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面向地质图的知识图谱构建及智能问答应用

地质科学 2024年第2期59卷 588-602页

作者：段雨希邱芹军田苗马凯谢忠陶留锋刘俊杰国家地理信息系统工程技术研究中心武汉430074 中国地质大学(武汉)计算机与信息学院武汉430074 地理信息系统国家地方联合工程实验室武汉430074 中国地质大学(武汉)地质探测与评估教育部重点实验室武汉430074 三峡大学计算机与信息学院湖北宜昌430002 湖北省水电工程智能视觉监测重点实验室湖北宜昌443002

海量地质图件蕴含着丰富的地学基础知识及专家经验知识。地质图主要表达了通过区域地质调查、矿产地质调查所获取的地球表面的地质知识(如地层单元、岩体、断裂等)。如何快速地从矢量地质图件中抽取地质知识并形成知识服务是目前地学知... 详细信息

海量地质图件蕴含着丰富的地学基础知识及专家经验知识。地质图主要表达了通过区域地质调查、矿产地质调查所获取的地球表面的地质知识(如地层单元、岩体、断裂等)。如何快速地从矢量地质图件中抽取地质知识并形成知识服务是目前地学知识图谱及知识服务研究的前沿。由于传统的地质图知识抽取主要依赖人工方式进行综合分析,本文聚焦于矢量地质图件知识表达与抽取研究,提出了一种地质图知识表达框架,提取地质图中所包含的地质实体及关系,将地质图信息以知识图谱的形式表达,并开展了基于地质矢量知识图谱的智能问答应用。最后以江西省于都县银坑幅矢量数据集为例开展实验验证分析,结果表明,本文方法能够较为全面地获取地质图中各个地质对象的信息,提高了地质图语义表达的效果,同时也可以提高地质学习人员对地质图的理解和认识,让计算机能够大规模获取地质图的知识内容。

关键词：地质图知识表达模型地质知识图谱地质矢量图件智能问答空间认知

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融合知识图谱与协同过滤的微地图推荐

地球信息科学学报 2024年第4期26卷 967-977页

作者：牛雪磊杨军闫浩文兰州交通大学测绘与地理信息学院兰州730070 地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心兰州730070 甘肃省地理国情监测工程实验室兰州730070

针对推荐系统中数据稀疏问题,传统的协同过滤算法无法捕捉辅助信息之间的相关性,从而降低了推荐的准确性。为此,本文提出融合知识图谱的协同过滤模型(Knowledge Graph Embedding Collaborative Filtering,KGCF),引入知识图谱作为辅助信... 详细信息

针对推荐系统中数据稀疏问题,传统的协同过滤算法无法捕捉辅助信息之间的相关性,从而降低了推荐的准确性。为此,本文提出融合知识图谱的协同过滤模型(Knowledge Graph Embedding Collaborative Filtering,KGCF),引入知识图谱作为辅助信息,利用知识图谱中多源结构性的数据来缓解数据稀疏问题。KGCF模型结合知识图谱的语义信息和协同过滤的偏好信息,能够挖掘出用户和微地图的隐语义交互信息,从而达到“千人千面”的推荐效果。(1)融合知识图谱和协同过滤算法对微地图数据集进行采集训练;(2)通过皮尔逊相关系数计算出用户之间的相似矩阵,并对稀疏的评分矩阵进行隐语义矩阵分解,采用基准(Baseline)得到用户和微地图地名的偏好信息;(3)通过知识图谱将微地图语义信息转化为低维向量,采用余弦相似度计算出微地图地名之间的相似矩阵;(4)将用户和微地图地名结合为一个推荐结果集。通过在微地图数据集上实验,证明了本文提出的KGCF模型能有效解决数据稀疏,可准确为用户推荐感兴趣的微地图。

关键词：知识图谱协同过滤数据稀疏微地图推荐系统结构性数据隐语义

ErlangShen:基于流水线低访问开销的图式区块链高效事务执行机制

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 2111-2121页

作者：肖江吴恩平张世桀伏子豪金海大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心武汉430074 服务计算技术与系统教育部重点实验室武汉430074 集群与网格计算湖北省重点实验室武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074

基于有向无环图(DAG)的图式区块链能够显著提升系统性能,已成为近年来业界的研究热点。相较于传统串行化的链式区块链,图式区块链可在单位时间内并发处理大量事务从而提升吞吐量。随着事务量的激增,图式区块链面临事务执行效率低的瓶颈... 详细信息

基于有向无环图(DAG)的图式区块链能够显著提升系统性能,已成为近年来业界的研究热点。相较于传统串行化的链式区块链,图式区块链可在单位时间内并发处理大量事务从而提升吞吐量。随着事务量的激增,图式区块链面临事务执行效率低的瓶颈问题,即海量事务执行对状态数据访问的需求大幅增加,导致高昂的输入/输出(I/O)开销。实现低I/O访问主要包括两方面的全新挑战:一方面,图式区块链若直接采用传统的事务预取机制,将因执行逻辑不一致引入大量的陈旧读;另一方面,针对不同账户的状态访问会在默克尔树的高层节点中造成重复的I/O开销。为此,本文设计基于流水线的图式区块链高效事务执行机制—ErlangShen,包括Epoch粒度的状态预取机制和默克尔高层路径缓存机制来分别减少陈旧读的数量和重复的I/O开销。具体而言,ErlangShen充分分析并利用了事务访问频次的冷热特征,将访问热事务的逻辑执行与冷事务的状态预取并行化,以避免状态预取对事务执行的影响。此外,为了进一步提升事务执行的吞吐量,根据访问冷热状态事务的特性设计了定制化的并发控制方法。实验结果表明,ErlangShen机制能够减少约90%的陈旧读数量,与最新图式区块链事务处理机制Nezha相比,可将性能提升3~4倍。

关键词：区块链图式区块链 I/O优化并发控制状态树

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多模态数据的地质图关联网络构建及知识服务

地质论评 2024年第4期70卷 1469-1482页

作者：邱芹军段雨希田苗吴麒瑞马凯陶留锋谢忠自然资源部城市国土资源监测与仿真重点实验室广东深圳518034 中国地质大学(武汉)计算机与信息学院武汉430074 地理信息系统国家地方联合工程实验室武汉430074 国家地理信息系统工程技术研究中心武汉430074 中国地质大学(武汉)地质探测与评估教育部重点实验室武汉430074 中国地质大学(武汉)未来技术学院武汉430074 湖北省水电工程智能视觉监测重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学计算机与信息学院湖北宜昌443002

地质图件及其附属资源(如描述文本)作为地质知识的重要存储媒介,蕴含着大量的地学知识及专家经验知识及隐式知识。快速精准地对多模态地质数据进行知识规范化定义、形式化表达、语义化关联和精准化推理是目前地学知识抽取及挖掘的前沿... 详细信息

地质图件及其附属资源(如描述文本)作为地质知识的重要存储媒介,蕴含着大量的地学知识及专家经验知识及隐式知识。快速精准地对多模态地质数据进行知识规范化定义、形式化表达、语义化关联和精准化推理是目前地学知识抽取及挖掘的前沿。当前,海量的地学数据中图件及附属描述信息知识分布零散,图件中的信息无法有效地与描述信息进行关联并提供知识服务。笔者等以多模态地质数据为数据源,建立了多源数据驱动下的地质图知识表达模型,通过地质基础知识、规则知识及决策知识来表达图件中蕴含的显隐式地质知识,从语义、空间、属性3个维度表示地质对象间的关系;并基于领域知识针对地质图件及描述信息开展了地质实体及关系的精准抽取及存储研究,最后以江西省于都县银坑幅G50E011007图幅1∶50000矿产地质调查矢量数据为例进行了验证与分析,实验结果验证了笔者等所提出的知识表达模型及知识抽取方法,能够较好地解决地质知识建模中图文关联弱、知识挖掘不充分等问题。

关键词：地质知识模型地质图件知识图谱决策知识智能问答

结合机载LiDAR和多源遥感影像的森林郁闭度估测

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遥感技术与应用 2024年

作者：罗俊杰任晓阳刘润东朱宁宁兰州交通大学测绘与地理信息学院地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心甘肃省地理国情监测工程实验室广西壮族自治区自然资源遥感院武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室

森林郁闭度是森林资源调查中的重要参数，在评价和监测森林生态系统的稳定性上有重要作用。随着遥感技术的不断发展，利用多源遥感数据进行大范围森林郁闭度估测已成为热点。本文基于激光点云和多源光学遥感数据，使用机器学习算法构建... 详细信息

森林郁闭度是森林资源调查中的重要参数，在评价和监测森林生态系统的稳定性上有重要作用。随着遥感技术的不断发展，利用多源遥感数据进行大范围森林郁闭度估测已成为热点。本文基于激光点云和多源光学遥感数据，使用机器学习算法构建回归模型，用以估测大范围森林区域的郁闭度。首先，由机载激光雷达（Airborne Laser Scanner,ALS）点云数据计算森林郁闭度真值作为回归模型因变量；其次，通过Sentinel-2 MSI、Landsat-8 OLI和Sentinel-1 SAR影像数据提取植被指数、纹理等18种特征作为回归模型自变量；然后，以广西区域的14块森林样地为例，使用随机森林回归（Random Forest Regression,RFR）和支持向量机回归（Support Vector Regression,SVR）两种机器学习模型，实验不同的自变量组合方案对森林郁闭度反演的影响；最后，选择最优的变量组合和机器学习方法对广西区域进行森林郁闭度制图。实验结果表明，RFR比SVR的反演效果好，S2+S1组合的精度最高，相关系数R2=0.703，均方根误差RMSE=0.19，平均绝对误差MAE=0.13，同时，极化特征可明显提高森林郁闭度的反演精度。

关键词：森林郁闭度机载激光雷达遥感影像随机森林回归支持向量机回归

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实景三维中国的总体架构与主体技术

测绘学报 2024年

作者：陈军田海波高崟张元杰刘万增武昊张宏伟黄蔚刘建军自然资源部时空信息与智能服务重点实验室 3. 莫干山地信实验室 4. 自然资源部全球地理信息工程技术中心国家基础地理信息中心

实景三维中国建设是落实数字中国建设战略、推进国土空间治理现代化、加快测绘地理信息转型升级的一项重要举措，既是今后数十年国家和地方基础测绘的重大任务，也是一项涉及因素复杂、技术难度极大的科技工程。本文介绍了实景三维中国... 详细信息

实景三维中国建设是落实数字中国建设战略、推进国土空间治理现代化、加快测绘地理信息转型升级的一项重要举措，既是今后数十年国家和地方基础测绘的重大任务，也是一项涉及因素复杂、技术难度极大的科技工程。本文介绍了实景三维中国建设的基本思路，从4D产品到实景三维、从数据供给到时空赋能v、从数字化到数智化；提出了实景三维中国总体技术架构，包括由地理实体、地理场景、地理实景等组成的产品体系，以提供时空连接、时空计算、时空智能服务为目标的服务赋能体系，以数智化生产、实体化管理、知识化服务为重点的数智技术体系；继而讨论了实景三维中国的主体技术，包括实体化建模、立体化重构、真实化描述和知识化服务等；最后从推动实景三维中国与“五位一体”总体布局深度融合的角度，探讨了实景三维赋能数字经济、数字治理、数字生活、数字文化、数字生态文明等5个应用场景。为切实做好实景三维中国建设与应用，今后还应加强战略谋划，推动科技创新，促进跨界融合。

关键词：实景三维总体架构主体技术数据产品服务赋能数智技术应用场景

基于Kolmogorov熵权的城市轨道交通网络节点重要度识别算法

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交通运输工程与信息学报 2024年第1期22卷 139-149页

作者：杨振珑黄文成法慧妍范成敬西南交通大学交通运输与物流学院成都611756 西南交通大学系统科学与系统工程研究所成都611756 综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室成都611756 综合交通大数据应用技术国家工程实验室成都611756

近年来,我国城市轨道交通系统中延误、破坏事件及运营故障等事故频发,事故站点大多客流量大且交通繁忙,因此识别城市轨道交通网络中的重要节点对于保证网络的正常运营具有重要意义。为更真实地反映现实世界城市轨道交通网络的实际情况,... 详细信息

近年来,我国城市轨道交通系统中延误、破坏事件及运营故障等事故频发,事故站点大多客流量大且交通繁忙,因此识别城市轨道交通网络中的重要节点对于保证网络的正常运营具有重要意义。为更真实地反映现实世界城市轨道交通网络的实际情况,本文首先基于复杂网络理论构建城市轨道交通网络模型;其次在网络拓扑指标的基础上,考虑车站自身属性及其周边区域环境对节点重要度的影响,构建城市轨道交通网络指标评价体系;然后基于混沌时间序列与混沌系统指标序列的共性,采用Kolmogorov熵权法计算指标权重,结合城市轨道交通网络指标数据得到城市轨道交通网络节点重要度排序;最后,通过成都地铁网络的实例研究结果表明:排序前10的关键车站均位于城市中心城区且皆为换乘站点。与信息熵权法结果进行对比发现,本文方法有8个共同的关键站点,且排序结果分布更集中、极端值更少、得分差距更小。研究成果有助于更好地理解城市轨道交通网络的结构特征,为预防事故、优化运营提供了重要理论依据。

关键词：城市交通城市轨道交通复杂网络节点重要度 Kolmogorov熵

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面向忆阻器存内计算架构的高能效编解码机制

中国科学：信息科学 2024年第8期54卷 1827-1842页

作者：黄禹郑龙刘海峰邱启航辛杰廖小飞金海华中科技大学大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心武汉430074 华中科技大学服务计算技术与系统教育部重点实验室武汉430074 华中科技大学集群与网格计算湖北省重点实验室武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074 之江实验室杭州311121

近年来,以忆阻器为代表的存内计算架构被广泛研究,用于加速各种应用,并有望突破冯·诺伊曼(von Neumann)架构面临的内存墙瓶颈.本文观察到忆阻器计算操作的能源消耗存在不对称性,即在低电阻状态下对忆阻器单元的操作能耗可能比在高电阻... 详细信息

近年来,以忆阻器为代表的存内计算架构被广泛研究,用于加速各种应用,并有望突破冯·诺伊曼(von Neumann)架构面临的内存墙瓶颈.本文观察到忆阻器计算操作的能源消耗存在不对称性,即在低电阻状态下对忆阻器单元的操作能耗可能比在高电阻状态下高出数个数量级.这为通过减少低电阻状态单元的数量来节省计算能源提供了机会.为此,本文提出了一套通用且高效的忆阻器编解码机制,可以无缝集成到现有加速器中,并且不会影响其计算结果.在编码部分,设计了一个基于减法的编码器,实现了低电阻状态到高电阻状态的编码转换,并将编码问题表述为图遍历问题以实现最优的编码结果在解码部分,配备了一个轻量级的硬件解码器,用于还原编码的计算结果,并且避免引入额外的计算时间开销。实验结果显示,本方案在机器学习和图计算等多个领域取得不俗效果,分别实现了高达31.3%和56.0%的能源节约.

关键词：存内计算忆阻器加速器高能效机器学习图计算

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一种冗余感知的高能效图计算加速器

中国科学：信息科学 2024年第6期54卷 1369-1385页

作者：姚鹏程廖小飞金海周宇航徐鹏张伟曾圳潘晨高朱冰华中科技大学大数据技术与系统国家地方联合工程研究中心武汉430074 华中科技大学服务计算技术与系统教育部重点实验室武汉430074 华中科技大学集群与网格计算湖北省重点实验室武汉430074 华中科技大学计算机科学与技术学院武汉430074 之江实验室杭州311121

图作为一种灵活表达对象之间关系的数据结构,广泛地应用于各类重要的现实场景.近年来,随着性能提升速度放缓,通用处理器逐渐无法满足图计算应用的需求,并成为限制图计算发展的主要瓶颈.因此,面向图计算的领域专用加速器成为近年来的研... 详细信息

图作为一种灵活表达对象之间关系的数据结构,广泛地应用于各类重要的现实场景.近年来,随着性能提升速度放缓,通用处理器逐渐无法满足图计算应用的需求,并成为限制图计算发展的主要瓶颈.因此,面向图计算的领域专用加速器成为近年来的研究热点.通过定制化的硬件设计,图计算加速器可以在图计算应用中取得通用处理器数十倍的性能.然而,现有的图计算加速器在运行宽度优先算法时会频繁地重复访问幂律顶点的相关数据,进而导致了严重的冗余访存问题.在特定场景下,现有的图计算加速器的性能甚至低于通用CPU.为了解决该问题,本文提出一种冗余感知的高能效图计算加速器JiFeng.当幂律顶点完成迭代计算时,JiFeng通过跳过剩余的相邻边大幅减少其被重复访问的次数.JiFeng实现了一系列软硬件协同设计,在保证负载均衡的同时提升硬件的执行效率.为了验证JiFeng的有效性,本文采用FPGA原型系统对相关设计进行性能评估.JiFeng在典型的生成图和现实图上实现最高每秒遍历4612亿条边的性能和每秒每瓦特遍历125亿条边的能效比,并在2023年11月的图计算超算排行榜GreenGraph500的小数据集榜单上取得第2名的成绩.

关键词：图计算加速器宽度优先搜索冗余访存 FPGA

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