基于本体的海洋流场语义分析与形式化表达研究

发布时间：2020-07-31 20:38

【摘要】：海洋流场时空数据组织模型构建是海洋GIS的前沿研究课题之一,其构建的目的是为了实现对海洋流场的客观描述,从而揭示流场蕴含的丰富信息。由于海洋流场的特征复杂,海洋流场的语义组织与一致性表述存在诸多困难。同时,随着科学研究的发展和探测技术的进步,海洋流场数据也愈加丰富,呈几何级数增长的流场数据来源不同,结构多样,也为海洋流场时空数据组织带来了挑战。因此,如何解决海洋流场在现象语义表述和数据结构中存在的异构性问题,用一个统一的语义体系来反映海洋流场,是海洋GIS的研究方向之一。本文针对海洋流场语义异构问题,依据本体理论思想,以海洋流场现象及海洋流场数据为研究对象,进行了海洋流场的语义分析,应用OWL本体描述语言,实现了海洋流场语义的形式化表达,并在本体建模工具Protege中实现了本体的构建;通过对现有的海流现象分类体系和海流数据分类体系的研究,归纳指出了海洋流场基本特征,其中,海流现象具有典型的动态性、时空分布特性、边界模糊性等特点,海洋流场数据存在多尺度、多结构等特点;根据现有的分类体系,本文将海洋流场概念总体分为基本对象概念,属性特征概念,关系概念等,特别针对海流现象概念集合,本文运用形式化本体分析理论,实现了海流现象层次的划分;在对海流现象和海流数据本体的分析中,提出了符合领域知识特征的七元组海流现象本体结构和五元组海洋流场数据本体结构;在论文最后,基于拓扑理论和本体思想,对海流的时空过程关系进行了概念的定义和形式化的表达。基于本体的海洋流场语义分析方法实现了对海流概念、属性、关系的形式化表达,也使海洋流场数据共享成为可能。本体强大的知识分析能力和OWL高效地语义表达能力为海洋流场知识概念的表述提供了有力的理论技术支持。已建成的海洋流场语义描述体系与本体结构模型表明,基于本体的海洋流场语义分析方法能够有效地描述与组织海洋流场语义信息,为研究海洋信息语义表达研究提供了一种参考思路。
【学位授予单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P731.2
【图文】：

图４．１海洋流场现象分类结果图逡逑Ｆｉｇ．４．１邋Ｍａｒｉｎｅ邋ｆｌｏｗ邋ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ邋ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｒｅｓｕｌｔｓ逡逑这一层次分类结果与日常认知中的海流分类基本吻合，具有一定的参考价逡逑值，但是海流现象概念定义的形式多样，对于一些特殊的概念来说，例如“黑逡逑潮”，仅从字面上来分析，无法精确进行层次分类，需要在本体构建的过程中，逡逑通过分析具体属性，来表达概念间的层次关系。逡逑４．３基于本体的海流现象语义分析与表达逡逑对海洋现象层次的划分为确定概念间的包含关系和部分与整体关系提供了逡逑一定的参考，而要实现海流现象语义描述的统一，还需要对海流的属性、其他逡逑语义关系、空间关系和时间关系等进行探讨研宄。逡逑４．３．１海流现象本体属性分析逡逑海流既具有流向、流速等基本属性，也具有温度、压强、密度等关联属性，逡逑同时还具备一些有关现象的产生消亡时间、运动形态等描述性属性。而实现它逡逑

基于本体的海洋流场语义分析与表达逡逑ＯＷＬＶｉｚ，还能查看类的层次关系，但是由于ＯＷＬＶｉｚ不支持中文，因此在构建逡逑过程中，概念属性均使用英文表述。图４．３展示出了部分海流现象的类图关系：逡逑（？彟}0￥＿５sEｆｔ！逡逑＜■逦＇ｉＭ＊逦逦逡逑：ｗｔａｎ＾ｕｗｎｔ邋Ｊ．逦丨丨丨．．．．．．．．．－逦 邮一．．．…．逡逑９？？＊ｔ？0ｐＷ＿ｅｕｎｔ？＾邋＜，－—邋逦逦邋ｄ？？ｖｊｉ％ｒ＿？ａ？ｒｔｉ？ｔ逡逑逦（，ｖ＾Ｖ逡逑＾邋＇一邋，一，一，．，：逡逑，一，邋＾？ｈ？ｌｉｎ？＿ｃ．／ｃ？ｆ４ｔｉ0ｎ逡逑！邋Ｔｈｉｎｓ邋—邋Ｍ？？＋？＇■．？？—＊逦逡逑、－－？一邋邋邋邋邋邋？邋＂邋＇邋－４Ｓ－－１逦＿邋，邋．邋．邋，，，逡逑ｉｗｎ＾ｄｓｙｔ＾ｃｉｊｃｗｌａｔｉｗ邋，逡逑ｉ邋ｗｉｎｄＪ５？ｌｒｆ邋Ｊ逦逦逡逑图４．３部分海流现象本体类图逡逑Ｆｉｇ．４．３邋Ｐａｒｔｉａｌ邋ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ邋ｏｎｔｏｌｏｇｙ逡逑４．３．４海流现象本体的ＯＷＬ表达逡逑ＯＷＬ具有较好的语义表达能力，内涵有丰富的原语公理，能够满足基本的逡逑本体定义、属性与关系的表达。其中

４．４．１海洋流场数据组织逡逑从现有的海洋流场数据类型可以看出，数据分类标准主要有两个，一是获逡逑取方式，二是采集要素类型。按照数据获取方式以及处理手段的不同，海洋流逡逑场数据可以分为卫星遥感数据、调查数据、再分析数据等，按照采集的要素不逡逑同，可以分为海流数据、海温数据、盐度数据、叶绿素浓度数据、海平面高度异逡逑常数据、有效波高数据等。结合现有分类，可对海洋流场数据进行重新的组织，逡逑分为海洋流场遥感数据库、海洋流场调查数据库、海洋流场再分析及模式数据逡逑库、海洋流场拓扑特征数据库等。逡逑海洋流场遥感数据库中以流场要素分类，分别组织管理海流温盐密数据、逡逑有效波高数据、海平面高度异常数据、海流流速流向数据、海面风场数据等。海逡逑洋流场调查数据库提供海洋船测数据、ＡＲＧＯ浮标数据等现场调查数据。海洋逡逑流场再分析及模式数据库则组织展示了各研宄机构经过模式分析而生产的海洋逡逑流场数据集。海洋流场拓扑特征数据库存储的是基于拓扑学理论提取的海洋流逡逑场特征数据图层，是反映海洋流场时空特征的重要数据来源。逡逑

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本文编号：2776980