地理空间传感网语义建模与推理研究

发布时间：2019-03-05 08:51

【摘要】：随着地理空间环境的不断变化,为了适应智慧城市中地理国情监测的发展,人们对于地理空间观测资源的需求日益增加且复杂度提高,地理空间传感网中的传感器和观测数据呈现多样性,其互操作性的需求逐步提升,地理空间语义传感网的发展已成为必然。为了描述传感网观测资源的语义特征,提高其资源的应用效能与互操作性,传感网资源高效管理与精确发现成为地理空间语义传感网发展中的主要科学问题之一地理空间传感网中的观测资源主要包括了传感器和观测数据及其相关的其他信息,这些观测资源的种类不同,观测机理各异,在现有的模型描述中,传感器和观测数据的描述具有封闭性和孤立性。由于缺乏同时具备传感器和观测数据描述信息的观测资源描述模型,无法实现联合检索,直接导致观测资源的查询检索不全面且低效。因此,本文旨在建立以观测过程为中心的观测资源语义描述模型,实现这些异构多源的观测资源的管理,为观测资源的语义注册提供保障,是解决传感网高效管理与精确发现这一问题的模型基础。针对地理空间传感网观测资源的特点及其在面向应用领域时的低效检索的问题,本文指出了挖掘观测资源与应用领域在时空谱方面的内在关系是解决地理空间传感网中精确发现这一问题的一个重要手段。围绕此研究内容,本文从观测资源的语义建模框架入手,从地理空间传感网语义建模和推理上开展研究。首先,本文总结了现有的观测数据编码模型和观测元数据模型,分析了地理空间传感网观测资源的语义需求,通过扩展并重利用现有的观测数据元数据信息,提出了嵌套时空谱语义特征的传感网资源语义建模框架。基于SMOF理论定义了传感器及观测数据的资源语义描述模型架构,建立了传感网观测资源语义描述的元模型,确立了传感网观测资源元数据的语义对象,为传感网观测资源的语义服务奠定了基础。其次,为了实现传感网观测资源的语义注册,本文提出了以观测过程为中心的地理空间传感网本体模型,基于顶层本体建立了传感器与观测数据为核心类的本体模型,并详细阐述了在观测过程以及观测能力等方面的观测资源类,实现了传感网观测资源的语义建模,改变了原有观测资源描述不规范且观测过程描述不充分的局面,是地理空间语义传感网语义注册的模型基础。再次,为了实现应用领域和传感器在时空谱特征方面的有机关联,本文提出了地理空间传感网时空谱推理方法。通过定义地理空间在时间、空间和波谱方面的语义特征,明确了观测资源元数据的时空谱属性的语义内涵,建立了针对地理空间中时空谱语义和传感网观测资源元数据的推理规则,并以此完善了已有的本体模型。由此,突破了原有传感网资源检索时关键字匹配的局限性,为地理空间传感网资源的高效检索提供了可行的推理方法。最后,应用本文所提出的语义建模方法与推理规则,构建了地理空间语义传感网服务平台框架,以土壤墒情监测为应用需求,选择湖北省土壤墒情监测的观测资源为实验资源,验证了本文的模型与方法在传感网观测资源管理与查询服务的有效性与可行性。本文的创新点主要体现在三个方面：1)提出了一种嵌套时空谱语义特征的地理空间传感网资源建模框架,突破了原有观测数据元模型描述不全面且存在语义冗余的局限性,构成了实现地理空间传感网高效管理与服务的基础。2)建立了一种以观测过程为中心的地理空间传感网本体模型,弥补了传感网中观测过程描述的不充分无法支撑观测过程逻辑查询的不足,使其成为实现地理空间传感网语义注册的基础模型。3)提出了一种针对‘应用-观测资源’时空谱语义推理方法,提高了传感网观测资源的应用效率,为传感网资源的高效访问和查询提供了保障,促进了多源观测资源在互联网环境下的合理发现与使用。
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【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P208

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