長春市公共體育空間格局分析的知識圖譜構(gòu)建方法

何文娜

（吉林體育學(xué)院，長春 130022）

以“公共體育空間”“體育空間”為關(guān)鍵詞在知網(wǎng)上搜索，得到2000 年-2022 年2 月對應(yīng)文獻(xiàn)分別為282篇、1 086 篇論文。2002-2010 年僅為20 篇，2015 年起迅速增多，2019、2020 各自35 篇為最多，總體呈現(xiàn)上升趨勢，公共體育空間已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)之一[1]。

通過閱讀與公共體育相關(guān)的文獻(xiàn)，自2002 年申奧成功之后，陸續(xù)通過“當(dāng)代體育的空間之維”[2]“公共空間化”[3]“體育公共服務(wù)均等化”[4]“城市公共體育空間”[5]“綠道體育”[6]“可達(dá)性與公平性”[7]等概念的更替與演進(jìn)，逐步形成了公共體育空間的研究方向[8]。學(xué)者從公共體育的空間布局、空間結(jié)構(gòu)模式、空間特征、選址與影響因素、管理方法、資源配置差異性、居民滿意度、區(qū)域經(jīng)濟(jì)關(guān)系、生態(tài)關(guān)系、供給側(cè)改革、優(yōu)化與決策等多個(gè)方面開展了較系統(tǒng)的研究，公共體育空間逐漸從初期的想法進(jìn)入到空間規(guī)劃均等化、從城市輻射至鄉(xiāng)村、提升主動服務(wù)等成熟階段[9]。在眾多文獻(xiàn)中，研究體育資源格局分布的論文占大多數(shù)，雖然部分學(xué)者已開始使用GIS 等進(jìn)行體育服務(wù)設(shè)施布局優(yōu)化[10]、選址規(guī)劃等分析[11]，因受研究背景、采用技術(shù)方法等多種因素限制，發(fā)現(xiàn)對部分相同類型問題的定性分析結(jié)果存在一定的偏差，亦即公共體育空間分布格局分析體系尚有待于從知識層面進(jìn)一步加強(qiáng)與提升。

知識圖譜是當(dāng)前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一種前沿信息技術(shù)[12]，它主要通過網(wǎng)絡(luò)圖的形式體現(xiàn)實(shí)體、實(shí)體關(guān)系[13-14]。若借鑒知識圖譜技術(shù)，建立一種公共體育空間知識圖譜，將空間格局特征、存在問題、應(yīng)對措施或解決方案等建立科學(xué)的知識體系，有利于空間格局分析方法規(guī)范化、可視化[15]，亦可推動采用機(jī)器學(xué)習(xí)[16]、數(shù)據(jù)挖掘算法[17]等開展公共體育研究。雖然已有學(xué)者初步開展對長春市的城區(qū)公共體育服務(wù)空間分布研究[8-9]，但尚未發(fā)現(xiàn)采用知識圖譜進(jìn)行長春市公共體育空間格局分析方法。擬發(fā)揮知識圖譜的非線性結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，探索建立公共體育空間格局相關(guān)實(shí)體及其屬性、實(shí)體間關(guān)系的方法，以期打通知識驅(qū)動型的公共體育知識圖譜的構(gòu)建技術(shù)流程，為未來建設(shè)適用于公共體育空間格局分析的知識圖譜進(jìn)行前瞻性研究。

1 公共體育知識圖譜構(gòu)建方法

1.1 技術(shù)框架

知識圖譜作為一種以圖的形式體現(xiàn)知識的有效方法[18]，其構(gòu)建的核心內(nèi)容是提取實(shí)體和識別實(shí)體之間的關(guān)系[5]，并為實(shí)體和關(guān)系找尋正確的屬性，并將屬性（屬性名稱和屬性值）賦給對應(yīng)的實(shí)體、關(guān)系。實(shí)體可來自于數(shù)據(jù)庫中的某個(gè)名詞，也可以源于文獻(xiàn)或網(wǎng)頁中的某個(gè)概念；屬性與實(shí)體可能同時(shí)出現(xiàn)（數(shù)據(jù)庫表），也可能在不同體育文檔中體現(xiàn)，所以需識別實(shí)體與屬性間的確切關(guān)系。一個(gè)實(shí)體與其他一個(gè)或多個(gè)實(shí)體之間可能存在一對一或一對多的關(guān)系，而每一個(gè)關(guān)系可能含有零個(gè)或多個(gè)屬性。圖1 給出了公共體育知識圖譜的總體構(gòu)建方法的技術(shù)框架。

圖1 公共體育知識圖譜構(gòu)建技術(shù)框架Fig.1 Construction framework of public sports space knowledge graph

1.2 構(gòu)建步驟

首先，需要對所有的結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的公共體育資料進(jìn)行全面系統(tǒng)分析，從中提取出與公共體育空間有關(guān)的所有名詞，并解析每一個(gè)名詞的語義。

其次，從一個(gè)宏觀的系統(tǒng)化思維出發(fā)，站在全方位的角度，構(gòu)建一個(gè)所有名詞均適用的全景式應(yīng)用環(huán)境（如公共體育）。

第三，根據(jù)不同的角色與范疇，在大場景下構(gòu)造一個(gè)或多個(gè)規(guī)模較小的場景（如影響因素），根據(jù)語義不同將名詞分配到所適用的各小場景中。

第四，從每個(gè)不同場景定義的內(nèi)涵出發(fā)，凝練與補(bǔ)充各場景所需的名詞，形成此場景可用的候選實(shí)體及候選屬性。

第五，綜合分析候選名詞、候選屬性、小場景、大場景等，補(bǔ)充不同場景潛在的或遺漏的實(shí)體名詞、屬性。

第六，根據(jù)實(shí)體適用的大、小場景的上下文關(guān)系，提取、補(bǔ)全與每個(gè)實(shí)體關(guān)聯(lián)的屬性。

第七，兼顧多個(gè)不同范圍大小場景之間多個(gè)實(shí)體相互的上下文聯(lián)系，特別是語義層次的含義，進(jìn)一步確定每對實(shí)體之間存在的關(guān)系、每個(gè)實(shí)體與其屬性的關(guān)系。

第八，確定每對實(shí)體之間關(guān)系的屬性，包括屬性名稱以及屬性值等內(nèi)容。

第九，對全場景、小場景進(jìn)行多角度審視，對實(shí)體、關(guān)系、屬性等分別進(jìn)行對齊、補(bǔ)全。

實(shí)體、關(guān)系、屬性的抽取既可以人為抽取，亦可以采用各種基于規(guī)則、基于數(shù)據(jù)挖掘等方法的自動化抽取。同時(shí)，可采用本地?cái)?shù)據(jù)的離線抽取，亦可以通過在線動態(tài)抽取的方式。

2 公共體育空間知識模型設(shè)計(jì)

2.1 概念模型設(shè)計(jì)

收集、整理與長春市公共體育資源的設(shè)置與規(guī)劃相關(guān)的方案、標(biāo)準(zhǔn)、報(bào)告、文獻(xiàn)等資料，對其內(nèi)容進(jìn)行全面理解與分析，重點(diǎn)研究公共體育空間分布格局的影響因素（交通可達(dá)性、人口分布、群體需求、房產(chǎn)價(jià)格、區(qū)域建設(shè)規(guī)劃、土地屬性等）、存在的各類問題、采取的解決方案、合理性約束條件、可用的措施等內(nèi)容。通過對數(shù)據(jù)的深入分析，提煉出公共體育的領(lǐng)域知識，再從知識中提取實(shí)體、屬性，識別關(guān)系，建立與之相關(guān)的體育知識圖譜結(jié)構(gòu)（如圖2）。

圖2 公共體育知識圖譜的概念模型Fig.2 Conceptual model of knowledge graph of public sports space

圖2 展示的公共體育知識圖譜的概念模型中，公共體育實(shí)體11、公共體育實(shí)體2N 等每一個(gè)實(shí)體各自均可能存在零個(gè)或多個(gè)屬性；公共體育實(shí)體11與公共體育實(shí)體21 之間存在關(guān)系1，關(guān)系1 可能有多個(gè)屬性及對應(yīng)的屬性值；公共體育實(shí)體12 與公共體育實(shí)體2N 之間存在關(guān)系M，公共體育實(shí)體1M 與公共體育實(shí)體2N 之間亦存在關(guān)系P，每個(gè)關(guān)系可能有零個(gè)或多個(gè)屬性。

2.2 知識圖譜的邏輯模型

由于公共體育空間涉及內(nèi)容非常廣泛，與體育設(shè)施、體育場地、參與人群、交通、資源利用情況、建筑物、土地使用甚至房地產(chǎn)價(jià)格等眾多信息有關(guān)。圍繞公共體育空間格局等問題，根據(jù)多領(lǐng)域信息構(gòu)建其全部知識圖譜較為復(fù)雜，現(xiàn)以其基本屬性、影響因素、存在問題、響應(yīng)措施等重要相關(guān)內(nèi)容為主，構(gòu)建一個(gè)能夠體現(xiàn)公共體育空間的實(shí)體、實(shí)體屬性及實(shí)體之間關(guān)系的知識圖譜原型。

圖3 展示的是涵蓋公共體育空間、影響因素、存在問題、解決方案等內(nèi)容的知識圖譜原型。知識圖譜中的實(shí)體主要包括公共體育空間、交通可達(dá)性、群體需求、區(qū)域規(guī)劃、房產(chǎn)價(jià)格、土地屬性、分布不均衡、體育空間屬性等。公共體育空間具有體育空間的屬性集，主要包括名稱、地址、電話、類型、坐標(biāo)（經(jīng)度、緯度）等多個(gè)屬性，公共體育空間與它們的關(guān)系為“擁有”，即公共體育空間擁有多個(gè)屬性。與體育空間具有“影響因素”關(guān)系的主要包括交通可達(dá)性、群體需求、區(qū)域規(guī)劃、房產(chǎn)價(jià)格、土地屬性等因素。公共體育空間具有分布不均衡等問題，其中分布不均衡問題主要“擁有”密度、名稱等多個(gè)屬性。如果分布不均衡體現(xiàn)出人口密度大、體育場地少等特征，則可能需要增加資源；若分布不均衡具有“水資源多”的特性，則根據(jù)水資源的用途可在合適空間設(shè)置冰上項(xiàng)目（如滑冰）、水上項(xiàng)目等選項(xiàng)；若該區(qū)域的山較多，可推薦建立滑雪場等項(xiàng)目。針對“分布不均衡”問題可采用多種解決方案，響應(yīng)方案有增加體育空間、整合體育空間等多種方法，而增加體育空間需要加大投入資金、選擇新址等若干個(gè)應(yīng)對措施。同時(shí)，此圖譜亦包含針對不同空間分布格局分析所采用的具體方法（如不同圈層緩沖區(qū)設(shè)計(jì)方法、半徑等）。

圖3 公共體育空間知識圖譜原型的邏輯模型Fig.3 Logic model of knowledge graph prototype of public sports space

3 公共體育空間知識圖譜實(shí)現(xiàn)

3.1 實(shí)現(xiàn)技術(shù)與方法

（1）公共體育空間知識圖譜的表示形式

知識圖譜領(lǐng)域有多種知識的表示方法，常采用三元組形式來表達(dá)知識（主語，謂語，賓語）或（實(shí)體1，關(guān)系，實(shí)體2）。例如，（體育空間，擁有，名稱）、（體育空間，影響因素，房產(chǎn)價(jià)格）、（分布不均衡，采用，整合解決方案）、（增加體育空間，應(yīng)對措施，選址）等等。

（2）公共體育空間知識圖譜的存儲方法

知識圖譜按用戶需求及開發(fā)人員所熟悉的技術(shù)，既可以采用傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫的二維表保存（如SQL Server），也可以存儲在對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫的對象及關(guān)系表中（如Oracle），最為理想的是保存在圖數(shù)據(jù)庫中（如Neo4j 等）。

（3）公共體育空間知識圖譜的實(shí)現(xiàn)方法

若在圖數(shù)據(jù)庫（如Neo4j）中保存公共體育空間知識圖譜，需要采用該圖數(shù)據(jù)庫專有的命令CQL（Cypher Query Language），即可直接在圖數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建公共體育空間的知識圖譜物理數(shù)據(jù)。

3.2 構(gòu)建方法

（1）創(chuàng)建語法

在Neo4j 中一般采用Create 創(chuàng)建實(shí)體、關(guān)系等，它通過“鍵-值”對形式創(chuàng)建實(shí)體（以節(jié)點(diǎn)體現(xiàn)）、關(guān)系和屬性等?？梢造`活的創(chuàng)建不帶任何屬性、關(guān)系的節(jié)點(diǎn)，亦可在創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)（實(shí)體）時(shí)直接創(chuàng)建對應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)屬性或關(guān)系。另可用Match 命令在創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)后建立關(guān)系。CQL 的創(chuàng)建語法為：

Create（

{

........

}

）

（2）公共體育空間知識圖譜的物理實(shí)體創(chuàng)建命令

創(chuàng)建公共體育空間節(jié)點(diǎn)的命令：Create （公共體育：公共體育空間{名稱：“公共體育空間”，地址：“吉林省長春市”，電話：“0431-88618846”，類型：“市級”}）

創(chuàng)建公共體育空間影響因素節(jié)點(diǎn)的命令：

Create（可達(dá)性：交通可達(dá)性{名稱：“交通可達(dá)性”}）

Create （群體需求：群體需求{名稱：“群體需求”}）

Create （區(qū)域規(guī)劃：區(qū)域規(guī)劃{名稱：“區(qū)域規(guī)劃”}）

Create （房產(chǎn)價(jià)格：房產(chǎn)價(jià)格{名稱：“房產(chǎn)價(jià)格”}）

Create （土地屬性：土地屬性{名稱：“土地屬性”}）

公共體育空間影響因素關(guān)系的命令：

Match （a：公共體育空間），（b：交通可達(dá)性）Merge（a）-[：影響因素]-＞（b）

Match（a：公共體育空間），（b：群體需求）Merge（a）-[：影響因素]-＞（b）

Match（a：公共體育空間），（b：區(qū)域規(guī)劃）Merge（a）-[：影響因素]-＞（b）

Match（a：公共體育空間），（b：房產(chǎn)價(jià)格）Merge（a）-[：影響因素]-＞（b）

Match（a：公共體育空間），（b：土地屬性）Merge（a）-[：影響因素]-＞（b）

創(chuàng)建公共體育空間的存在問題節(jié)點(diǎn)的命令：Create（不均衡：分布不均衡{名稱：“空間分布不均衡”，密度：“1 萬人/平方公里”，覆蓋情況：“人均3 平方米”}）

公共體育空間存在問題的關(guān)系命令：Match（a：公共體育空間），（b：分布不均衡）Merge（a）-[：存在問題]-＞（b）

創(chuàng)建可能采取的響應(yīng)方案節(jié)點(diǎn)的命令：

Create（增加空間：增加體育空間{名稱：“增加空間”}）

Create（整合空間：整合體育空間{名稱：“整合空間”}）

構(gòu)建存在問題可采取響應(yīng)方案之間關(guān)系的命令：

Match （a：分布不均衡），（b：增加體育空間）Merge（a）-[：響應(yīng)方案]-＞（b）

Match （a：分布不均衡），（b：整合體育空間）Merge（a）-[：響應(yīng)方案]-＞（b）

創(chuàng)建響應(yīng)方案可采取措施節(jié)點(diǎn)的命令：

Create（投資：投入資金{名稱：“投資”，投入金額：“5000 萬”，投入單位：“國家”，開始投入時(shí)間：“2025”，投入結(jié)束時(shí)間：“2028”}）

Create （選址：選擇體育空間地址 {名稱：“選址”，面積：“20 萬平方米”，用途：“健身步道”，服務(wù)對象：“社會大眾”，方法：“公用地轉(zhuǎn)換”}）

建立方案與措施之間關(guān)系的命令：

Match（a：增加體育空間），（b：投入獎(jiǎng)金）Merge（a）-[：應(yīng)對措施]-＞（b）

Match（a：增加體育空間），（b：選擇體育空間地址）Merge（a）-[：應(yīng)對措施]-＞（b）

圖4 展現(xiàn)的是在Neo4j 圖數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建的長春市公共體育空間知識圖譜（部分），可以非常清晰地看到各個(gè)實(shí)體以及實(shí)體之間的關(guān)系，并且與設(shè)計(jì)的邏輯模型基本一致。依據(jù)實(shí)體之間的關(guān)系、相關(guān)屬性判斷等，可以從一個(gè)實(shí)體（節(jié)點(diǎn)）通過一個(gè)或多個(gè)關(guān)系（邊）到達(dá)另外一個(gè)實(shí)體（節(jié)點(diǎn)），這種多個(gè)實(shí)體之間建立的“通道”為深層次的分析與挖掘、知識推理等打下基礎(chǔ)。

圖4 在圖數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建長春市公共體育空間知識圖譜結(jié)果Fig.4 Createdknowledge graph of public sports space of Changchunin Neo4jgraphdatabase

當(dāng)公共體育空間格局知識的分析足夠充分、知識覆蓋面夠廣，建立的知識圖譜夠權(quán)威時(shí)，不同專家進(jìn)行空間格局分析時(shí)，可以采用基于圖譜的各類機(jī)器學(xué)習(xí)，會得出更標(biāo)準(zhǔn)、更可信的結(jié)果。

4 結(jié)論與討論

（1）為了科學(xué)體現(xiàn)公共體育空間知識的關(guān)聯(lián)關(guān)系，提出一種采用知識圖譜技術(shù)構(gòu)建長春市公共體育空間格局研究的非傳統(tǒng)方法；

（2）提出了公共體育知識圖譜的科學(xué)構(gòu)建方法，即從各類資料中提取公共體育實(shí)體、屬性，識別實(shí)體之間的關(guān)系，并為實(shí)體、關(guān)系賦予正確的屬性；

（3）建立了體現(xiàn)公共體育空間格局知識圖譜的概念模型，依此模型設(shè)計(jì)了一個(gè)公共體育空間格局知識圖譜原型的邏輯模型，以圖的形式直觀體現(xiàn)了公共體育空間具有交通可達(dá)性等多個(gè)影響因素、存在分布不均衡特性等問題、擁有名稱等多個(gè)屬性，而針對分布不均衡問題可給出整合/增加體育空間的方案。

（4）采用CQL 命令在圖數(shù)據(jù)庫中，實(shí)際創(chuàng)建了長春市公共體育空間知識圖譜的物理模型，證明了所設(shè)計(jì)的基于知識驅(qū)動開展公共體育空間格局研究的模式是可行的，為后續(xù)空間格局的深度分析及推理等進(jìn)行前瞻性探索。