基于地理本体的面向对象时空数据模型及其应用研究

摘要

不同领域、不同行业、不同知识背景的人对现实世界的认知存在着差异,即便是同一地理数据、地理信息或同一地理事物,人们的观察和理解都可能不同。如何使不同领域对同一地理概念有统一的定义与描述,对地理空间复杂的语义关系形成一致的表达,实现地理信息多领域的共享与互操作已经成为当前GIS领域亟需解决的问题。本文针对时空数据模型构建过程中容易出现语义歧义问题,通过对现实地理世界的抽象和人类的认知过程的分析,以地理本体为理论基础,以现实世界中的地理实体为研究对象,抽象、组织与解析地理空间信息,实现对象的属性、关系、操作的封装,提出了基于地理本体的面向对象时空数据模型(GO-OOST模型)及其构建方法,探讨了模型时空语义关系和操作方法,实现地理本体与时间、空间、属性数据在Oracle Spatial中的一体化存储,并将该模型应用到城市道路交通的本体建模和道路实体信息的组织和管理中。具体研究内容如下:
　　(1)研究了地理空间的认知、抽象与表达。在阐述地理本体定义、形式化表达、逻辑结构和构建方法的基础上,结合认知理论,深入分析了现实世界、认知世界和信息世界下地理空间的形态,并对地理空间和地理实体进行抽象和表达,实现地理数据通过分类、抽象、数字化到地理信息,再通过概念化、形式化成为地理知识,最终反馈于地理世界的过程。
　　(2)构建了基于地理本体的面向对象时空数据模型。通过将地理空间抽象成具有具体意义的最小地理单元—地理实体,组织地理概念及概念间的逻辑关系,研究地理实体的时空语义关系和操作方法,并进行相关的数学描述,构建了基于地理本体的面向对象时空数据模型;借助地理本体描述语言OWL实现地理概念、属性、关系的规范化表达,通过OracleSpatial对地理时空数据和地理本体进行一体化组织和存储,设计了基于地理本体的时空数据推理查询模式。
　　(3)研究了城市道路交通本体的构建和数据的组织和管理。运用基于地理本体的时空数据模型,以城市道路交通实体为例,通过对城市道路交通系统的特征分析,构建城市道路交通本体,实现道路交通的分层组织与管理。
　　GO-OOST模型从人类的认知角度出发,从整体上解析现实世界地理空间,结合地理本体与面向对象方法的优势,既消除了语义信息的歧义,实现了地理知识的共享,又满足时空数据的快速、有效的一体化组织与存储,以及地理时空数据库的管理,为地理信息语义共享和推理查询提供新思路。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3研究意义

1.4 论文的技术路线及章节安排

第2章 地理本体与地理空间的认知

2.1地理本体

2.2地理空间的认知

2.3地理空间与地理实体的抽象

2.4基于地理本体与面向对象的地理空间的表达

2.5 本章小结

第3章 基于地理本体的面向对象时空数据模型构建

3.1 GO-OOST模型构建

3.2模型的时空语义关系解析

3.3模型的操作方法解析

3.4本章小结

第4章 基于地理本体的面向对象时空数据模型的存储与推理查询

4.1地理本体的OWL形式化表达

4.2面向对象的时空数据组织与存储

4.3 地理本体的映射关系

4.4 基于地理本体的时空数据查询

4.5本章小结

第5章 城市道路交通管理信息的组织方法

5.1 城市道路交通的概况

5.2 城市道路交通地理本体的构建

5.3 城市道路交通实体的数据组织

5.4 城市道路交通服务体系结构

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2进一步工作

6.3展望

参考文献

个人简介

致谢