地理本體研究論文

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摘要:地理本體是地理信息科學中的一個新興的和正在發展的研究領域,從提出至今僅有10年的歷史。論文因此,有重點系統分析地理本體研究的發展歷程與進展,對中國在此方面的研究定位具有重要意義。文章在深入分析科學領域本體的定義基礎上,進行了地理本體定義,探討了地理本體的研究意義,列舉了國際上與地理本體相關的主要計劃與學術會議,詳細剖析了當前國內外的地理本體理論研究與應用方面取得的進展。地理本體研究已成為國際GIS領域一個重要的新興研究方向并得到了蓬勃發展,而國內在這方面的研究才剛剛開始,只有少數學者開展了一些探索性的思考和研究。因此,中國應緊跟國際地理本體的研究動態,積極開展

我國自己的地理本體理論、方法和應用研究。

關鍵詞:本體論;地理本體;語義;語義互操作;信息共享

人類世界幾千年的文明歷程,創造了一個十分龐大、豐富的客觀知識世界,波普爾稱之為第三世界(World3)[1]。隨著科學技術的發展,知識共享、重用的需求,迫使人們對人類所共同擁有的知識、信息與數據進行本體重建和網絡共享,及計算機協助整合。地理知識、信息與數據是客觀知識世界的重要組成部分,因此地理本體研究是本體重建重要的基礎之一。本體論研究不僅是方法與工具,也是一種科學思想與理論。

地理本體是地理信息科學的一個新興的研究方向,對其的發展進行綜合分析,為其進一步向前發展打下良好基礎。本文從本體論出發,著重分析地理本體重建的發展及研究現狀,提出今后的研究重點與建議。

1本體論研究概況

Ontology原本是一個哲學基本問題,指關于存在及其本質和規律的學說,后被用于研究實體存在性和實體存在的本質等方面的通用理論。計算機界借用這個理論,把現實世界中某個領域抽象或概括成一組概念及概念間的關系,構造出這個領域的本體。在近年來,Ontology不但在哲學領域[2],而且在自然科學與工程技術領域中備受關注,正逐步成為這些研究領域共同關注的一個核心問題[3-5]。

Ontology在科學技術領域興起的最主要原因是,語義互聯網、語義建模和語義集成需要Ontolo-gy作為支持發展的基礎理論。

雖然Ontology的出現頻率較高,其中文相對應的詞卻很不統一,國內許多學者就Ontology的一詞的譯法和意義進行了深入的探討,比較公認的譯法是ontology為“本體”和Ontology為“本體論”[6-10]。本文中采用本體論與本體的譯法。

哲學中的本體論與現代科學技術中的本體論之間有著非常緊密的聯系。哲學本體論是科學本體論的基礎,哲學本體論對科學本體論具有重要的指導意義。筆者認為:本體論可分為哲學本體論與領域本體論。本文在此不對哲學本體論做深入分析,重點是地理信息的領域本體,即地理本體論。

一個最基本的概念達成共識,對于相互交流和深入研究非常重要。由于本體論在科學技術領域中是一個新事物,研究人員在其定義與涵義的理解方面還存在差異。畢業論文據有關學者分析,Ontology在科學與技術領域最早出現于1984年,明確提出且進行定義是在1991年[7,11],從此對Ontology的定義日漸豐富[12-23](見表1),但基本上是大同小異,不存在本質方面的區別和爭議。筆者根據研究人員的不同定義進行分析后,認為作為一個思想、理論和方法,它的概念包括四個主要方面:①概念化,客觀世界的現象的抽象模型,把領域的知識抽象為一個個確定的對象;②明確的定義,對每一個對象的概念及它們之間聯系都進行合理地定義;③形式化,需對概念及它們之間關系進行精確的數學描述且要達到計算機可讀的水平;④共享,本體中反映的知識是其使用者(包括該領域的專家和一般用戶)共同認可的。

上述定義表明,由客觀世界某一領域的事物或現象的本質(即本體)到人們對這些事物或現象的本質通過認識活動所形成的認識結果(即概念體系),再從概念體系到人們用特定的符號系統或語言將某一概念體系做出明確的、形式化的表示或表達,總共涉及了三個層面的東西。因為這三者之間具有聯系,應該具有一致性或統一性,可以統稱為“本體”[6]。

本體論思想被應用到科學技術領域時,就是要把現有的知識、信息與數據采用面向對象的形式還原成一個合理的語義體系,使計算機能夠處理,使人們能夠共享。地理本體是一個特殊領域本體,它具有一般領域本體的基本共性,也有其獨特之處。

表1本體的各種定義[12-23]

Table1Definitionsofontology

作者(時間)本體的定義

Neches等(1991)本體是組成主題領域的詞匯表的基本術語及其關系,以及結合這些術語和關系來定義詞匯表外延的規則

Gruber(1993)本體是概念化的明確規范說明

Guarino等(1995)本體是概念化的、明確的、部分的說明/一種邏輯語言的模型

Uschold(1996)本體是概念化的、明確說明和顯式表達

Borst(1997)本體是共享的、概念模型的與形式化的規范說明

Swartout(1997)本體是一個為描述某個領域,而按繼承關系組織起來作為一個知識庫的骨架的一系列術語

Studer(1998)本體是共享的、概念化的、顯式的與形式化的規范說明

Fensel(2000)本體是對一個特定領域中的重要概念共享的形式化描述

NoyF.N.(2001)本體是對某個領域中的概念的形式化的明確表示,每個概念的特性描述

Fonseca(2001)本體是以某一觀點用詳細明確的詞匯表描述實體、概念、特性和相關功能了概念的各個方面及其約束的特征和屬性的理論

Starla(2003)本體必須包括所使用術語的規范說明、決定這些術語含義的協議、以及術語之間的聯系,來表達概念

2地理本體論的定義與研究意義

2.1地理本體的定義

地理本體就是把有關地理科學領域的知識、信息和數據抽象成由一個個具有共識的對象(或實體),碩士論文并按照一定的關系而組成的體系,同時進行概念化處理和明確的定義,最后以形式化表達的理論與方法。

2.2地理本體的研究意義

地理本體在地理信息科學領域受到廣泛關注,其重要性已在許多方面得于表現,如知識工程、數據庫設計和集成、信息檢索與獲取、軟件工程等,實現世界范圍的知識級信息集成。地理信息系統技術的發展,推動各種系統與數據庫的建設,進行了大量的數字生產,隨著高性能網絡普及,信息共享與互操作變得越來越重要。因此,必須由原來的數據建設轉變為數據與地理本體建設并重。

地理本體的研究可以為以下幾個主要方面提供重要的理論與方法支撐:

(1)語義互聯網:語義互聯網提出后發現必須定義好底層的領域本體才可能順利構造出語義互聯網。語義互聯網的基礎就是本體,為使計算機能夠理解,必須用形式化的本體來定義互聯網資源中的數據和元數據的意義。地理信息資源作為語義互聯網的重要資源,如何融入語義互聯網是地理信息科學的重要課題。地理本體的抽象與構建是其重要基礎。怎樣讓地理數據與信息在全球信息網格上運行,地理空間數據定義共享和互操作需要借助本體數據庫思想建立一個統一的語義網絡,來描述同一個客體在不同專業空間數據庫中的語義描述及其轉換[10]。

(2)地理信息系統之間的語義互操作:實現地理信息資源共享與互操作是地理信息技術發展的一個重要方向。從信息觀點看,為了實現互操作,兩個系統必須是信息模型可互操作,為了實現信息模型互操作,兩個系統必須在語法上和語義上可互操作。語法互操作是指兩個系統流動和被處理的信息使用相同的結構,這個問題已基本解決。語義互操作是指兩系統對其中流動和被處理的信息有相同的語義理解[24]。語義互操作問題才開始引起研究人員的重視,是今后的研究重點。

(3)知識級地理信息共享與知識重用:隨著大量地理知識、信息與數據的豐富和GIS與互聯網技術發展,實現信息、數據和知識的共享是完全可能的。由于主體(人)對客觀地理事物的認識存在較大差異,經常造成可能共有,但不能真正的共享與重用。例如對土地覆蓋分類數據,不同國際組織、不同國家、不同部門和不同群體等具有不同的認識,并按照各自的認識進行數據生產和信息提取,造成相互之間的交流與實質性共享和重用非常困難[25],為此國際上也召開專題協調會議[26]。因此,在某些地理領域抽象一個合理和共識性地理本體是非常重要的,同時建立不同認識之間的語義映射機制也是非常必要的。

(4)地球科學中語義建模:在對地球系統的過程進行建模時,需要ontology的輔助使得不同領域的模型能夠互相交互、重用和共享。在描述這些過程時,需要將過程的行為、時空特性與其他過程的關系等等描述出來。這些過程描述的集合構成一個過程庫,稱為模擬框架的基礎。在地球系統建模中使用和表達語義將增強人們對環境系統進行科學研究和考察的能力,語義網為我們描述的各種解決方法提供平臺和模型以及模型結果的使用帶來新的有趣的途徑[27]。

3地理本體的研究現狀

從20世紀90年代末開始,本體概念及其思想引起了地理信息科學研究者的注意,許多國際學術組織和研究機構開展了一系列相關研究計劃,地理信息科學界的許多國際學術會議也設立了與本體相關的討論主題。

在地理本體基礎理論研究方面,主要對地理本體理論構成、地理本體的人文調查與實驗研究、地理本體的信息學研究,醫學論文特別是地理本體的形式化描述語言和工具及本體創建和集成方法等方面進行了廣泛而深刻的思索與探討,并將地理本體理論與方法研究成果應用于地理信息集成、地理信息檢索、道路尋找和智能體系統設計與開發、社會及生態環境研究等多個應用領域。下面首先簡要介紹國際上開展的一些地理本體研究計劃及召開的一些相關學術會議,然后從基礎理論和應用兩個方面介紹地理本體的研究進展。

3.1國際上與地理本體相關的主要研究計劃與學術會議

(1)國際上主要的地理本體研究計劃:科研人員針對某一個科學問題進行深入研究經常是通過有計劃和目標的研究計劃與項目,同時也反映出此科學問題得到科研人員的重視和具有重要的學術價值。地理本體的計劃主要集中在美國,也逐漸在歐洲得到重視(表2)。

(2)地理本體相關的主要國際學術會議:在國際信息科學領域會議中,特別是空間信息與地理信息科學的會議,開設地理本體或時空本體的討論專題(表3),職稱論文表現為關注地理本體的科研人員越來越多和需要交流的科學問題很多,這也表明此學科正在發展。

3.2地理本體基礎理論研究進展

地理本體基礎理論研究主要探討地理本體理論構成及地理本體的構建方法等方面,英語論文即從科學理論的視角來看,地理本體理論應包括哪些基礎理論、需要應用哪些科學工具、存在哪些地理本體的構建方法。

由于認知科學現有的以桌面空間現象為基礎的分類理論并不適合于地理對象,必須發展新的地理空間本體基礎理論[28]。因此,有些學者就地理本體基礎理論構成問題提出了一些建議。

Smith和Mark認為,針對地理對象的復雜性及由許多部分組成的特征,地理本體理論必須包括部分2整體理論(Mereology);針對地理對象具有邊界且地理對象之間存在相接、相離、相交以及封閉和開放等拓撲特征,地理本體理論也必須包括拓撲學理論;由于常規拓撲學可能不能解決一些復雜的地理邊界現象,地理本體還應包括純拓撲理論(Me-reotopology);此外,地理本體研究必須說明地理對象的維度以及各種空間關系,也需要幾何學作為其基礎理論之一;除了上述數學理論外,由于許多地理對象的分類和地理現象的存在與人類的認知行為、語言和文化相關,地理本體理論也應該將認知科學和人文科學的調查和實驗研究納入到其基礎理論體系中[28]。為了便于在部分2整體理論基礎上研究地理實體與該實體所處空間區域的關系,除了部分2整體理論和拓撲學理論工具外,地理本體理論還應包括一般空間定位理論(Ageneraltheoryofspatiallocation)這種地理表達工具[29]。而有的學者則進一步強調地理本體應在內涵上定義并用形式化語言以計算機可以理解的方式表示拓撲理論、部分2整體理論、識別理論、分類理論和依賴理論(Theoryofdependence),只有基于上述理論發展起來的地理本體才有助于建立語義上更加一致的地理空間信息模型[30]。由此可見,地理本體基礎理論構成應包括地理信息科學中相關的理論工具,如拓撲學理論、部分2整體理論、幾何學和純拓撲理論等數學工具,以及地理哲學、地理分類理論、地理認知科學或認知心理學、人類學和語言學等諸多學科。

表2國際上主要的地理本體研究計劃

Table2Majoroversearesearchprojectsongeo-ontology

計劃名稱資助機構

空間知識的本體等級體系(1995)美國國家科學基金會(下稱:NSF)

地理類型的本體調查(1999)NSF

NSF2CNPq地理空間信息集成合作研究(1999)NSF與巴西國家空間研究所(INPE)

數字政府:地理空間知識本體(1999)NSF的“數字政府”項目

數字政府:地理空間知識的表示與分發(2000)NSF的“數字政府”項目

空間思考與推理(2003)NSF

IGERT:地理信息科學綜合培訓計劃(2003)NSF

地理本體研究組ONTOGEO希臘雅典國家技術大學鄉村與測量工程學院

語義互操作實驗室(MUSIL)德國Munster大學地理信息科學研究

表3國際上地理本體相關的主要學術會議

Table3Majorinternationalconferencesongeo-ontology

時間會議名稱

1998年第一屆國際形式化信息系統本體會議(FOISp98)

1998年第八屆空間數據處理國際研討會(SDHp98)

1999年“場本體(TheOntologyofFields)”的專家會議

1999年國際空間信息理論大會(COSITp99)

2000年第一屆國際地理信息科學大會(GIScience2000)

2001年國際空間信息理論大會(COSIT2001)

2002年第二屆國際地理信息科學大會(GIScience2002)

2002年由英國陸軍測量局與利茲大學聯合組織“地理本體論研討會(WorkshoponGeo-On-tology)”

2003年國際空間信息理論大會(COSIT2003)

2004年第三屆國際地理信息科學大會(GIScience2004)

2005年時空建模、空間推理、空間分析、數據挖掘與融合國際會議(STMp05)

地理本體構造方法研究目前有三個主要研究方向,即本體論研究方向、人文調查與實驗研究方向和信息學研究方向。這三個研究方向的研究方法和側重的研究內容各不相同,是地理本體理論相互補充、相互約束的三個方面,而不是相互對立和排斥的[31]。

(1)地理本體論研究:留學生論文地理本體論研究主要從哲學角度探討地理本體的構成方法方面的研究,即試圖在不同尺度和粒度層次上建立構成地理空間領域的各種對象、過程和關系等的所有類型,并形成等級體系。這種研究方法目前主要包括兩個方面:與領域科學家進行交流,以設計建立各個領域內所有實體的種類;發展組織這些實體種類,例如部分2整體關系和粒度等的形式化方法。

第一方面的研究很難綜述,但很顯然地理科學領域已經建立了很多分類系統和標準,如地貌學中各種地貌的分類系統等。但這些分類系統的合理性和科學性評價方面的研究還相對滯后。Chrisman批評了那種發展大一統的地理本體的做法,認為應該保留對現實世界的不同看法,發展可以集成并轉換各種分類系統以及解決這些不同分類系統之間語義異質性的科學方法可能是一個比較合理的研究方向[32]。

實體類型的組織目前主要采用各種等級結構進行。樹狀結構是目前組織實體類型的主流方法,其特點是各種實體類型根據其一般性程度被劃分到某個一般性層次上,而且每個類型只有一個父類但可以有多個子類,這種本體的典型代表就是Word-Net。Kuhn從認知科學中的概念集成思想出發探討了地理類型的語義建模,揭示了像WordNet這種以樹狀結構或概念等級組織的本體的優勢和缺陷,認為其優點在于可以基于概念之間的距離來度量它們之間語義的相似性,而其缺陷一方面表現在這種本體只具有單一的繼承關系,另一方面表現在這種結構不能抓住概念之間的某些關系,如概念的功能關系,而以代數視圖為基礎的Haskell語言被證明是改進這些缺陷和構建本體的有力工具[33]。此外,形式化概念分析方法及概念格允許多態繼承,克服了樹狀結構的固有缺陷,也是組織本體的有力工具[34-35]。

(2)地理本體的人文調查和實驗研究:地理本體的人文調查和實驗研究主要采用心理學或認知科學的調查和實驗檢驗方法,研究普通人群對基本地理概念的理解,或參考樸素地理學或民間地理學研究成果,從中抽取地理本體,為地理本體的建立提供經驗和實驗基礎。

Smith和Mark等在此方面進行了的一系列實驗研究工作。他們認為并假設地理對象不僅僅位于空間中,而且在本質上與空間相連,從空間繼承了其結構特征,地理類型也往往是與大小或尺度相關的,而且地理事物或事物類型可能與個人或文化差異有關。為了驗證這種假設,他們設計了一系列實驗,包括:為某些地理類型抽取類型范本的實驗;類型實例及其屬性和組成部分實驗;邊界本質問題實驗;術語定義實驗。這些實驗都以人為實驗對象,通過問卷調查及調查結果的統計分析來研究地理概念的認知方面,從而為地理本體建立經驗基礎。這些實驗數據揭示了這樣一個事實:地理科學家和普通人群對于術語“地理”和“地理的”的涵義的理解存在很大的差別,因此地理科學家實際上研究的并不是民間普通人群概念中的地理現象[36-38]。他們的系列實驗仍在進行中,并希望通過在不同地區、不同文化和不同語言背景下分別進行實驗,以驗證這些差異是否會明顯影響人們對基本地理概念及其本體的理解。在澳大利亞一個部落土著語言中的景觀元素類型與英語比較研究之后發現,這兩個系統間在基本層次上就存在本質差異,表明地區和語言文化背景差異確實會對人們頭腦中的基本地理概念及其本體產生明顯影響[39]。

(3)地理本體的信息學研究:地理本體的信息學研究采用信息科學的標準研究模式,研究地理本體的描述、獲取、比較和集成方法以及有關的形式化表達工具,以實現互操作和跨系統轉換及地理信息(數據)的集成與檢索。

本體集成和形式化研究是人機智能等計算機領域的本體研究中的一個重要研究內容,目前已經發展了許多本體形式化語言和方法。概括而言,目前本體形式化語言主要有兩大類,即基于框架的表示語言和描述邏輯,經典的基于框架的表示語言包括Ontolingua、OKBC等;描述邏輯在人機智能特別是知識工程領域廣為應用,已經發展了多種基于描述邏輯的本體表示語言,如LOOM、OIL等。

在對比分析各種本體定義語言在定義地理信息本體方面的優缺點的基礎上,Mota等認為這些工具各有特點,相對而言Ontolingua的功能比較強,但也無法完成對行為的合理定義和聲明,而且也不可能完整定義一般的推理過程,因此應擴展Ontolin-gua以便可以完整地定義地理信息本體[40]。Visser等對形式化本體及其在地理信息處理中的應用作了一個簡潔綜述,對各種本體語言的形式化程度進行了比較,包括描述層次的XML到一階謂詞邏輯層次的概念建模語言CML以及更復雜、形式化程度更高的知識交換格式KIF等,并簡單介紹了一種基于語義的智能信息檢索構架[41]。目前,地學領域已經認識到,雖然計算機領域的一般信息本體研究已發展了許多本體形式化語言和方法,但這些形式化工具并不能完整地定義地理本體,必須擴展現有語言和方法或發展新的能滿足地理本體需要的形式化工具。為此,已有一些學者就地理本體語言和工具方面提出了一些建議[42-43]。

地理本體并不是無源之水,地理學研究已經形成了許多文本形式的地理領域本體,如各種分類體系及地理空間概念模型等。因此,可以發展從自然語言文本中抽取生成地理本體的方法,以便充分利用地理學現有的研究成果。Kuhn提出了一種從自然語言文本中抽取地理領域本體的方法,該方法主要關注文本中的對象行為,并以從德國交通代碼文本中抽取汽車導航領域本體為例說明了這種方法的可行性[44]。

不同的信息領域對相同地理現實具有不同的觀點,因此存在許多不同的分類系統。相同領域中這些不同的分類系統和標準之間是互補的,不同的分類系統表達了同一領域的不同方面,可以在一個頂級本體的框架下,應用形式化概念分析方法,將這些分類系統與頂級本體進行集成和融合,從而產生集成的概念格,這樣一方面既可以保持各個分類系統的獨立性,更重要的是又可以產生比較完整的領域本體,實現不同分類系統之間的轉換和互操作。基于這種思想,Kokla等以CYC頂級本體、WordNet和SDTS(USGS的空間數據轉換標準)本體中的“河流”概念為例,應用形式化概念分析方法,通過語義因子分解和建立概念格(Conceptlattice)這兩個步驟,得到了集成的概念格,驗證了這種方法的有效性[45]。Kavouras等應用形式化概念分析和概念格形式化表達地理類型及集成不同地理本體的具體方法[46]。此外,也有學者提出了基于相似性的本體集成方法[47248]。

3.3地理本體應用研究進展

目前地理本體的應用研究主要集中在以下四個方面:工作總結(1)地理信息(數據)集成;(2)地理信息(數據集)發現與檢索;(3)道路尋找(Wayfinding)系統研究;(4)其他應用研究。

本體作為共享概念模型建模的有力工具,在解決不同數據源之間語義異質性、互操作和集成方面的潛在優勢已得到了學術界的廣泛重視。在計算機學界,本體方法已經廣泛應用于數據集成特別是模式和語義集成方面,有關這方面的研究進展可以參考相關文獻[49-51]不同地理信息(數據)的集成是近年來地理信息科學研究的一個主要內容,作為共享地理概念模型或地理認知模型的形式化說明,地理本體為地理數據提供了形式化語義說明,對于解決地理數據的語義異質性和實現語義層次上的互操作具有很大的潛在優勢,通過地理本體可以在集成地理數據時將數據的語義也集成過來。由于地理本體的這種優勢,在GIS領域,已經有一些學者開始探討基于本體的空間數據集成框架和方法。

Fonseca提出了一種基于本體的地理信息集成框架[52]。在這種集成框架中,地理信息的集成是通過集成不同地理信息源相應的底層本體實現的,因此是一種多本體方法。與一般模型相比,綜合了等級和角色的模型具有集成更多信息的潛力。在這種框架中,地理本體使用等級和角色來表達,等級的使用不僅可有效表達心智模型中有關現實世界的等級結構,還提供了信息集成所需的概化和特化機制并實現知識共享和重用,而角色的使用不僅有效表達了地理實體的不同特征以避免多態繼承問題,還在不同細節層次之間以及不同領域本體網絡之間架起

了一座溝通的橋梁,由于本體的這些特征,地理信息集成可以在不同詳細層次上進行。因此,這種綜合了等級和角色的本體集成框架可以實現基于地理信息內涵的、多層次的、高集成度的地理信息集成。

Uitermark研究了一種基于本體的地理數據集成方法[53]。他認為,地理數據集成概念框架包括兩個組成部分:一個領域本體和一系列調查規則。其中領域本體包含一系列共享概念,根據這些概念可以發現對應的對象實例,而調查規定每個數據集的采集規則,說明了從真實地理世界到地理數據集的轉換過程,因此不同地理數據集的相應對象實例必須與不同的調查規則集一致。不同地理數據集之間通過特化2泛化等級結構或分類體系(Taxonomy)和部分2整體結構(Partonomy)兩種抽象機制相聯結,利用這兩種抽象機制,可以模擬所謂參考模型中的對象類的語義關系,并認為不同數據集的對象類之間的語義相似性有三種類型,即等價對象類、具有子類2父類關系的對象類和具有部分2整體關系的對象類。最后以GBKN和TOP10vector兩個地形數據集為例展示這種集成方法的實施方法及其有效性。

地理信息的查詢與檢索是地理信息集成與應用的前提條件。GIS中數據的查詢和檢索是一項重要的功能,但由于用戶認知和概念世界中的概念與系統模型中的概念之間存在語義異質性,用戶查詢出來的數據往往并不是他們真正需要的。通過建立包含部分2整體、重疊和相交等空間關系的地理本體并將之用于查詢請求和數據庫之間的詞匯匹配可以解決這種語義異質性,從而實現各種空間查詢和屬性查詢[54]。此外,網絡技術的發展已使地理信息發現

與服務成為GIS研究的一個熱點,可以利用地理本體建立智能地理信息發現和查詢系統以及地理信息服務系統[55]。

道路尋找系統研究也是國際地理信息科學領域的一個熱門研究問題,許多國際學術會議上都有這個方面的會議主題,如GIScience2000、GI-Science2002、COSIT2003等。Raubal認為,本體論和認識論是智能體系統的基礎,只有基于合理本體基礎上的智能體系統才可能合理地模擬智能體的行為,因此需要發展從人們對道路尋找經驗的描述中抽取本體,以便為基于智能體的道路尋找系統提供所需的本體基礎,并將道路尋找模擬過程中需要的本體分為介質、本質和界面三個部分,最后以機場環境為例說明了這種系統的實現方法[56]。也有學者從旅行者的視角研究了道路尋找系統所需的本體,分析和比較了城市區域道路尋找系統中交通系統設計者視角中的本體和旅行者視角中的本體的差別,認為后者是前者的子集,即旅行者從一個出發點到達一個終點尋找道路所需的本體可以從交通系統設計本體中抽取[57]。

GIS已經在許多領域和行業中得到了廣泛應用,而這些應用都涉及到概念建模和語義問題,因此都需要地理本體為其應用提供服務。除了上述地理信息集成、地理信息發現和查詢檢索及道路尋找系統方面的應用外,地理本體的應用還包括許多其他方面,地理本體研究已在社會科學、生態學、土地利用、環境等領域得到了初步應用。例如,公共衛生領域基于本體的晚期腎病網絡GIS決策支持系統SIGNE研究[58]、多尺度生態系統分類等級體系的形式化和本體研究[59]、土地覆蓋與利用分類體系的本體集成研究[60]等。隨著地理本體理論與方法的不斷完善,這些應用研究將得到進一步的蓬勃發展。

4結語

地理數據、信息和知識的在信息時代得到前所未有的廣泛使用,但由于它們中的許多是基于主體認識的,致使產生了“可共享不可共用”的問題。地理本體作為一種思想、理論和方法,現在科學與技術條件下,可以為解決此問題提供一種途徑。

地理本體研究涉及面非常廣。它不僅僅要考慮本領域的科學研究和與專業人員,也要考慮地理數據、信息、知識的普通用戶。它不僅在理論上要有合理性與完整性,更要能夠在計算機與互聯網上實現。地理本體研究應是一個系統工程,必須進行廣泛的交流與合作,并進行有規劃的分工與合作。

地理本體的相關研究受到更多研究人員的關注,但在許多基本問題上沒有達成共識和取得實質性的進展,例如在構建地理本體的方法上存在較大的差異,因此研究人員還有相當多需要研究的問題。

地理本體研究已成為國際地理信息科學領域一個重要的新興研究方向并得到了蓬勃發展,而國內在這方面的研究才剛剛開始,只有少數學者開展了一些探索性的思考和研究[3,9-10,61-68],并且主要是基于信息學的本體研究模式。因此,我國應緊跟國際地理本體的研究動態,積極開展我國自己的地理本體理論、方法和應用研究。研究過程必須考慮到中國的民族、文化、語言、空間認知的特點。最關鍵的是,構建的地理本體能廣大用戶接受與應用,地理本體為語義互操作、語義互聯網以及地球系統的語義建模等都提供支持。

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