顾及时空特征的大气污染执法事件知识图谱构建方法研究与实践
文献类型：学位论文
| 作者 | 王晓爽 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 诸云强 |
| 关键词 | 大气污染执法事件 大气污染执法事件本体 时空特征 BERT+CRF 事件知识图谱 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 大气污染执法是环境执法人员在大气环境相关法规标准的指导下，通过获得大气环境污染行为相关线索，对大气污染违法行为调查取证，判定违法行为性质，对大气污染违法行为主体进行处罚裁定的管理行为。大气污染执法是大气污染治理和大气污染源管理的重要手段。大气污染执法过程包括污染发现、现场调查、检测取证、处罚决定和整改监督等多个执法阶段的事件。不同执法阶段由生态环境部门的不同机构实施，各机构根据业务需求建立了不同应用系统支撑业务工作。由于不同主责部门承担的职能不同，对执法相关知识的认知角度和理解存在差异，导致针对大气污染执法相关实体对象理解产生语义歧义。不同执法应用系统的数据结构和标准不同，也易产生大量多源异构数据，致使数据难以整合集成。执法人员在执法过程中难以实现案件的全生命周期追溯分析，无法有效支撑执法判断且不利于处罚决定的下达，影响执法准确度和执法效率。因此需要建立统一语义基础，实现大气污染执法知识的规范性表达、有效组织和关联。知识图谱是结构化的语义知识库，能够通过构建知识的规范化表达和建立知识之间的语义链接，实现知识的有效组织和管理，构建知识关联。因此采用知识图谱是当前实现大气污染执法知识服务组织和管理的最有效方式。大气污染执法包括多个执法阶段的执法事件，通过推动事件发展实现执法过程，体现不同执法阶段的动态特征。事件知识图谱是知识图谱发展的更高一级阶段，是以事件为中心描述事件信息和事件关系的知识图谱。大气污染执法过程中，执法者通过调查不同时空尺度的污染现象，逐步确定污染源排放时空规律和具体位置，实现对违法行为的取证和判断。大气污染执法事件组成和事件之间的时空特征是描述大气污染执法过程的关键。现有的事件知识图谱在构建中缺乏对复杂时空特征和事件关系的考虑。因此本文开展了顾及时空特征的大气污染执法事件知识图谱构建方法研究，以北京市大气污染执法数据为例，进行了应用实践。本研究旨在促进和完善顾及时空特征的事件本体理论发展，通过大气污染执法知识图谱的构建，形成一种大气污染执法数据挖掘方法，提升大气污染执法数据分析和管理水平，提高执法公平性和执法效率，为生态环境领域实现知识互联共享提供参考借鉴，促进现代化生态环境治理体系优化并提升生态环境治理水平。本研究具体开展的工作和取得的主要成果包括：1. 系统梳理了大气污染和大气污染执法的概念理论体系，建立了大气污染执法业务模型，分析了大气污染执法业务流程及特点，为大气污染执法事件本体模型构建提供业务指导和支撑。2. 面对大气污染执法数据多源异构、难以整合集成的现状，结合大气污染执法的事件性特征，并针对现有事件本体难以描述复杂时空特征及关系的问题，设计了顾及时空特征的大气污染执法事件本体模型。该模型由大气污染执法事件集合、事件关系、事件实例以及事件间推理规则组成，其中大气污染执法事件定义为包含时间、空间位置、执法参与对象、动作和状态五类事件要素的五元组结构。该模型可有效描述大气污染执法事件和执法过程，建立统一语义基础，进而为大气污染执法事件知识抽取提供指导。3. 基于多模态数据语料，研究提出了大气污染执法事件知识抽取的总体技术框架。采用直接映射、深度神经网络学习等方法，分别设计实现了针对结构化、半结构化和非结构化数据的大气污染执法事件知识抽取。其中半结构化和结构化数据采用直接映射事件知识抽取方法，非结构化数据采用基于BERT+CRF 模型的自动化抽取方法。基于已抽取的事件要素知识，依照大气污染执法事件本体中构建的规则，通过统计分析、空间分析等方法，完成事件语义和时空关系抽取。4. 以北京市大气污染执法为例，利用乡镇街道大气粗颗粒物浓度排名、公众投诉文本资料和行政处罚等数据，在大气污染执法事件本体的指导下，利用本文提出基于多模态数据语料的大气污染执法事件知识抽取方法，构建形成了2019年和2020 年的北京市大气污染执法事件知识图谱。事件知识图谱包括大气污染执法各阶段事件和事件关系描述，构建了近9 万个事件和事件要素节点、17 万个事件组成关系和事件关系，实现了大气污染执法不同阶段事件知识的有效组织和管理。5. 基于北京市大气污染执法事件知识图谱，分别开展了大气污染执法事件统计分析、大气污染执法量裁准确度分析和大气污染执法事件时序回溯分析和相关应用实践。应用结果表明，大气污染执法事件知识图谱，可从大气污染执法力度、执法准确度和基于时空特征的案件全生命周期描述等角度，实现大气污染执法事件的多时空维度的分析，更为准确地针对执法业务进行判断和预测，提升执法效率。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 120 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199851]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王晓爽. 顾及时空特征的大气污染执法事件知识图谱构建方法研究与实践[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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