一种空间场景空间关系自然语言描述生成方法

本发明涉及地理信息中空间计算领域和数据处理，更具体地说是一种涉及网格空间计算的自然语言描述知识提取的方法。

背景技术：

1、信息时代，由于计算机行业的飞速发展，信息技术继续向高性能、低成本、普适计算和智能化等主要方向发展，重点研究基于生物特征、以自然语言和动态图像的理解为基础的“以人为中心”的智能信息处理控制技术和中文信息处理。以文本或图片为依托的信息成为描述人类生产生活所在空间场景的主要途径。如何让计算机如人脑一般具有从图形信息中构建自然语言的能力，使计算机具有空间认知思维和自然语言描述能力是当前地理信息技术的主要科学问题。

2、在空间场景描述文本生成任务中，相较全面的对象描述，过往的研究更专注于点对象与点对象间的关系计算，其依赖两点的经纬度信息计算空间对象点间距离和方位角，以此基于规则生成简单的空间场景中兴趣点间空间关系的描述。这种方式虽然准确性高，但忽视了在现实空间场景中面对象和线对象间的空间关系。同时，该方法需要进行大量的数学计算，使获得空间场景中空间对象的关系变得复杂。

3、由于空间关系的计算结果是一个个孤立的空间对象和空间关系信息，在对这些海量的复杂空间信息数据做聚类分析或文本生成等任务时，利用关系型数据库对空间场景进行存储和处理方法不仅需要大规模算力支持，且每次都需要消耗大量的内存资源与重复计算时间，遍历空间关系并抽取空间信息能力非常弱，其实际上无法应对海量复杂空间信息数据的结构化、便捷获取——需要一种空间场景中各类型对象关系计算及存储方法以满足丰富语义的快速生成需求。

4、图数据库是一种以图结构进行存储和查询的数据库，其关键概念是实体(即点数据)和关系(即边数据)，通过边将顶点连接在一起，从而进行快速的图检索操作。使用图结构数据可以很自然的表达现实世界中的空间对象实体及其间各种空间关系，并适应不断变化的业务需求，灵活的图查询语言也可保持常数级时间复杂度，轻松实现复杂空间信息数据做聚类分析或文本生成等任务。

5、基于上述研究现状，针对空间场景中对象关系计算及存储存在以下问题：第一、传统的空间关系计算方法无法支撑针对多空间对象类型间的海量关系计算，造成全面获取某空间场景中的全部空间关系信息成为首要困难。第二，空间关系信息的非结构化存储难以满足准确的描述文本生成、空间场景重构等工作的迫切需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术方法的不足而设计的一种空间场景空间关系自然语言描述生成方法，利用网格将不同空间对象类型间的空间计算转换为针对面对象与面对象间的拓扑关系、方位关系和距离关系计算，并利用知识图对空间场景中的空间对象固有属性和其间关系信息进行结构化存储。在地理信息研究中具有广泛的实用意义，为空间场景描述文本生成、场景重建等应用提供有效的初期技术支撑。

2、本发明的目的是这样实现的：

3、一种空间场景空间关系自然语言描述生成方法，该方法包括：

4、选取地图片段，解析其中的点对象、线对象和面对象基本属性信息，包含对象唯一识别码、对象名称、对象类型、组成当前对象的点的位置信息等；此外，针对线对象还需进行相交点的计算，通过相交点经过的线的个数以及其作为线端点的个数，确认相交点在空间场景中作为路口时的名称，并保存该信息作为点对象参与到后续的空间计算任务中；

5、依据目标地图片段的尺度，将目标地图片段均匀分割成适合当前尺度大小的网格矩阵，确定每个格网的位置信息并为网格进行编码以进行更准确的空间计算；

6、根据网格信息与空间场景中点线面对象的位置信息，进行地理空间关系连接与分析，确定空间场景中各类型空间对象在网格矩阵中的从属关系，更新空间对象的属性信息；

7、基于网格依次计算空间对象间的拓扑关系、方位关系和距离关系，生成空间信息三元组；重复执行当前操作，直到完成目标片段中任意两个空间对象间的全部空间关系计算，得到空间信息三元组集；

8、建立空间信息知识图数据库，在数据库中构建不同类型空间对象实体，并通过空间信息三元组集确认任意两个空间对象实体间的自然语言定性空间关系表达，建立各对象间的自然语言关系信息表达以完成该片段的空间信息知识图构建。

9、本发明与现有技术相比，针对现有机器学习生成的空间场景描述文本只考虑点对象间的空间关系而忽视线对象和面对象的空间关系描述，且传统方法针对多类型空间对象间空间关系计算需要算力大，无法统一度量的问题，设计一种空间场景中对象关系计算及场景描述知识图构建方法，利用网格将不同空间对象类型间的空间计算转换为针对面对象与面对象间的拓扑关系、方位关系和距离关系计算，提高定性空间计算的效率和准确性，并利用知识图对空间场景中的空间对象固有属性和其间关系信息进行结构化存储，为丰富的空间场景描述文本生成任务提供清晰明了的知识储备。

技术特征：

1.一种空间场景空间关系自然语言描述生成方法，其特征在于，该方法包括：

技术总结
本发明公开了一种从空间场景中计算并存储描述空间对象关系信息的方法，该方法采用网格划分辅助空间场景中点、线、面三种不同类型的空间对象间的关系计算，并使用知识图存储空间场景中的关系以备后续空间场景描述文本的生成。本发明与现有技术相比在于利用网格将不同空间对象类型之间的复杂空间计算转换成了面对象与面对象间的拓扑关系、方位关系和距离关系计算，并使用知识图的方式结构化存储各空间对象的属性及其间关系，方法清晰、高效，并且能够在地理信息领域具有广泛的实用意义，能够为生成丰富的空间场景描述文本、空间场景重建等应用提供有效的初期技术支撑。

技术研发人员：郭旦怀,郑楠
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12