地理本体的研究进展与分析
- 作者:admin 来源:网络 日期:2008-5-18 4:51:55
地理本体的研究可以为以下几个主要方面提供重要的理论与方法支撑:
(1) 语义互联网:语义互联网提出后发现必须定义好底层的领域本体才可能顺利构造出语义互联网。语义互联网的基础就是本体,为使计算机能够理解,必须用形式化的本体来定义互联网资源中的数据和元数据的意义。地理信息资源作为语义互联网的重要资源,如何融入语义互联网是地理信息科学的重要课题。地理本体的抽象与构建是其重要基础。怎样让地理数据与信息在全球信息网格上运行,地理空间数据定义共享和互操作需要借助本体数据库思想建立一个统一的语义网络,来描述同一个客体在不同专业空间数据库中的语义描述及其转换[10 ] 。
(2) 地理信息系统之间的语义互操作:实现地理信息资源共享与互操作是地理信息技术发展的一个重要方向。从信息观点看,为了实现互操作,两个系统必须是信息模型可互操作,为了实现信息模型互操作,两个系统必须在语法上和语义上可互操作。语法互操作是指两个系统流动和被处理的信息使用相同的结构,这个问题已基本解决。语义互操作是指两系统对其中流动和被处理的信息有相同的语义理解[ 24 ] 。语义互操作问题才开始引起研究人员的重视,是今后的研究重点。
(3) 知识级地理信息共享与知识重用:随着大量地理知识、信息与数据的丰富和GIS 与互联网技术发展,实现信息、数据和知识的共享是完全可能的。由于主体(人) 对客观地理事物的认识存在较大差异,经常造成可能共有,但不能真正的共享与重用。例如对土地覆盖分类数据,不同国际组织、不同国家、不同部门和不同群体等具有不同的认识,并按照各自的认识进行数据生产和信息提取,造成相互之间的交流与实质性共享和重用非常困难[25 ] ,为此国际上也召开专题协调会议[26 ] 。因此,在某些地理领域抽象一个合理和共识性地理本体是非常重要的,同时建立不同认识之间的语义映射机制也是非常必要的。
(4) 地球科学中语义建模:在对地球系统的过程进行建模时,需要ontology 的辅助使得不同领域的模型能够互相交互、重用和共享。在描述这些过程时,需要将过程的行为、时空特性与其他过程的关系等等描述出来。这些过程描述的集合构成一个过程库,称为模拟框架的基础。在地球系统建模中使用和表达语义将增强人们对环境系统进行科学研究和考察的能力,语义网为我们描述的各种解决方法提供平台和模型以及模型结果的使用带来新的有趣的途径[27 ] 。
3 地理本体的研究现状
从20 世纪90 年代末开始,本体概念及其思想引起了地理信息科学研究者的注意,许多国际学术组织和研究机构开展了一系列相关研究计划,地理信息科学界的许多国际学术会议也设立了与本体相关的讨论主题。
在地理本体基础理论研究方面,主要对地理本体理论构成、地理本体的人文调查与实验研究、地理本体的信息学研究,代写医学论文 特别是地理本体的形式化描述语言和工具及本体创建和集成方法等方面进行了广泛而深刻的思索与探讨,并将地理本体理论与方法研究成果应用于地理信息集成、地理信息检索、道路寻找和智能体系统设计与开发、社会及生态环境研究等多个应用领域。下面首先简要介绍国际上开展的一些地理本体研究计划及召开的一些相关学术会议,然后从基础理论和应用两个方面介绍地理本体的研究进展。
3.1 国际上与地理本体相关的主要研究计划与学术会议
(1) 国际上主要的地理本体研究计划:科研人员针对某一个科学问题进行深入研究经常是通过有计划和目标的研究计划与项目,同时也反映出此科学问题得到科研人员的重视和具有重要的学术价值。地理本体的计划主要集中在美国,也逐渐在欧洲得到重视(表2) 。
(2) 地理本体相关的主要国际学术会议:在国际信息科学领域会议中,特别是空间信息与地理信息科学的会议,开设地理本体或时空本体的讨论专题(表3) ,代写职称论文 表现为关注地理本体的科研人员越来越多和需要交流的科学问题很多,这也表明此学科正在发展。
3.2 地理本体基础理论研究进展
地理本体基础理论研究主要探讨地理本体理论构成及地理本体的构建方法等方面,代写英语论文 即从科学理论的视角来看,地理本体理论应包括哪些基础理论、需要应用哪些科学工具、存在哪些地理本体的构建方法。
由于认知科学现有的以桌面空间现象为基础的分类理论并不适合于地理对象,必须发展新的地理空间本体基础理论[28 ] 。因此,有些学者就地理本体基础理论构成问题提出了一些建议。
Smith 和Mark 认为,针对地理对象的复杂性及由许多部分组成的特征,地理本体理论必须包括部分2整体理论(Mereology) ;针对地理对象具有边界且地理对象之间存在相接、相离、相交以及封闭和开放等拓扑特征,地理本体理论也必须包括拓扑学理论;由于常规拓扑学可能不能解决一些复杂的地理边界现象,地理本体还应包括纯拓扑理论(Me-reotopology) ;此外,地理本体研究必须说明地理对象的维度以及各种空间关系,也需要几何学作为其基础理论之一;除了上述数学理论外,由于许多地理对象的分类和地理现象的存在与人类的认知行为、语言和文化相关,地理本体理论也应该将认知科学和人文科学的调查和实验研究纳入到其基础理论体系中[28 ] 。为了便于在部分2整体理论基础上研究地理实体与该实体所处空间区域的关系,除了部分2整体理论和拓扑学理论工具外,地理本体理论还应包括一般空间定位理论(A general t heory of spatial location) 这种地理表达工具[29 ] 。而有的学者则进一步强调地理本体应在内涵上定义并用形式化语言以计算机可以理解的方式表示拓扑理论、部分2整体理论、识别理论、分类理论和依赖理论( Theory of dependence) ,只有基于上述理论发展起来的地理本体才有助于建立语义上更加一致的地理空间信息模型[30 ] 。由此可见,地理本体基础理论构成应包括地理信息科学中相关的理论工具,如拓扑学理论、部分2整体理论、几何学和纯拓扑理论等数学工具,以及地理哲学、地理分类理论、地理认知科学或认知心理学、人类学和语言学等诸多学科。
表2 国际上主要的地理本体研究计划
Table 2 Majoroversea research project s on geo-ontology
计划名称资助机构
空间知识的本体等级体系(1995) 美国国家科学基金会(下称:NSF)
地理类型的本体调查(1999)NSF
NSF2CNPq 地理空间信息集成合作研究(1999) NSF与巴西国家空间研究所( INPE)
数字政府:地理空间知识本体(1999)NSF 的“数字政府”项目
数字政府:地理空间知识的表示与分发(2000)NSF 的“数字政府”项目
空间思考与推理(2003)NSF
IGERT :地理信息科学综合培训计划(2003) NSF
地理本体研究组ONTOGEO 希腊雅典国家技术大学乡村与测量工程学院
语义互操作实验室(MUSIL) 德国Munster 大学地理信息科学研究
表3 国际上地理本体相关的主要学术会议
Table 3 Major international conferences on geo-ontology
时间会议名称
1998 年第一届国际形式化信息系统本体会议( FOISp98)
1998 年第八届空间数据处理国际研讨会(SDHp98)
1999 年“场本体( The Ontology of Fields) ”的专家会议
1999 年国际空间信息理论大会(COSITp99)
2000 年第一届国际地理信息科学大会( GIScience2000)
2001 年国际空间信息理论大会(COSIT 2001)
2002 年第二届国际地理信息科学大会( GIScience2002)
2002 年由英国陆军测量局与利兹大学联合组织“地理本体论研讨会(Workshop on Geo-On-tology) ”
2003 年国际空间信息理论大会(COSIT 2003)
2004 年第三届国际地理信息科学大会( GIScience2004)
2005 年时空建模、空间推理、空间分析、数据挖掘与融合国际会议(STMp05)
地理本体构造方法研究目前有三个主要研究方向,即本体论研究方向、人文调查与实验研究方向和信息学研究方向。这三个研究方向的研究方法和侧重的研究内容各不相同,是地理本体理论相互补充、相互约束的三个方面, 而不是相互对立和排斥的[31 ] 。
(1) 地理本体论研究:代写留学生论文 地理本体论研究主要从哲学角度探讨地理本体的构成方法方面的研究,即试图在不同尺度和粒度层次上建立构成地理空间领域的各种对象、过程和关系等的所有类型,并形成等级体系。这种研究方法目前主要包括两个方面:与领域科学家进行交流,以设计建立各个领域内所有实体的种类;发展组织这些实体种类,例如部分2整体关系和粒度等的形式化方法。
第一方面的研究很难综述,但很显然地理科学领域已经建立了很多分类系统和标准,如地貌学中各种地貌的分类系统等。但这些分类系统的合理性和科学性评价方面的研究还相对滞后。Chrisman批评了那种发展大一统的地理本体的做法,认为应该保留对现实世界的不同看法,发展可以集成并转换各种分类系统以及解决这些不同分类系统之间语义异质性的科学方法可能是一个比较合理的研究方向[32 ] 。
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