吳愛(ài)芝

摘要：首先對(duì)目前地理本體的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，之后針對(duì)空間數(shù)據(jù)服務(wù)檢索中存在的問(wèn)題，嘗試?yán)玫乩肀倔w的潛在語(yǔ)義表達(dá)和推理能力，實(shí)現(xiàn)服務(wù)資源查詢(xún)過(guò)程的語(yǔ)義化匹配，并通過(guò)典型的案例對(duì)具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了說(shuō)明，最后指出了仍存在的問(wèn)題和未來(lái)研究的方向。

關(guān)鍵詞：地理本體；空間數(shù)據(jù)服務(wù)；語(yǔ)義推理；服務(wù)資源檢索

中圖分類(lèi)號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2016.25.098

1地理本體在空間數(shù)據(jù)服務(wù)中的作用

空間數(shù)據(jù)是指用來(lái)表示空間實(shí)體的位置、形狀、大小及其分布特征諸多方面信息的數(shù)據(jù)，它可以用來(lái)描述來(lái)自現(xiàn)實(shí)世界的目標(biāo)，然而空間數(shù)據(jù)的多源性、多語(yǔ)義性、多時(shí)空性、多尺度性以及表示方法的多樣性等特點(diǎn)造成了不同數(shù)據(jù)之間的多維異構(gòu)性，這對(duì)空間數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用及系統(tǒng)間的交流造成了極大的不便，造成了目前的空間數(shù)據(jù)服務(wù)的智能化程度較低的現(xiàn)狀。

本體的出現(xiàn)為空間數(shù)據(jù)的語(yǔ)義表達(dá)和推理提供了有效的手段，現(xiàn)階段本體在異構(gòu)數(shù)據(jù)集成、智能數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)挖掘抽取等方面發(fā)揮了重要的作用，取得了一定的應(yīng)用效果。但在領(lǐng)域知識(shí)的形式化表達(dá)、時(shí)空推理分析、潛在語(yǔ)義的發(fā)現(xiàn)等方面仍沒(méi)能很好地發(fā)揮本體技術(shù)的語(yǔ)義表達(dá)和解析能力的優(yōu)勢(shì)。本文將在空間信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，嘗試將本體引入到空間數(shù)據(jù)服務(wù)檢索中，通過(guò)示例展示對(duì)領(lǐng)域知識(shí)的表達(dá)和推理方法，試圖為地理本體的應(yīng)用提供思路和參考。

2地理本體在空間數(shù)據(jù)服務(wù)中的應(yīng)用

本體知識(shí)庫(kù)所能提供的語(yǔ)義知識(shí)不僅僅是行業(yè)術(shù)語(yǔ)以及概念間的層次關(guān)系，更重要的是這些術(shù)語(yǔ)間的語(yǔ)義關(guān)聯(lián)。地理本體可通過(guò)語(yǔ)義屬性和推理規(guī)則表達(dá)反映地學(xué)領(lǐng)域知識(shí)的潛在語(yǔ)義關(guān)聯(lián)，可解決目前因?yàn)檎Z(yǔ)義關(guān)系而造成的空間數(shù)據(jù)服務(wù)的無(wú)法精確選擇、空間數(shù)據(jù)服務(wù)中的過(guò)多依賴(lài)人工交互、關(guān)鍵詞查詢(xún)中的匹配錯(cuò)誤等問(wèn)題。

2.1地理本體在空間數(shù)據(jù)服務(wù)中的應(yīng)用

將地理本體引入到OWS（OGC Web Service體系）中，通過(guò)建立面向空間數(shù)據(jù)服務(wù)的多層地理本體和基于本體技術(shù)的空間數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)在多源空間數(shù)據(jù)服務(wù)過(guò)程中的智能化和精確化，可解決目前因?yàn)檎Z(yǔ)義關(guān)系而造成的空間數(shù)據(jù)服務(wù)的無(wú)法精確選擇、空間數(shù)據(jù)服務(wù)中的過(guò)多依賴(lài)人工交互、關(guān)鍵詞查詢(xún)中的匹配錯(cuò)誤等問(wèn)題。

基于本體的空間數(shù)據(jù)服務(wù)資源發(fā)現(xiàn)技術(shù)主要研究在不同的數(shù)據(jù)源服務(wù)之間，如何利用基于本體的語(yǔ)義邏輯，來(lái)搜索和定位到最適合于用戶(hù)真實(shí)需要的數(shù)據(jù)源服務(wù)。在基于Web服務(wù)的數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)注冊(cè)中心能夠管理的僅僅是服務(wù)注冊(cè)信息，也就是WSDL中必需的信息。這些信息的結(jié)構(gòu)是無(wú)差別的，不僅對(duì)于數(shù)據(jù)源是無(wú)差別的，甚至對(duì)于數(shù)據(jù)源和計(jì)算資源之間也是無(wú)差別的?；诒倔w的改進(jìn)，就將這種資源發(fā)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜化，查詢(xún)的請(qǐng)求會(huì)被推理機(jī)基于已經(jīng)構(gòu)建的本體體系來(lái)進(jìn)行推理，推理的結(jié)果將大大有助于準(zhǔn)確定位用戶(hù)最終需要的某個(gè)數(shù)據(jù)資源。

當(dāng)用戶(hù)提出空間數(shù)據(jù)服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，首先根據(jù)服務(wù)要求進(jìn)行基于語(yǔ)義的分析和匹配，待確定針對(duì)特定空間數(shù)據(jù)資源的具體應(yīng)用本體后，才通過(guò)空間數(shù)據(jù)資源的接口獲得具體的資源數(shù)據(jù)和服務(wù)，使得空間數(shù)據(jù)服務(wù)處理過(guò)程是基于語(yǔ)義的，便于多源空間數(shù)據(jù)服務(wù)的集成和互操作。

2.2地理本體應(yīng)用舉例

地理本體在空間數(shù)據(jù)服務(wù)中數(shù)據(jù)檢索的應(yīng)用中，地理本體知識(shí)庫(kù)的建立和完善是重點(diǎn)，是語(yǔ)義分析和推理的重要依據(jù)，直接關(guān)系到應(yīng)用的效果，需要采用與領(lǐng)域?qū)＜医换サ姆磸?fù)改進(jìn)和完善過(guò)程，目前存在較多的本體建立方法，此處不再累述。下面將通過(guò)一個(gè)典型案例來(lái)反映地理本體在空間數(shù)據(jù)檢索中的應(yīng)用技術(shù)。

用戶(hù)通常能看到圖像的來(lái)源（遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)）和基本屬性，能了解到具體應(yīng)用所需要的圖像特性，但不能直接建立應(yīng)用和遙感衛(wèi)星間的關(guān)聯(lián)，下面的實(shí)例將采用基于語(yǔ)義的本體技術(shù)，來(lái)解決應(yīng)用和衛(wèi)星間的語(yǔ)義相關(guān)性推理分析。

（1）建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)本體，包含有：image、satellite和application三個(gè)類(lèi)（概念），image類(lèi)的主要語(yǔ)義屬性有：分辨率resolution、圖像文件大小size、圖像反映區(qū)域area，satellite類(lèi)的主要語(yǔ)義屬性有：衛(wèi)星類(lèi)型kind、傳感器名稱(chēng)sensor、軌道orbit，application類(lèi)的主要語(yǔ)義屬性有：應(yīng)用領(lǐng)域field、應(yīng)用時(shí)間time。

（2）定義這些類(lèi)間的語(yǔ)義關(guān)聯(lián)，包含有：反映應(yīng)用關(guān)系的applyTo語(yǔ)義關(guān)系、反映數(shù)據(jù)來(lái)源的getFrom語(yǔ)義關(guān)系、反映使用關(guān)系的getUse語(yǔ)義關(guān)系，使用OWL描述如下所示：

（3）編寫(xiě)語(yǔ)義推理規(guī)則，本實(shí)例使用Jena推理機(jī)進(jìn)行語(yǔ)義推理，用于表達(dá)遙感應(yīng)用和觀測(cè)衛(wèi)星間潛在語(yǔ)義關(guān)系的語(yǔ)義推理規(guī)則如下所示：

[ getUse： （？img http：//www.domain2.com#applyTo ？app），

（？img http：//www.domain2.com#getFrom ？sat）

->

（？app http：//www.domain2.com#getUse ？sat） ]

該推理規(guī)則所反映的語(yǔ)義含義為：若某個(gè)image實(shí)例存在與某個(gè)application實(shí)例對(duì)應(yīng)的applyTo語(yǔ)義關(guān)系，并且該image實(shí)例存在與某個(gè)satellite實(shí)例對(duì)應(yīng)的getFrom語(yǔ)義關(guān)系，則可推斷出該application實(shí)例存在與該satellite實(shí)例對(duì)應(yīng)的getUse語(yǔ)義關(guān)系。

（4）添加各類(lèi)的實(shí)例，設(shè)定各實(shí)例的語(yǔ)義性，以及各實(shí)例間的applTo和getUse對(duì)象間語(yǔ)義關(guān)系，具體對(duì)象屬性設(shè)置如圖1中實(shí)線(xiàn)所示（實(shí)線(xiàn)表示預(yù)先描述的語(yǔ)義信息）。根據(jù)上面定義的語(yǔ)義規(guī)則，可以分析并發(fā)現(xiàn)圖1中虛線(xiàn)對(duì)應(yīng)的getUse語(yǔ)義關(guān)系的存在（虛線(xiàn)表示經(jīng)過(guò)推導(dǎo)產(chǎn)生的潛在語(yǔ)義關(guān)聯(lián)），下面將使用Jena推理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)這些虛線(xiàn)所表示的對(duì)象關(guān)系的自動(dòng)推理產(chǎn)生。

基于此本體庫(kù)的語(yǔ)義推理演示頁(yè)面如下所示，其信息檢索過(guò)程如下：

首先是圖像的數(shù)據(jù)類(lèi)型屬性查詢(xún)頁(yè)面，可以通過(guò)該頁(yè)面檢索到需要查看的image信息；

查詢(xún)成功后，可以查看到image實(shí)例的全部數(shù)據(jù)類(lèi)型屬性信息和對(duì)象屬性關(guān)系；

點(diǎn)擊具體applicatin實(shí)例或satellite實(shí)例的超鏈接可以打開(kāi)對(duì)應(yīng)實(shí)例的屬性信息顯示頁(yè)面，若點(diǎn)擊application1超鏈接，則打開(kāi)application1的屬性信息頁(yè)面，如圖2所示，可以看到getuse對(duì)象屬性對(duì)應(yīng)到satellite1和satellite2；

若點(diǎn)擊application2超鏈接，則在打開(kāi)的application2的屬性信息頁(yè)面中，如圖3所示，可以看到getuse對(duì)象屬性對(duì)應(yīng)到satellite3。

通過(guò)演示頁(yè)面可以看出，經(jīng)過(guò)Jena基于規(guī)則進(jìn)行的語(yǔ)義推理，推導(dǎo)出了圖1中虛線(xiàn)所示的GetUse對(duì)象屬性，獲得了預(yù)期的語(yǔ)義推理效果，實(shí)現(xiàn)了領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)與程序代碼的分離和形式化表達(dá)。

同樣可依據(jù)相同的方法，定義更多類(lèi)的對(duì)象屬性，并設(shè)定相應(yīng)的推理規(guī)則，即可完成同義關(guān)系、近義關(guān)系、反義關(guān)系等概念間關(guān)系的分析，還可對(duì)時(shí)空關(guān)系和領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行形式化描述和推理，以及經(jīng)過(guò)組合后更復(fù)雜的基于語(yǔ)義的空間數(shù)據(jù)檢索推理。

3結(jié)論

地理本體在地理信息科學(xué)中應(yīng)用受到業(yè)內(nèi)人士的重視，基于本體的地理信息表達(dá)和服務(wù)具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，解決了地理信息的知識(shí)重用、知識(shí)共享、智能化、和網(wǎng)絡(luò)化推廣等問(wèn)題，具有廣泛的應(yīng)用前景。本文在調(diào)研和分析國(guó)內(nèi)外地理本體的研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，分析了現(xiàn)階段地理本體在領(lǐng)域知識(shí)的形式化表達(dá)、時(shí)空推理分析、潛在語(yǔ)義發(fā)現(xiàn)等方面存在的問(wèn)題，嘗試在空間信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，將地理本體引入到空間數(shù)據(jù)服務(wù)檢索中，給出了空間信息領(lǐng)域知識(shí)的本體形式化描述和推理方法，通過(guò)典型案例對(duì)地理本體應(yīng)用的具體技術(shù)進(jìn)行了說(shuō)明。地理本體中的語(yǔ)義關(guān)聯(lián)描述和發(fā)現(xiàn)技術(shù)將在本體應(yīng)用中發(fā)揮重大的作用，本文對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了探索性的研究，進(jìn)一步的研究工作包括有：復(fù)雜領(lǐng)域知識(shí)的形式化表達(dá)、空間信息的時(shí)空綜合化推理、地理本體在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的應(yīng)用模式等。

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