基于地理本体的空间环境知识库构建研究

论文摘要

从上世纪90年代开始,本体被引入信息科学领域,在近年来,本体论正逐渐成为知识工程、人工智能和语义网络等研究领域共同关注的核心问题。在以数字化信息为资源、互联网交互为动脉的新世纪里,随着数字地球等一系列数字工程的发展,以及全球对地观测计划的不断发展,促进了空间信息的采集,产生了各种不同形式的海量地理空间信息资源。但地理信息系统在地理空间知识的有效组织和表达方面的能力仍然比较弱,缺乏对信息的描述,即缺乏语义信息,处于数据丰富而知识缺乏的境地,造成了已有的空间知识库系统在知识的表示和检索上的缺陷。同时,不同的地理信息系统由于认知角度、概念模型、数据结构和软硬件环境的差别形成异构分布的信息孤岛,极大地阻碍了地理信息共享和互操作等应用。随着本体在地理信息系统的引入和发展,地理本体在地理知识表示和地理信息共享及互操作方面的优势开始受到广泛重视,但地理本体研究仍然存在着本体形式化表达机制研究不够深入,缺乏对地理本体空间特征和空间关系的关注和地理本体的实用性不足等问题。本文主要着力于地理本体的形式化表达机制以及地理本体在空间环境知识库构建中的应用研究,主要的工作如下:0在研究地理本体的概念、分类、逻辑结构等相关理论基础上,重点研究了地理本体的描述语言和构建方法等关键技术。文章分析了现有各种主要的本体描述语言,并通过构建具体的本体实例,对OWL语言表达地理语义信息的能力进行了详细分析。并在结合现有的本体构建准则和方法的基础上,确立了本文的地理本体迭代构建方法。②在地理本体的关键技术研究的基础上,结合地理本体的特点,重点研究了地理本体的形式化表达机制,给予地理对象的空间特征充分的关注。利用OWL本体描述语言,分别从地理概念分类,地理对象的空间几何特征,空间关系(拓扑关系,方位关系),层次关系等方面对地理本体进行了形式化表达,构建了良好的知识体系。③在地理本体形式化表达的基础上,提出了一种基于地理本体的空间环境知识库框架模型,对知识库的各个模块功能和结构进行了详细的说明,并分析了地理本体在其中起到的作用和意义。④在.Net集成平台上实现了简单的OWL本体解析器,结合Mapx控件开发了图形化的原型系统,其中着重对基于属性的地理对象查询和层次空间方位关系推理进行了实现,对地理本体的应用进行了初步的尝试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 主要研究内容
• 1.4 论文的结构
• 2 地理本体基础理论研究
• 2.1 本体及其相关理论
• 2.1.1 哲学本体与信息本体的概念
• 2.1.2 本体的分类
• 2.1.3 本体的逻辑结构
• 2.1.4 本体的描述语言
• 2.1.5 本体的设计原则和构建方法
• 2.2 地理本体
• 2.2.1 地理本体的内涵
• 2.2.1 地理本体的定义
• 2.3 本章小结
• 3 本体描述语言OWL 和本体构建方法研究
• 3.1 OWL 及其三个子语言
• 3.2 OWL 语义表达能力分析
• 3.2.1 RDF Schema 特征
• 3.2.2 Property 特征
• 3.2.3 Property 类型约束
• 3.2.4 Ontology 映射
• 3.2.5 Class 集合操作符
• 3.2.6 不交的Class- disjointWith
• 3.2.7 枚举Class-oneOf
• 3.2.8 OWL 语义表达能力总结
• 3.3 本体迭代构建方法
• 3.3.1 本体构建方法框架
• 3.3.2 本体需求分析
• 3.3.3 列举领域中概念术语
• 3.3.4 建立本体知识框架
• 3.3.5 形式化语言描述
• 3.3.6 本体雏形
• 3.3.7 本体的评价和验证
• 3.3.8 本体的迭代进化开发
• 3.3.9 主要特点
• 3.4 本章小结
• 4 地理本体的形式化表达
• 4.1 地理本体的概念分类及其表达
• 4.1.1 地理对象的概念分类
• 4.1.2 概念分类的本体表达
• 4.2 地理本体的几何特征及其表达
• 4.2.1 地理对象的几何特征
• 4.2.2 几何特征的本体表达
• 4.3 地理本体的空间关系及其表达
• 4.3.1 拓扑关系的地理本体表达
• 4.3.2 方位关系的地理本体表达
• 4.4 地理本体的层次关系及其表达
• 4.4.1 地理对象的层次关系
• 4.4.2 层次关系的本体表达
• 4.5 本章小结
• 5 基于地理本体的空间环境知识库构建
• 5.1 定性空间知识库系统结构
• 5.1.1 定性空间知识库
• 5.1.2 知识库服务器
• 5.1.3 地理本体解析器
• 5.1.4 应用地理本体的意义
• 5.2 定性空间知识库结构
• 5.2.1 地理本体库
• 5.2.2 环境数据库
• 5.2.3 推理规则库
• 5.3 开发平台和工具
• 5.4 定性空间环境知识库地理本体的创建
• 5.4.1 本体创建
• 5.4.2 本体描述逻辑推理
• 5.5 基于地理本体的定性空间环境知识库应用示例
• 5.5.1 基于属性的地理对象查询
• 5.5.2 基于层次的空间方位关系推理
• 5.6 本章小结
• 6 总结
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的项目目录