GeoSmarter通用地理教育平台的支撑理论的研究

论文摘要

地理教育是建立地球系统科学的需要,地理教育是中国实现科教兴国的需要,地理教育是中国实现可持续发展的需要,地理教育是弘扬爱国主义精神的需要。在地理教育中,地理教育软件起了非常重要的作用。然而,多数地理教育软件都存在着主题单一、难以复用、缺乏智能性支持等等情况。为此,本文提出了一种通用地理教育平台GeoSmarter,并且从理论和实现的角度进行了深入分析。同时,首次提出了地理知识计算的理论概念,以此作为智能地理教育软件的框架理论。在地理知识计算的研究内容中,多定性空间属性推理是个十分重要的问题,但是至今仍然没有一个很好的解决方法。由此,本文提出了基于QSR（Qualitative Spatial Reasoning）的侧推法（Side Reasoning,S ）,旨在从理论的角度解决此问题。侧推法共有四种方式,本文重点分析了并列侧推法S -Ⅰ和直接侧推法S -Ⅲ等两种方式,而其余两种都可以通过转换进行处理。从软件实现的角度来看,通用地理教育平台的建立必须基于软件复用的思想和技术。本文采用了由小粒度结构（设计模式）来构建大粒度结构（框架）的思路,以此来建立通用地理教育平台。为此,本文提出了一种设计模式形式化语言M-DP及其相应的图形化表示,该方法侧重表示设计模式的可扩展特征。通过定义的设计模式扩展算子,作为构建软件复用框架的基础。最后,本文结合GeoSmarter HCI设计需求,利用M-DP语言,对其框架进行了分析和设计。综上所述,本文的主要工作和创新点如下:①本文分实验阶段、成长阶段、发展阶段论述了将地理教育软件的产生和发展;通过分析GIS（Geographical Information System）在地理教育中的重要作用,揭示了GIS与地理教育需求的关系。最后,结合大量软件实例,分析了现有的地理教育软件共同特点和存在的问题。②基于地理教育软件存在的问题,提出了通用地理教育平台GeoSmarter

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 CAI 的发展
• 1.2 地理教育软件的认识
• 1.3 GIS 与地理教育软件
• 1.4 问题和展望
• 1.5 本文的主要工作
• 1.6 本文的组织结构
• 第二章 GEOSMARTER 平台概要和设计分析
• 2.1 GEOSMARTER 平台基本概述
• 2.2 GEOSMARTER 实现理论分析
• 2.2.1 地理构造层
• 2.2.2 模拟虚拟地理层
• 2.2.3 时态地理层
• 2.2.4 地理知识表示层
• 2.2.5 地理知识计算层
• 2.2.6 领域应用和智能教育层
• 2.3 GEOSMARTER 实现技术分析
• 2.4 GEOSMARTER 地理知识计算的功能描述和软件结构
• 2.4.1 GeoSmarter 地理知识计算功能和软件结构的概述
• 2.4.2 GeoSmarter 地理知识计算的功能描述
• 第三章 地理知识计算—直接侧推法
• 3.1 地理知识计算—多定性空间属性推理概述
• 3.2 侧推法概述
• 3.3 侧推法—地理实体的空间关系分析
• 3.4 侧推法分类
• 3.5 直接侧推法
• 3.5.1 侧推S 代数
• 3.5.2 直接侧推法算法设计
• 第四章 地理知识计算—并列侧推法
• 4.1 并列侧推法
• 4.2 侧推的属性和实体一致性检测
• 4.3 并列侧推法及其推理分析
• 4.4 并行侧推法的算法改进
• 4.4.1 并行侧推法分析和侧推规则生成
• 4.4.2 侧推法—定性空间属性的划分
• 4.4.3 SR -ⅠReasoingPlus 算法和实现分析
• 4.4.4 最小/大空间边界条件和侧推规则生成的通用算法
• 4.5 混合侧推法和间接侧推法
• 第五章 基于机制的设计模式表示语言（M—DP）
• 5.1 DP 形式化语言比较
• 5.2 基于机制的DP 表示语言:M—DP
• 5.2.1 基于机制的定义
• 5.2.2 模式协议的分析
• 5.2.3 M—DP 图形表示
• 5.3 DP 扩展算子
• 5.3.1 DP 扩展分析
• 5.3.2 DP 机制扩展算子
• 5.3.3 DP 间扩展算子
• 第六章 GEOSMARTER HCI 复用框架设计
• 6.1 GEOSMARTER HCI 概述
• 6.2 GEOSMARTER HCI 复用需求分析和设计
• 6.3 GEOSMARTER HCI 构建和代码分析
• 第七章 总结和今后工作的设想
• 7.1 总结
• 7.2 今后工作的设想
• 参考文献
• 附录
• 地理教育软件抽样统计表
• M—DP 表示GOF 设计模式
• 攻读学位期间发表的论文和参加的项目
• 攻读学位期间发表的论文
• 攻读学位期间参加的主要科研项目
• 致谢