一种历史地段多尺度空间知识图谱构建方法

本发明涉及数字化城市设计和文化遗产保护、知识图谱构建与图数据库应用，具体涉及一种历史地段多尺度空间知识图谱构建方法。

背景技术：

1、随着城市更新和历史文化保护工作的持续推进，历史地段保护与更新的对象已由单体历史建筑扩展至街区乃至城区，相关信息也由几何测绘信息扩展为同时包含空间形态、历史文脉、价值认知、使用演变和管理规则等多维信息的综合体系。现有技术中，历史建筑信息模型（hbim）、历史地理信息系统（hgis）、建筑信息模型（bim）与地理信息系统（gis）集成以及城市信息模型（cim）等，为历史地段信息记录和管理提供了基础支撑，但其技术重心仍主要停留在数据记录、模型表达和空间管理层面，对于历史地段保护更新所需的跨尺度知识组织、空间形态与历史文化语义的统一表达以及多源异构数据的持续整合，仍存在明显不足。

2、具体而言，现有技术至少存在以下问题。

3、1.多尺度空间对象缺乏连续知识组织框架。现有建筑信息模型多聚焦于构件和建筑尺度，地理信息系统则更多处理街区和城区尺度对象，两类模型在数据粒度、对象边界和语义结构上差异较大，难以形成构件、立面、建筑、街区和城区之间的连续知识链条。需要解决多尺度空间对象难以统一建模和连续关联的问题。

4、2.空间形态信息与历史文化信息长期分离。现有技术中，空间形态信息通常附着于几何模型或属性表，历史文化信息分散于地方志、文物名录、历史档案、保护规划和风貌导则等文本资料中，二者缺乏统一的语义表达和计算关联机制，需要解决空间形态信息与历史文化信息在同一知识框架下统一表达和计算的问题。

5、3.多源异构数据接入一致性不足。历史地段相关数据来源复杂，包括照片、测绘图、轮廓数据、管理资料、历史文献和保护规划文本等，不同数据源在命名方式、空间定位、时间表述和字段规范上差异显著，容易产生实体重复、关系断裂、同名异义和证据来源不清等问题。

6、4.现有数字化成果难以形成持续更新的知识底座。已有方案多为一次性建模或静态档案管理，缺乏对新增样本、修正信息和多轮质检结果的增量更新机制，难以支撑历史地段保护更新过程中的长期维护和持续复用。

7、综上，现有历史地段信息组织中存在多尺度空间对象难以统一建模、空间形态信息与历史文化信息分离、多源异构数据接入一致性不足及成果难以持续更新等问题。现有技术中存在历史地段相关数据在尺度、类型和语义上的割裂问题。因此，需要提出一种能够统一组织历史地段多尺度空间对象、关联空间形态语义和历史文化语义、规范接入多源异构数据并支持质量检验和增量更新的知识图谱构建方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种历史地段多尺度空间知识图谱构建方法，在统一知识框架下实现历史地段多尺度空间对象与历史文化信息的结构化组织、跨尺度关联表达、跨源一致映射和持续更新维护。该方法主要用于历史地段保护与更新设计的信息集成和知识表达，也可用于城市更新、文化遗产管理与数字孪生城市等相关领域。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

3、根据本发明提出的一种历史地段多尺度空间知识图谱构建方法，包括：

4、s1、根据目标历史地段的保护更新需求，建立面向历史地段的多尺度空间对象模型，并基于多尺度空间对象模型构建历史地段领域本体；

5、s2、获取与目标历史地段相关的多源异构数据集，对所述多源异构数据集执行格式转换、坐标统一、字段标准化、时间格式统一、样本编号和证据编号绑定，得到标准化输入数据集合；

6、s3、对所述标准化输入数据集合执行多模态特征提取，得到与历史地段领域本体对应的候选实体集合、候选属性集合和候选关系集合；

7、s4、依据唯一标识生成规则、名称字典、空间位置约束、时间约束和类型约束，对候选实体集合执行跨源实体对齐和同名异义消歧，得到对齐实体集合；将所述对齐实体集合与所述候选属性集合、所述候选关系集合建立一致性映射，得到对齐属性集合和对齐关系集合；

8、s5、依据所述历史地段领域本体，将建立一致性映射后的对齐实体集合、对齐属性集合和对齐关系集合实例化为历史地段空间知识图谱。

9、作为本发明所述的一种历史地段多尺度空间知识图谱构建方法进一步优化方案，步骤s1中，所述多尺度空间对象模型包括构件、立面、建筑、街区和城区五类空间实体；所述历史地段领域本体包括历史地段实体类别、历史地段属性类别、历史地段关系类别、唯一标识生成规则和证据引用字段；其中，所述历史地段实体类别包括空间形态实体和历史文化实体，所述历史地段属性类别包括空间形态属性和历史文化属性，所述历史地段关系类别包括层级隶属关系、空间拓扑关系、文化关联关系和管理约束关系；

10、步骤s2中，所述多源异构数据集包括图像数据集、文本数据集、空间数据集、测绘数据集和管理资料数据集；

11、步骤s3中，对图像数据集进行图像识别处理，得到构件、立面、材料和样式对应的空间形态实体及空间形态属性；对文本数据集进行文本识别处理，得到历史建筑类别、历史时期、历史事件、历史价值和管控条文对应的历史文化实体及历史文化属性；对空间数据集和测绘数据集进行空间分析处理，得到构件与立面之间、立面与建筑之间、建筑与街区之间、街区与城区之间以及建筑与建筑之间的层级隶属关系和空间拓扑关系。

12、作为本发明所述的一种历史地段多尺度空间知识图谱构建方法进一步优化方案，步骤s5的历史地段空间知识图谱并存储于图数据库；实例化过程中，根据唯一标识生成规则生成各空间形态实体和历史文化实体的唯一标识；将具有唯一标识的对齐实体写入图数据库作为节点，将对齐关系写入所述图数据库作为边，将对齐属性和证据字段写入对应节点或边的属性字段；入库后执行完整性检验、一致性检验和可追溯性检验中的一种或多种；当接收到新增图像样本、新增文本资料、新增空间数据或既有记录修正信息时，基于唯一标识执行增量写入、冲突检测和版本更新，形成持续维护的历史地段知识图谱。

13、作为本发明所述的一种历史地段多尺度空间知识图谱构建方法进一步优化方案，步骤s1中的空间形态实体包括城区、街区、建筑、立面和构件中的一种或多种；所述空间形态属性包括空间位置、几何尺寸、建筑层数、立面朝向、构件类型、构件样式和构件材质中的一种或多种；所述历史文化实体包括历史时期、历史人物、历史事件、历史功能、历史街区、历史建筑、历史价值、风格样式、营建技艺和管控条文中的一种或多种；所述历史文化属性包括建造年代、所有者、功能沿革、风格类型、样式类型、材质类型、保护级别和修缮记录中的一种或多种。

14、作为本发明所述的一种历史地段多尺度空间知识图谱构建方法进一步优化方案，步骤s1中的层级隶属关系包括位于关系和包含关系中的一种或多种；空间拓扑关系包括相邻关系、相连关系和方位关系中的一种或多种；文化关联关系包括属于关系、具备关系、影响关系和关联关系中的一种或多种；管理约束关系包括规定关系、管控关系、引导关系和适用关系中的一种或多种。

15、作为本发明所述的一种历史地段多尺度空间知识图谱构建方法进一步优化方案，s2 中的图像数据集包括建筑立面照片、街景影像和航拍影像中的一种或多种；文本数据集包括地方志、文物名录、历史档案、保护规划、风貌导则和修缮记录中的一种或多种；空间数据集包括建筑轮廓、地块边界、道路网络、街区边界和城区范围中的一种或多种。

16、作为本发明所述的一种历史地段多尺度空间知识图谱构建方法进一步优化方案，步骤s3中的图像识别处理采用目标检测、语义分割、图像分类和人工校核中的任一种或其组合，得到空间形态实体及空间形态属性；文本识别处理采用命名实体识别、关系抽取、实体规范化和人工校核中的任一种或其组合，得到历史文化实体、历史文化属性及文化关联关系；空间分析处理采用地理信息分析、几何运算和拓扑计算中的任一种或其组合，得到层级隶属关系和空间拓扑关系。

17、作为本发明所述的一种历史地段多尺度空间知识图谱构建方法进一步优化方案，步骤s4中的跨源实体对齐基于名称相似度、别名匹配、空间位置邻近、所属层级一致性和实体类型一致性中的两种以上条件进行判定；当两个候选实体满足判定条件时，将所述两个候选实体合并为同一对齐实体并保留同一唯一标识；当候选实体具有相同名称但空间坐标、行政区划、实体类型或证据来源不一致时，执行同名异义消歧并分别生成不同唯一标识。

18、作为本发明所述的一种历史地段多尺度空间知识图谱构建方法进一步优化方案，步骤s5中图数据库为属性图数据库或rdf三元组存储；当图数据库为neo4j属性图数据库时，节点表示空间形态实体或历史文化实体，边表示层级隶属关系、空间拓扑关系、文化关联关系或管理约束关系，节点属性或边属性记录空间形态属性、历史文化属性、来源证据和更新时间。

19、作为本发明所述的一种历史地段多尺度空间知识图谱构建方法进一步优化方案，步骤s5 中完整性检验包括检查建筑节点与街区节点之间是否建立层级隶属关系、立面节点是否具备立面朝向属性、历史文化实体节点是否绑定来源证据；所述一致性检验包括检查同一唯一标识对应的节点是否存在冲突属性或重复入库情况，以及检查关系两端节点类型是否符合所述历史地段领域本体约束；所述可追溯性检验包括检查对齐实体、对齐属性和对齐关系是否具有对应证据字段。

20、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

21、（1）本发明在统一多尺度空间对象模型与本体约束下实现构件、立面、建筑、街区和城区等多尺度空间对象的连续组织和稳定关联，提高了跨尺度信息整合能力。

22、（2）本发明在同一知识框架中同时组织空间形态属性与历史文化属性，使历史地段中的物质空间信息与历史文化信息能够被统一表达、关联检索和关联分析。

23、（3）本发明通过实体对齐、同名异义消歧和证据绑定机制，提高了多源异构数据接入的一致性、可核验性和可追溯性，降低了数据重复和语义冲突。

24、（4）本发明通过图数据库实例化和增量更新机制，形成可持续维护的知识组织基础，提升了历史地段信息复用效率和后续分析支撑能力。