閆遂軍

摘要：地理數(shù)據(jù)、信息和知識在信息時代得到前所未有的關(guān)注。地理本體作為一種思想、理論和方法，為“可共享不可共用”的問題提供一種解決途徑。

關(guān)鍵詞：地理本體；空間推理

Mark等（1999）首次提出了一個基于常識的地理本體框架，自此以后關(guān)于地理空間信息本體的研究受到了廣泛的關(guān)注。地理本體的含義體現(xiàn)在通過對共享的地理概念的明確形式化定義，應(yīng)用于地理信息共享和互操作、基于語義的地理信息集成、地理信息服務(wù)等方面。地理本體與地理信息的認(rèn)知、表達(dá)、互操作、尺度、不確定性密切相關(guān)，其重要的一點(diǎn)為研究人類思維、信息系統(tǒng)與地理現(xiàn)實(shí)世界的關(guān)系。本文主要對地理本體的屬性繼承推理、空間關(guān)系推理、語義關(guān)系推理等推理方法進(jìn)行探討。

1地理本體的屬性繼承推理

本體中概念具有強(qiáng)烈的層次結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此不同層次概念之間的屬性存在一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，可以根據(jù)這些關(guān)系實(shí)現(xiàn)地理本體的知識推理。對與概念C及其實(shí)例集S，實(shí)例集S中的元素中的元素e（e∈S）和概念C之間的關(guān)系稱為實(shí)例關(guān)系，標(biāo)記為：Instance-of（e，C），表示“實(shí)例e為概念C的實(shí)例”。實(shí)例與概念之間具有屬性的繼承性，即實(shí)例繼承概念的屬性。

對于概念集S中的概念C1、C2、C3∈S，如果C1的內(nèi)涵包含C2的內(nèi)涵，且C2的外延包含C1的外延，則將概念C1和概念C2之間的關(guān)系稱為Is-a關(guān)系，并標(biāo)記為Is-a（C1、C2），表示“概念C1是概念C2的子概念；概念C2是概念C1的父概念”。標(biāo)記HasAttribute（C、A）用以表示“屬性A為概念C的屬性”；標(biāo)記HasParperty（C、A）用以表示“性質(zhì)A為概念C的性質(zhì)”?；贗s-a關(guān)系的知識推理規(guī)則如下：

傳遞性：

屬性繼承：

性質(zhì)繼承：

實(shí)例歸屬：

2地理本體的空間關(guān)系推理

Casati等（1998）借助于部分學(xué)、拓?fù)鋵W(xué)和位置理論等數(shù)學(xué)工具建立地理本體，并對本體概念的空間位置和空間關(guān)系進(jìn)行形式化描述，并建立一套公理體系。

部分學(xué)用來描述部分與整體之間的關(guān)系，其核心關(guān)系為Part-of（A，B），表示“A是B的一部分”。其相關(guān)公理可以表示為：

公理P1：

公理P2：

公理P3：

公理P1和公理P2表示“部分”關(guān)系具有自反性和反對稱性；公理P3表示該關(guān)系具有傳遞性。

位置理論是建立在部分學(xué)的基礎(chǔ)之上，用來研究地理對象和地理對象所占據(jù)的空間的關(guān)系的一種理論。位置理論的基本關(guān)系“恰好位于”，用L（x，y）來表示“對象x恰好位于區(qū)域y”，其理論的基本定義為：

定義L1：

定義L2：

定義L3：

定義L1為L的擴(kuò)展，定義L2為L的弱化，定義L3為兩個地理對象之間的“一致關(guān)系”。拓?fù)鋵W(xué)一般用來描述目標(biāo)之間的相對位置關(guān)系。地理目標(biāo)空間的相對位置關(guān)系用連通關(guān)系來描述，連通關(guān)系用邊界來定義。本文僅討論根據(jù)真實(shí)邊界為基礎(chǔ)給出的拓?fù)鋵W(xué)定義和公理。真實(shí)邊界關(guān)系可以用B來表示，B（x， y）的涵義為“x是y的真實(shí)邊界”。三種工具的結(jié)合可以在地理本體中對地理位置、空間關(guān)系等進(jìn)行形式化描述，進(jìn)而根據(jù)公理來實(shí)現(xiàn)空間推理操作。

例如：

3地理本體的語義關(guān)系推理

確定兩個地理本體的語義關(guān)系，實(shí)際上是確定兩個地理本體概念之間的語義關(guān)系，可以通過本體間概念的相似度進(jìn)行判斷。

定義1：相離關(guān)系

相離關(guān)系是本體概念間相似程度的最低級別，是指應(yīng)用本體P中概念A(yù)的任一實(shí)例Ci，與應(yīng)用本體q中概念B的任一實(shí)例Cj的交集為空，即這兩個概念沒有相似性。

定義2：相交關(guān)系

相交關(guān)系表明應(yīng)用本體p中概念A(yù)與應(yīng)用本體q中概念B彼此既不包含，也不相離。但總存在一個實(shí)例Ck，它既屬于概念A(yù)，又屬于概念B，這是一種不完全對應(yīng)的復(fù)合關(guān)系。

定義3：包含關(guān)系

包含關(guān)系表明應(yīng)用本體p中概念A(yù)的實(shí)例集是應(yīng)用本體q中概念B的實(shí)例集的一部分，亦即兩本體概念間存在集與子集關(guān)系。

定義4：相等關(guān)系

相等關(guān)系表明應(yīng)用本體p中概念A(yù)的實(shí)例集與應(yīng)用本體q中概念B的實(shí)例集相同，即兩本體概念間存在恒等關(guān)系。

推理過程為：在兩個本體系統(tǒng)中，根據(jù)上述定義進(jìn)行概念實(shí)例集比較，從而確定兩個本體的語義關(guān)系。

4展望

隨著云計算和大數(shù)據(jù)時代的來臨，信息資源愈來愈呈現(xiàn)出異構(gòu)、海量、動態(tài)的分布特點(diǎn)，如何快速、有效的訪問利用這些信息資源，成為人們越來越關(guān)注的焦點(diǎn)。地理本體是一種能在結(jié)構(gòu)、語義和知識層次上描述信息的概念模型，本文主要對常見的基于地理本體的空間推理方法進(jìn)行了總結(jié)和探討。通過地理本體的研究，可以較好的利用本體的繼承、可重用和共享特征，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)地理信息系統(tǒng)之間、地理信息系統(tǒng)與一般信息系統(tǒng)之間的融合，從而構(gòu)建更強(qiáng)大的、復(fù)雜的地理信息系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳建軍，周成虎，王敬貴.地理本體的研究進(jìn)展與分析[J].地學(xué)前緣，2006，13（3）：81～90.