劉曉艷， 田兆煒， 周靜怡， 趙天浩， 徐穎， 徐家鵬， 沈婕

（1.南京師范大學(xué) 虛擬地理環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210023；2.南京師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023；3.江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023；4.山東東方道邇數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)技術(shù)有限公司，山東 濟(jì)南 250000；5.北京百度智圖科技有限公司，北京 100193）

健康的水環(huán)境是人類賴以生存的根本條件，是保證社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明、建設(shè)美麗中國(guó)的重要保障。2015年聯(lián)合國(guó)提出《可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)》，強(qiáng)調(diào)為所有人提供水和環(huán)境衛(wèi)生并對(duì)其進(jìn)行可持續(xù)管理［1］。近年來(lái)，隨著移動(dòng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展與普及，我國(guó)水務(wù)信息化建設(shè)逐步深入，有力地提高了智慧水務(wù)、智慧城市的建設(shè)水平［2］。其中，與人類生活息息相關(guān)的健康的河道生態(tài)系統(tǒng)日益受到重視。河道的有效管理是維持河道健康生態(tài)狀況的前提條件，為了加強(qiáng)河道管理，測(cè)繪、環(huán)境、水務(wù)、規(guī)劃等部門進(jìn)行協(xié)同管理，利用各種監(jiān)測(cè)或統(tǒng)計(jì)手段，獲取城市區(qū)劃、河道監(jiān)測(cè)、河道相關(guān)人員信息等大量數(shù)據(jù)。傳感器多時(shí)段、全天候的數(shù)據(jù)獲取能力使河道自動(dòng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)種類更加豐富、精度更加準(zhǔn)確、時(shí)效性更為突出。河道管理人員通過(guò)定期巡查，實(shí)現(xiàn)對(duì)河道水質(zhì)情況、排污口等信息記錄并上報(bào)。豐富的數(shù)據(jù)獲取手段為河道健康的評(píng)估與應(yīng)用提供了優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)支持。但是對(duì)于河道健康數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用往往局限于本部門，并存在存儲(chǔ)效率較低、語(yǔ)義信息被忽略等問(wèn)題，面向河道健康領(lǐng)域數(shù)據(jù)的集成與存儲(chǔ)方法需要進(jìn)一步研究。

本體在多源異構(gòu)數(shù)據(jù)語(yǔ)義異構(gòu)處理上具有明顯優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在地理學(xué)、環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域做了大量本體構(gòu)建研究。如Lee等［3］從非結(jié)構(gòu)化文本中抽取知識(shí)，并基于事件構(gòu)建本體；Hassanein等［4］提出了一個(gè)尼羅河地理本體模型，并基于該本體實(shí)現(xiàn)上下文的智能搜索查詢；王蔚華等［5］通過(guò)解析生態(tài)水文的內(nèi)涵，以黑河流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，提出了基于知識(shí)的生態(tài)-水文本體的構(gòu)建方法。在多源數(shù)據(jù)集成與存儲(chǔ)方面，崔巍等［6］研究了一種基于本體的GIS集成結(jié)構(gòu)，從而提升了地理信息系統(tǒng)間在語(yǔ)義上的互操作能力；Bellini等［7］為解決智能城市建設(shè)中數(shù)據(jù)來(lái)源眾多但共享困難的問(wèn)題而構(gòu)建智能城市本體；對(duì)于本體數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)主要基于圖數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)，如宮法明等［8］研究了油田本體，提出了一種基于Neo4j（是一個(gè)高性能的NoSQL圖形數(shù)據(jù)庫(kù)，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)查詢方式都是以圖論為基礎(chǔ)）的領(lǐng)域本體構(gòu)建方法，減少其存儲(chǔ)空間和提升查詢效率；王紅等［9］構(gòu)建了民航突發(fā)事件應(yīng)急管理本體，并提出了一種基于Neo4j的領(lǐng)域本體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法；Comyn-Wattiau等［10］基于模型驅(qū)動(dòng)方法將NoSQL屬性圖數(shù)據(jù)庫(kù)屬性拓展到實(shí)體關(guān)系的模式。

本體已經(jīng)被學(xué)者們應(yīng)用于不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)集成與存儲(chǔ)研究，但在河道健康領(lǐng)域的應(yīng)用研究尚不多見。如何結(jié)合河道健康數(shù)據(jù)特點(diǎn)，利用領(lǐng)域本體對(duì)河道健康數(shù)據(jù)進(jìn)行有效集成存儲(chǔ)是值得研究的問(wèn)題。本文面向河道健康數(shù)據(jù)集成和管理的實(shí)際需求，探討一種基于本體的河道健康數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法。以上海市寶山區(qū)河道為例，收集了豐富的河道健康相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了寶山區(qū)河道健康本體案例，設(shè)計(jì)圖數(shù)據(jù)庫(kù)模式并實(shí)現(xiàn)該河道健康管理要素、河道健康評(píng)價(jià)要素以及河道健康演化過(guò)程的存儲(chǔ)與查詢，驗(yàn)證了本文方法的有效性。

1 河道健康本體模型構(gòu)建

1.1 河道健康內(nèi)涵與場(chǎng)景概念模型

河流健康與人類社會(huì)的發(fā)展息息相關(guān)，隨著國(guó)內(nèi)外河流環(huán)境的不斷惡化，河流健康問(wèn)題引起了相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者們的關(guān)注。20世紀(jì)末，Karr［11］在生態(tài)完整性以及人類價(jià)值觀的理論基礎(chǔ)上提出河流健康概念。概念一經(jīng)提出，便迅速成為河流保護(hù)與修復(fù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。因?yàn)楹恿魃鷳B(tài)系統(tǒng)自身復(fù)雜的特點(diǎn)以及學(xué)者研究視角的不同，對(duì)河流健康的概念有不同的解釋，尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)［12］。根據(jù)研究者關(guān)注的重點(diǎn)，河流健康內(nèi)涵的理解大體可以分為三類：一是從保護(hù)生物多樣性的角度出發(fā)，認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是河流是否健康的前提條件；二是從人類的利用價(jià)值的角度出發(fā)，不能僅從生態(tài)系統(tǒng)的完整性上判斷河流是否健康，還應(yīng)考慮社會(huì)服務(wù)功能的重要性［13］；三是從河流管理的要求出發(fā)探究河流健康的概念與 內(nèi)涵，強(qiáng)調(diào)健康的河流就是河流管理達(dá)到某種特定的目標(biāo)［14］。本文的研究對(duì)象主要為城市河道，城市河道與自然河流的區(qū)別在于前者與人類活動(dòng)的關(guān)系更加密切，與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著密不可分、相互影響與作用的關(guān)系。因此，在研究其內(nèi)涵的時(shí)候，既要考慮河流的自然狀態(tài)和完整的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，還要考慮河流的社會(huì)屬性以及人類對(duì)河流的管理需求。

基于上述對(duì)河道健康內(nèi)涵的解析，并根據(jù)Studer等［15］提出的本體定義，本文對(duì)河道健康領(lǐng)域的本體給出了相應(yīng)的定義，即河道健康本體是“河道健康領(lǐng)域范圍內(nèi)各概念及其關(guān)系概念化、形式化的描述與說(shuō)明”。根據(jù)上述概念，參考閭國(guó)年等［16］提出的地理場(chǎng)景六要素，對(duì)河道場(chǎng)景中的人物、事物與事件要素進(jìn)行歸納，建立了如圖1所示的河道場(chǎng)景概念模型。河道場(chǎng)景中的每一個(gè)要素都可以通過(guò)時(shí)間、空間與語(yǔ)義特征的表達(dá)來(lái)刻畫其狀態(tài)，同時(shí)各要素對(duì)自身的演化過(guò)程進(jìn)行記錄，進(jìn)而參與到其他要素的演化過(guò)程中。

圖1 河道場(chǎng)景概念模型Fig.1 Conceptual model of river scene

從整體上看，河道健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系需要具備明顯的層次結(jié)構(gòu)。從單一指標(biāo)看，指標(biāo)體系中的每個(gè)指標(biāo)都需要客觀反映出河道生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者、國(guó)家以及相關(guān)機(jī)構(gòu)的研究基礎(chǔ)和評(píng)價(jià)指標(biāo)選取原則，建立城市中小型河道健康評(píng)價(jià)指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)圖（圖2），將河道健康指標(biāo)體系分為不同層次。

圖2 城市中小型河道健康評(píng)價(jià)指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)Fig.2 Hierarchy of indicators for evaluating the health of urban small and medium-sized rivers

1.2 河道健康本體模型

根據(jù)河道健康內(nèi)涵與河道場(chǎng)景概念模型設(shè)計(jì)河道健康本體概念體系，包括河道相關(guān)人物、事物與事件3個(gè)一級(jí)類。在此基礎(chǔ)上，將河道健康本體概念細(xì)分為多個(gè)層次，具體的河道健康本體概念體系如圖3所示。

圖3 河道健康本體概念體系Fig.3 Ontology concept system of river health

一個(gè)完整的河道健康本體主要由概念、關(guān)系、屬性和實(shí)例四部分組成，結(jié)合對(duì)河道健康內(nèi)涵的分析，河道健康的本體應(yīng)考慮3個(gè)方面：①?gòu)暮拥拦芾斫嵌瘸霭l(fā)，需要將河道與管理者、監(jiān)測(cè)站和河道相關(guān)事件的關(guān)系進(jìn)行概念化、形象化的描述說(shuō)明。②從河道評(píng)價(jià)角度出發(fā)，指標(biāo)是衡量河道是否健康的重要標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)河道健康評(píng)價(jià)指標(biāo)的描述及其數(shù)值展示，讓公眾更直觀地了解河道健康狀況。③從河道演化過(guò)程出發(fā)，對(duì)河道及其相關(guān)要素的過(guò)程、狀態(tài)與事件在不同時(shí)間段的變化進(jìn)行表達(dá)，更好體現(xiàn)出河道這一地理實(shí)體的時(shí)空特征。

河道健康管理本體是由河道與河道管理人員、監(jiān)測(cè)站和河道相關(guān)事件構(gòu)成。河道作為一個(gè)地理實(shí)體，本身具有一定的屬性特征，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的事件，同時(shí)事件又會(huì)驅(qū)動(dòng)河道不斷發(fā)生變化。河道水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以反映相關(guān)事件的發(fā)生。管理人員作為河道的管理者，則通過(guò)一些措施處理相關(guān)事件。

河道健康評(píng)價(jià)本體根據(jù)前文提出的城市中小型河道健康評(píng)價(jià)指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)構(gòu)建。河道健康評(píng)價(jià)包含水文完整、河道水質(zhì)、生態(tài)系統(tǒng)、護(hù)岸情況和社會(huì)服務(wù)5個(gè)類，它們?cè)谡Z(yǔ)義層面上是兄弟關(guān)系。

河道健康演化本體主要由河道健康要素、過(guò)程、狀態(tài)及其之間的關(guān)系組成。河道健康要素包括河道要素以及河道管理者要素，兩者的演化過(guò)程存在一定聯(lián)系。每個(gè)要素都有各自的發(fā)展過(guò)程，其過(guò)程具有零到多個(gè)狀態(tài)。同時(shí)，不同狀態(tài)之間具有一定的時(shí)間關(guān)系。

2 基于Neo4j的河道健康數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)則設(shè)計(jì)

通過(guò)Neo4j圖數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)河道健康本體進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)本體到圖數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)。將本體轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的圖結(jié)構(gòu)，完成本體中實(shí)體、關(guān)系和屬性對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。河道健康管理本體到圖模型的映射關(guān)系如圖4所示。其中虛線表示本體中類或者概念的映射，點(diǎn)虛線表示關(guān)系的映射。本體中的河道類、管理人員類、事件類以及監(jiān)測(cè)站類都映射為圖數(shù)據(jù)庫(kù)的節(jié)點(diǎn)，其實(shí)例以及屬性也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的映射，類之間的關(guān)系則映射為相應(yīng)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。

圖4 河道健康管理本體到圖模型的映射示例Fig.4 Mapping example of ontology to graph model for river health management

2.1 河道健康管理結(jié)構(gòu)及其要素存儲(chǔ)規(guī)則

存儲(chǔ)規(guī)則的設(shè)計(jì)有利于河道健康本體中各種實(shí)體、關(guān)系以及屬性完整地存入圖數(shù)據(jù)庫(kù)。在河道健康管理結(jié)構(gòu)中，最主要的是河道、監(jiān)測(cè)以及事件要素的存儲(chǔ)。這些要素通過(guò)映射關(guān)系主要以節(jié)點(diǎn)的形式存儲(chǔ)在圖數(shù)據(jù)庫(kù)中，其存儲(chǔ)規(guī)則如圖5所示。河道要素（R）主要存儲(chǔ)河道的唯一標(biāo)識(shí)、等級(jí)、所屬地區(qū)、長(zhǎng)度等；河道管理者要素（M）主要存儲(chǔ)河道管理人員的唯一標(biāo)識(shí)、姓名、職務(wù)等信息；河道監(jiān)測(cè)要素（D）主要存儲(chǔ)布設(shè)在河道上的各種監(jiān)測(cè)站的唯一標(biāo)識(shí)、名稱、監(jiān)測(cè)時(shí)間等；事件包括河道事件要素事件（S）、河道管理者要素事件（P）以及河道監(jiān)測(cè)要素事件（E），每個(gè)事件都包括事件的唯一標(biāo)識(shí)、名稱、發(fā)生時(shí)間等。

圖5 河道健康管理要素存儲(chǔ)規(guī)則Fig.5 Element storage rules of river health management

2.2 河道健康評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)及其要素存儲(chǔ)規(guī)則

河道健康評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)及其要素存儲(chǔ)規(guī)則如圖6所示。河道健康評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)主要由各影響因素組成（圖2），這些影響因素是評(píng)價(jià)河道是否健康的主要依據(jù)，也是河道評(píng)價(jià)的一級(jí)指標(biāo)（I），河道與一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的節(jié)點(diǎn)通過(guò)評(píng)估的關(guān)系連接。這些影響因素又由若干二級(jí)指標(biāo)（C）組成，這些二級(jí)指標(biāo)是它們的子類，通過(guò)子類的關(guān)系連接。該結(jié)構(gòu)最主要的是評(píng)價(jià)指標(biāo)的存儲(chǔ)，一條河道對(duì)應(yīng)多個(gè)指標(biāo)，每個(gè)指標(biāo)都有一個(gè)標(biāo)識(shí)，同時(shí)具有名稱、值等。

圖6 河道健康評(píng)價(jià)要素存儲(chǔ)規(guī)則Fig.6 Element storage rules of river health evaluation

2.3 河道演化過(guò)程結(jié)構(gòu)及其要素存儲(chǔ)規(guī)則

河道演化過(guò)程結(jié)構(gòu)由河道健康對(duì)象及其狀態(tài)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系組成，構(gòu)建了其演化過(guò)程結(jié)構(gòu)及其要素存儲(chǔ)規(guī)則，如圖7所示。狀態(tài)作為河道健康演化過(guò)程中各階段的歷史形態(tài)，可以理解為一種特殊要素，其存儲(chǔ)方法與其他要素一樣，通過(guò)一定的映射關(guān)系作為圖數(shù)據(jù)庫(kù)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行存儲(chǔ)。圖7中Y表示河道演變過(guò)程，Z表示某一河道在不同時(shí)間段的狀態(tài)，T表示某一管理者在不同時(shí)段的狀態(tài)，每個(gè)時(shí)間段的狀態(tài)具有的不同屬性，通過(guò)A表示。同一實(shí)體的不同狀態(tài)在時(shí)間上存在著先后關(guān)系，該關(guān)系由圖數(shù)據(jù)庫(kù)中的有向邊表達(dá)時(shí)間順序。

圖7 河道健康演化過(guò)程要素存儲(chǔ)規(guī)則Fig.7 Element storage rules of river health evolutionary process

3 案例實(shí)現(xiàn)

3.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

選取上海市寶山區(qū)作為研究區(qū)域。寶山區(qū)地處上海北部，東臨黃浦江，由于沿海的地理位置，區(qū)內(nèi)河道、湖泊眾多，共有932條河道，河道長(zhǎng)度為806.55km，河網(wǎng)密度約為2.98km·km-2。其中市管河道10條，區(qū)管河道28條，鎮(zhèn)管河道111條，村級(jí)河道724條，其他河道和湖泊59條。

研究數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛、類型豐富，主要包括寶山區(qū)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、寶山區(qū)地表水原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、寶山區(qū)河道健康評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)以及寶山區(qū)河道健康元數(shù)據(jù)，如表1所示。其中，寶山區(qū)地表水原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于上海市公共數(shù)據(jù)開放平臺(tái)，通過(guò)上海市生態(tài)環(huán)境局提供的公共數(shù)據(jù)API接口獲得；通過(guò)檢索與整理上海市和寶山區(qū)統(tǒng)計(jì)局2019年統(tǒng)計(jì)年鑒，獲取寶山區(qū)內(nèi)區(qū)級(jí)河道的河道健康評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。

表1 研究區(qū)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備Tab.1 Data preparation of study area

3.2 河道健康可視化原型系統(tǒng)

基于上海市寶山區(qū)河道健康相關(guān)的數(shù)據(jù)，構(gòu)建該區(qū)域的河道健康可視化原型系統(tǒng)，系統(tǒng)界面如圖8所示。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架是將存儲(chǔ)在Neo4j中的河道健康數(shù)據(jù)導(dǎo)出為json格式，然后通過(guò)ECharts（提供了一系列直觀、可交互、可個(gè)性化定制的數(shù)據(jù)可視化圖表，并且可以與各種前端框架和數(shù)據(jù)處理工具進(jìn)行集成）調(diào)用數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)河道與監(jiān)測(cè)站信息的可視化，完成地圖與知識(shí)圖譜的聯(lián)動(dòng)顯示。通過(guò)交互點(diǎn)擊地圖中的河道或者監(jiān)測(cè)站，系統(tǒng)會(huì)以知識(shí)圖譜的形式展示該河道或者監(jiān)測(cè)站相關(guān)信息。

圖8 河道健康地圖可視化界面Fig.8 Visualization interface of river health map

系統(tǒng)主要功能為河道健康地圖可視化和知識(shí)圖譜表達(dá)。河道健康地圖可視化是指河道健康有關(guān)的專題要素在時(shí)間與空間上的動(dòng)態(tài)展現(xiàn)，如河道水質(zhì)情況、河道治理情況等；知識(shí)圖譜表達(dá)實(shí)現(xiàn)了河道健康地圖中各種要素在語(yǔ)義上的表達(dá)，如某條河道或某個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的關(guān)系展示，本質(zhì)是對(duì)河道健康涉及到的各種數(shù)據(jù)的形式化表達(dá)，挖掘數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的語(yǔ)義關(guān)聯(lián)。

3.3 數(shù)據(jù)查詢性能評(píng)價(jià)

本體的查詢性能是衡量本體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的重要指標(biāo)。本文以河道健康管理本體為例，設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)提出的本體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式進(jìn)行驗(yàn)證與評(píng)估。設(shè)計(jì)了4類基本的查詢問(wèn)題，對(duì)應(yīng)5個(gè)具體查詢案例，即類查詢（Q1：查詢r(jià)iver類的兄弟類）、關(guān)系查詢（Q2：查詢r(jià)iver類與管理者類的關(guān)系；Q3：查詢r(jià)iver類實(shí)例與manager類實(shí)例的關(guān)系）、屬性查詢（Q4：查詢r(jià)iver類的所有屬性）和實(shí)例查詢（Q5：查詢r(jià)iver類的所有實(shí)例）。其中關(guān)系查詢中對(duì)應(yīng)了2個(gè)查詢案例，分別為類之間的關(guān)系查詢與實(shí)例之間的關(guān)系查詢。分別使用Cypher語(yǔ)言（一種聲明式圖數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言，具有豐富的表現(xiàn)力，能高效地查詢和更新圖數(shù)據(jù)）和SPARQL語(yǔ)言（全稱為SPARQL Protocol and RDF Query Language，是為RDF開發(fā)的一種查詢語(yǔ)言和數(shù)據(jù)獲取協(xié)議，用于任何可以用RDF來(lái)表示的信息資源）進(jìn)行查詢，為了減少實(shí)驗(yàn)結(jié)果中偶然因素的影響，對(duì)于每一個(gè)查詢案例都重復(fù)執(zhí)行20次，然后取其均值作為最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最終的查詢結(jié)果如圖9所示。

圖9 查詢結(jié)果對(duì)比Fig.9 Comparison of query results

經(jīng)過(guò)對(duì)2種查詢方式的效率和穩(wěn)定性進(jìn)行分析，基于Neo4j存儲(chǔ)的本體數(shù)據(jù)查詢消耗時(shí)間明顯低于基于OWL（Web Ontology Language，是一個(gè)基于描述邏輯的語(yǔ)言，用于表示和共享復(fù)雜的概念和知識(shí)結(jié)構(gòu)）文件本體存儲(chǔ)。本文提出的基于Neo4j的河道健康數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法在查詢效率和穩(wěn)定性上具備一定的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)建立原型系統(tǒng)與案例驗(yàn)證，本研究實(shí)現(xiàn)了河道健康有關(guān)數(shù)據(jù)在時(shí)間、空間和語(yǔ)義上的聯(lián)動(dòng)展示，為河道健康狀況的監(jiān)測(cè)、預(yù)警等服務(wù)提供支持，有效驗(yàn)證了本文基于本體的河道健康數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法的有效性。

4 結(jié)論

針對(duì)河道健康數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用中存在的問(wèn)題，基于本體在多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的語(yǔ)義異構(gòu)處理上的優(yōu)勢(shì)，提出了面向河道健康數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方法。通過(guò)對(duì)河道健康內(nèi)涵的解析，構(gòu)建了河道場(chǎng)景概念模型，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了河道健康領(lǐng)域的本體模型；然后建立了河道健康領(lǐng)域本體與圖模型之間的映射關(guān)系，并設(shè)計(jì)了基于Neo4j圖數(shù)據(jù)庫(kù)的河道健康數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法，實(shí)現(xiàn)了本體向圖數(shù)據(jù)庫(kù)的轉(zhuǎn)換；最后以上海市寶山區(qū)河道為例，搭建了河道健康可視化原型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多源異構(gòu)的河道健康數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，驗(yàn)證了本文方法的有效性和可行性。

本文在河道健康本體構(gòu)建及其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法上取得了一些成果，但需要指出的是，尚未考察河道健康本體推理能力，后續(xù)研究將設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，以更好突出使用本體模型相較于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)勢(shì)；此外，本文對(duì)于河道健康本體的構(gòu)建主要采用人工構(gòu)建方式，針對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和集成則應(yīng)探究更加高效的半自動(dòng)化和全自動(dòng)化本體構(gòu)建方法。

作者貢獻(xiàn)聲明：

劉曉艷：研究總體負(fù)責(zé)、主要內(nèi)容撰寫。

田兆煒：數(shù)據(jù)分析、本體模型構(gòu)建。

周靜怡：研究構(gòu)思、稿件修訂與審核。

趙天浩：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)則設(shè)計(jì)、系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)。

徐 穎：數(shù)據(jù)采集與處理。

徐家鵬：案例研究原型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

沈 婕：研究方案設(shè)計(jì)、稿件修訂。