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《武汉大学》 2004年
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用本体实现地理信息系统语义集成和互操作

崔巍  
【摘要】:本文的研究目的是探讨地理信息系统基于语义的集成和互操作的理论基础和发展趋势。指出空间信息语义网格是基于语义的地理信息系统集成和互操作发展的必然结果。 通过深入分析,本文详细剖析了地理信息系统的发展过程和现状,指出了目前存在的问题及产生问题的原因。为了实现基于语义的地理信息系统集成和互操作,提出并建立了基于本体的空间信息语义网格的较为完整的理论体系框架和实现技术。目前虽然有许多学者从事研究计算网格和本体理论在地理信息系统中应用的工作,但是还没有关于将二者有机地结合到一起从而构造空间信息语义网格的清晰论述。 本文对此做了较为详细的研究,系统地阐述了基于本体和网格技术的地理信息系统集成和互操作的理论体系,深入分析了各种计算机新技术对构造空间信息语义网格体系框架的影响以及空间信息语义网格的实现问题,提出了一种基于本体和轻量目录访问协议的多层网格体系结构的实现方案,分别从网格系统的分析设计理论和开发实现技术等角度对空间信息语义网格的框架进行了深入分析,有效地实现了基于本体(语义)的地理信息系统集成和互操作的理论内涵。 本文对网格、本体和地理信息系统的集成和互操作之间的关系进行了深入研究,深刻分析了网格技术与本体理论的内涵,首次明确提出了基于本体的空间信息语义网格的理论框架,引入本体理论和轻量目录访问协议解决地理信息系统之间的语义集成和互操作的难题;同时全面研究了本体的建立、基于本体的推理机制和本体的代数模型。由于基于语义的地理信息系统集成和互操作本身融合了地理信息系统理论、认知科学与计算机技术的最新发展,受各种新技术的影响比较大,所以文中涉及的技术面比较宽,主要进行了以下几个方面开拓性和创新性的研究工作: 1)从地理信息系统的集成和互操作研究发展历史入手,深入分析了空间信息语义网格出现的必然性,剖析了其现状、内涵、支撑技术以及面临的诸多问题,建立了空间信息语义网格的初步的理论框架。 2)对空间信息语义网格的体系结构进行了深入研究,建立了一个基于本体的 空间信息语义网格体系结构框架模型。 3)引入了本体理论来拓展基于语义的地理信息系统集成和互操作的研究,提 出使用本体思想来描述构造空间信息语义网格的分析过程,较好地解决了不同领 域的地理信息系统之间在语义层集成和互操作的问题,为大规模的地理信息系统 集成和构造空间信息语义网格莫定了基础。 4)提出了基于语义的空间信息语义网格的资源管理模型一基于本体和轻量目 录访问协议的资源管理和信息服务模块,使之成为空间信息语义网格管理语义信 息的一种有效手段,并利用它深入刻画了本体在空间信息语义网格体系结构上的 应用,全面深入地评价了空间信息语义网格的特点。 5)提出了一种新的地理信息系统的本体体系分类思想,根据本文的地理信息 系统知识体系划分方法确立了基本本体、领域本体和应用本体的三层本体体系结 构,利用该本体体系思想深入剖析了建立本体系统的实践过程,为异构的地理信 息系统及其数据的交流、共享和集成提供了理论和实现的基础。 6)首次提出了在空间信息语义网格中使用基于本体的代数模型的思想,为地 理信息系统的集成和互操作提供了理论基础. 7)详细全面地研究了本体的语义表达、本体的建立和基于本体的推理机制, 为基于本体的地理信息系统的集成和互操作莫定了坚实的基础。 在研究中,取得了以下几个方面的进展: l)首次把本体、网格技术和轻量目录访问协议有机地融合在一起,构造了一 个基于本体的空间信息语义网格系统结构,为地理信息系统社会化和与其他领域 信息系统的融合做出了有益的探索。 2)提出了本体代数模型作为空间信息语义网格的数学基拙,为地理信息系统 集成到网格的实践提供了坚实的基础。 3)首次提出用专家和数据挖掘相结合的混合方法构造地理本体的思路,对传 统的人工方法做了改进,实现了半自动的建立本体。 4)首次利用LDAP目录服务的引用机制实现了集成本体系统中概念之间的多 对多关系,构造了一个基于本体的单一结构的虚拟组织,为用户提供透明和统一 的服务界面。 由于时间的局限,还有以下几个方面的问题在今后的工作需要进一步地进行 研究: 1)随着网格规模的扩张,将会遇到多语言本体系统之间的语义转换和匹配问 题,这时除了准确地矛!】用不同语言的文字属性表达空间实体的语义外,还应考虑 如何把符号、图标和图像引入本体的语义表达和互操作中。 2)目前基于本体的逻辑推理是针对两个本体概念的属性集存在交集的情况下 设计的,如果两个概念的属性集之间没有交集,就无法利用文中的方法实现完全 自动的语义关系推理,必须要人工千预,这是由于人工智能领域在模拟人类思维 时目前还存在较大的困难,没有取得重大突破,所有今后要密切关注人工智能领 域的新进展,及时吸取先进技术,以提高在各种情况下基于语义推理的自动化程 度. 3)本体概念在进行语义转换时,如果发生了语义失真,目前还没有定量的方 法来及时度量语义失真的程度,?
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:P208

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 卜志国;海洋生态环境监测系统数据集成与应用研究[D];中国海洋大学;2010年
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5 李淑霞;地名本体及其在地理空间数据组织中的应用研究[D];解放军信息工程大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杜海波;本体在医疗信息检索系统中的应用研究[D];长春工业大学;2010年
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3 梁汝鹏;面向地名本体服务的空间信息检索研究[D];解放军信息工程大学;2010年
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5 陈长林;基于MAS的空间数据集成方法研究与实践[D];解放军信息工程大学;2009年
6 杨帆;基于本体的地理信息表示与检索[D];江苏科技大学;2011年
7 陈素娟;基于基础地理数据库的地理本体自动构建研究[D];辽宁工程技术大学;2011年
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9 金均强;基于本体的空间数据建模[D];武汉大学;2005年
10 李红梅;地理空间实体类型语义相似度计算模型的研究[D];武汉大学;2005年
【参考文献】
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10 仇巍巍;白玉江;周海滨;董开发;唐芳;;数字区域三维空间信息支撑平台建设[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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2 李宏伟;梁汝鹏;李勤超;李文娟;;地名本体服务系统设计与实现[J];测绘工程;2012年01期
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7 梁汝鹏;李文娟;李勤超;姜海林;;基于语义网的地名本体服务框架研究[J];测绘科学;2011年03期
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1 唐权;吴勤书;;基于web用户基础地理数据库更新技术研究[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
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6 靳海亮;高井祥;;浅析地理信息系统与电子政务的关系[A];'2005数字江苏论坛电子政务与地理信息技术论文专辑[C];2005年
7 王永;张增云;宋红丽;;GIS在定向越野运动中的应用[A];山东省“数字国土”学术交流会论文集[C];2007年
8 杨晓辉;李合锋;杨芳;;地理信息系统(GIS)在县级供电企业中的应用[A];2007中国电机工程学会电力系统自动化专委会供用电管理自动化学科组(分专委会)二届三次会议论文集[C];2007年
9 谢岩;;基于MapX的地理信息系统的设计与实现[A];吉林省测绘学会2008年学术年会论文集(下)[C];2008年
10 魏雨杭;;地理信息系统的发展现状[A];第五届全国地质制图与GIS学术讨论会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 洪瑛刘祝明;云南数字乡村地理信息系统试点项目建成[N];中国测绘报;2008年
2 记者马士龙;全国首家区县级地理信息系统通过鉴定[N];中国信息报;2003年
3 方裕;我国GIS软件产业渐成气候[N];中国测绘报;2006年
4 杜斌 范小洁;湖北省实施地理信息系统工程测绘管理规定[N];中国测绘报;2006年
5 庞亚斌 整理;地理信息系统的发展趋势[N];中国水利报;2006年
6 王强;德州建成警用地理信息系统[N];人民公安报;2007年
7 本报记者 孙靓;全国统计地理信息系统建设应用推广演示会召开[N];中国信息报;2010年
8 本报记者 陈江 本报实习生 陈倩;迈向GIS时代[N];广西日报;2005年
9 王大力;地理信息系统建设中的几个问题[N];中国测绘报;2006年
10 葛剑雄;中国历史地图:从传统向数字化和现代化的转变[N];文汇报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙斌;基于GIS的办公自动化系统开发技术的研究和探讨[D];中国地质大学(北京);2005年
2 孔冬艳;基于对象关系型空间数据库理论的GIS实现[D];中国地质大学(北京);2006年
3 夏敏;农地适宜性评价空间决策支持系统研究[D];南京农业大学;2007年
4 李如仁;公众参与式地理信息系统的理论与实践[D];辽宁工程技术大学;2007年
5 Pouran Behnia;伊朗中部Saghand-Chadormalu地区矿床勘查的地理空间数据建模[D];武汉大学;2004年
6 汤仲安;矢量GIS线状实体等概率密度误差模型[D];武汉大学;2004年
7 牛聚粉;基于MapX的煤与瓦斯突出预警技术研究[D];中国地质大学(北京);2009年
8 李卫江;电子政务与空间信息集成的理论及实践[D];华东师范大学;2004年
9 周月敏;面向小流域管理的水土保持遥感监测方法研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2005年
10 陈澎;GeoSmarter通用地理教育平台的支撑理论的研究[D];中国科学院研究生院(成都计算机应用研究所);2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李杰;地理信息系统(GIS)在路网规划中的应用研究[D];长安大学;2001年
2 胡雪琼;江苏省农业资源地理信息系统的组建与开发[D];南京气象学院;2004年
3 吴隆江;基于GPS/GIS的农用车辆导航信息系统研究[D];南京农业大学;2004年
4 李建军;基于GPS/GIS城市公共汽车实时调度系统的研究[D];西南交通大学;2004年
5 陈忠兵;基于GPS和GIS的汽车导航系统相关技术的研究[D];西南交通大学;2004年
6 张宏群;基于组件式GIS的资源环境信息系统研究[D];贵州师范大学;2004年
7 王道平;基于GIS的地质灾害信息管理系统的设计与规划[D];中南大学;2004年
8 王东军;基于GIS的县级森林资源管理信息系统的研建[D];北京林业大学;2004年
9 刘丽华;GIS支持下乡镇域耕地土壤肥力的综合评价[D];福建农林大学;2004年
10 徐靓;基于GIS的水土流失强度的研究[D];西安科技大学;2004年
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