區(qū)域地質構造語義解析與對象建模研究

何撼東

1. 安徽農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，安徽 合肥 230036； 2. 虛擬地理環(huán)境教育部重點實驗室(南京師范大學)，江蘇 南京 210023

長期以來，地質學家通過對各種地質現象的總結歸納，主要運用自然語言、地圖語言表達地質現象。在GIS中，地質現象被抽象為點、線、面、體等多維、多尺度幾何要素，但是幾何要素與地質語義之間缺乏關聯(lián)，導致GIS強大的時空表達能力與復雜地質現象描述之間的缺位，難以運用GIS準確地表達各種地質現象。因此，如何將地質學家描述地質現象的自然語言、地圖語言與GIS之間架起一座橋梁，是擺在地質工作者和GIS工作者面前需解決的一個重要問題。

本文的研究目標是通過地質語義分類與解析，實現地質語義結構化、形式化、空間化的模型表達。本文以地質構造語義實體為研究對象，在地質構造語義實體規(guī)范化描述、表達和時空關系解析的基礎上，形成了地質語義解析與面向對象建模的地質語義建模方法，并以寧鎮(zhèn)山脈為例，進行了實例驗證與分析。主要研究內容和成果如下：

(1) 地質構造語義實體規(guī)范化描述。依據現有區(qū)域地質構造中地質現象的術語、圖例等相關標準規(guī)范，設計了基于地質語義的地質現象分類原則與方法，建立了地質語義實體的分類體系，包括3大類10中類和33小類，對每類地質語義實體進行了統(tǒng)一編碼，解決了相關領域學者對地質現象理解的語義差異問題。

(2) 地質構造語義實體的表達。針對地質現象建模過程中忽視地質構造語義的問題，提出了“語義—概念—幾何”的GIS語義三角表達方法，實現了地質語義實體幾何特征與語義描述的對應。討論了地質現象在區(qū)域地質構造尺度下的幾何形態(tài)特征，設計了基于點、線、面3種幾何類型的地質語義實體的要素類。針對地質構造在尺度上的差異問題，歸納了地質構造語義實體在不同構造層次上對應的尺度量級、地圖比例尺及點、線、面幾何要素類型。

(3) 地質構造語義實體的時空關系解析。針對地質術語與拓撲關系表達缺乏關聯(lián)性的問題，進行了地質構造語義實體之間關系的分類，實現了地質空間關系詞匯與拓撲關系、距離關系、方向關系之間的映射。針對復雜的地質關系，提出了地質語義時空解析方法。歸納了地層、褶皺、斷層的空間關系詞匯，通過詞匯的基本描述—詞匯語義描述—語義轉換，形成了地質構造語義實體空間關系解析方法。

(4) 地質構造GIS語義模型的實例驗證與分析。以寧鎮(zhèn)山脈地質構造為建模實例，設計了地質現象語義與幾何要素映射、地質關系語義與拓撲關系映射的方法；設計了數據模型存儲方式、數據結構和數據表達方法，形成了地質語義與地質現象、地質關系映射的語義模型構建基本方法。

本文構建的地質構造語義模型，設計的方法能夠有效解決地質建模過程中地質語義與GIS幾何對象之間對應，以及地質語義與GIS空間關系對應的問題，實現了地質現象到GIS中點、線、面幾何描述的轉換，地質關系到GIS空間關系的映射機制，為地質構造語義實體分類編碼與地質構造語義實體空間關系表達提供了有效的方法，有利于消除復雜地質構造現象語義描述與GIS強大的時空表達能力之間缺乏關聯(lián)的問題。