基于本体的地理空间信息语义表达和服务研究

地理本体研究是一个崭新的研究领域,是地球空间信息科学和数字地球的重要研究内容之一。美国大学地理信息科学协会(UCGIS)在2000年提出4个新的研究领域,其中之一是地理信息科学的本体基础;2002年的研究日程表中,空间本体排在十大长期研究挑战之首。通过基于本体的地理空间信息语义表达和语义共享,把单个团体的概念推向更广的范围,将这些概念连到全球的Web上,利用本体对服务进行语义描述,使服务能够自动发现、组合、执行和监督,这样的构架将人类的知识和工作开放给软件智能体进行有意义的分析,使网络地理信息系统体现出了更大的力量。 论文通过对真实地理世界的抽象和地理认知过程的分析,以本体作为地理概念及其关系的形式化表达方法,提出了地理本体语义场、地理概念分类、地理概念关系类型和基于描述逻辑的本体模型;研究了基于知网的本体语义标注、本体语义关系的定量计算方法;研究了本体查询模式,并结合本体推理,提出了基于语义的地理信息查询框架;分析了语义网络服务,以地理缓冲区服务为例进行了语义服务表达;最后讨论了适合于本体表达的地理特征模型和语义空间信息系统框架。 论文的主要成果和创新点包括: (1) 分析了地理本体的定义和内涵,提出了地理本体语义场的概念,将地理概念划分为自然地理实体和人文地理实体两种类型,将地理概念关系分为空间关系、时间关系和语义关系三种类型,分别建立了地理概念体系本体、地理概念关系本体,开展了地理实体间的空间关系计算,并以乘车路线选择为例进行了应用。 (2) 基于描述逻辑对本体模型及其相关概念进行了定义,分析了基于描述逻辑的语义推理,建立了本体查询的六种查询模式,提出了基于语义的地理空间查询框架。 (3) 引入知网常识库对地理本体概念进行了语义标注研究,在此基础上,建立了树状层次结构和基于知网的概念相似度计算方法、单一关系和基于知网概念相关性统计的本体相关性计算方法。 (4) 分析了语义网络服务的服务轮廓、服务模型和服务基点,提出了基于OWL-S和Agent的地理空间服务的框架和地理空间语义服务内容,讨论了基于智能体的地理语义查询体系框架;以地理缓冲区服务为例进行了语义网络服务的表达。 (5) 讨论了地理空间信息的表达体系和适合地理本体表达又能够结合实用GIS技术的地理特征模型;提出了面向语义的地理空间信息系统的概念模型框架。该框架以互联网作为运行平台,通过地理本体和智能体,给WebGIS提供了新的框架模式。