專利名稱：一種面向災(zāi)害事件的地理對象本體構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地球空間信息系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種面向災(zāi)害事件的地理對象本體構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
本體(Ontology)最早是一個哲學(xué)上的概念，關(guān)心的是客觀現(xiàn)實的抽象本質(zhì)。最早給出本體定義的是Neches，F(xiàn)ikes等人(1991年)，Gruber、Borst等人分別對本體進行了研究。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為“本體是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說明”，它包含四層含義概念模型、明確、形式化、共享。本體在地理空間信息領(lǐng)域里的發(fā)展和應(yīng)用形成地理本體，對后者的研究在20世紀(jì)90年代中后期得到重視。目前，國內(nèi)外已有不少研究機構(gòu)和學(xué)者關(guān)注地理本體論研究。
地理對象本體是一種領(lǐng)域本體，屬于地理本體的一個子集。它面向地理事件，把與地理對象相關(guān)的知識、信息和數(shù)據(jù)抽象成一個個具有共識的地理對象(或?qū)嶓w)，并按照一定的邏輯關(guān)系組成體系，同時進行概念化處理和明確的定義，然后以形式化的方式進行表達，最終服務(wù)于地理信息智能檢索、分析和服務(wù)。正確的地理對象本體是建立基于空間數(shù)據(jù)庫的地理信息檢索系統(tǒng)的基礎(chǔ)。在計算環(huán)境下，尤其在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，人與人之間的交流更多的時候需要非形式化定義的本體。形式化的本體計算系統(tǒng)雖然能夠理解，但對于人來說，要看懂形式化的本體卻比較麻煩甚至困難，必須輔之以非形式化本體。地理對象本體應(yīng)是非形式化和形式化的混合體。
目前地理本體研究主要可以歸結(jié)為三個研究方向。其一是本體論研究方向，如美國國家地理信息和分析中心的Mark和Smith對地理信息的認(rèn)知類型和地理目標(biāo)的本體特征的研究；美國西北大學(xué)的Bittner對地理尺度和不確定性本體論的研究。美國國家科學(xué)基金會1995年開展了空間知識的本體等級體系研究，1998年開展了地理類型的本體調(diào)查， 1999年與巴西國家空間研究所共同開展了地理空間信息集成合作研究，1999-2000年分別開展了“數(shù)字政府地理空間知識本體”和“數(shù)字政府地理空間知識的表示與分發(fā)”項目研究，2003年開展了“空間思考與推理”項目研究。國內(nèi)在本體方面的研究有中科院計算所在重點項目“國家知識基礎(chǔ)設(shè)施”中對知識的形式化本體理論研究。其二是人文調(diào)查與實驗研究方向，如中國科學(xué)院數(shù)學(xué)所陸汝鈴院士承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金重點項目“常識知識的實用研究”等。其三是信息學(xué)研究方向，采用信息科學(xué)的研究模式，研究地理本體的描述、 獲取、比較、集成方法以及形式化表達工具，以實現(xiàn)互操作和異構(gòu)轉(zhuǎn)換及地理信息的集成與檢索。緬因州大學(xué)的Egenhofer等將本體應(yīng)用于空間地理信息的集成；Rmsec探討了本體論在互操作環(huán)境下信息系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)階段的應(yīng)用；Kokla和Kavouras對不同的地理本體進行融合，在基于本體的地理信息集成方面做了一些工作；Uitermark介紹了一種基于本體的地理數(shù)據(jù)集成方法；希臘雅典國家技術(shù)大學(xué)開展了 “地理本體研究組0NT0GE0”項目研究；武漢大學(xué)杜清運也對地理本體的構(gòu)建及其在異構(gòu)系統(tǒng)的信息共享中的應(yīng)用進行了研
構(gòu)建本體是一切本體應(yīng)用的前提，目前沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的本體構(gòu)造方法。當(dāng)前開發(fā)本體的方法主要包括以下幾種
(1)手工方法，包括hchold和Gruninger的骨架法；Gruninger和Fox的企業(yè)建模法，通過歸納、演繹、綜合等途徑建立，該方法已逐步發(fā)展為本體工程，依賴于領(lǐng)域?qū)＜液蛡€人知識。
(2)利用自然語言處理技術(shù)自動從文本中獲取本體的方法，該方法依賴于所選用的試驗文本，需要大量的原始語料。
(3)使用領(lǐng)域?qū)＜液蛿?shù)據(jù)挖掘相結(jié)合的混合方法半自動地構(gòu)造地理本體，吸取數(shù)據(jù)挖掘的屬性相關(guān)性分析技術(shù)對構(gòu)造概念的候選屬性進行過濾以提取特征屬性，融合形成本體。但該方法只考慮了屬性特征的提取，未考慮空間特征。
地理本體的構(gòu)造是一個反復(fù)迭代的過程，其設(shè)計和構(gòu)造需要進行廣泛的調(diào)查研究和領(lǐng)域?qū)＜覅⑴c，整合大量領(lǐng)域知識、概念。地理對象本體也可以參考地理本體的構(gòu)造方式進行構(gòu)造，但不能雷同。實際中，地理對象本體的構(gòu)造一般采用如下原則
1)對象定義清晰地理對象本體必須有效地說明所定義術(shù)語的意思。客觀、獨立于背景、盡可能完整，用自然語言加以說明。
2)推理的一致性本體應(yīng)支持與其定義相一致的推理，它所定義的公理及用自然語言進行說明的文檔都應(yīng)具有一致性。
3)概念的可擴展性支持在已有的概念基礎(chǔ)上定義新的屬性，無須修改已有的概念定乂。
4)表示方法的非唯一性對地理對象概念的描述不應(yīng)該依賴于某一種特殊的表示方法。實際的系統(tǒng)可能采用不同的知識表示方法。
5)盡可能少的約束對待建模對象盡可能少的約束，只要能滿足特定的知識共享需求即可，而讓共享者自由地按照他們的需要去專門化和實例化本體。
地理對象本體的構(gòu)造可以借鑒通用本體的構(gòu)建原則和方法，但建立本體的主要困難在于如何確定領(lǐng)域內(nèi)的地理對象概念、概念之間的語義關(guān)系，尤其是概念的屬性更是難以確定。
各類災(zāi)害事件對人類的生命和財產(chǎn)安全具有重大威脅，面向災(zāi)害事件的地理對象本體的構(gòu)建是建立針對災(zāi)害的空間信息數(shù)據(jù)庫和檢索、分析工具的基礎(chǔ)，是空間信息應(yīng)用領(lǐng)域急需解決的一個新穎而前沿的問題，對處理突發(fā)應(yīng)急災(zāi)害事件、防災(zāi)減災(zāi)，提高政府部門輔助決策、推動地理空間信息深層次、大眾化應(yīng)用方面具有技術(shù)和應(yīng)用價值。但是，現(xiàn)有的地理對象本體的研究均沒有深入到針對災(zāi)害事件的地理對象本體構(gòu)建，缺少科學(xué)、高效、 合理的本體構(gòu)建方法，對這一領(lǐng)域的發(fā)展起到了制約作用。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明采取理論和實踐互相結(jié)合、并重的研究方法， 在現(xiàn)有的本體相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，面向地理災(zāi)害事件提出地理對象本體的概念；并且在現(xiàn)有本體技術(shù)和理論的基礎(chǔ)上，基于空間語義關(guān)系推理，提出一種面向地理災(zāi)害事件的地理對象本體的構(gòu)建方法。本發(fā)明的構(gòu)建方法為面向災(zāi)害事件的地理信息檢索和分析系統(tǒng)奠定了基石出。
本發(fā)明所述面向地理災(zāi)害事件的地理對象本體的構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟
1)面向地理災(zāi)害事件，將與地理對象相關(guān)的知識、信息和數(shù)據(jù)抽取并按照一定的邏輯關(guān)系組成體系，進行概念化處理，明確定義地理對象本體的概念、組成、構(gòu)造準(zhǔn)則；
2)對空間信息概念化，抽取空間信息的語義，從而使各個獨立的、異構(gòu)的地理空間信息庫可以通過共同的概念模型進行匹配；
3)確定地理對象和地理空間領(lǐng)域的相互關(guān)系；
4)根據(jù)地理對象的概念、關(guān)系和公理，建立地理對象本體的邏輯模型；
5)利用本體構(gòu)建工具以及OWL語言進行本體編碼及其形式化表達，從而建立面向災(zāi)害事件檢索的地理對象本體；
6)建立地理對象本體實例，驗證本體構(gòu)造模型的正確性。
優(yōu)選地，所述建立地理對象本體的邏輯模型的步驟具體包括1)領(lǐng)域知識的抽象表示，即發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域內(nèi)的概念、概念的繼承層次、潛在的關(guān)系和公理從而建立地理對象的概念集合；2)根據(jù)本體概念之間的關(guān)系，將這些本體概念組織起來，分出層次，構(gòu)建空間信息本體的邏輯模型。進一步優(yōu)選地，所述本體概念之間的關(guān)系包括帶有明確繼承語義的泛化一特例關(guān)系。
優(yōu)選地，所述地理對象本體用于表示地理空間領(lǐng)域中的各種不同地理對象或?qū)嶓w，由類、關(guān)系、函數(shù)、屬性、公理、實例的六元組構(gòu)成。
優(yōu)選地，所述空間信息包括地理對象的幾何、位置、拓?fù)浜头轿坏目臻g特征。
優(yōu)選地，所述地理對象本體的邏輯模型包括分類、空間關(guān)系、空間范圍和時間。進一步優(yōu)選地，所述邏輯模型的分類包括行政區(qū)劃分類、地物類型分類，并且不同的地理對象具有不同的地理匹配碼。所述空間關(guān)系包括方向、構(gòu)成、拓?fù)?、類屬、距離。所述空間范圍包括地理對象的經(jīng)度、緯度和大地坐標(biāo)兩種方式。優(yōu)選地，所述時間指公歷格式時間。優(yōu)選地，建立所述邏輯模型中，將不同的地理對象映射到相應(yīng)的幾何對象，將每一類地理實體以圖層的方式表示。
本發(fā)明的地理對象本體構(gòu)建方法的特點是(1)采取理論和實踐互相結(jié)合、并重的研究方法。在現(xiàn)有的本體相關(guān)理論的基礎(chǔ)上深入學(xué)習(xí)，在具體實踐中不斷摸索、總結(jié)，面向(災(zāi)害)信息檢索，提出一種面向地理災(zāi)害事件的地理對象本體的構(gòu)建理論和方法，并有所創(chuàng)新。(2)當(dāng)前，本體構(gòu)建大都停留在手工階段，擬基于數(shù)據(jù)源的概念集和關(guān)系集并結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜抑R半自動化地構(gòu)造地理對象本體，然后對不同數(shù)據(jù)源的本體加以融合。這種技術(shù)路線的提出主要是基于當(dāng)前本體理論進展和業(yè)已積累的相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)之上的，半自動化或自動化構(gòu)建地理對象本體也是本體走向?qū)嵱没桶l(fā)展的必經(jīng)之路。(3)進行地理對象本體構(gòu)建需求分析，合理界定領(lǐng)域邊界，明確面向地理災(zāi)害事件的地理對象本體構(gòu)建的特定領(lǐng)域、目標(biāo)和應(yīng)用對象。搜集、整合領(lǐng)域知識。在借鑒認(rèn)知科學(xué)、常識地理學(xué)、理論地圖學(xué)等不同學(xué)科知識的基礎(chǔ)上，結(jié)合空間數(shù)據(jù)庫、領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫、專家知識、網(wǎng)絡(luò)、詞典等信息源，獲取領(lǐng)域知識、術(shù)語、概念，借鑒或重用已有本體等，充分總結(jié)領(lǐng)域知識。將領(lǐng)域知識抽象為概念體系，定義領(lǐng)域內(nèi)關(guān)鍵術(shù)語、概念和概念關(guān)系，并具體化為詞表、關(guān)系、公理、實例等，在獲取領(lǐng)域?qū)＜夜沧R和認(rèn)可的基礎(chǔ)上，抽象出面向地理災(zāi)害事件的領(lǐng)域本體框架結(jié)構(gòu)。(4)借助開源的本體編輯器等本體構(gòu)建工具，使用OWL (Web Ontology Language)語言，進行本體編碼及其形式化表達，同時借助部分-整體學(xué)(Mereology)、位置理論(Location Theory)、拓?fù)鋵W(xué)(Topology)理論和空間數(shù)據(jù)挖掘、空間分析、計算幾何等技術(shù)研究，彌補 OffL在描述空間關(guān)系方面的不足。(5)在實驗系統(tǒng)中對研究中所提出的面向地理災(zāi)害事件的地理空間事件本體的構(gòu)建理論和具體實踐相結(jié)合，用實驗對理論進行驗證，并對其進行修正。在政府部門運行的“空間信息系統(tǒng)”里“防災(zāi)減災(zāi)”專題中，以地震這類災(zāi)害事件為例，采用面向地震災(zāi)害事件的地理對象本體構(gòu)建方法，創(chuàng)建服務(wù)與政府部門空間輔助決策的地理對象本體，提升應(yīng)用的深度。
利用本發(fā)明的面向災(zāi)害的地理對象本體構(gòu)建方法，可以取得如下有益效果(1) 可以為國家防災(zāi)減災(zāi)、公共突發(fā)事件應(yīng)急指揮、資源與環(huán)境保護、區(qū)域協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展、 基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃與管理等方面的政府空間信息服務(wù)工具的實現(xiàn)和實際應(yīng)用提供一個新的途徑，拓展新思路，促進各級政府部門電子政務(wù)水平和辦公效率的提升。( 有利于促進我國電子政務(wù)的建設(shè)，也有利于推動“數(shù)字中國，，建設(shè)長遠戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)，為國家信息化測繪體系和數(shù)字中國框架的建設(shè)提供技術(shù)支持。(3)有利于多源地理空間信息的分類和集成、共享，拓寬地理空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用深度，豐富使用手段。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明
圖1是本發(fā)明的地理對象本體邏輯模型結(jié)構(gòu)示意圖2是面向災(zāi)害事件的地理對象本體的構(gòu)造過程示意圖3是面向災(zāi)害事件的地理對象本體的構(gòu)造實例。
具體實施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，并使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合實施例及實施例附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。
(一 )地理對象本體的一般構(gòu)造方法
1)確定地理對象本體的范圍
地理對象本體針對的是空間信息領(lǐng)域，主要研究的是整個地理空間。創(chuàng)建地理對象本體的目的在于在該領(lǐng)域構(gòu)建一個人們共識的空間信息概念模型，通過它達成人與人之間、部門與部門之間對空間信息的共同理解，為空間信息的共享和互操作提供語義理解上的一致?；诘乩韺ο蟊倔w的空間信息互操作解決的是分布式環(huán)境下的空間信息異構(gòu)問題，故而系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進行。
2)列舉空間信息領(lǐng)域中重要的術(shù)語、概念
列舉空間信息領(lǐng)域中重要的術(shù)語、概念是創(chuàng)建地理對象本體的第一步，其目的在于為專家抽取空間信息的核心概念及概念間的關(guān)系提供數(shù)據(jù)源，同時也是十分重要的 Ontology詞典?，F(xiàn)今在空間信息領(lǐng)域還沒有專門的Ontology內(nèi)容描述的標(biāo)準(zhǔn)，但Ontology 作為更高層次的元數(shù)據(jù)，它應(yīng)涵蓋元數(shù)據(jù)每個方面。當(dāng)前空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)的主要國際標(biāo)準(zhǔn)是美國聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(F⑶C)的數(shù)字地理空間元數(shù)據(jù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)(CSDGM)。我們在進行地理空間信息概念建模是以此標(biāo)準(zhǔn)作為參考。6
3)建立地理對象本體框架
在2)中雖然產(chǎn)生了大量空間信息領(lǐng)域的概念，但卻只是詞匯的簡單堆積，需要按照一定的邏輯規(guī)則把它們進行分組，形成不同的工作領(lǐng)域，在同一工作領(lǐng)域的概念，其相關(guān)性應(yīng)該比較強。并且對其中的每一個概念的重要性要進行評估，選出關(guān)鍵性術(shù)語，摒棄那些不必要或者超出領(lǐng)域范圍的概念，盡可能準(zhǔn)確而精簡的表達出空間信息領(lǐng)域的知識。從而形成一個空間信息領(lǐng)域的知識框架體系，得到了地理對象本體的框架結(jié)構(gòu)。
4)對地理對象本體進行編碼、形式化
選用合適的本體描述語言對上述建立的領(lǐng)域本體進行編碼、形式化。目前大多數(shù)己經(jīng)建立的本體模型基本上都是基于一階邏輯和描述邏輯，如OWL、RDF/XML等，本文采用前者。本體模型的形式化可以提供比自然語言更嚴(yán)格的格式，可以增強機器的可讀性，便于本體模型自動進行邏輯推理及檢驗，最終使地理對象本體描述為計算機可讀的形式。
5)地理對象本體的檢驗評估
地理對象本體形式化以后，是否滿足實際需求，是否滿足本體的建立準(zhǔn)則，本體中的術(shù)語是否被清晰的定義了，本體中的概念及其關(guān)系是否完整等問題都需要在地理對象本體建立過程后進行檢驗和評估。
( 二 )面向地理災(zāi)害事件的地理對象本體的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明吸收國內(nèi)外本體構(gòu)建理論、方法的最新研究成果，結(jié)合地理空間對象，明確地理對象本體構(gòu)建的目標(biāo)和準(zhǔn)則，把領(lǐng)域?qū)＜沂止?gòu)造本體和自動化構(gòu)造本體這兩類方法相結(jié)合，面向地理災(zāi)害事件檢索，研究從多種信息源進行基于災(zāi)害事件的地理對象本體構(gòu)建的方法。具體包括以下方面
(1)面向地理災(zāi)害事件，確定地理對象本體的概念、組成、構(gòu)造準(zhǔn)則。
在計算環(huán)境下，尤其在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，人與人之間的交流更多的時候需要非形式化定義的本體。形式化的本體計算系統(tǒng)雖然能夠理解，但對于人來說，要看懂形式化的本體卻比較麻煩甚至困難，必須輔之以非形式化本體。地理對象本體應(yīng)是非形式化和形式化的混合體，它是一種領(lǐng)域本體，屬于地理本體的一個子集。它面向地理災(zāi)害事件，把與地理對象相關(guān)的知識、信息和數(shù)據(jù)抽象成一個個具有共識的地理對象(或?qū)嶓w)，并按照一定的邏輯關(guān)系組成體系，同時進行概念化處理和明確的定義，然后以形式化的方式進行表達，最終服務(wù)于地理災(zāi)害事件信息智能檢索、分析和輔助決策。
面向地理災(zāi)害事件的地理對象本體由六元組構(gòu)成，即類、關(guān)系、函數(shù)、屬性、公理、 實例等。地理對象本體用于表示地理空間領(lǐng)域中的各種不同地理對象或?qū)嶓w，這些具有相同屬性的地理實體的集合在地理對象本體中被表示為“地理概念”或“類”，一個本體概念 (類)由一系列的性質(zhì)和行為相同的地理對象組成。地理對象本體的概念構(gòu)成層次結(jié)構(gòu)，該層次結(jié)構(gòu)來源于地理領(lǐng)域已有的概念分類體系，本體的概念由屬性描述。地理關(guān)系指地理領(lǐng)域中不同的地理概念之間某種性質(zhì)的聯(lián)系。地理概念之間的關(guān)系包括兩大類，即語義關(guān)系和空間關(guān)系。函數(shù)是一類特殊的關(guān)系。屬性與類相對應(yīng)，包括對象屬性、數(shù)據(jù)屬性兩種。 確定概念的屬性和識別領(lǐng)域概念的過程是相互交叉的，通常都是在識別概念的同時，確定這個概念的屬性以及它與其他概念的關(guān)系。在地理對象本體中，公理指地理學(xué)領(lǐng)域中公認(rèn)的地理規(guī)律、地學(xué)知識以及施加于地理概念及地理概念之間關(guān)系之上的一些規(guī)則或約束條件，以便進行地理推理，并保證地理對象本體的一致性和完整性。實例是指地理對象本體中概念或類的具體例子，也稱為個體。
(2)研究如何利用地理空間事件本體理論和方法，通過對空間信息概念化，抽取空間信息的語義，從而各個獨立的、異構(gòu)的地理空間信息庫可以通過共同的概念模型進行匹配，最終較好地解決空間信息的異構(gòu)及其互操作問題。
(3)確定研究地理對象本體和地理空間領(lǐng)域的相互關(guān)系
地理對象本體同離散的地理對象(有著定義良好的邊界)或連續(xù)的空間領(lǐng)域有關(guān)，地理對象本體區(qū)別于一般信息本體的最大不同就在于其具有空間特征，而幾何、位置、 拓?fù)浜头轿坏瓤臻g特征對于地理對象本體的構(gòu)建往往具有重要，甚至決定性的影響。
(4)建立研究面向地理災(zāi)害事件的地理對象本體的邏輯模型。
經(jīng)過廣泛調(diào)研和探討，吸收和借鑒現(xiàn)有本體構(gòu)建理論和方法，明確了地理對象本體構(gòu)建的目標(biāo)和準(zhǔn)則，采用手工構(gòu)造本體和半自動化構(gòu)造本體相結(jié)合的方法，面向多種信息源進行地理對象本體構(gòu)建，采用OffL作為形式化語言。首先對領(lǐng)域知識設(shè)計的概念進行定義，構(gòu)成地理對象本體的概念集合，然后根據(jù)本體概念之間的關(guān)系，特別是帶有明確繼承語義的泛化-特例關(guān)系，將這些本體概念組織起來，分出層次，構(gòu)建空間信息本體的概念模型。
在地理對象本體的建模階段，大部分的建模工作都集中在領(lǐng)域知識的抽象表示上，即發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域內(nèi)的概念、概念的繼承層次、潛在的關(guān)系和公理等。地理對象不同于一般數(shù)據(jù)庫的對象，一般對象是物理對象，而地理對象除了具有物理對象，還具有與物理對象相對應(yīng)的空間對象?？臻g對象一般用點、線、面或grid-Cell、tin表示。地理對象間的關(guān)系具有雙重性，既具有物理對象間的關(guān)系，如擁有/屬于關(guān)系、集/子集關(guān)系、父/子關(guān)系等，也具有空間對象間的關(guān)系，如拓?fù)潢P(guān)系等。
地理空間由不同種類的地理對象構(gòu)成，而每個地理對象又可以映射為計算機世界中的一個對象，每個對象都具有幾何(空間)屬性、時間信息以及與其他對象的拓?fù)?、語義關(guān)系等。地理對象本體結(jié)構(gòu)是按層次方式組織的，概念(類)之間存在同義和蘊含關(guān)系。因此，在地理信息領(lǐng)域最重要的概念是要素、地理范圍和空間關(guān)系。
地理對象本體邏輯模型包括分類、空間關(guān)系、空間范圍、時間等組成部分，如圖1 所示，其中
地理類型(這里用“分類”表示)有多種劃分方式，可以按地理行政區(qū)劃劃分(與地名合并)，也可以按地物進行劃分。前者包括國家、省、市、縣等(也可以繼續(xù)細(xì)分至區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊等)子類型，分別以相應(yīng)的行政區(qū)劃代碼(包括現(xiàn)行行政區(qū)劃代碼和歷史行政區(qū)劃代碼等)進行表示。后者包括水系、居民地、道路、行政區(qū)劃等類型，每個類型又可以繼續(xù)向下細(xì)分，如道路可以分為鐵路、公路、高速公路等子類型。不同的子類型有不同的地理匹配碼(其中，地名可以和行政區(qū)劃相結(jié)合，作為某一地理要素類型的實例將繼承該類型下的所有屬性和關(guān)系。地名包括標(biāo)準(zhǔn)地名、別名，可以從地名庫中進行提取，每個地名都有自己的坐標(biāo)。每個地名都與一個地理要素類型相對應(yīng))。
不同的地理對象要映射到相應(yīng)的幾何對象中。幾何對象主要包括面、線、點等三種類型，面有矩形、多邊形、圓等形式，可以是城市、湖泊、海洋等地理實體。線可以是鐵路、公路、河流等地理實體。點可以是居民地、港口等地理實體。每一類地理實體以圖層的方式表示。不同的地理實體(對象)擁有不同的地理匹配碼，能和其它要素進行關(guān)聯(lián)。
空間關(guān)系比較復(fù)雜，這里主要包括方向、構(gòu)成、拓?fù)?、類屬、距離等類。其中，方向可以分為準(zhǔn)確、混合等2種方式。前者還按方向繼續(xù)細(xì)分，例如東、西、南、北；后者可以劃分為東南、西南、東北、西北等。構(gòu)成主要指is_part_0f類型，例如武漢是湖北省的組成部分。 拓?fù)渲饕ò?、鄰接、穿越、關(guān)聯(lián)等類型。類屬主要指kind of類型，例如高速公路是道路的一種。距離包括定性、定量等2種方式，前者有近、遠、接近等類型。后者主要指歐氏幾何距離。
空間范圍在此指地理對象的范圍，包括經(jīng)度、緯度和大地坐標(biāo)兩種方式。
時間主要指公歷格式，一般用年、月表示。
采用預(yù)先計算的方法，將地理對象之間的空間關(guān)系用“包含”、“鄰接”、“相鄰”等空間運算符作為算子進行定性描述，并單獨存儲在空間關(guān)系本體中。
(5)研究面向地震災(zāi)害事件的地理空間事件本體構(gòu)建方法。
利用開源的本體編輯器Prot6g6等本體構(gòu)建工具，以及OWL (Web Ontology Language)語言，同時借助部分-整體學(xué)(Mereology)、位置理論(Location Theory)、拓?fù)鋵W(xué)(Topology)理論和空間分析、計算幾何等技術(shù)研究，進行本體編碼及其形式化表達，同時彌補OffL在描述空間關(guān)系方面的不足，面向多種信息源，從而以半自動化的方法構(gòu)建面向災(zāi)害事件檢索的地理對象本體。如圖2所示，表示面向災(zāi)害事件檢索的地理空間事件本體的構(gòu)造過程。
(6)建立地理對象本體實例，驗證本體構(gòu)造模型的正確性
以投入實際運行的“防災(zāi)減災(zāi)輔助決策系統(tǒng)”為實驗對象，基于該系統(tǒng)中的地理空間數(shù)據(jù)庫，建立面向政府管理與輔助決策的災(zāi)害事件的地理對象本體，建立了類概念、屬性、關(guān)系、函數(shù)、公理和實例等本體構(gòu)成要素，實現(xiàn)突發(fā)災(zāi)害事件發(fā)生時，系統(tǒng)能主動、智能地提取與突發(fā)災(zāi)害事件相關(guān)的信息，以政府管理人員習(xí)慣的方式組織信息、展示信息。如圖 3所示。用實驗對理論進行驗證，并對其進行修正。
在此運用OWL對地理對象本體進行形式化。OffL可以把類和屬性分開定義，沒有把地理對象類的定義固定下來，用戶可以在任何時間任何地點都可以定義一個新的屬性， 然后把屬性賦予一個類。在實驗中，在新疆這一地理范圍內(nèi)構(gòu)建地理對象本體。該區(qū)域共有14個二級行政區(qū)劃(地級市、地區(qū)、自治州)、89個二級行政區(qū)劃(縣級市、縣、自治縣)。當(dāng)然，也可以繼續(xù)向下劃分到鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊等。區(qū)域內(nèi)有7條國道(例如312國道)、3 條高速公路(例如哈霍高速)以及3條鐵路(例如北疆鐵路)。此外，還有幾條主要河流穿越該區(qū)域。這些都可以看作是地理對象本體的一個實體或?qū)ο?，以烏魯木齊市這一對象說明，該對象屬于二級行政區(qū)劃，包括烏魯木齊縣、市區(qū)等幾個三級行政區(qū)劃。東、西、北、東北、西北五面是昌吉回族自治州，南、東南兩面是吐魯番地區(qū)，西南是巴音郭楞蒙古族自治州，與昌吉回族自治州、吐魯番地區(qū)和巴音郭楞蒙古族自治州等三個地區(qū)鄰接。該對象的地理代碼是650100，橫坐標(biāo)范圍是(-1851191. 0,-1670053. 0)，縱坐標(biāo)范圍是(3845950. 0， 3959392. 0)，中心經(jīng)緯度是(87. 78，43. 79)。另外，216、312、314國道，以及烏魯木齊_吉木薩爾、烏魯木齊-庫爾勒、哈密-霍城等高速公路，北疆、南疆、蘭新等鐵路穿越該區(qū)域。而且，該對象屬于面裝幾何類型，可以與地理空間數(shù)據(jù)庫的地區(qū)域圖層對應(yīng)。簡言之，其地理代碼、構(gòu)成、類屬、鄰接、關(guān)聯(lián)、方向以及空間范圍等必要的地理對象本體構(gòu)成要素均已進行標(biāo)示表示或解釋，并且借助于地理代碼或空間范圍，可以與對應(yīng)的空間實體圖層進行映射，從而建立與地理空間數(shù)據(jù)庫的關(guān)聯(lián)，借助于protege開源工具，最終構(gòu)建基于地理空間數(shù)據(jù)庫的地理對象本體。
通過實驗證明，上文所闡述的面向地理災(zāi)害事件的地理對象本體構(gòu)造模型是合理的、正確的。
利用本發(fā)明的面向災(zāi)害的地理對象本體構(gòu)建方法，可以取得如下有益效果(1) 可以為國家防災(zāi)減災(zāi)、公共突發(fā)事件應(yīng)急指揮、資源與環(huán)境保護、區(qū)域協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展、 基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃與管理等方面的政府空間信息服務(wù)工具的實現(xiàn)和實際應(yīng)用提供一個新的途徑，拓展新思路，促進各級政府部門電子政務(wù)水平和辦公效率的提升。( 有利于促進我國電子政務(wù)的建設(shè)，也有利于推動“數(shù)字中國”建設(shè)長遠戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)，為國家信息化測繪體系和數(shù)字中國框架的建設(shè)提供技術(shù)支持。(3)有利于多源地理空間信息的分類和集成、共享，拓寬地理空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用深度，豐富使用手段。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，本發(fā)明還可以應(yīng)用在其它控制設(shè)備中。本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種面向地理災(zāi)害事件的地理對象本體的構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟1)面向地理災(zāi)害事件，將與地理對象相關(guān)的知識、信息和數(shù)據(jù)抽取并按照一定的邏輯關(guān)系組成體系，進行概念化處理，明確定義地理對象本體的概念、組成、構(gòu)造準(zhǔn)則；2)對空間信息概念化，抽取空間信息的語義，從而使各個獨立的、異構(gòu)的地理空間信息庫可以通過共同的概念模型進行匹配；3)確定地理對象和地理空間領(lǐng)域的相互關(guān)系；4)根據(jù)地理對象的概念、關(guān)系和公理，建立地理對象本體的邏輯模型；5)利用本體構(gòu)建工具以及OffL語言進行本體編碼及其形式化表達，從而建立面向災(zāi)害事件檢索的地理對象本體；6)建立地理對象本體實例，驗證本體構(gòu)造模型的正確性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述建立地理對象本體的邏輯模型的步驟具體包括1)領(lǐng)域知識的抽象表示，即發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域內(nèi)的概念、概念的繼承層次、潛在的關(guān)系和公理從而建立地理對象的概念集合；幻根據(jù)本體概念之間的關(guān)系，將這些本體概念組織起來，分出層次，構(gòu)建空間信息本體的邏輯模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述本體概念之間的關(guān)系包括帶有明確繼承語義的泛化-特例關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述地理對象本體用于表示地理空間領(lǐng)域中的各種不同地理對象或?qū)嶓w，由類、關(guān)系、函數(shù)、屬性、公理、實例的六元組構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述空間信息包括地理對象的幾何、 位置、拓?fù)浜头轿坏目臻g特征。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述地理對象本體的邏輯模型包括分類、空間關(guān)系、空間范圍和時間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述邏輯模型的分類包括行政區(qū)劃分類、地物類型分類，并且不同的地理對象具有不同的地理匹配碼。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述空間關(guān)系包括方向、構(gòu)成、拓?fù)洹?類屬、距離。所述空間范圍包括地理對象的經(jīng)度、緯度和大地坐標(biāo)兩種方式。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述時間指公歷格式時間。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的構(gòu)建方法，其特征在于，建立所述邏輯模型中，將不同的地理對象映射到相應(yīng)的幾何對象，將每一類地理實體以圖層的方式表示。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種面向地理災(zāi)害事件的地理對象本體的構(gòu)建方法，包括以下步驟1)面向地理災(zāi)害事件，明確地理對象相關(guān)的定義地理對象本體的概念、組成、構(gòu)造準(zhǔn)則；2)對空間信息概念化，抽取空間信息的語義；3)確定地理對象和地理空間領(lǐng)域的相互關(guān)系；4)根據(jù)地理對象的概念、關(guān)系和公理，建立地理對象本體的邏輯模型；5)進行本體編碼及其形式化表達，從而建立面向災(zāi)害事件檢索的地理對象本體；6)建立地理對象本體實例，驗證本體構(gòu)造模型的正確性。本發(fā)明構(gòu)建的面向地理災(zāi)害事件的地理對象本體是檢索、分析工具的基礎(chǔ)，對處理突發(fā)應(yīng)急災(zāi)害事件、防災(zāi)減災(zāi)，提高政府部門輔助決策、推動地理空間信息深層次、大眾化應(yīng)用方面具有技術(shù)和應(yīng)用價值。
文檔編號G06F17/30GK102508871SQ20111030763
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月12日
發(fā)明者劉紀(jì)平, 栗斌, 王振峰, 石麗紅 申請人:中國測繪科學(xué)研究院