考虑空间关系的海洋环境数据本体表达与构建方法研究

发布时间：2020-03-24 10:37

【摘要】：经过多年的发展,我国海洋信息基础设施建设初具规模,海洋资源综合调查手段和范围不断拓展,资料获取能力和数据量得到极大提升。其中海洋环境数据主要包括海洋水文数据、海洋气象数据、海洋物理数据、海洋化学数据、海洋生物数据、海洋地质数据、悬浮体数据、海洋地球物理数据等。由于这些数据的采集设备、采集方式的不同,导致数据标准不统一、格式多样;同时不同的机构对数据的关注点存在差异,使得数据的兼容性较差且存在异构性。这些问题加大了数据集成和共享的难度。因此,在互联网时代,如何使海洋环境数据发挥最大的使用价值、提高集成效率成为学术界研究的热点问题。而本体作为概念的形式化说明,能对对象以及概念之间的相互关系进行明确的定义,增强数据之间的关联性,是解决数据集成和共享的一种有效手段。正是基于上述研究背景,本文以多样性、海量性、异构性的海洋环境数据作为研究对象,以统一、高效的数据查询为目标,对面向海洋环境数据的本体构建方法进行了研究。主要的研究内容和成果有以下几个方面:首先,本文对现有本体构建方法、海洋本体和空间关系模型进行了梳理和研究,发现目前海洋环境本体构建研究还存在以下问题:(1)海洋环境数据是典型的空间数据,现有的空间方位关系表达模型中,受目标范围大小和距离的影响,在判别存在交集区域的方位关系时得不到准确的结果,导致基于本体的空间关系查询结果存在偏差。(2)现有的海洋本体主要对本体形式化表达机制进行研究,缺乏对海洋环境数据空间特性和空间关系的描述,造成海洋本体的实用性不足。(3)现有的本体构建方法及本体模型框架大多都是针对各自的领域,目前还没有专门针对海洋环境数据及空间关系表达的本体库,使得构建的本体缺乏针对具有空间位置信息表达的本体构建策略。其次,本文针对海洋环境数据的强时空关联特性,对数据间的空间关系表达进行了梳理和补充,提出了内、外方位关系相结合的锥形模型;针对海洋环境数据特有的空间特性,结合改进的锥形模型方位关系表示方法,提出了考虑空间关系的海洋环境数据本体构建方法,并在此基础上搭建了海洋环境数据模型框架;以极地海洋环境数据为例对本文提出的考虑空间关系的海洋环境数据本体表达与构建方法进行了验证,构建了极地海洋环境数据本体库,和极地海洋环境监测系统。主要内容包括以下三个方面:(1)对海洋环境数据的空间特性进行研究,提出了数据间的方位关系表示模型,该模型能够合理的表达两个空间对象之间的方位关系,解决了锥形模型和最小外接矩形模型不能表达某些特殊方位关系的问题,实现了空间对象点、线、面之间方位关系的准确表达,为基于本体的空间关联查询提供了可靠的方位关系判断方法。(2)在海洋环境数据本体的概念、构建准则等相关理论的基础上,分析了典型本体构建方法,针对海洋环境数据特点,结合改进的锥形模型方位关系表示方法,完善了本体构建体系,提出了考虑空间关系的海洋环境数据本体构建方法。(3)在本体构建方法的基础上,根据海洋环境数据目录、海洋元数据及海洋时空特性,重点研究了海洋环境数据本体的形式化表达机制,提出了海洋环境本体知识模型框架,在此框架中突出了海洋环境数据的空间特征,同时对本模型框架的各个模块功能和结构进行了详细描述。最后,在考虑空间关系的海洋环境数据本体库基础上搭建了极地海洋环境监测系统平台,本体库的构建增强了极地海洋环境数据之间的语义关联及空间关联,在数据查询模块中,数据的查全率和查准率都得到了有效的提升,为有效解决海洋环境数据集成和异构问题提供了一个可行方案。
【图文】：

示意图,锥形模,示意图

上海海洋大学硕士学位论文王中辉等[39]根据 Gestalt 心理学的空间认知原理，通过求参考目标的 MBR，，对 MBR 外侧空间方位进行划分，得到改进的锥形模型, 用矩阵表示如式(2-7)所示此模型考虑了参考目标的形状和大小，比原始的锥形模型更贴近人们的空间认常识。但是该模型不能准确的判断相交目标的方位关系。H H HH H HH H HNW K N K NE KDir(H,K)= W K Same K E KSW K S K SE K (2

浮标,高分辨率,海冰,南极考察

1 1 1 1Dir(H,K)=0 0 0 0 (2-0 1 1 0Dir(H,K)=0 0 0 0 (2-10 1 0Dir(H,K)= 0 1 10 0 0 (2-10 1 00 0 10 0 0Dir(H,K)=0 1 10 1 10 0 0 (2-1
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP311.13;P717

【参考文献】