面向地理空间工作流编排的算子知识图谱构建方法及装置

本发明属于地理信息系统与人工智能交叉，具体涉及一种面向地理空间工作流编排的算子知识图谱构建方法及装置。

背景技术：

1、地理空间分析流程的自动化编排，需要根据分析目标自动选择算子并构建可执行的处理链条。该过程不仅依赖单个算子的功能说明，还依赖前后算子输入输出的类型兼容性、参数要求等知识。因此，算子知识的组织方式直接影响算子检索、流程连接和执行调用的可靠性。

2、现有算子组织方式大体可以分为三类。

3、第一类，基于文档索引的算子组织方式。该类方式通常按照“软件库—模块目录—函数或方法—文档页面”的层级组织算子信息，并在文档页面中提供功能说明、参数解释、返回值说明、注意事项和示例代码。该类方式是当前最广泛应用的算子组织形式之一，便于人工学习、检索和调用。对于大语言模型而言，自然语言文档可以提供算子功能和参数含义等线索；但这些信息通常以非结构化文本形式分散存在，缺少对输入输出、参数依赖、适用条件和调用约束的显式表达。因而，在自动化编排场景中，该类方式难以直接支撑稳定、可追踪和可验证的算子调用。

4、第二类，结构化条目形式的算子组织方式。该类方式将算子名称、所属库、调用签名、参数列表、返回值、说明文本和部分示例模式抽取为结构化条目，以支持函数级检索、语义匹配或自动化调用。相较于纯文档索引，该类方式提高了算子信息的机器可读性，也便于结合检索增强生成方法或代码生成模型使用。然而，该类方式的核心组织单元通常仍是单个函数或算子条目，无法刻画算子之间的连接和依赖关系。对于地理空间分析工作流而言，自动编排不仅需要识别某个算子是否可被调用，还需要判断多个算子能否衔接，是否能够形成连续可执行的处理链条。仅以函数条目及其参数文本组织算子知识会将算子理解为彼此孤立的调用单元，难以支撑跨算子的输入输出衔接。

5、第三类是基于图的组织方式。该类方式通常从已有地理处理脚本、建模案例中抽取处理步骤、输入输出数据、算子调用关系和步骤依赖关系，并将其组织为图结构或关系型知识库。相较于文档索引和函数级结构化条目，这类方法开始关注多个算子或处理步骤之间的组合关系，能够为相似历史案例检索、已有流程片段复用和参考处理路径生成提供支持。然而，历史流程子图本质上反映的是特定案例中的步骤组合关系，对于开放的地理空间分析任务，输入类型、字段结构、坐标参考和几何状态的变化都可能破坏既有子图的适用性，使其难以直接支撑可靠的算子自动调用与工作流编排。

6、基于文档索引的组织方式主要面向人工查阅，该类方式虽然包含算子功能、参数说明、输入输出要求和使用条件等信息，但文档中往往混杂大量说明性和示例性内容，信息冗余较多，且缺少对算子之间功能关联、输入输出衔接、参数依赖和调用条件的显式建模。因此，该类方式难以直接支撑自动化编排所需的算子选择、流程连接和调用校验。

7、结构化条目的算子组织方式提高了算子信息的机器可读性，但其组织重点通常仍停留在单个算子的接口描述。该类方式可以将算子名称、所属库、输入输出类型、参数列表和说明文本整理为结构化条目，从而支持函数级检索和单算子调用。然而，地理空间分析流程需要多个算子连续执行，前一算子的输出结果是否满足后一算子的输入条件，是流程编排中的关键问题。若知识结构仅将输入、输出和参数作为单个算子的属性保存，而未进一步建模算子之间的输入输出衔接关系，则不同算子仍然被组织为孤立的调用单元。由此，该类方式虽然改善了单算子信息的结构化表达，但对算子间连接关系的建模仍然不足。

8、基于图的流程组织方式虽然开始表达处理步骤之间的关系，但其图结构多来源于历史脚本、已有案例或固定工作流，所表达的关系通常是实例层面的步骤组合关系。此类关系能够说明某些步骤在既有流程中曾经相邻出现、共同使用或按照特定顺序执行，因而适合用于相似案例检索和已有流程片段复用。然而，对于新的地理空间分析任务而言，输入数据类型、字段结构和分析目标等信息都可能发生变化，历史子图中的步骤组合未必仍满足当前任务的数据条件和执行要求。这种图结构难以支撑开放任务下的算子选择和自动连接关系。

技术实现思路

1、为解决以上技术问题，本发明提出一种面向地理空间工作流编排的算子知识图谱构建方法及装置。该方法以地理处理算子的官方文档、接口说明、参数定义和约束规则为事实来源，通过算子实例标准化、能力抽象、槽位契约建模、需满足的空间约束建模、修复动作建模、节点生成、边生成和图一致性校验，构建面向地理空间分析流程自动编排的异构知识图谱。该知识图谱将算子能力、输入输出、参数槽位、执行约束、修复动作和算子间连接关系统一表达，使算子知识由分散的文档说明和历史流程片段转化为可计算、可遍历、可校验的结构化知识，从而支撑自然语言任务下的算子检索、流程连接、参数绑定和执行校验。具体技术方案为：

2、一种面向地理空间工作流编排的算子知识图谱构建方法，包括以下步骤：

3、采集地理处理算子的官方文档和接口定义信息，形成原始算子记录集合，并通过标准化映射将各原始算子记录转换为包含算子标识、所属平台、算法名称、功能描述、输入槽位集合、输出槽位集合、参数槽位集合和工具服务映射信息的标准化算子实例；

4、对所述标准化算子实例进行能力抽象，将具体算子映射至表达处理意图的算子能力节点，并构建各算子实例的槽位契约，所述槽位契约包括输入槽位及其可接受产物类型、输出槽位及其返回产物类型、参数槽位及其参数类型、默认值、允许取值、字段来源和参数依赖关系；

5、将算子在调用前需满足的空间正确性条件建模为约束类型节点，并将约束不满足时采取的处理方式建模为修复动作节点，建立约束类型节点至修复动作节点、修复动作节点至支持该修复动作的具体算子节点的修复链路；

6、设计包含节点集合和边集合的异构知识图谱模式，所述节点集合至少包括算子类节点、能力类节点、槽位类节点、类型类节点、约束类节点、修复类节点和服务映射类节点，所述边集合至少包括能力实现关系、槽位关系、类型关系、约束关系、修复关系和服务映射关系；

7、根据所述标准化算子实例、能力抽象结果、槽位契约、约束类型节点、修复动作节点和所述图谱模式，依次执行节点构建、关系构建、图一致性校验和图谱输出，生成所述算子知识图谱；其中，所述节点构建基于结构化知识文件分别构建各类节点，所述关系构建根据所述结构化知识文件建立各类边，所述图一致性校验至少校验节点标识唯一性、边标识唯一性、悬空关系、槽位契约完整性和约束修复链路完整性，校验通过后输出结构化图谱文件。

8、一种面向地理空间工作流编排的算子知识图谱构建装置，包括以下模块：

9、转换模块，采集地理处理算子的官方文档和接口定义信息，形成原始算子记录集合，并通过标准化映射将各原始算子记录转换为包含算子标识、所属平台、算法名称、功能描述、输入槽位集合、输出槽位集合、参数槽位集合和工具服务映射信息的标准化算子实例；

10、映射模块，对所述标准化算子实例进行能力抽象，将具体算子映射至表达处理意图的算子能力节点，并构建各算子实例的槽位契约，所述槽位契约包括输入槽位及其可接受产物类型、输出槽位及其返回产物类型、参数槽位及其参数类型、默认值、允许取值、字段来源和参数依赖关系；

11、建模模块，将算子在调用前需满足的空间正确性条件建模为约束类型节点，并将约束不满足时采取的处理方式建模为修复动作节点，建立约束类型节点至修复动作节点、修复动作节点至支持该修复动作的具体算子节点的修复链路；

12、设计模块，设计包含节点集合和边集合的异构知识图谱模式，所述节点集合至少包括算子类节点、能力类节点、槽位类节点、类型类节点、约束类节点、修复类节点和服务映射类节点，所述边集合至少包括能力实现关系、槽位关系、类型关系、约束关系、修复关系和服务映射关系；

13、生成模块，根据所述标准化算子实例、能力抽象结果、槽位契约、约束类型节点、修复动作节点和所述图谱模式，依次执行节点构建、关系构建、图一致性校验和图谱输出，生成所述算子知识图谱；其中，所述节点构建基于结构化知识文件分别构建各类节点，所述关系构建根据所述结构化知识文件建立各类边，所述图一致性校验至少校验节点标识唯一性、边标识唯一性、悬空关系、槽位契约完整性和约束修复链路完整性，校验通过后输出结构化图谱文件。

14、一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现所述的方法。

15、一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器实现所述的方法。

16、本发明的有益效果在于：

17、将原本分散于文档说明中的算子转化为统一的图结构知识，使自动化系统能够围绕任务需求和数据状态进行算子选择、流程连接和执行条件判断，从而提高gis算子自动调用过程的正确性。