基于地理本体的地理过程概念建模与表达

发布时间：2020-04-06 12:30

【摘要】：地理场景中各要素相互作用,不断演化,存在着复杂的地理过程。刻画地理过程、表达和分析地理要素、地理过程在地理场景内的相互作用关系,一直是地理信息科学研究的重点。然而,以往以地理要素、地理事件为核心的建模方法强调结果,关注某一时刻下地理对象的状态,不能有效、清楚地表达地理场景中地理要素与地理过程的空间格局、演化过程以及地理要素间的相互作用关系,即不能探求在地理场景中地理现象的发生过程(how)和发生原因(why),缺乏对地理要素的演化过程和相互作用机制的表达。因此,对动态地理过程进行表达与建模吸引了众多地理信息系统研究者与地理学家的关注。本体理论及其工具为刻画表达地理过程提供了一个有益的方式,为地理过程地清晰表达提供了可能的途径。在地理场景这一综合体背景下,本文以地理场景的整体性为依托,通过解析地理过程、地理场景、地理要素三者的概念与关系,设计面向地理过程的地理本体框架和模型,并在Protege中构建地理场景下面向过程的地理本体。具体研究内容及成果如下:(1)在讨论地理场景下地理要素和地理过程三者的概念及分类的基础上,分析地理场景,地理过程与地理要素表达需要的内容。并通过深层次剖析三者的内涵,清晰表达三者完整语义的内容,分析场景—过程—要素间关系,构建关系概念模型。(2)基于本体与地理本体理论,分析面向地理过程的本体分类及层次结构、层次内关系以及层次间关系、本体间关系表达方式,构建包括10个子本体的本体框架和地理本体概念关系模型。(3)基于本体构建原则与方法,提出面向过程的本体构建方法,以已有的叙词表、上层本体等为基础,对应本体框架与本体概念模型,利用Protege构建以地理过程表达为核心的面向地理过程的本体。并通过OWL语言,形式化表达面向地理过程本体。(4)以土壤侵蚀过程为例,通过对土壤侵蚀过程内土壤分离、土壤搬运、土壤沉积三个子过程及过程内动作、状态、参与者、语义、场景等进行表达与关联,对土壤侵蚀过程的演化过程与内在机制进行表达,并构建土壤侵蚀过程本体查询实例,对土壤要素、土壤侵蚀过程和土壤侵蚀场景进行检索,验证了本文提出的面向过程的本体模型在表达过程的演化过程和相互作用等内容的可行性。
【图文】：

过程图,地理过程,离散过程,过程

（Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ）和结束点（Ｃｅｓｓａｔｉｏｎ）。离散过程（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ邋Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）则是在不连续的时间内发逡逑生，变化分散在离散的时间上，被称为事件（Ｅｖｅｎｔｓ），没有变化则对应着状态（Ｓｔａｔｅｓ），逡逑如图２．２所示。然而，该方法可能随时间分辨率而导致过程的不同划分结果。逡逑Ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ邋Ｐｒｏｃｅｓｓ逦Ｄｉｓｃｒｅｔｅ邋Ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑八逡逑Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ邋Ｃｏｎｔｉｎｕａｔｉｏｎ邋Ｃｅｓｓａｔｉｏｎ逦Ｅｖｅｎｔ邋Ｓｔａｔｅ逡逑图２．２连续过程ｖｓ离散过程（Ｓｏｗａ，邋２０００）逡逑１８逡逑

地理过程,地理要素,化学过程,空间数据模型

程、综合过程等，，并进行自上而下进行细分。如化学过程，本文参考ＳＷＥＥＴ本体中逡逑对过程的分类（Ｒａｓｋｉｎ，邋２００５），将化学过程的细分为吸收、酸化、吸附、燃烧、钙化等，逡逑如图２．３所示。逡逑ＯＪ＾ｓｏｍｍ逡逑－邋Ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ逡逑ＯＣｌｆｃｉｒＭｔｔｏｎ逦0Ｌｅａｃ？ｒ＾ｇ逡逑０邋Ｎｅｃｉｔｒａｆｉｚａｔｉｏｎ逡逑ＱＣｏｔｍｍｍ逦０ＮｕｃｌｅａｒＦｕｓｌｏｎ逡逑ＯＣｏｆＴＯＪＯｆｔ逦0Ｎｕｃ：？ａｔｉｏｎ逡逑ＱＤ＾ｋｎｉｋｍ逦0０ｔｉｆｇａｓ逡逑◎邋Ｏｅｓ＾ｍｔ邋兹}0逦０邋ＰＮｓｔｏｌｙｓｉｓ逡逑Ｑｍｍｍ逦0邋Ｒａｄｕｃ邋言）ｏｎ逡逑ＱＯｓｓＭｍ逦Ｑｉｍｘｍ逡逑0Ｔｒａ？ｍｕｔａｉｉ０？逡逑：Ｅｍｃｌｍ邋堒逡逑图２．３化学过程及其子类逡逑２．２地理场景下地理过程、地理要素的必要元素分析逡逑当前空间数据模型和地理过程模型虽然能够刻画地理要素、地理现象和地理过程逡逑在位置、几何、属性、拓扑关系和时间特性，但其本质乃是传统的地图模型的扩展，逡逑对地理要素的表达更多的是重视几何特性，利用一系列用于表达地理位置和形态以及逡逑地理特征（点、线、面、体等）几何要素的专题层或者要素层的分层方式来表示地理逡逑空间事物（Ｚｅｉｌｅｒ，２０１０），进而实现对现实世界的表达。显然，这种分层的建模方式是对逡逑每一专题层分别的进行位置、几何、属性等表达，因此各个层次之间要素的复杂关系逡逑却是被忽略了，割裂了地理空间不同要素间的整体联系，不能有效地表达地理场景中逡逑众多地理要素和地理过程的空间格局、演化过程以及要素间的相互作用机制。因此应逡逑当将地理场景作为一个整体
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P208

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