江西地名研究

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摘要：針對(duì)行政區(qū)劃沿革數(shù)據(jù)分散、結(jié)構(gòu)不一、缺乏語(yǔ)義關(guān)聯(lián)等問(wèn)題，文章研發(fā)了一種面向地方行政區(qū)劃演變的知識(shí)建模與語(yǔ)義組織方法。文章以上海市1949年以來(lái)的行政區(qū)劃變遷為例，采用自上而下與自下而上相結(jié)合的混合策略，設(shè)計(jì)一種通用的行政區(qū)劃沿革本體。通過(guò)復(fù)用GeoSPARQL、EVENT等語(yǔ)義本體，構(gòu)建基于RDF的行政區(qū)劃知識(shí)圖譜。通過(guò)數(shù)據(jù)抽取、語(yǔ)義映射、圖譜構(gòu)建、規(guī)則推理與圖數(shù)據(jù)庫(kù)部署，實(shí)現(xiàn)對(duì)行政區(qū)劃沿革信息的結(jié)構(gòu)化表達(dá)與可視化管理。該方法具備通用性、可拓展性與語(yǔ)義表達(dá)能力，并支持行政沿革可視化查詢、地理編碼與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)修正對(duì)齊，為歷史地理信息建模與智能化服務(wù)提供有效技術(shù)路徑。

關(guān)鍵詞：知識(shí)圖譜；本體知識(shí)庫(kù)；時(shí)空數(shù)據(jù)組織；行政區(qū)劃沿革；上海市

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引言

行政區(qū)劃（又稱行政區(qū)域劃分），是國(guó)家治理體系的重要組成部分，通常依據(jù)相關(guān)法律和標(biāo)準(zhǔn)，并綜合考慮地理環(huán)境、人口分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素，對(duì)地方治理、資源配置和統(tǒng)計(jì)分析等領(lǐng)域具有基礎(chǔ)性支撐作用。行政區(qū)劃沿革則指行政區(qū)劃在隸屬關(guān)系、名稱和空間形態(tài)等方面的變更過(guò)程，反映了國(guó)家政治格局的調(diào)整、社會(huì)結(jié)構(gòu)的演進(jìn)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的動(dòng)態(tài)發(fā)展，是理解區(qū)域變遷的重要視角。

隨著“數(shù)字中國(guó)”和智慧政務(wù)建設(shè)的推進(jìn)，行政區(qū)劃數(shù)據(jù)的時(shí)空建模需求日益凸顯。當(dāng)前關(guān)于行政區(qū)劃數(shù)據(jù)多以靜態(tài)方式處理，對(duì)歷史變更信息的系統(tǒng)記錄與語(yǔ)義表達(dá)尚顯不足，易導(dǎo)致跨時(shí)期數(shù)據(jù)分析失真、空間定位存在偏差等。因而亟須探索行政區(qū)劃沿革的系統(tǒng)建模與動(dòng)態(tài)表達(dá)，開展結(jié)構(gòu)化、語(yǔ)義化和時(shí)空化的組織與管理，以支撐跨時(shí)空數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確對(duì)齊與綜合利用。知識(shí)圖譜作為新一代的信息組織技術(shù)，在知識(shí)表示、推理與互聯(lián)等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，并已在地理信息管理中展現(xiàn)潛力。然而，在行政區(qū)劃沿革領(lǐng)域，知識(shí)圖譜的應(yīng)用仍處于起步階段，尚缺乏系統(tǒng)的本體設(shè)計(jì)與實(shí)踐范式。

本研究從行政區(qū)劃沿革知識(shí)提取和表達(dá)視角出發(fā)，提出一套面向行政區(qū)劃沿革的知識(shí)圖譜構(gòu)建框架。研究結(jié)合本體建模技術(shù)，綜合地名、時(shí)間與演變類型等要素，以上海市1949年以來(lái)的行政區(qū)劃變遷為實(shí)證，構(gòu)建上海市行政區(qū)劃沿革知識(shí)圖譜實(shí)例，并探索其語(yǔ)義組織方式及應(yīng)用潛力。本研究旨在建立行政區(qū)劃數(shù)據(jù)的統(tǒng)一語(yǔ)義表達(dá)體系，為跨時(shí)空分析提供方法論支持與技術(shù)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)實(shí)現(xiàn)行政沿革的可視化查詢、提升地理編碼的準(zhǔn)確性以及改進(jìn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的對(duì)齊機(jī)制，本研究不僅豐富了知識(shí)圖譜在歷史地理信息領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景，也為相關(guān)服務(wù)的智能化與精細(xì)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

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相關(guān)研究

當(dāng)前行政區(qū)劃沿革數(shù)據(jù)主要存在分散異構(gòu)、時(shí)空信息表達(dá)有限等問(wèn)題。現(xiàn)有研究在組織與表達(dá)方式上大致包括：純文本組織、靜態(tài)空間數(shù)據(jù)建模、時(shí)空數(shù)據(jù)模型表達(dá)及知識(shí)圖譜建模。純文本的行政區(qū)劃沿革數(shù)據(jù)組織不涉及地理空間維度，雖便于因果分析和統(tǒng)計(jì)研究，但缺乏空間表達(dá)能力。中國(guó)國(guó)家地名信息庫(kù)等靜態(tài)空間數(shù)據(jù)雖具備地理定位功能，但由于缺乏時(shí)間維度與歷史版本支持，其與其他動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（如人口）的關(guān)聯(lián)性較低，無(wú)法滿足時(shí)序查詢與分析需求。為彌補(bǔ)這一不足，學(xué)者提出了多種時(shí)空數(shù)據(jù)建模方式，大致可以分為系列快照、基態(tài)修正、基于事件與基于生存期模型4種，但均存在一定局限性。序列快照模型在空間信息存儲(chǔ)中容易造成數(shù)據(jù)冗余，查詢效率較低；基態(tài)修正模型數(shù)據(jù)更新復(fù)雜，性能表現(xiàn)依賴于基態(tài)選擇；基于事件的模型雖能反映時(shí)空變化，但構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，實(shí)體演變鏈?zhǔn)竭^(guò)程不夠直觀；以中國(guó)歷史地理信息系統(tǒng)（China Historical GIS，CHGIS）為代表的“生存期”模型能夠較好地描述基于點(diǎn)的行政區(qū)劃沿革，但因?qū)⒉煌瑫r(shí)間序列的行政區(qū)劃單元存儲(chǔ)在同一矢量文件中，較難實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可視化表達(dá)。此外，該模型在演變邏輯、語(yǔ)義建模與推理能力方面也有待發(fā)展。

近年來(lái)，知識(shí)圖譜逐步應(yīng)用于行政區(qū)劃沿革建模，通過(guò)本體設(shè)計(jì)與圖數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化、語(yǔ)義化表達(dá)，支持跨時(shí)間的查詢與推理。鄭國(guó)軸等在中文開放知識(shí)圖譜（OpenKG）上發(fā)布了涵蓋多級(jí)行政區(qū)劃的資源描述框架（Resource Description Framework，RDF）數(shù)據(jù)，雖實(shí)現(xiàn)了隸屬與空間關(guān)系建模，但未涉及空間幾何與歷史演變信息。李曉敏等構(gòu)建了地名演化圖譜，采用事件邏輯實(shí)現(xiàn)區(qū)劃沿革的時(shí)間關(guān)聯(lián)，但未融合空間數(shù)據(jù)。陳玉冰與陳書慧分別聚焦區(qū)域行政變更，融合地圖集等資料，構(gòu)建了包含空間信息的沿革圖譜，并探索了知識(shí)推理與歷史模式挖掘方法。國(guó)際上，GeoNames提供了全球范圍內(nèi)的行政區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)名稱、層級(jí)結(jié)構(gòu)與經(jīng)緯度等地理信息，并支持RDF格式的數(shù)據(jù)下載與API調(diào)用，是結(jié)構(gòu)化地理數(shù)據(jù)的重要來(lái)源，但其數(shù)據(jù)主要反映當(dāng)前狀態(tài)，對(duì)歷史沿革支持有限。

在語(yǔ)義網(wǎng)與知識(shí)圖譜構(gòu)建中，本體作為抽象建模工具，用于描述特定領(lǐng)域內(nèi)的概念集合及其之間的關(guān)系，可在語(yǔ)義層對(duì)行政區(qū)劃概念、實(shí)體及其關(guān)系進(jìn)行結(jié)構(gòu)化表達(dá)。針對(duì)行政區(qū)劃沿革中的時(shí)空復(fù)雜性，已有研究借鑒地理本體的建模思路，將要素、幾何、空間關(guān)系和時(shí)態(tài)納入建?？蚣堋＠纾渭训然贕ML范式，構(gòu)建了包含要素、幾何、空間關(guān)系和時(shí)態(tài)四部分的本體模型；杜萍將中國(guó)行政區(qū)劃本體劃分為地理實(shí)體、空間、幾何、時(shí)間和事件五部分，實(shí)現(xiàn)基于本體的行政區(qū)劃地名識(shí)別與抽??；陳健等以測(cè)繪學(xué)敘詞表為基礎(chǔ)，構(gòu)建了包含地名實(shí)體、語(yǔ)義類型與空間關(guān)系的本體模型；李曉敏則提出包括演變前身、變更過(guò)程等類別的演化本體，有效支持了沿革數(shù)據(jù)的語(yǔ)義關(guān)聯(lián)。上述研究為本體在行政區(qū)劃數(shù)據(jù)建模中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，但多數(shù)模型在空間表達(dá)方面仍較為簡(jiǎn)化，缺乏對(duì)完整幾何邊界與空間變化過(guò)程的支持。

國(guó)際上，眾多學(xué)者也在積極探索地理知識(shí)圖譜與時(shí)空建模的新路徑。YUAN等提出Spatiotemporal Evolution Hierarchical Representation Graph（STEHRG），通過(guò)本體層、演化層和要素層統(tǒng)一表達(dá)地理實(shí)體生命周期，強(qiáng)調(diào)時(shí)空演化的層級(jí)表示。LI等構(gòu)建了HGeoKG，以層級(jí)結(jié)構(gòu)和語(yǔ)義推理增強(qiáng)地理知識(shí)組織能力。WEI等提出FineGeoKG，能夠精細(xì)建模地理實(shí)體之間的鄰接關(guān)系，并支持復(fù)雜空間查詢。盡管這些研究在方法論和技術(shù)層面豐富了時(shí)空知識(shí)圖譜的發(fā)展，但仍未針對(duì)行政區(qū)劃沿革這一特殊領(lǐng)域提出系統(tǒng)化解決方案。

綜上，現(xiàn)有研究在空間表達(dá)、語(yǔ)義推理和沿革邏輯建模方面仍存在不足，限制了行政區(qū)劃數(shù)據(jù)跨時(shí)空分析的深度。為此，本研究以上海市為例，梳理區(qū)劃沿革歷程，構(gòu)建通用行政區(qū)劃沿革本體，并探索知識(shí)圖譜在該領(lǐng)域的應(yīng)用潛力與方法論價(jià)值。

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研究方法

2.1總體框架

知識(shí)圖譜的構(gòu)建策略分為3種，分別是自頂向下、自底向上以及兩者的混合應(yīng)用。自頂向下策略主要基于領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)與已有分類體系，構(gòu)建整體框架與關(guān)系類型；自底向上策略則依托大規(guī)模文本數(shù)據(jù)的實(shí)體識(shí)別與關(guān)系抽取，以補(bǔ)充和修正框架；混合兩者的方法，是通過(guò)預(yù)先定義一個(gè)基礎(chǔ)的框架，并在該框架的指引下填充實(shí)例層知識(shí)；同時(shí)，在填充過(guò)程中，通過(guò)不斷對(duì)實(shí)例層知識(shí)的分析與總結(jié)，對(duì)原框架進(jìn)行更新，實(shí)現(xiàn)模式層與實(shí)例層的共同優(yōu)化。本研究兼具任務(wù)導(dǎo)向與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)，采用自頂向下與自底向上相結(jié)合的混合模式來(lái)構(gòu)建知識(shí)圖譜（圖1）。首先，從歷史地理志書、相關(guān)政府公告及論文中抽取行政區(qū)劃沿革領(lǐng)域的關(guān)鍵概念，在宏觀層面自頂向下確定知識(shí)圖譜的核心結(jié)構(gòu)；其次，收集1949年以來(lái)上海市的相關(guān)歷史行政區(qū)劃圖與行政區(qū)劃沿革文本，并進(jìn)行必要的預(yù)處理；最后，整合成符合拓?fù)湟?guī)則的矢量數(shù)據(jù)集與結(jié)構(gòu)化二維表數(shù)據(jù)，根據(jù)已有的地理概念和應(yīng)用目的，在微觀層面自底向上不斷豐富知識(shí)實(shí)例。自頂向下與自底向上兩種策略通過(guò)迭代反饋機(jī)制使框架與數(shù)據(jù)保持一致。頂層設(shè)計(jì)保障了體系結(jié)構(gòu)的完整性與可控性，底層數(shù)據(jù)則支撐了知識(shí)獲取的廣度與實(shí)時(shí)性。

圖2描述了研究的總體框架，涵蓋了多源數(shù)據(jù)抽取、本體構(gòu)建、知識(shí)映射、圖譜構(gòu)建、知識(shí)補(bǔ)全與檢查、知識(shí)圖譜評(píng)估6個(gè)環(huán)節(jié)，具體包括：（1）從《上海市行政區(qū)劃變遷圖集》、中國(guó)國(guó)家地名信息庫(kù)等不同數(shù)據(jù)源收集整理1949年以來(lái)上海市縣級(jí)及以上行政區(qū)劃的歷史沿革數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)清洗和整合，獲取對(duì)應(yīng)的歷史行政區(qū)劃圖和非結(jié)構(gòu)化沿革文本；（2）提取如“行政區(qū)劃實(shí)體”“沿革事件”等核心概念及其關(guān)系，為保證語(yǔ)義一致性與可互操作性，盡可能復(fù)用現(xiàn)有本體，并使用Protégé等工具定義本體中的類、屬性、約束與推理規(guī)則等，構(gòu)建適用于行政區(qū)劃沿革領(lǐng)域的本體結(jié)構(gòu)；（3）構(gòu)建邊界正確的矢量數(shù)據(jù)集，并采用半人工的方式對(duì)沿革的文本信息進(jìn)行梳理，將非結(jié)構(gòu)化沿革文本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維表，根據(jù)已構(gòu)建的本體結(jié)構(gòu)中所定義的類與屬性規(guī)則，對(duì)數(shù)據(jù)文本中識(shí)別出的語(yǔ)義信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)化映射，實(shí)現(xiàn)時(shí)間、地名、變更類型等要素與知識(shí)圖譜中的類、屬性、實(shí)體的關(guān)聯(lián)和匹配（如矢量信息與Geometry類進(jìn)行關(guān)聯(lián)匹配），若數(shù)據(jù)在關(guān)聯(lián)匹配時(shí)遇到困難，意味著原始構(gòu)建本體中仍存在概念不清的問(wèn)題，需要進(jìn)一步從數(shù)據(jù)層出發(fā)進(jìn)行抽象、分類與本體優(yōu)化，自底向上完成本體的優(yōu)化；（4）使用RDFLib，Neo4j等相關(guān)工具將行政區(qū)劃幾何數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃屬性數(shù)據(jù)以及行政區(qū)劃沿革事件數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)例化，實(shí)現(xiàn)知識(shí)圖譜的生成與存儲(chǔ)，同時(shí)支持后續(xù)在其它軟件的可視化與查詢操作；（5）為保證知識(shí)圖譜的一致性與完整性，根據(jù)本體中預(yù)設(shè)的約束規(guī)則（如對(duì)象屬性的相關(guān)函數(shù)）和實(shí)體間的邏輯關(guān)系等，對(duì)缺失信息進(jìn)行推理補(bǔ)全，并通過(guò)語(yǔ)義一致性與結(jié)構(gòu)完整性檢查確保圖譜質(zhì)量；（6）從本體建模的合理性、知識(shí)推理、應(yīng)用能力等維度對(duì)圖譜效能進(jìn)行綜合評(píng)估，為其在歷史沿革分析、地理信息服務(wù)等場(chǎng)景中的可擴(kuò)展應(yīng)用提供保障。

2.2行政區(qū)劃沿革知識(shí)圖譜構(gòu)建

2.2.1本體構(gòu)建參考相關(guān)領(lǐng)域的既有研究成果，并結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的本體框架體系，盡可能復(fù)用已有本體定義的類與屬性，提高本體的通用性與共享性，將行政區(qū)劃沿革本體概念模型（圖3）歸納為：（1）沿革信息（Event），參考事件本體的組織方式，提出沿革事件子本體，在概念層面納入沿革時(shí)間、沿革類型、沿革對(duì)象及沿革結(jié)果等核心要素，為行政區(qū)劃演變的系統(tǒng)化建模提供理論框架。用于表達(dá)行政區(qū)劃實(shí)體的演變過(guò)程，通過(guò)設(shè)立、并入等事件，實(shí)現(xiàn)變更前后的實(shí)體關(guān)聯(lián)；（2）要素信息（Feature），借鑒現(xiàn)有地名本體的框架體系，從要素的基礎(chǔ)屬性（如官方名稱、行政代碼、起止時(shí)間）、層次結(jié)構(gòu)（如行政等級(jí)）等多個(gè)維度進(jìn)行設(shè)計(jì)，以全面刻畫行政區(qū)劃實(shí)體的基本特征；（3）幾何信息（Geometry），采用多邊形作為行政區(qū)劃的主要表達(dá)方式，對(duì)實(shí)體的邊界、空間范圍與幾何尺度進(jìn)行精確刻畫，并通過(guò)引入幾何特征、拓?fù)潢P(guān)系，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)、線、面等空間對(duì)象的序列化表示；（4）相關(guān)資料（Document），參考通用本體的資源組織方式，從整體上抽象出多模態(tài)資料的組織框架，旨在為地圖、文獻(xiàn)、新聞報(bào)道及網(wǎng)絡(luò)資源等多源信息提供統(tǒng)一的描述視角，強(qiáng)調(diào)對(duì)資料類型、資料名稱與資料來(lái)源等關(guān)鍵要素的抽象表達(dá)，從而為后續(xù)的屬性定義與實(shí)例化奠定基礎(chǔ)。

通過(guò)復(fù)用已有成熟本體的框架與語(yǔ)義約定，可在保證語(yǔ)義一致性和標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，提高知識(shí)資源的利用效率，減少重復(fù)建設(shè)。成熟本體的框架為眾人所熟悉，能夠降低其它領(lǐng)域研究者或用戶知識(shí)獲取和應(yīng)用的成本，提升研究成果在國(guó)際語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的可共享性和可擴(kuò)展性。尤其在跨領(lǐng)域的本體構(gòu)建中，復(fù)用本體技術(shù)可以整合多領(lǐng)域知識(shí)，形成統(tǒng)一的知識(shí)庫(kù)?；诟拍钅Ｐ停瑢?duì)GeoSPARQL和EVENT等本體進(jìn)行復(fù)用，并自定義補(bǔ)充相關(guān)對(duì)象屬性與數(shù)據(jù)屬性，構(gòu)建適用于行政區(qū)劃沿革領(lǐng)域數(shù)據(jù)管理與分析的行政區(qū)劃沿革本體。

在要素表達(dá)方面，GeoNames本體提供了行政區(qū)劃的基本屬性、層級(jí)結(jié)構(gòu)與空間關(guān)系建模方案。OSM（OpenStreetMap）Semantic Network則通過(guò)“節(jié)點(diǎn)—路徑—關(guān)系”模式增強(qiáng)了空間拓?fù)涿枋瞿芰?，為建模行政單元的層?jí)與相鄰關(guān)系提供了良好參考。在幾何信息建模方面，GeoSPARQL本體作為開放地理空間聯(lián)盟（OGC）空間數(shù)據(jù)語(yǔ)義標(biāo)準(zhǔn)，支持對(duì)行政區(qū)劃多邊形邊界的序列化表示及空間查詢與計(jì)算，適用于表達(dá)區(qū)劃對(duì)象的邊界變化與空間覆蓋，實(shí)現(xiàn)空間推理能力的擴(kuò)展。在沿革事件建模方面，EVENT支持“前后事件”“子事件”等語(yǔ)義，提供了對(duì)事件的時(shí)間、地點(diǎn)、參與實(shí)體及結(jié)果等要素的抽象描述，適用于表達(dá)如設(shè)立、合并、撤銷等區(qū)劃變更過(guò)程的語(yǔ)義邏輯，能夠?qū)崿F(xiàn)變更事件與前后地理實(shí)體的關(guān)聯(lián)建模，擴(kuò)展時(shí)間推理能力。在資料組織方面，F(xiàn)OAF與GCIS等本體為歷史圖片、報(bào)紙、地圖等多模態(tài)數(shù)據(jù)提供了結(jié)構(gòu)化表達(dá)方法，支持描述人、組織、網(wǎng)頁(yè)、文檔之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)本研究數(shù)據(jù)與外部數(shù)據(jù)的互通，支持更豐富的跨知識(shí)庫(kù)推理。此外，通用知識(shí)圖譜本體如DBpedia、Wikidata等也提供了豐富的地名、空間屬性與歷史名稱等復(fù)用資源，并能夠?qū)︻惻c屬性進(jìn)行了約束，為提升本體互聯(lián)性與語(yǔ)義聯(lián)通提供了基礎(chǔ)。

在語(yǔ)義建模過(guò)程中，不同本體可能存在同名類或?qū)傩?。為明確語(yǔ)義和促進(jìn)不同本體的交互與共享，需通過(guò)國(guó)際化資源標(biāo)識(shí)符（IRI）實(shí)現(xiàn)唯一標(biāo)識(shí)，減少歧義。IRI一般由命名空間（Namespace）+本地名（Local Name）組成，并以“#”或“/”隔開，可避免語(yǔ)義沖突并提升本體互聯(lián)能力。例如，EVENT本體中定義的event類對(duì)應(yīng)的IRI為“http://purl.org/NET/c4dm/event.owl#event”，其中“http://purl.org/NET/c4dm/event.owl#”為EVENT本體的命名空間，event為本地名稱（即類名）。本研究在繼承現(xiàn)有本體命名空間的同時(shí)，自定義了命名空間“https://www.ade.org/”，其中“ade”為命名空間的縮寫（前綴）。

2.2.2實(shí)例化本研究將行政區(qū)劃變更中涉及的多種變更過(guò)程定義為事件，包含設(shè)立、隸屬關(guān)系變更、名稱變更三類屬性變化事件，以及并入、分割出兩類空間變化事件，具體描述如表1所示。

使用的上海市行政區(qū)劃沿革文本主要來(lái)源于2個(gè)渠道：其一為全國(guó)行政區(qū)劃信息查詢平臺(tái)的“縣級(jí)以上行政區(qū)劃變更情況”；其二為利用OCR技術(shù)從《上海市行政區(qū)劃變遷地圖集》掃描件中提取的文本數(shù)據(jù)。為盡可能保留詳盡的歷史信息，同時(shí)參考了各區(qū)地理志，對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充與校正。

由于行政區(qū)劃名稱存在重復(fù)的情況，管理實(shí)踐中通常使用全國(guó)統(tǒng)一的行政區(qū)劃代碼對(duì)行政區(qū)劃主體進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)。本研究遵循GB/T 2260—2007《中華人民共和國(guó)行政區(qū)劃代碼》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)行政區(qū)劃代碼的編制方式進(jìn)行了規(guī)范。根據(jù)憲法與中華人民共和國(guó)發(fā)布的國(guó)務(wù)院令規(guī)定，我國(guó)的行政區(qū)劃體系大致由省級(jí)、地級(jí)、縣級(jí)、鄉(xiāng)級(jí)四級(jí)構(gòu)成。相比之下，國(guó)外的行政區(qū)劃多為三級(jí)結(jié)構(gòu)，大致對(duì)應(yīng)于我國(guó)的省級(jí)、縣級(jí)與鄉(xiāng)級(jí)。為便于數(shù)據(jù)的共享與比較，本研究將行政區(qū)劃劃分為3個(gè)基本層級(jí)，即省級(jí)行政區(qū)（第1級(jí)）、縣級(jí)行政區(qū)（第2級(jí)）和鄉(xiāng)級(jí)行政區(qū)（第3級(jí)），并將我國(guó)地方特有的地級(jí)行政區(qū)定義為1.5級(jí)，如表2所示。

在行政區(qū)劃地名演變研究中，變更情況具有重要意義。一個(gè)行政區(qū)劃主體的“生命”始于設(shè)立事件，終結(jié)于因更名、并入等導(dǎo)致其名稱消失的事件之時(shí)。所謂“生命周期”，是指行政區(qū)劃實(shí)體在名稱、空間范圍、行政隸屬及等級(jí)屬性保持不變的階段，其起點(diǎn)為某一沿革事件的結(jié)束，終點(diǎn)為下一事件的發(fā)生。圖4展示了南市區(qū)自1960年設(shè)立以來(lái)，經(jīng)歷并入與分割等事件，直至2000年并入黃浦區(qū)而結(jié)束的完整生命周期過(guò)程。在這一時(shí)間序列中，任意2個(gè)相鄰變更事件之間均構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的生命周期區(qū)間，為行政區(qū)劃沿革的表達(dá)提供了系統(tǒng)的時(shí)間維度分析框架。

本研究借鑒CHGIS的數(shù)據(jù)組織方式，利用ArcGIS 10.4軟件對(duì)相關(guān)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與整理。以2019年的上海市行政區(qū)劃矢量邊界為基準(zhǔn)，逐年逆序回溯，對(duì)各個(gè)變更年份的歷史地圖進(jìn)行精確數(shù)字化處理。

為兼顧文件存儲(chǔ)與圖數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)勢(shì)，本研究采用二者結(jié)合的方式存儲(chǔ)知識(shí)圖譜，以提升數(shù)據(jù)的可擴(kuò)展性、查詢靈活性和維護(hù)便捷性。在存儲(chǔ)策略上結(jié)合了RDF文件存儲(chǔ)與圖數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，以保證數(shù)據(jù)的可擴(kuò)展性、語(yǔ)義一致性和查詢效率。在實(shí)現(xiàn)層面，選用GraphDB作為支撐平臺(tái)，其內(nèi)置的RDF處理與SPARQL查詢能力能夠高效管理和檢索知識(shí)圖譜數(shù)據(jù)。本研究將要素、幾何和沿革事件三類知識(shí)分別構(gòu)建為RDF數(shù)據(jù)集，并在圖數(shù)據(jù)庫(kù)中統(tǒng)一加載，實(shí)現(xiàn)了多維度知識(shí)的關(guān)聯(lián)與可視化表達(dá)。

2.3知識(shí)圖譜評(píng)估

知識(shí)推理能力是衡量圖譜智能水平的重要指標(biāo)。本研究采用一階謂詞邏輯規(guī)則、OWL推理器與語(yǔ)義分類增強(qiáng)機(jī)制，并結(jié)合SPARQL查詢和Python腳本，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化推理與結(jié)果存儲(chǔ)。這一方法不僅能夠?qū)v史與現(xiàn)存地名進(jìn)行時(shí)間維度的劃分，還可擴(kuò)展至行政區(qū)劃隸屬關(guān)系的演變推理、地名別稱的語(yǔ)義歸并等多類任務(wù)，具備較強(qiáng)的通用性。在地名分類場(chǎng)景中，用戶可根據(jù)研究需求在既有要素類中定義新的子類或?qū)傩?。例如，新增“歷史地名（historicalFeature）”與“現(xiàn)存地名（currentFeature）”，并設(shè)定二者不相交。判定規(guī)則基于行政區(qū)劃實(shí)體的有效終止日期（gadm:valid_to），從而保證分類的客觀性與可操作性。

應(yīng)用能力評(píng)估可展示知識(shí)圖譜的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，本研究以地理編碼和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)齊為案例進(jìn)行驗(yàn)證。

3

結(jié)果與討論

3.1行政區(qū)劃沿革知識(shí)圖譜

3.1.1行政區(qū)劃沿革本體行政區(qū)劃沿革本體邏輯關(guān)系如圖5所示。使用的命名空間及其前綴如表3所示。

表4為行政區(qū)劃沿革本體類，皆為頂層類Thing下的子類。其中，行政區(qū)劃實(shí)體要素類（geos:Feature）和幾何類（geos:Geometry）共同構(gòu)成，前者描述屬性信息，后者描述空間邊界。事件類（event:Event）通過(guò)與地理要素的連接，表達(dá)變更前后狀態(tài)的關(guān)聯(lián)；文檔類（foaf:Document）用于存儲(chǔ)輔助資料，提升解釋能力。

表5展示了行政區(qū)劃沿革本體中所定義的對(duì)象屬性。其中，行政區(qū)劃實(shí)體之間的隸屬關(guān)系通過(guò)gn:parent Feature表示，要素實(shí)體和幾何實(shí)體通過(guò)geos:hasGeometry相連。沿革事件的具體變更信息通過(guò)event:place存儲(chǔ)。例如，分割事件中的分割線，其所連接的左、右多邊形則通過(guò)ade:leftPolygon和ade:rightPolygon連接具體的左、右?guī)缀螌?duì)象。event:agent與event:product是實(shí)現(xiàn)沿革過(guò)程推理的關(guān)鍵，用于構(gòu)建實(shí)體的時(shí)間演變鏈。例如，“南市區(qū)并入黃浦區(qū)”事件中，前者為agent，后者為product，通過(guò)事件節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義實(shí)體的連接。此外，本研究使用了逆函數(shù)（Inverse Of）與傳遞函數(shù)（Transitive）對(duì)部分對(duì)象屬性進(jìn)行了約束。具有函數(shù)定義的對(duì)象屬性見(jiàn)表6。

數(shù)據(jù)屬性主要用于存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的具體數(shù)值或文本信息，涵蓋ID、名稱、代碼、時(shí)間、幾何信息等字段（表7）。其中，gn:name和gn:officialName區(qū)分要素實(shí)體的實(shí)體名稱與官方名稱（即地名）。例如，“黃浦區(qū)1992”和“黃浦區(qū)2001”雖然是2個(gè)不同的實(shí)體，具有不同的實(shí)體名稱（gn:name），但它們擁有相同的主體名稱（gn:officialName）“黃浦區(qū)”。gadm:valid_from/valid_to用于表達(dá)行政區(qū)劃的生命周期，以支持時(shí)間維度的查詢與推理；geos:hasSerialization以WKT格式存儲(chǔ)空間邊界；ade:eventType與event:time描述事件的類型與發(fā)生時(shí)間。

為支持沿革鏈條的自動(dòng)構(gòu)建與數(shù)據(jù)校驗(yàn)，引入以下推理規(guī)則：（1）所有演變事件必然產(chǎn)生一個(gè)新地理實(shí)體，該實(shí)體的起始時(shí)間等于事件時(shí)間；（2）設(shè)立事件中，event:product與event:agent所對(duì)應(yīng)實(shí)體之間應(yīng)建立gn:parentFeature隸屬關(guān)系；（3）分割事件可通過(guò)記錄分割線及左右?guī)缀螌?duì)象建立拓?fù)潢P(guān)聯(lián)，基于基態(tài)修正的幾何數(shù)據(jù)推理，并依托python的Shapely庫(kù)實(shí)現(xiàn)；（4）合并、隸屬關(guān)系變更、名稱變更事件可不存儲(chǔ)新圖形，系統(tǒng)將默認(rèn)調(diào)用關(guān)聯(lián)event:agent對(duì)應(yīng)幾何；（5）非設(shè)立類事件中，event:agent對(duì)應(yīng)的行政區(qū)劃實(shí)體的valid_to應(yīng)與event:product對(duì)應(yīng)的行政區(qū)劃實(shí)體的valid_from在時(shí)間上連續(xù)，前者早于后者，形成生命周期連續(xù)性。

3.1.2知識(shí)圖譜基于行政區(qū)劃沿革事件數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃屬性數(shù)據(jù)以及行政區(qū)劃空間數(shù)據(jù)構(gòu)建上海市行政區(qū)劃沿革知識(shí)圖譜，共覆蓋行政區(qū)劃幾何實(shí)體153個(gè)，行政區(qū)劃要素實(shí)體149個(gè)、行政區(qū)劃沿革事件216個(gè)。其中，并入事件119例（55.09%）、分割事件15例（6.94%）、隸屬關(guān)系變更事件13例（6.02%）、名稱變更事件7例（3.24%）、設(shè)立事件62例（28.70%）。圖6為分割事件示例，將分割線建模為獨(dú)立的geos:Geometry實(shí)體，并通過(guò)event:place與分割事件綁定。同時(shí)，左右多邊形分別通過(guò)ade:leftPolygon與ade: rightPolygon與該幾何實(shí)體相連，構(gòu)成清晰的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。事件Event3通過(guò)place屬性指向分割線GeoEvent3這一幾何實(shí)體，該幾何實(shí)體以WKT格式存儲(chǔ)線狀邊界，并通過(guò)左多邊形（leftPolygon）和右多邊形（rightPolygon）對(duì)象屬性與“Geo洋涇區(qū)1952”和“Geo東昌區(qū)1952”相連。

利用OWL詞匯表中的inverseOf與TransitiveProperty對(duì)象屬性，對(duì)具有逆關(guān)系或可傳遞特性的對(duì)象屬性進(jìn)行自動(dòng)化推理補(bǔ)全（圖7）。若存在三元組event：EVENT104—event:agent—geos:“南市區(qū)1993”，表示“EVENT104”事件的參與者為“南市區(qū)1993”，則可根據(jù)inverseOf補(bǔ)全逆向三元組geos:“南市區(qū)1993”—event:agent_of—event:EVENT104，意味著“南市區(qū)1993”作為“EVENT104”這一事件的參與者，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的補(bǔ)充。

在文件層面，圖譜遵循RDF標(biāo)準(zhǔn)，并堅(jiān)持“本體與實(shí)例分離”原則：規(guī)模較小且需共享的本體單獨(dú)存儲(chǔ)；實(shí)例數(shù)據(jù)則按語(yǔ)義劃分為“要素子圖”“幾何子圖”和“沿革事件子圖”，各自獨(dú)立成庫(kù)，便于更新和跨子圖檢索。

不同類別的實(shí)體在圖譜中通過(guò)語(yǔ)義關(guān)系連接（圖9），既反映了行政區(qū)劃的層級(jí)與邊界屬性，也揭示了事件演變的鏈?zhǔn)竭壿嫛?/p>

3.2知識(shí)圖譜評(píng)估

3.2.1知識(shí)推理能力

知識(shí)推理結(jié)果從4個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估：其一，一致性檢查表明，所有分類均符合互斥約束；其二，可解釋性體現(xiàn)在所有結(jié)論均可追溯至RDF三元組與規(guī)則來(lái)源；其三，覆蓋率通過(guò)統(tǒng)計(jì)具備gadm:valid_to屬性的實(shí)體比例衡量，顯示出良好的數(shù)據(jù)完備性；其四，人工抽樣比對(duì)《上海地方志》和官方區(qū)劃資料，結(jié)果與權(quán)威資料和普遍認(rèn)知高度一致。案例顯示，1993年撤銷的上?？h被正確推理為歷史地名，而浦東新區(qū)被判定為現(xiàn)存地名，驗(yàn)證了方法的可靠性。雖然在數(shù)據(jù)缺失情況下推理結(jié)果仍可能存在誤差，但整體趨勢(shì)與領(lǐng)域知識(shí)保持一致，說(shuō)明該框架在知識(shí)分類與演變分析中具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值與可擴(kuò)展性。

3.2.2應(yīng)用能力

（1）地理編碼

在地理編碼應(yīng)用中，現(xiàn)有服務(wù)往往難以正確處理歷史地名，導(dǎo)致定位結(jié)果存在偏差。以“南市區(qū)福佑路”為例，由于南市區(qū)在2000年被撤銷并并入黃浦區(qū)，傳統(tǒng)地理編碼方法會(huì)出現(xiàn)匹配不準(zhǔn)的情況。通過(guò)引入上海市行政區(qū)劃沿革知識(shí)圖譜，可在查詢過(guò)程中調(diào)用歷史區(qū)劃與現(xiàn)行區(qū)劃的對(duì)應(yīng)關(guān)系，自動(dòng)將歷史地名映射為現(xiàn)存地名，從而實(shí)現(xiàn)定位結(jié)果的校正。該方法表明，沿革知識(shí)圖譜在解決跨時(shí)期地名解析與空間定位中的誤差方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，為長(zhǎng)期時(shí)空數(shù)據(jù)的地名準(zhǔn)確對(duì)齊提供了新的技術(shù)路徑。

（2）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)齊

行政區(qū)劃調(diào)整對(duì)長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)分析影響顯著。以上海市黃埔區(qū)為例，1999年人口為24.36萬(wàn)，而2000年則為66.18萬(wàn)。若僅從統(tǒng)計(jì)結(jié)果表面觀察，黃浦區(qū)人口在一年內(nèi)出現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，但實(shí)則這一變化主要源于行政區(qū)劃范圍的調(diào)整，而并非真實(shí)的人口遷移或增長(zhǎng)。具體而言，2000年公布的黃浦區(qū)人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)際上對(duì)應(yīng)的是1999年原黃浦區(qū)與南市區(qū)行政范圍內(nèi)人口合并結(jié)果。將1999年原黃浦區(qū)（24.36萬(wàn)人）與南市區(qū)人口數(shù)據(jù)合并后，總?cè)丝诩s為68.65萬(wàn)人，略高于2000年公布的66.18萬(wàn)人，說(shuō)明在統(tǒng)一行政區(qū)劃口徑下，人口規(guī)模并未出現(xiàn)顯著增長(zhǎng)，反而呈現(xiàn)小幅下降趨勢(shì)。

基于上海市行政區(qū)劃沿革知識(shí)圖譜，本研究通過(guò)逆序遍歷行政區(qū)劃演化關(guān)系，推導(dǎo)目標(biāo)年份對(duì)應(yīng)的歷史區(qū)劃構(gòu)成，并結(jié)合多邊形疊置分析方法，對(duì)不同年份的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間口徑對(duì)齊。其中，對(duì)齊前數(shù)據(jù)指直接采用統(tǒng)計(jì)年鑒中按當(dāng)年行政區(qū)劃口徑發(fā)布的黃浦區(qū)人口數(shù)據(jù)，未考慮區(qū)劃調(diào)整帶來(lái)的空間范圍變化；對(duì)齊后數(shù)據(jù)則指將歷史年份中與當(dāng)前黃浦區(qū)空間范圍對(duì)應(yīng)的各行政單元人口進(jìn)行合并后得到的結(jié)果。

如圖12所示，對(duì)齊前的人口時(shí)間序列在2000年和2010年附近出現(xiàn)明顯突變，而對(duì)齊后的數(shù)據(jù)曲線則更加平滑，能夠更真實(shí)地反映當(dāng)前黃浦區(qū)行政范圍內(nèi)人口變化的長(zhǎng)期趨勢(shì)。這表明，引入行政區(qū)劃沿革知識(shí)圖譜，有助于有效消除因區(qū)劃調(diào)整導(dǎo)致的統(tǒng)計(jì)斷裂問(wèn)題，為跨時(shí)期人口變化分析提供更加可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.3討論

本研究以上海市自1949年以來(lái)的行政區(qū)劃沿革為對(duì)象，構(gòu)建了集地理要素、幾何形態(tài)和演變事件于一體的時(shí)空知識(shí)圖譜，在行政區(qū)劃領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了語(yǔ)義建模與圖數(shù)據(jù)表達(dá)的融合，為歷史地理信息建模提供了可復(fù)用框架。然而，從系統(tǒng)擴(kuò)展性、數(shù)據(jù)完備性及智能化應(yīng)用等方面仍存在改進(jìn)空間。

在數(shù)據(jù)覆蓋與多尺度表達(dá)方面，盡管本研究實(shí)現(xiàn)了縣級(jí)及以上區(qū)劃的系統(tǒng)建模，但鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道等更細(xì)尺度的歷史區(qū)劃仍缺乏系統(tǒng)表達(dá)。考慮到城市空間治理與人口社會(huì)經(jīng)濟(jì)分析的精細(xì)化趨勢(shì)，未來(lái)若能向更細(xì)粒度行政層級(jí)延伸，并引入自然村落、社區(qū)等地方性地理單元，將進(jìn)一步增強(qiáng)模型的時(shí)空表達(dá)能力與應(yīng)用場(chǎng)景適配性。

盡管研究復(fù)用了GeoSPARQL與EVENT等標(biāo)準(zhǔn)本體并構(gòu)建了規(guī)則推理機(jī)制，但當(dāng)前知識(shí)補(bǔ)全仍依賴顯式規(guī)則與半人工審查。面對(duì)歷史文獻(xiàn)中的非結(jié)構(gòu)化信息、地名歧義、邊界模糊等特征，未來(lái)可結(jié)合大語(yǔ)言模型驅(qū)動(dòng)的信息抽取、遙感影像輔助邊界識(shí)別以及多源可信度評(píng)價(jià)體系，以提升知識(shí)自動(dòng)獲取與演化鏈條構(gòu)建的智能化水平。

本研究的圖譜構(gòu)建與推理過(guò)程主要側(cè)重語(yǔ)義一致性與邏輯連貫性，對(duì)計(jì)算性能與查詢效率關(guān)注相對(duì)有限。在行政區(qū)劃知識(shí)圖譜規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張的情況下，如何在大規(guī)模圖數(shù)據(jù)上實(shí)現(xiàn)高效推理與實(shí)時(shí)查詢，將成為影響其服務(wù)能力的關(guān)鍵。可考慮采用圖數(shù)據(jù)庫(kù)并行計(jì)算優(yōu)化、圖嵌入與向量索引技術(shù)，以保障跨時(shí)空復(fù)雜查詢與批量演算的可用性。

行政區(qū)劃演變不僅是時(shí)空結(jié)構(gòu)變化的技術(shù)問(wèn)題，也包含政策邏輯、區(qū)域功能調(diào)整及城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)動(dòng)態(tài)演化等多重因素。未來(lái)研究可進(jìn)一步融合政策文本、歷史報(bào)刊、人口與經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)、土地利用與城市形態(tài)數(shù)據(jù)等多模態(tài)信息，構(gòu)建“行政區(qū)劃—社會(huì)結(jié)構(gòu)—空間格局”綜合知識(shí)體系，推動(dòng)行政區(qū)劃研究從靜態(tài)表征邁向動(dòng)態(tài)解釋與情景模擬。

4

結(jié)論

快速城市化推動(dòng)行政區(qū)劃持續(xù)調(diào)整，形成了多源異構(gòu)的時(shí)空數(shù)據(jù)。如何有效組織與表達(dá)沿革文本、邊界矢量與統(tǒng)計(jì)屬性，是當(dāng)前地理信息系統(tǒng)研究的重要議題。本研究以上海市1949年以來(lái)的行政區(qū)劃變遷為例，提出基于知識(shí)圖譜的建模框架，構(gòu)建了結(jié)構(gòu)規(guī)范、語(yǔ)義明確的行政區(qū)劃沿革知識(shí)圖譜。

本研究設(shè)計(jì)了通用行政區(qū)劃沿革本體，復(fù)用EVENT、SPARQL、FOAF等標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)義共享與擴(kuò)展性，從地理實(shí)體、空間幾何、沿革事件與輔助資源4個(gè)維度整合數(shù)據(jù)，系統(tǒng)表達(dá)區(qū)劃屬性、層級(jí)、邊界拓?fù)浼霸O(shè)立、撤銷、合并等演化過(guò)程，并統(tǒng)一接入地圖、統(tǒng)計(jì)年鑒與文獻(xiàn)資料。圖譜通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化映射與實(shí)例化構(gòu)建，具備規(guī)則推理、一致性檢查與空間—屬性復(fù)合查詢能力，在圖計(jì)算與時(shí)空推理方面表現(xiàn)突出。

本研究表明，知識(shí)圖譜能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法在空間表達(dá)與時(shí)間推理方面的不足，提升歷史區(qū)劃研究的可計(jì)算性與解釋性，為區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)分析、政策評(píng)估與歷史復(fù)原提供了新的技術(shù)路徑。

作者：姚申君，呂沐涵，吳健平，祁寧寧

來(lái)源：《華南地理學(xué)報(bào)》2025年第4期

選稿：宋柄燃

編輯：江 桐

校對(duì)：宋柄燃

審訂：杜佳玲

責(zé)編：宋柄燃

（由于版面內(nèi)容有限，文章注釋內(nèi)容請(qǐng)參照原文）

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