面向地理實例的語義分析與計算模型研究

譚永濱

東華理工大學測繪工程學院，江西 南昌 310013

面向地理實例的語義分析與計算模型研究

譚永濱

東華理工大學測繪工程學院，江西 南昌 310013

研究表明，地球上至少60%的信息都具備地理空間參考信息，地理元素已成為信息的重要組成部分。特別是在社會信息化和網(wǎng)絡(luò)化高速發(fā)展的時代，地理信息已然是眾多如環(huán)境保護、智慧城市、基于位置服務(wù)等應(yīng)用重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。與此同時，地理數(shù)據(jù)資源也越來越豐富，不僅數(shù)據(jù)覆蓋范圍變廣(高空、地上、地表及地下全空間)，而且信息維度也不斷增加(二維、三維和時空四維)。如何從豐富數(shù)據(jù)資源中獲取正確的地理信息是滿足日益增長且持續(xù)變化的應(yīng)用需求的基本前提。通常，獲取地理信息的方式有人工采集與模型計算兩種。人工采集的地理信息通常是基礎(chǔ)地理信息，而需要依賴模型計算提取的地理信息則是復合地理信息。在當前基礎(chǔ)地理信息相對豐富的情況下，研究如何利用語義信息輔助計算機正確地執(zhí)行提取模型，從豐富數(shù)據(jù)資源中獲取準確的復合地理信息變得相對更重要。本文結(jié)合語義分析技術(shù)，提出了語義支持的地理實例計算模型，并研發(fā)了相應(yīng)的原型系統(tǒng)，討論了地理語義應(yīng)用于地理模型計算的可行性。論文工作包含以下幾個方面。

(1) 構(gòu)建了以地理概念為核心對象的語義網(wǎng)絡(luò)，從語義內(nèi)涵及語義關(guān)聯(lián)表達地理概念語義，并以五元組形式表達：SGIC-Onto={C,PC,R,IC,X}，分別代表地理概念、本體屬性集合、語義關(guān)聯(lián)集合、概念實例及語義約束；構(gòu)建了由語義關(guān)聯(lián)與關(guān)聯(lián)概念組成的地理概念語義約束，其中語義關(guān)聯(lián)是指用于提取地理實例的模型，關(guān)聯(lián)概念是指模型計算所需的概念型參數(shù)。因此語義約束聯(lián)連結(jié)地理概念的紐帶，是實現(xiàn)模型計算的關(guān)鍵。

(2) 重點分析與形式化表達地理概念、概念實例與語義約束的語義內(nèi)涵及關(guān)聯(lián)；采用資源描述框架(RDF)的三元組，即{主語、謂詞、賓語}的形式，以及統(tǒng)一資源描述符(URI)描述地理語義信息，構(gòu)建了符合關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)(Linked Data)規(guī)范的地理概念語義網(wǎng)絡(luò)，并基于D2RQ軟件平臺將地理語義信息發(fā)布為地理知識關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫。

(3) 基于地理知識關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，提出語義支持的地理實例計算模型。通過分析并形式化表達地理概念的語義內(nèi)涵及語義約束，構(gòu)建地理知識關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫，并以此為知識基礎(chǔ)研發(fā)語義支持的地理實例計算引擎，提供基于語義信息的地理實例提取模型計算。其中如何形式化表達地理概念語義及利用語義信息實現(xiàn)地理實例計算是整個模型的關(guān)鍵。

(4) 提出了基于概念語義內(nèi)涵(以本體屬性表達)的數(shù)據(jù)語義有效性驗證模型。該驗證模型將地理概念的本體屬性類型劃分為4種類型(同義型、層次型、數(shù)值型與常規(guī)型)，分別采用不同的算法計算各本體屬性的語義相似度，通過綜合計算用戶輸入數(shù)據(jù)所屬類別與語義約束關(guān)聯(lián)概念類別的語義相似度，確定二者之間的相似性。有效性驗證模型在傳統(tǒng)語法正確性驗證的基礎(chǔ)上增加語義層面的保證，確保用戶輸入符合計算模型的語義要求，有力地保證了模型計算結(jié)果的正確性。

(5) 設(shè)計并研發(fā)了基于計算模型的原型系統(tǒng)，以驗證模型設(shè)計的合理性。原型系統(tǒng)實現(xiàn)包括語義形式化表達、語義約束構(gòu)建、知識鏈構(gòu)建與計算等功能的實現(xiàn)；通過實現(xiàn)地理概念“河口”與“坡度變化率”的提取實驗，驗證了計算模型在語義有效性匹配與地理概念網(wǎng)絡(luò)推理計算方面所具備的能力；實現(xiàn)了“城市熱島提取”應(yīng)用案例，完整展示了計算模型各功能模塊間的語義交換與計算過程。結(jié)果驗證了地理語義應(yīng)用于地理實例提取過程的可行性與有效性。

Author： TAN Yongbin(1985—)，male，received his doctoral degree from Wuhan University on June 2015，majors in geographic semantic analysis and formalization.

E-mail： ybtan@ecut.edu.cn

Research on Semantic Analysis and Computing Model for Geographic Instance

TAN Yongbin

School of Geomatics, East China University of Technology, Nanchang 330013, China

譚永濱.面向地理實例的語義分析與計算模型研究[J].測繪學報，2017,46(2)：266.

10.11947/j.AGCS.2017.20160533. TAN Yongbin.Research on Semantic Analysis and Computing Model for Geographic Instance[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(2):266. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20160533.

P208

D

1001-1595(2017)02-0266-01

測繪地理信息公益性行業(yè)科研專項(20142014)；東華理工大學博士啟動基金(DHBK2015310)

2016-10-26

譚永濱(1985—)，男，2015年6月畢業(yè)于武漢大學，獲理學博士學位(指導教師：李霖教授)，研究方向為地理語義分析與形式化。

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