应急管理提供知识服务。首先,基于知识工程和灾害学理论,分析地震灾害各组成要素的概念及其关系,构建模式层。然后,抽取不同来源数据中的地震灾害知识,构建数据层,并存储在图数据库中以实现地震灾害知识图谱可视化。最后,以“5 12 汶川地震”为例,实现了知识图谱的可视化查询及分析。实验表明,所构建的知识图谱不仅能够有效管理地震相关数据,还能为
4、灾害智能化应急服务提供支撑。关键词:地震灾害知识图谱;模式层;数据层;汶川地震中图分类号:P208文献标志码:AStudy on the Construction of Knowledge Graph ofEarthquake Disaster Emergency ManagementHE Hai-xia1,2,3,LIU Tao*1,2,3,DU Ping1,2,3(1 Faculty of Geomatics,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China;2 National-Local Joint Engineeringesearch
5、Center of Technologies and Applications for National Geographic State Monitoring,Lanzhou 730070,China;3 Gansu Provincial Engineering Laboratory for National Geographic State Monitoring,Lanzhou 730070,China)Abstract:At present,the volume of data related to earthquake disaster events is large and the
6、sources arenumerous,which makes it difficult to conduct unified organization and management In this paper,theknowledge graph is used as a tool to study the construction of the knowledge graph of earthquake disas-ters,so as to sort out and effectively manage the data related to earthquake disasters F
7、irst of all,theknowledge engineering and disaster theory are used to sort out the elements of earthquake disasters andtheir relationships,and build a model layer Then,this paper extracted the earthquake disaster knowledgefrom different sources,built the earthquake disaster knowledge graph and stored
8、 it in the graphic databasefor visualization and query Finally,the 5 12 Wenchuan earthquake event was taken as an example forexperimental verification The experiment shows that the construction method proposed in this paper caneffectively manage the relevant data of 5 12 Wenchuan earthquake,and can
9、provide effective supportfor the management,visualization and analysis of earthquake disaster data The method proposed in this兰州交通大学学报第 42 卷paper can provide an effective reference for the organization and management of earthquake disaster relat-ed dataKey words:knowledge graph of earthquake disaste
10、r;pattern layer;data layer;Wenchuan earthquake我国地处太平洋、印度洋和亚欧三大板块的交界,地震灾害频发,而地震及其次生灾害相关信息来源广、种类多、数量大,难以实现信息共享,单纯的数据搜索及获取已无法满足当前应急管理的需求。因此,研究如何从海量多源的异构地震灾害数据中获取知识,并利用这些知识提供智能化服务应用是目前应急管理研究的一项重要内容。目前,本体和知识图谱是用于知识获取及服务的主要工具。本体是一种有效的知识建模方式,能够准确描述概念及其内在关系,还能进行逻辑推理。许多学者构建了自然灾害应急响应知识本体,如地质灾害本体1-2、地震灾害本体3、台风
11、灾害本体4 等,并用其对具体的灾害实例进行分析。知识图谱是一种新的知识获取、存储、组织、管理及展示的手段5,通过对复杂数据进行加工处理,将其转化为形如“实体-关系-实体”或“实体-属性-属性值”的三元组,来描述事物的概念及相互关系,目前在医疗6、智能推荐系统7、智能问答8、领域研究动态分析9-10 等方面发挥着重要的作用。在自然灾害领域,谢炎宏等11 从地震灾害防治角度出发,研究了地震灾害防治知识图谱的构建方法;张航12 对泥石流数据进行分类,利用深度学习实现知识抽取与融合,建立了泥石流灾害知识图谱,并实现了一个知识检索系统;杜志强等13 围绕自然灾害事件、灾害应急任务、灾害数据、模型方法等
12、4 个要素,使用本体构建知识概念框架,并通过知识抽取与融合,构建了一个洪涝灾害应急知识图谱;陶坤旺等14 研究了面向一体化综合减灾的知识图谱构建流程和关键技术,探索了知识图谱在应急减灾方面的应用;Jiao等15 梳理互联网新闻文本中地震信息及其关联,构建地震知识图谱;Xu 等16 基于地理本体论与知识图谱理论,构建了地震应急响应知识图谱。总的说来,众多学者从不同角度研究了灾害知识图谱的构建,并对其应用进行了一些探究,但目前针对应急智能化服务的地震灾害知识图谱构建研究还不多。因此,本文围绕地震灾害的基础背景、致灾因子、灾情与险情等诸多要素,梳理地震灾害领域的概念及关系,并从多源异构的海量数据中获
13、取知识,通过知识融合,构建了一个地震灾害知识图谱,并以“5 12 汶川地震”为例,实现了知识图谱的可视化查询及分析,可为智能化地震应急提供知识服务。1地震灾害知识图谱构建流程知识图谱本质上是一种语义网络,以结构化的形式表达现实中的概念及其关系,其中节点代表实体或概念,边代表实体或概念间的相互关系17-18。通用知识图谱由模式层和数据层构成:模式层是对知识的总结、归纳和提炼,构建在数据层之上,用于约束数据层;数据层通常使用形如“实体-关系-实体”或“实体-属性-属性值”的三元组来存储具体数据。地震灾害知识图谱的构建主要采用“自顶向下”和“自底向上”相结合的方法进行(如图 1 所示)。“自顶向下”
14、是指在模式层的构建中以地震灾害为核心,对地震灾害涉及的各种概念、属性及关系进行建模,定义模式层中的层级关系、时空关系等,形成清晰明确的概念结构;“自底向上”是指构建数据层时,设计适合的知识抽取方法,从地震灾害领域的多种文献资料、新闻网站以及行业标准等多源数据中进行实体及关系的抽取,通过对齐、合并、消歧等步骤,实现概念层与数据层的关联映射,并最终以三元组形式存入 Neo4j 图数据库中,实现知识图谱的可视化表达。2知识图谱模式层构建地震灾害应急管理知识图谱模式层主要对地震灾害领域中的概念及关系进行建模。本文用一个四元组(式 1)来表达模式层,重点描述地震及其次生灾害对自然环境和人类社会产生的各种
15、破坏性影响,以及人类为应对地震灾害而采取的各种策略和措施。E=He,Hf,Ha,Ta(1)式中:E 为地震灾害;He 为基础背景;Hf 为致灾因子,包括原生致灾因子和次生致灾因子;Ha 为灾情及险情;Ta 为应急处置。模式层构建主要根据地震灾害的特点和应急处置的实际需求,以中华人民共和国防震减灾法、国家地震应急预案 等法律法规和专业文献为依据,结合现有的分类体系,对四元组中的基础背景、致灾因子、灾情及险情、应急处置等 4 个要素进行概411第 3 期贺海霞等:地震灾害应急管理知识图谱构建研究念、属性及其关系定义。本文使用三元组来表示地震灾害知识图谱的模式层。图 1地震灾害应急管理知识图谱构建基
16、本流程Fig 1Basic process for building knowledge graph ofearthquake disaster emergency management2 1概念建模1)基础背景基础背景是指震中及周边的地形等一些基本情况。本文依据地震灾害相关文献资料及新闻报道,将地震灾害基础背景分为六大类,并确定其相关属性信息(如表 1 所列)。2)致灾因子地震灾害致灾因子包括原生致灾因子和次生致灾因子,前者为地震灾害本身,后者则指由地震引发的泥石流、崩塌、滑坡、堰塞湖、火灾和放射性污染等次生灾害。本文依据历史地震及新闻报道中的“速报参数”,确定地震灾害的主要属性包括名称、震
17、级、发震时刻、纬度、经度、震源深度和参考位置等。结合 GB/T 28921 2012 自然灾害分类与代码,将次生致灾因子分为 6 个二级类,其属性除通用属性(灾害发生时间、发生地点、灾害类别、灾害级别等)外,还包括与次生灾害类型密切相关的特有属性,如滑坡体的长宽厚度、滑坡体体积、泥石流体积等。致灾因子的具体分类和属性如表 2 所列。表 1基础背景分类Tab 1Basic background classification一级类二级类属性震中地形无震中 5 km 范围内平均海拔、其他描述周边县市周边县名称、距震中距离、人口、其他描述周边市名称、距震中距离、人口、其他描述附近村镇5 km 村庄名称
18、、距震中距离、人口、其他描述20 km 乡镇名称、距震中距离、人口、其他描述历史地震无震级、发震时刻、纬度、经度、震源深度、参考位置、其他描述震中天气无时间、地点、最高气温、最低气温、干湿状态、阴晴状态、降水情况、其他描述地质环境地震带地震带名称、位置、其他描述断裂带断裂带名称、位置、其他描述构造带构造带名称、位置、其他描述表 2致灾因子分类Tab 2Classification of disaster causing factors一级类二级类属性原生致灾因子地震名称、震级、发震时刻、纬度、经度、震源深度、参考位置、震中烈度地震类型、地震序列类型次生致灾因子泥石流发生时间、发生地点、灾害类别
19、、灾害级别、泥石流体积崩塌发生时间、发生地点、灾害类别、灾害类别、崩塌体体积滑坡发生时间、发生地点、灾害类别、灾害级别、滑坡体长度、滑坡体宽度、滑坡体厚度堰塞湖发生时间、发生地点、灾害类别、灾害级别、堰塞体体积火灾发生时间、发生地点、灾害类别、灾害级别放射性污染发生时间、发生地点、灾害类别、灾害级别3)灾情及险情灾情是指地震及其次生灾害对生命、财产、资源和环境造成的损失情况,例如死亡、受伤和财产损失。险情则是指地震及其次生灾害对生命、财产、资源等构成威胁的危险情况。参考GBT32572 2016自然灾害承灾体分类与代码,并结合地震灾害自511兰州交通大学学报第 42 卷身特点19,本文将灾情分
20、为 10 个二级类,并依据GBT24438 1 2009 自然灾害灾情统计 确定相关属性。灾情及险情具体分类和属性如表 3 所列。4)应急处置应急处置是指为应对地震及次生灾害而采取的措施和行为,根据国家地震应急预案,本文将地震应急处置分为应急响应和恢复重建两大类。应急处置除基本属性(应急主体、应急客体、任务描述、所属阶段、行动)外,还包括特有属性,如响应等级等。其中应急主体为执行任务的相关组织部门或人员,应急客体指应急任务所作用影响的对象,任务描述指对应急处置的具体描述,所属阶段指灾中、灾后。应急处置的具体分类和属性,如表 4 所列。2 2关系建模关系建模是指对地震灾害概念之间存在的时间关系、
21、空间关系、层级关系、因果关系和相关关系等进行建模。时空信息是地震灾害知识图谱的基础,地震灾害的致灾因子、基础背景等各类要素都与时空信息密切相关。时间关系包括“之前”、“之后”等 13种 20,依据所获取的文本数据的特征,本文主要考虑“之前、之后、相等、包含”等四种时间关系。空间关系包括拓扑关系、方位关系和距离关系,本文参考刘俊楠等对空间关系的描述 21,并根据实际需要对其进行了筛选。本文建模的时空关系如表5 所列。表 3灾情及险情分类Tab 3Classification of disasters and dangerous situations一级类二级类属性灾情人口受灾受灾人口、死亡人口、
22、失踪人口、紧急转移安置人口、受伤人口房屋受灾倒塌房屋数量、损坏房屋数量、经济损失工矿企业受灾厂房损毁面积、受灾工矿企业数目交通系统受灾损坏铁路长度、损坏公路长度、状态描述、位置电力系统受灾损坏输电线路长度、状态描述、位置燃气系统受灾状态描述、位置通信系统受灾损坏通信线路长度、损坏通信基站数量、状态描述、位置供排水系统受灾损坏供水管线长度、状态描述、位置水利工程受灾损坏水库数量、状态描述、位置农业受灾损坏耕地面积、农作物受灾面积、损坏林地面积、经济损失经济损失直接经济损失险情无状态描述、受威胁人口、潜在经济损失表 4应急处置分类Tab 4Classification of emergency d
23、isposal一级类二级类属性应急响应启动应急响应应急主体、应急客体、任务描述、所属阶段、应急响应等级、响应类型、响应行动搜救受灾人员应急主体、应急客体、任务描述、所属阶段、行动、队伍人数、搜救犬数量、搜救仪器卫生防疫应急主体、应急客体、任务描述、所属阶段、行动、物资保障(消毒药品)医疗救治应急主体、应急客体、任务描述、所属阶段、行动、医疗物资(救护车、药品和医疗器械)安置受灾群众应急主体、应急客体、任务描述、所属阶段、行动、物资供应(帐篷数量、被子数量、折叠床数量、衣物数量、活动板房数量)抢修基础设施应急主体、应急客体、任务描述、所属阶段、行动加强现场监测应急主体、应急客体、任务描述、所属阶
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 地震 灾害 应急 管理知识 图谱 构建 研究 贺海霞
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。