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地球科学大数据的现状与发展

科学技术与工程 2019年第20期19卷 1-11页

作者：董少春齐浩胡欢南京大学地球科学与工程学院

科学大数据正在成为科学发现的新引擎,是科学研究的新钥匙。地球科学大数据是地球科学研究中采集的各类地球科学数据的总和,是研究地球物质组成、结构构造及演化规律的重要基础。为充分挖掘地球科学大数据的价值,有必要对其特点进行详... 详细信息

科学大数据正在成为科学发现的新引擎,是科学研究的新钥匙。地球科学大数据是地球科学研究中采集的各类地球科学数据的总和,是研究地球物质组成、结构构造及演化规律的重要基础。为充分挖掘地球科学大数据的价值,有必要对其特点进行详细分析,全面了解和掌握地球科学大数据的建设现状和关键技术,明确地球科学大数据建设中存在的问题,积极应对地球科学大数据面临的机遇和挑战。针对地球科学的学科特点,列出大数据普遍存在的5V特征,详细介绍了地球科学大数据的四高(高时空性、高可视化、高相关性和高维性)特性,对专题数据库、期刊全文数据库以及地球科学大数据共享平台的建设现状进行了分析。根据云计算、人工智能和可视化技术的概念以及在地球科学大数据中的应用情况,阐述了地球科学大数据在地球动力学研究、成矿研究、地质灾害预警、生命演化和古地理环境重建以及地质信息服务平台建设中发挥的重要作用。在此基础上,梳理了现阶段地球科学大数据急需解决的缺乏统一的数据描述标准、共享机制不明、语义异构显著等问题,为应对地球科学大数据面临的机遇和挑战提供基础。

关键词：地球科学大数据时空特性数据共享数据挖掘

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基于大数据的世界文化遗产属性深度融合与分析

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遥感学报 2021年第12期25卷 2441-2459页

作者：梁勇奇杨瑞霞谢一涵王普杨岸霖李薇中国科学院空天信息创新研究院数字地球重点实验室北京100094 中国科学院大学北京100049 国际自然与文化遗产空间技术中心北京100094 北京建筑大学北京100044

全球世界文化遗产本体及其环境数据是遗产价值认知和保护的基础,更是大数据时代遗产研究、展示以及可持续利用的依据。本文基于网络和地球大数据,利用自然语言处理、空间分析、领域知识图谱等技术,构建了包括领域知识图谱5万个节点,94... 详细信息

全球世界文化遗产本体及其环境数据是遗产价值认知和保护的基础,更是大数据时代遗产研究、展示以及可持续利用的依据。本文基于网络和地球大数据,利用自然语言处理、空间分析、领域知识图谱等技术,构建了包括领域知识图谱5万个节点,94万条三元组的全球世界文化遗产知识图谱,支持世界文化遗产的属性、节点关系查询以及图结构表达。基于知识图谱,进行世界文化遗产的景观特征、文化延续性、土地覆被状态以及遗产与城市、社区的空间关系特征分析。研究表明:世界文化遗产具有沿着山脉、水系分布的特点,因此可参考地理单元,形成区域特色的文化遗产管理和保护体系,促进以区域为整体的遗产可持续发展;通过文化的延续性分析可以发现遗产所具有的特定历史文化时代属性,揭示遗产所蕴含的文化多样性,为遗产的整体保护提供新的切入点;遗产和城市与社区的空间关系变化可分为3个阶段:1990年—2000年的匀速靠近期,2000年—2015年的放缓靠近期和2015年—2018年的加速逼近期,因此未来需要持续关注城市和遗产空间关系变化对遗产可持续发展的影响。

关键词：遥感文化遗产地球科学大数据知识图谱图数据挖掘可视化

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基于大数据和机器学习方法的玄武岩构造背景自动判别及其应用

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基于大数据和机器学习方法的玄武岩构造背景自动判别及其应用

作者：方思源南京大学

学位级别：硕士

地球科学已经步入大数据时代,大数据改变了地球科学研究的思维方式和研究方法,提供了多样化的数据挖掘方法和知识发现途径。地球科学大数据以及人工智能技术的快速发展和突破创新,为面向大数据处理的专业软件的研制与开发带来了新的机... 详细信息

地球科学已经步入大数据时代,大数据改变了地球科学研究的思维方式和研究方法,提供了多样化的数据挖掘方法和知识发现途径。地球科学大数据以及人工智能技术的快速发展和突破创新,为面向大数据处理的专业软件的研制与开发带来了新的机遇和挑战。以岩石构造背景的判别分析和应用为例,大地构造背景对火成岩的组成和化学特征具有控制作用,分析火成岩的化学组分特征能够反演指示岩浆成因和构造背景。构造背景判别图是识别火成岩构造背景的重要途径之一。但随着地质数据的积累,传统的判别方法在构造背景类型和岩石类型上受到了很大限制。本文基于全球岩石地球化学大数据集,采用改进的随机森林模型对玄武岩的构造背景进行判别分类,并融合迭代筛选的思想自动优化判别元素组合,在此基础上开发出一款能够自动优化判别元素组合且有效判别玄武岩构造背景的专用软件。通过实践证明,优化的玄武岩构造背景判别方法能克服传统基于图判别的限制,减少个人经验的主观干预,更加准确地识别不同岩石类型的构造背景。为检验随机森林判别模型的泛化能力,本文对PDF格式的学术文献中的表格数据进行了自动识别和提取整合,生成适用于随机森林判别模型评价检验的数据集,验证了构造背景判别模型的准确性与泛化性,并在此基础上设计开发出一款能够从PDF文件的表格中自动识别岩石地球化学数据并提取收集的专用软件。通过测试验证,本文采用的判别模型具有良好的泛化能力,能够为玄武岩不同构造背景的界定提供判别依据。不同构造背景和不同演化阶段,元素的地球化学特征具有差异性。元素协变图可以直观地显示元素在岩浆演化过程中的变化趋势。但现有方法在处理和分析地球化学大数据时,难以揭示大数据背景下地球化学元素之间的相关关系,限制了地球化学大数据的进一步分析和应用。为适应面向岩石地球化学大数据的元素协变图的处理需求,本文参考穷竭法处理思路,采用区间线性拟合方法,开发一款适用于岩石地球化学大数据的元素协变图自动绘制软件。该软件能够快速对岩石地球化学大数据集拟合趋势线并生成元素协变图,直观、清晰地展现元素在岩浆演化不同阶段和不同构造背景下元素的地球化学行为特征。

关键词：地球科学大数据构造背景判别机器学习元素协变图

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基于本体的地球科学知识图谱的构建

基于本体的地球科学知识图谱的构建

作者：齐浩南京大学

学位级别：硕士

地球科学大数据为地球科学带来了研究范式的改革。但由于存在描述规范不统一、共享机制不明、语义异构等问题,在数据集成、共享与复用等方面存在较大困难,使得大数据的众多优势在地球科学相关研究中难以充分发挥。知识图谱的出现为地球... 详细信息

地球科学大数据为地球科学带来了研究范式的改革。但由于存在描述规范不统一、共享机制不明、语义异构等问题,在数据集成、共享与复用等方面存在较大困难,使得大数据的众多优势在地球科学相关研究中难以充分发挥。知识图谱的出现为地球科学研究带来了新的思路和方法。知识图谱能够准确、清晰地表达概念及其相互之间的复杂语义关系,为机器所理解,是实现语义翻译、数据融合和复用的关键技术。本文对知识图谱和地球科学大数据进行了深入分析,探讨了知识图谱在解决地球科学大数据面临的挑战中发挥的重要作用,提出了分层架构地球科学知识图谱的思路,基于本体将地球科学知识图谱描述框架分为学科层、核心描述层、扩展描述层建立了知识描述模型,并以岩浆岩石学本体为例着重描述了核心描述层和扩展描述层的构建,基于分层架构知识图谱模型,建立了基于概念、属性以及相互之间关系约束的知识推理规则和推理机制,实现了基于知识图谱的异构数据的语义翻译,为数据发现和数据集成架设了桥梁,为大数据驱动下的数据挖掘提供了基础。在此基础上,梳理了地球科学知识图谱建构工具的设计思路和需求,对地球科学知识图谱的逻辑结构进行了设计,分析了地球科学知识图谱建构工具具备的功能,利用实现的建构工具完成了岩浆岩石学知识图谱架构的初步构建,以期推动和完善地球科学知识图谱的建设和应用。

关键词：地球科学知识图谱本体地球科学大数据元数据语义翻译

关于煤炭地质单位“透明地球”建设的若干思考

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中国煤炭地质 2019年第11期31卷 26-30页

作者：刘福胜马彦良李华中煤地质集团有限公司

以“透明地球”为主题,探讨和共享煤炭地质单位“透明地球”建设方面的思考。讨论了透明地球的基本内涵,分析了透明地球与数字地球间的关系以及建设透明地球所需科学大数据的主要来源,展望了建设透明地球所需要突破的五个技术领域。指... 详细信息

以“透明地球”为主题,探讨和共享煤炭地质单位“透明地球”建设方面的思考。讨论了透明地球的基本内涵,分析了透明地球与数字地球间的关系以及建设透明地球所需科学大数据的主要来源,展望了建设透明地球所需要突破的五个技术领域。指出数字地球是基础,透明地球是工具,美丽地球是我们追求的目标,三者是相辅相成的关系。作为愿景,“三个地球”建设无疑对总局今后地质科技工作起到了战略引领作用,同时也给广大科技工作者提出了努力方向和奋斗目标。

关键词：透明地球地球科学大数据勘查技术战略愿景

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