一种海域地理实体构建方法

技术领域

本发明属于知识图谱领域，尤其涉及一种海域地理实体构建方法。

背景技术

近年来，地理信息大数据爆发和深度学习迅猛发展，地理空间人工智能(geospatial artificial intelligence，GeoAI)技术已初步实现了空间信息识别和提取等功能的自动化，步入了感知智能层次。在GIS领域，空间实体语义关系的构建和地理概念表达成为新型测绘亟待解决的问题。以语义网络为描述框架的知识图谱在GIS领域的应用既具有技术普适性又具有地理信息领域的专业特殊性，在地理知识理解、地学问题求解和时空预测等方面具有巨大的应用潜力。地理实体构建作为构筑地理知识图谱的基础环节，具有GIS领域地理实体的时空特性，能最大效力挖掘并发挥海洋法的地理知识服务能力，开启向发展智能化海洋调查迈进的第一步。且随着计算机技术发展，海洋划界技术相继实现了地球椭球面计算模型在平行线法、三点法、迭代逼近法等模型中的应用，但由于地缘位置的复杂性、各区域基线系统的不统一性，一直未实行海上多区域统一划界的管理，不利于各相邻区域的海上船只航行规范。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种海域地理实体构建方法，以解决上述提到的问题，研究GIS视角下，就海上划界困难问题，结合地理知识与海洋法律规则，采用知识图谱技术与海洋划界GIS技术结合的思想，设计海域地理实体构建整体框架，构建具有法律知识的海上地理实体。

技术方案：本发明的一种海域地理实体构建方法，包括以下步骤：

步骤1、基于海洋法公约，根据各海域地理实体的领域应用范畴，确定各海域实体的法律术语释义、基本权利、限制与自由等以及各海域实体间存在的关系、规则和公理；

步骤2、根据各海域实体类型的上下义关系及海域中船舶航行涉及到的相关海域内容划分海域层次体系，实体类可按照海域类型、区域类型、船舶类型层构建海域法律信息知识库，总结海洋公约的一套基于实体的有规则的便利海洋调查的知识体系；

步骤3、根据国际海洋划界原则，利用适用法律概念的海洋划界方法与GIS划界技术，在海域层次体系中构建海域地理实体界限；

步骤4、基于地理矢量数据拓扑关系、海域分布现实客观性和邻接合理性原则对海域地理实体界限进一步修正，得到海域地理实体；

步骤5、在海域地理实体的实际应用中，根据客观地理因素，对海域地理实体进行优化。

进一步的，步骤2具体包括以下步骤：

步骤2-1、根据海域实体的领域概念，从涉及到的海域实体概念术语出发，基于海上调查需求，需要船舶航行调查海上情况的特殊性，从大陆边界开始由内向外调查的原则，开展海域体系审查与分析；

步骤2-2、针对船舶通行主要为便利区域海洋资源调查和约束外来船只航行行为的规范要求，由于海洋法公约中主要是以单一沿海区域的海域说明其详细的基本法律规范，大量是关于沿海区域和其他区域船舶的通行和规范问题，故分两类即沿海区域与船旗所属区域处理，故从海域类型出发，根据上下义内容包含关系，进行船舶航行海域内容的划分层次。故从海域类型出发，根据上下义关系，船舶航行涉及到的相关海域内容划分层次。海域类型为上义词，区域类型为下义词，船舶类型又为区域类型下的下义词，建立概念及概念层的层次关系；海域类型可区分为内水、领海、毗连区、专属经济区、大陆架和公海，区域类型包含有沿海区域、内陆区域、群岛区域、船旗所属区域、所有陆上区域、地理不利区域和发达内陆区域，船舶类型则需要根据具体应用对象分类；

步骤2-3、构建海域法律信息知识库，根据海洋法公约内容运用知识图谱的技术中本体构建所涉及到的汉语叙词表模式设定限定词汇，即词汇级别的概念表/属性表，包括单词、短语、关键词等，这些概念主要具有词汇本身的字面意义，去梳理各海域所属区域类型与包含的法律类概念类别属性，用以区分和归类各海域概念属性，达到快速检索对应海域法律知识的目的。

进一步的，步骤3具体包括以下步骤：

步骤3-1、依据各区域领海基线分别生成各自的最短距离缓冲区范围，通过平行线法(即基于平面几何学原理的方法，根据领海基线与基线平行且相距为d的一条线确定领海的外部界限)选取测地线缓冲区，依据交圆法原则选择圆形端点；

步骤3-2、提取两两相邻区域海域交叉、重叠的部分，并根据公约内容规整各海域所属区域类型与类别属性；

步骤3-3、利用交集取反工具，生成带瑕疵的各海域，剔除各海域中与大陆相交或超出范围的部分；

步骤3-4、海域端点处的部分根据沿海区域分界线走向和岛屿所属权进行确定；

步骤3-5、对于大型专属经济区，剔除其范围覆盖到的岛屿部分。

进一步的，所述圆形端点其中一区域领海基线分多线段的情况，需各自生成，对于专属经济区，多部件部分还需要用到合并与融合边界。

进一步的，步骤4具体包括以下步骤：

步骤4-1、内水分界只有首尾两端点确定，中间海域分界线走向需要根据两点-三点法推导两海域中间点，最后点连线形成等距离线构成海域分界线，最终根据全球国家矢量数据、海岸线数据、领海基线数据及海域分界线完成单一区域的内水范围圈定，同样逐一完成多区域的内水构建，参照图6；

步骤4-2、步骤3中提取出各海域的重叠区，为海岸相向两区域的海域重叠区，其中领海和毗连区仅仅是两海域重叠，分别是相邻两海域与相向两海域重叠，专属经济区则涉及到三海域重叠的情况；按照公约领海的外部界限每一点同基线最近点的距离等于领海宽度，这里对B国基线端点处作垂线，后毗连区和专属经济区均与领海端点处的划界保持一致，根据24海里毗连区、200海里专属经济区向外延伸即可，并提取出相向区域重叠区；

步骤4-3、对于领海、毗连区、专属经济区，都涉及到相邻A、B两区域海域分界问题，此处使用根据两点法，即从向海一侧向陆地推倒，而不从陆地边界终点向外推导，选定两区域最近领海基点连线中点为终止点等距离切分；毗连区与专属经济区，均与领海为相接关系，根据拓扑关系检查，毗连区不包含领海，需要擦除掉领海部分，需要保证与领海邻接边界无缝隙处理；专属经济区，由于面积较大，出现覆盖到其它区域的领土上的情况，对于没有基线包围的部分区域领土的情况，这里对沿海区域不进行海域类型划分，直接采用经济区/海域来替代，其中，由于要进行海岸相邻区域分界，主要向陆一侧与沿海区域的海岸线保持一定距离与相邻区域有基点的地方相适应，能够包含沿海区域周围的零散岛屿收缩经济区的边界即内水的外部边界。

进一步的，所述“两点-三点法”具体为：

步骤4-1-1、根据两点法，即选定A、B区域最近领海基点连线进行等距离切分，所得中点为终止点设为海岸相邻区域分界最远点M

步骤4-1-2、使用三点法以终止点为两相邻区域向陆地一侧最远点依次确定余下的等距点，取A、B区域海岸线上一点A

步骤4-1-3、沿着该垂直平分线继续朝向陆一侧移p

步骤4-1-4、作线A

步骤4-1-5、继续朝着p

步骤4-1-6、作A

步骤4-1-7、按照同样的方法推导出整个海域中间点，根据具体情况选择M*＝{M

进一步的，步骤5具体包括以下步骤：

步骤5-1、根据地理数据空间质量评价标准，由于海上测量不切实际得问题，为了检测构建出的海域地理实体数据，采用了内部检查方法进行计算机辅助检查方式以及人工检查，对海域修正中点、线、面之间的拓扑关系以及拓扑一致性进行检查与修正，消除线面、面面重叠以及面面的空隙；

步骤5-2、围绕以下三点对海域地理实体知识库进行判断，一，是否符合事件进行、以任务为核心组织的要求；二，实体中的概念、术语是根据公约规定的描述，定义清晰、没有模糊性；三，实体中的关系和属性完整性、逻辑关系的准确性；

步骤5-3、借鉴和吸收海洋领域知识，更新和完善对应的分类知识库里所需要的新地理实体的概念、属性关系、关联关系。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：本发明就海洋法公约中海域划分问题多为原则性的文字规范问题，海上实地设点划界困难问题，则从法律概念出发，构建符合国际通用技术的标准的高精度等距离海洋划界方法的海域地理实体。因此本发明从海洋法公约出发，结合文本知识图谱技术，总结一套跨越单一区域划界局限而符合多区域范围海域地理实体构建的方法，这里领海基线绘制方式限定直线基线系统，运用七步法设计从法律概念到海洋划界的方法可行性的实体构建框架，在不考虑椭球曲率的影响情况下，采用海洋领域平行线法初步构建多区域海域地理实体，两点法、两点-三点法解决海岸相邻区域分界与海岸相向区域海域重叠区提取；同时解决领海基点空白区域的合理经济区位置范围圈定与在不支配当前海岸相向区域海域中间线分界的情况下，实现一种从概念到多区域范围海域地理实体构建的实现方法，为海域地理实体位置范围圈定与应用的海上调查与船舶航行规范提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明方法总体路线图；

图2为本发明实施例提供的海域地理实体层次等级关系示意图；

图3为本发明实施例提供的海域地理实体位置关系示意图；

图4为本发明实施例提供的海域地理实体详细相互关系示意图；

图5为本发明实施例提供的海域地理实体初步生成流程图；

图6为本发明实施例提供的单一区域内水生成流程图；

图7为本发明实施例提供的海岸相邻区域分界示意图；(a)“三点法”模型原理(b)海域分界示意图；

图8为本发明明确协议的领海、毗连区、专属经济区实体化示意图，(a)领海端点示意图；(b)海岸相向区域重叠区示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种海域地理实体构建方法，包括以下步骤：

S1：基于海洋法公约，根据各海域地理实体的领域应用范畴，确定各海域实体的法律术语释义、基本权利、限制与自由等以及各海域实体间存在的关系、规则和公理；

S2：根据各海域实体类型的上下义关系及海域中船舶航行涉及到的相关海域内容划分海域层次体系，实体类可按照海域类型、区域类型、船舶类型层构建海域法律信息知识库，总结海洋公约的一套基于实体的有规则的便利海洋调查的知识体系，参照图2～4；

S3：根据国际海洋划界原则，利用适用法律概念的海洋划界方法与GIS划界技术，在海域层次体系中构建海域地理实体界限，参照图5；

S4：遵循地理矢量数据拓扑关系、海域分布现实客观性和邻接合理性原则进一步修正实体；

S5：海域实体后续仍需要在应用实践中不断进化与维护。

在上述方案的基础上，所述步骤S2包括以下详细步骤：

S2-1：根据海域实体的领域概念，从涉及到的海域实体概念术语出发，基于海上调查需求，需要船舶航行调查海上情况的特殊性，从大陆边界开始由内向外调查的原则，开展海域体系审查与分析；

S2-2：针对船舶通行主要为便利区域海洋资源调查和约束外来船只航行行为的规范要求，由于海洋法公约中主要是以单一沿海区域的海域说明其详细的基本法律规范，大量是关于沿海区域和其他区域船舶的通行和规范问题，故分两类即沿海区域与船旗所属区域处理，故从海域类型出发，根据上下义内容包含关系，进行船舶航行海域内容的划分层次。海域类型为上义词，区域类型为下义词，船舶类型又为区域类型下的下义词，建立概念及概念层的层次关系；海域类型可区分为内水、领海、毗连区、专属经济区等，区域类型包含有沿海区域、内陆区域、群岛区域、船旗所属区域等，船舶类型则需要根据具体应用对象分类(参照图2、3)；

S2-3：根据实体的主要三种组成部分，类、属性、关系、实例；类、属性、关系；类、属性。且地理实体包含语义关系属性和位置关系属性，这就要求空间关系的表达与规则的设定联系紧密。根据法律文本的严谨性与复杂性，构建海域法律信息知识库包括类、属性、关系、实例、约束、规则和公理等，并规整各海域所属区域和类型属性(参照图4)。其语义属性和关系属性表格如表1与表2所示：

表1海域概念术语表

表2海域类型表

优选地，所述步骤S3包括以下详细步骤：

S3-1：依据各区域领海基线分别生成各自距离的最短距离缓冲区范围，这里选取的是平行线法测地线缓冲区，端点类型依据交圆法原则，选取圆形端点(其中一区域领海基线分多条线的情况，需各自生成，对于专属经济区，多部件部分还需要用到合并与融合边界)；在海洋领域，平行线法具体步骤如下：

1、确定领海基线：每个区域都有自己的领海基线，通常是沿着海岸线绘制的一条虚拟线，将领海与其他水域分隔开，当前限定为直线基线情况。

2、绘制平行线：从基线的每个点开始，绘制与基线平行且相距为d的一条线。这些平行线将构成一系列与基线平行的线。

3、转折点处理：在平行线到达领海边界的转折点时，在凸侧绘制一个以凸点为圆心、半径为d的圆周，圆周即为领海的边界。

S3-2：提取两两相邻区域交叉、重叠的部分(对于三区域海域重叠的部分，两区域海域重叠区再次提取重叠区即可)，并根据公约规整各海域所属区域类型和类型属性；

S3-3：利用交集取反工具，生成带瑕疵的各海域，合理删除掉与大陆相交或超出范围的部分即可；

S3-4：海域端点处区域根据沿海区域分界线走向和岛屿所属权合理确定；

S3-5：对区域较大的专属经济区，还需要剔除掉范围覆盖到的岛屿部分。

优选地，所述步骤S4包括以下详细步骤：

S4-1：内水分界只有首尾两端点确定，中间海域分界线走向需要根据两点-三点法模型推导两海域中间点，最后点连线形成等距离线构成海域分界线，最终根据全球国家矢量数据、海岸线数据、领海基线数据及海域分界线完成单一区域的内水范围圈定，同样逐一完成多区域的内水构建，参照图6；海岸相邻区域内水绘制等距离线过程：

1、根据两点法，即选定A、B区域最近领海基点连线进行等距离切分，所得中点为终止点设为海岸相邻区域分界最远点M

2、使用三点法以终止点为两相邻区域向陆地一侧最远点依次确定余下的等距点，取A、B区域海岸线(除了附近岛屿线)上一点A

3、沿着该垂直平分线继续朝向陆一侧移p

4、作线A

5、继续朝着p

6、作A

7、按照同样的方法推导出整个海域中间点，根据具体情况选择M

S4-2：对于领海基点不完备的区域，其中，由于A区域有领海基点空白区域，统一以海域代替；其次，根据领海基点作垂线延伸海域分界时，考虑到专属经济区范围较大，与对岸区域海域有重叠，但两对岸区域不会完全平行，且其也存在相邻区域，故选取A、B两区域分界线为海岸相对区域分界点连线，请参照图7；

S4-3：海岸相向区域的重叠区域划定，按照公约领海的外部界限每一点同基线最近点的距离等于领海宽度，这里对B区域基线端点处作垂线，后毗连区和专属经济区均与领海端点处的划界保持一致，根据24海里毗连区、200海里专属经济区向外延伸即可，并提取出相向区域重叠区域，请参照图8；

S4-4：对于领海、毗连区、专属经济区，都涉及到相邻A、B两区域海域分界问题，此处使用根据两点法，即从向海一侧向陆地推倒，而不从陆地边界终点向外推导，选定两区域最近领海基点连线中点为终止点等距离切分；毗连区与专属经济区，均与领海为相接关系，根据拓扑关系检查，毗连区不包含领海，需要擦除掉领海部分，但需要保证与领海邻接边界无缝隙处理；专属经济区，由于面积较大，出现覆盖到其它区域的领土上的情况，对于没有基线包围的部分区域领土的情况，这里对沿海区域不进行海域类型划分，直接采用经济区/海域来替代，其中，由于要进行海岸相邻区域分界，主要向陆一侧与沿海区域的海岸线保持一定距离与相邻区域有基点的地方相适应，能够包含沿海区域周围的零散岛屿收缩经济区的边界即内水的外部边界。

优选地，所述步骤S5包括以下详细步骤：

S5-1：根据地理数据空间质量评价标准，由于海上测量不切实际得问题，为了检测构建出的海域实体数据，采用了内部检查方法进行计算机辅助检查方式以及人工检查，这体现在上一小节中的海域修正中，包括点、线、面之间的拓扑关系(面面、面线、面点、线线、线点等)拓扑一致性检查与修正，消除线面、面面重叠以及面面的空隙；

S5-2：海域实体知识库可以围绕三点进行判断，一，是否符合事件进行、以任务为核心组织的要求；二，实体中的概念、术语是根据公约规定的描述，定义清晰、没有模糊性；三，实体中的关系和属性完整性、逻辑关系的准确性；

S5-3：由于海岸线与地理因素，面向地理事件的海域实体构建不是静止不变的，它是一个不断改进和完善的过程，需要不断借鉴和吸收领域知识，需要不断在实践中，更新和完善对应的分类知识库里所需要的新地理实体的概念、属性关系、关联关系等。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。