CN101799835A - 一种本体驱动地理信息检索系统和检索方法 - Google Patents

一种本体驱动地理信息检索系统和检索方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种本体驱动地理信息检索系统和检索方法，以及相应的地理空间事件本体库及其构建方法。本发明利用本体描述地理空间事件的语义、时序、空间等方面关系，解决了地理空间事件本体构建、本体空间关系和语义关系推理以及基于本体提供智能化检索和基于用户的个性化地理服务的技术问题，建立本体驱动的地理空间事件信息检索机制，创建相应的搜索引擎，实现对地理空间事件信息的自动检索、按需过滤、智能化组织和个性化展示。

Description

一种本体驱动地理信息检索系统和检索方法
技术领域
本发明涉及地球空间信息系统，更具体地，涉及一种本体驱动地理信息检索系统和检索方法，以及相应的地理空间事件本体库及其构建方法。
背景技术
目前，基于空间信息的各种应用系统和数据库发展迅速，业已渗透到资源、环境、灾害和社会可持续发展等各个领域。以灾害事件为例，国家确立的重大突发事件分为自然灾害、事故灾害、公共卫生事件和公共安全事件4大类、15亚类和95子类，经分析，其中97％与空间位置直接或间接相关。但是，空间信息具有海量、异构、关系复杂等特点，导致现有的空间信息服务系统和数据库主要存在以下问题：数据组织遵循传统的GIS数据组织方式，无法直接提供面向事件、问题和定制的信息服务；不同类型空间信息难以按地理事件组织，系统无法为用户主动提供与事件处理相关的空间信息；为获得与事件关联的信息，用户往往需要操作多源异构应用系统，空间信息获取的过程繁琐，信息检索效率低；空间信息服务个性化支持能力弱。因此，研究地理空间信息的自动检索技术，从海量空间信息数据库中智能提取与地理空间事件相关的信息，支持个性化的空间信息服务，变被动检索为按事件主动服务，不仅是当前地理空间信息服务的前沿和热点，而且可以广泛的应用于政府综合管理、应急处理、空间信息搜索服务等多个应用领域。
近年来，以本体论为基础的智能信息检索系统、智能信息集成系统逐渐成熟。本体是共享概念模型的明确的形式化规范说明，其目标是捕获领域的相关知识，提供对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认可的词汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇(术语)和词汇之间相互关系的明确定义。本体能够在不同的建模方法、范式、语言和软件工具之间进行翻译和映射，以实现不同系统之间的互操作和继承；它可以对知识的概念和相互间的关系进行较为精确的定义，而不单是一个存放数据的结构，因此在词法和语义上都比数据库所能表示的信息丰富得多。在这样一系列概念的支持下进行信息搜索、信息积累和信息共享，效率将大大提高。目前，将本体用于智能信息检索的研究和应用主要包括：1.用来处理HTML、XML和RDF格式的信息源和信息源语义描述的系统，提供信息检索、查询和维护支持服务，其核心是用形式化本体描述背景知识，并明确化Web文档的语义，以便综合利用本体论的表达能力和推理机制。2.基于内容从在线黄页和产品目录中进行检索的系统，其把本体用作有语义信息的领域词汇表，将本体驱动的内容匹配机制与一个表示形式化系统相结合，试图将本体论和大词典库相互集成，以便提供一个可以用领域内任意词汇进行交互式语义查询的系统。但是，对空间地理信息目标，目前很少有针对地理空间事件的本体特征、空间语义异构、地理信息智能检索与共享、本体驱动的个性化智能检索等进行的研究。
个性化服务是信息检索领域的一个新的研究方向，大量研究集中在个性化推荐技术方面。如基于规则的系统ILOG，基于内容过滤系统的PersonalWebWatcher、基于协同过滤系统GroupLens等。但目前针对地理空间事件本体驱动的个性化智能检索的研究很少，它一方面需要构建地理空间事件本体、用户本体及可视化本体，设计开发相应的交互式界面来支持与地理空间事件相关的个性化服务；另外按照地理空间事件规则集的约定，对检索结果进行综合分析推理，包括空间分析、统计分析、基于时空关系的空间推理等，为用户提供符合本行业(专业)需求的个性化空间信息服务。
总之，由于目前针对地理空间事件本体驱动的个性化智能检索的研究很少，大量有价值的地理空间信息不能被挖掘出来，造成了信息的巨大浪费，这是空间信息应用领域急需解决的一个新颖而前沿的问题。基于此，需要扩展地球空间信息系统检索技术研究范畴，开发基于本体的智能化空间信息检索技术，从而在推动地理空间信息检索的发展应用。
发明内容
针对现有技术中的对地理空间信息的本体化检索的需求，本发明提供了一种本体驱动地理信息检索系统和检索方法，以及相应的地理空间事件本体库及其构建方法。
本发明利用本体描述地理空间事件的语义、时序、空间等方面关系，解决了地理空间事件本体构建、本体空间关系和语义关系推理以及基于本体提供智能化检索和基于用户的个性化地理服务的技术问题，建立本体驱动的地理空间事件信息检索机制，创建相应的搜索引擎，实现对地理空间事件信息的自动检索、按需过滤、智能化组织和个性化展示。
本发明提供了一种地理空间事件本体库的构建方法，包括：
构建地理空间事件本体模块，所述地理空间事件本体模块中是对地理空间事件概念模型的形式化描述，包含本体概念域、关系域、实例域。
将构建完成后的地理空间事件模块保存为本体数据库中，形成地理空间事件本体文件。
优选地，所述地理空间事件本体模块结构为Geo-onto＝{(Te，Le，E)，Re(E，Oe)，Ie}，其中：Geo-onto表示所述地理空间事件本体模块，Te，Le，E为本体概念域，Te为事件发生的时刻，Le为事件发生的位置，E为事件现象；Re为地理事件与其作用对象之间的关系域，其中Oe为事件作用对象；Ie是实例域Ie＝{Ij|j∈N}为具体地理事件集合。Ij为具体的地理事件。
优选地，所述构建地理空间事件本体模块进一步包括构建地理对象本体模块和灾害事件本体模块，其中地理对象本体模块是对地理对象概念模型的形式化描述，包括本体概念域、关系域、实例域；灾害事件本体模块包括各种类型的灾害本体，该模块包含灾害本体概念域、关系域、实例域。
优选地，将所述地理对象本体模块和灾害事件本体模块设置为可以相互引用。
进一步优选地，将所述地理对象本体模块定义为OG＝{(CG，FG，AG)，RG，IG}，其中，OG表示地理对象本体模块，(CG，FG，AG)是本体概念域，其中CG为地理对象类型，FG为地理空间特征，AG为属性特征；RG为关系域，表示各种地理对象之间的关系；IG＝{Ij|j∈N}表示具体地理对象集合，为实例域。
进一步优选地，构建所述地理对象本体模块包括设置地理事件位置定位和地理事件空间关系这两个属性值，地理事件位置定位表示某一地理事件的发生地，地理事件空间关系表示地理事件之间的方向、构成、拓扑、类属和距离关系。更进一步优选地，地理事件位置定位可定义为LG＝{TG|CG|DG}，其中，LG表示地理事件位置定位，域值TG表示地名，CG表示地理坐标，DG表示行政区划代码，“|”表示逻辑或关系。以及，更进一步优选地，地理事件空间关系定义为RS＝{DS，CS，TS，KS，LS}。其中，RS表示地理事件空间关系，域值DS表示方向关系，CS表示构成关系，TS表示拓扑关系，KS表示类属关系，LS表示距离关系。
进一步优选地，使所述灾害事件本体模块可以引用地理对象模块中表示地名、地理坐标、行政区划代码、空间关系等的属性和域值。
进一步优选地，构建所述地理空间事件本体库还包括构建用户本体模块，描述系统使用者的知识程度、专业背景、业务范围、兴趣方向、操作习惯、系统使用意图信息，包括概念域、属性域、关系域和实例域。
根据以上构建方法，本发明提供了一种地理空间事件本体库，其中包含保存为地理空间事件本体文件的地理空间事件本体模块；所述地理空间事件本体模块中是对地理空间事件概念模型明确的形式化描述，其包含本体概念域、关系域、实例域。
优选地，所述地理空间事件本体模块结构为Geo-onto＝{(Te，Le，E)，Re(E，Oe)，Ie}，其中：Geo-onto表示所述地理空间事件本体模块，Te，Le，E为本体概念域，Te为事件发生的时刻，Le为事件发生的位置，E为事件现象；Re为地理事件与其作用对象之间的关系域其中Oe为事件作用对象；Ie是实例域Ie＝{Ij|j∈N}为具体地理事件集合。Ij为具体的地理事件。
优选地，所述地理空间事件本体模块包括地理对象本体模块和灾害事件本体模块，其中地理对象本体模块是对地理对象概念模型的形式化描述，包括本体概念域、关系域、实例域；灾害事件本体模块包括各种类型的灾害本体，该模块包含灾害本体概念域、关系域、实例域。进一步优选地，所述地理对象本体模块和灾害事件本体模块可以相互引用。
进一步优选地，所述地理对象本体模块定义为OG＝{(CG，FG，AG)，RG，IG}，其中，OG表示地理对象本体模块，(CG，FG，AG)是本体概念域，其中CG为地理对象类型，FG为地理空间特征，AG为属性特征；RG为关系域，表示各种地理对象之间的关系；IG＝{Ij|j∈N}表示具体地理对象集合，为实例域。
进一步优选地，所述地理对象本体模块包括地理事件位置定位和地理事件空间关系这两个属性值，地理事件位置定位表示某一地理事件的发生地，地理事件空间关系表示地理事件之间的方向、构成、拓扑、类属和距离关系。
更进一步优选地，地理事件位置定位可定义为LG＝{TG|CG|DG}，其中，LG表示地理事件位置定位，域值TG表示地名，CG表示地理坐标，DG表示行政区划代码，“|”表示逻辑或关系。以及，更进一步优选地，地理事件空间关系定义为RS＝{DS，CS，TS，KS，LS}。其中，RS表示地理事件空间关系，域值DS表示方向关系，CS表示构成关系，TS表示拓扑关系，KS表示类属关系，LS表示距离关系。
进一步优选地，所述灾害事件本体模块可以引用地理对象模块中表示地名、地理坐标、行政区划代码、空间关系等的属性和域值。
进一步优选地，地理空间事件本体库还包含用户本体模块，用户本体模块描述系统使用者的知识程度、专业背景、业务范围、兴趣方向、操作习惯、系统使用意图信息，包括概念域、属性域、关系域和实例域。
利用上述地理空间事件本体模块，本发明提供了一种本体驱动地理信息检索系统，包括：
地理空间事件本体库(201)，该本体库中具有以地理空间事件本体文件的形式保存的地理空间事件本体模块，以及以用户本体文件的形式保存的用户本体模块。
检索接口模块(202)，为检索用户提供检索入口，并对返回的检索结果进行显示。优选地，检索接口模块(202)为用户提供表单检索方式和任意关键词检索方式。
本体解析模块(203)，对地理空间事件本体库(201)中的地理空间事件本体文件进行解析从而获得所述地理空间事件本体模块。
概念匹配模块(204)，将用户输入的检索条件信息与地理空间事件本体模块中的概念进行匹配，使得用户自定义的检索条件信息能够转化成本体概念检索条件。优选地，概念匹配模块(204)将初步匹配结果显示出来供用户选择最终符合其语义的概念作为所述本体概念检索条件。
语义查询模块(205)，在获得本体概念检索条件后，通过本体查询语言地理空间事件本体库(201)中的地理空间事件本体模块进行查询。
本体推理模块(206)，为语义查询模块(205)提供本体推理功能，通过空间关系推理和语义关系推理扩展新的本体概念检索条件。
数据查询模块(207)，提供了数据库查询和空间特征数据查询功能。
本发明提供了一种本体驱动地理信息检索方法，包括：
用户输入检索条件；优选地，用户输入任意关键词作为检索条件，通过信息需求形式化描述步骤将自然语言形式的关键词转化为标准形式的检索条件；
概念匹配步骤，将形式化后的用户输入的检索条件与地理空间事件本体库中地理空间事件本体模块中的概念进行映射匹配，生成本体概念检索条件；
本体推理步骤，利用地理空间事件本体模块对用户输入的检索条件进行空间关系推理和语义关系推理，产生新的本体概念检索条件作为查询请求；
任务管理步骤，将基于本体概念检索条件的查询请求分解为具体的查询任务，提出相应的查询服务请求；
服务管理步骤，实现查询服务请求的注册、检索与调度等功能，调用相应的数据查询服务和数据运算服务；
数据查询服务步骤，调用现有的空间数据库、领域数据库和其它资源提供数据查询和空间特征数据的查询功能；
数据运算服务步骤，基于统计分析、空间分析和时空推理实现对检索结果的综合分析推理。
优选地，所述本体驱动地理信息检索方法还进一步包括：查询结果根据地理空间事件本体库中的用户本体进行个性化的组织，显示检索结果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是地理空间事件本体模块及用户本体模块的逻辑结构关系图；
图2是本体驱动地理信息检索系统结构示意图；
图3是本体驱动地理信息检索方法的流程图；
图4是用户本体模块的构成示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明的本体驱动地理信息检索系统和检索方法，区别于传统的地理信息检索仅利用关键词进行匹配和查询的机制，其以地理空间事件(任务)为纽带，通过建立地理空间事件本体模块(包含地理对象本体模块、灾害事件本体模块等2种本体子模块)，对与地理空间事件相关的语义、时序、空间等三类信息进行关联分析和推理，从语义层次理解用户需求，按照特定地理空间事件特征，组织查询任务，自动提取相关信息并基于用户本体实现个性化表达。
一、地理空间事件本体库及其构建方法
本发明的本体驱动地理信息检索系统和检索方法的核心是地理空间事件本体库。所谓地理空间事件是发生在地表空间的各种自然和社会现象，强调其静态结果。地理空间事件由时间、位置和事件现象三部分组成。构建地理空间事件本体库首先要构建地理空间事件本体模块，地理空间事件本体模块中是对地理空间事件概念模型明确的形式化描述，构建完成后将地理空间事件模块保存为本体数据库中的地理空间事件本体文件。图1是地理空间事件本体模块及用户本体模块的逻辑结构关系图。其中，构建地理空间事件本体模块包含构建本体概念域、关系域、实例域的三元域值结构。可将地理空间事件本体模块Geo-onto按如下结构构建：Geo-onto＝{(Te，Le，E)，Re(E，Oe)，Ie}，其中：Te，Le，E为本体概念域，Te为事件发生的时刻，Le为事件发生的位置，E为事件现象；Re为地理事件与其作用对象之间的关系域，其中Oe为事件作用对象；Ie是实例域，Ie＝{Ij|j∈N}为具体地理事件集合。Ij为具体的地理事件，由地理事件概念中的各项属性赋值后形成，包括时间、位置、事件现象以及事件与其作用对象之间的关系等属性项。如图1所示，地理空间事件本体模块Geo-onto下又构建地理对象本体模块OG和灾害事件本体模块
1、构建地理对象本体模块OG
地理对象本体模块OG是对地理对象概念模型明确的形式化描述。地理对象本体模块OG采用本体概念域、关系域、实例域的三元域值结构，地理对象本体模块OG可作如下定义：
地理对象本体模块OG＝{(CG，FG，AG)，RG，IG}
其中，(CG，FG，AG)是本体概念域，CG为地理对象类型，FG为地理空间特征，AG为属性特征；RG为关系域，表示各种地理对象之间的关系；IG＝{Ij|j∈N}表示具体地理对象集合，为实例域。
其中，地理对象类型CG可以按地理行政区划划分，也可以按地物进行划分。前者包括国家、省、市、县等(也可以继续细分至乡镇、村庄等)子类型。后者包括河流、居民地、道路、植被、行政区划等类型，每个类型又可以继续向下细分，如道路可以分为铁路、公路、高速公路等子类型。
地理空间特征FG主要指地理对象的空间位置，可以用地理坐标进行表示。
属性特征AG主要指区分于地理对象空间特征的内在属性，例如时间、地名、地理区划代码等。
地理对象之间的关系RG在下面的1.2“地理事件空间关系RS”中再加以详细介绍。
具体地理对象集合IG主要指具体的地理对象实例的集合。
在构建地理对象本体模块OG中，主要通过设置地理事件位置定位LG、地理事件空间关系RS这两个属性体现其内容。
1.1、地理事件位置定位
对于某一地理事件的发生地，这里以地理事件位置定位LG表示，可以通过地名、地理坐标、行政区划代码等任一方式对其位置进行定位，即LG＝{TG|CG|DG}。其中，域值TG表示地名，CG表示地理坐标，DG表示行政区划代码，“|”表示逻辑或关系。地名包括标准地名、别名等类型，例如北京的标准地名是北京市，别名有首都、北平、大都等。地理坐标包括两种格式，即经纬度格式、大地坐标格式，前者以经度、纬度表示地理坐标位置，后者基于某一坐标系(例如克拉索夫斯基椭球系)，用该坐标系下的X、Y坐标表示地理坐标位置。行政区划代码是对地理行政区划的编码，包括标准代码(国标)和历史代码等格式，例如保定市的标准行政区划代码是130600，历史代码是132400。
1.2、地理事件空间关系
地理事件空间关系RS比较复杂，表示地理事件之间的方向、构成、拓扑、类属和距离关系。可以定义为RS＝{DS，CS，TS，KS，LS}。其中，域值DS表示方向关系，CS表示构成关系，TS表示拓扑关系，KS表示类属关系，LS表示距离关系。其中，方向域值DS可以分为准确、混合等2种方式。前者还可以按方向继续细分，例如东、西、南、北；后者可以划分为东南、西南、东北、西北等。构成域值CS主要指is_part_of类型(部分-整体关系)，例如武汉是湖北省的组成部分。拓扑域值TS主要包括包含、邻接、穿越、关联等类型。类属KS主要归属类型，例如高速公路是道路的一种。距离域值LS包括定性、定量等2种方式，前者有近、远、接近等类型。后者主要指欧氏几何距离。
2、构建灾害事件本体模块
灾害事件本体模块中，主要通过“灾害事件概念”、“灾害事件本体组织和表示”这两个构成属性体现其内容。
2.1、构建灾害事件概念
灾害事件可以定义为“以自然界作用为发生的原动力，使人类社会结构和人类生存环境承受超过极限的承受力而失去固有的平衡和稳定，造成人类赖以生存的基础破坏或功能失效，以导致人类及其社会损失为特征，并使承受对象在一定时间内难以靠自身力量恢复的突发事件。”灾害事件概念属性用以描述各种灾害的概念定义和属性信息，以灾害的一种类型地震为例，可以按如下方式定义地震概念，其中符号“[]”内分别是地震的属性信息和定义，地震概念＝{[发生时间，发生地点，震源，震中，震级]，[地震是地球内部介质局部发生急剧的破裂，产生的震波，从而在一定范围内引起地面振动的现象]}。地震还可划分为多种，如按震源深浅划分为浅源地震、中源地震、深源地震等。按地震震级可以分为特级地震、大地震、中等地震、小地震、微震、极微震等。另外，地震概念和其它灾害概念之间通常存在一定的关系，例如“地震”会“引发”“滑坡”和“洪水”。其中地震与滑坡、洪水之间就存在引发与被引发的关系。实例则是概念的属性被赋值后的具体化对象，例如，汶川地震、九江地震均为地震的实例。
2.2、灾害事件本体组织和表示
灾害事件本体模块包括各种类型的灾害本体，该模块同样包含灾害本体概念域、关系域、实例域的三元域值结构。这里仍以地震为例，地震本体以地震概念、关系、实例三元域值结构进行定义，
地震本体＝
地震{[发生时间，发生地点，震源，震中，震级]，[(引发，滑坡)，(引发，洪水)]，[汶川地震(2008年5月12日，四川省汶川县，...)，九江地震(2005年11月26日，...)，...]}
--------浅源地震{...}
------中源地震{...}
--------深源地震{...}
以上是以文字描述方式进行表达的灾害事件本体内容，适合人理解。为使计算机也能理解本体内容，提出了形式化的描述方式，如OWL本体描述语言。以下即是使用OWL对本体地震形式化描述的部分内容。
<owl:Class rdf:about＝″#地震″>
  <owl:equivalentClass>
    <owl:Class>
      <owl:unionOf rdf:parseType＝″Collection″>
        <owl:Class rdf:about＝″#特大地震″/>
        <owl:Class rdf:about＝″#大地震″/>
        <owl:Class rdf:about＝″#中等地震″/>
        <owl:Class rdf:about＝″#小地震″/>
        <owl:Class rdf:about＝″#微震″/>
        <owl:Class rdf:about＝″#极微震″/>
     </owl:unionOf>
   </owl:Class>
   </owl:equivalentClass>
   <rdfs:isDefinedBy
rdf:datatype＝″http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string″
>大地震动。包括天然地震(构造地震、火山地震)、诱发地震(矿山冒顶、水库蓄水等引发的地震)和人工地震(爆破、核爆炸、物体坠落等产生的地震)。一般指天然地震中的构造地震。(《GB/T18207.1-2000防震减灾术语》)
</rdfs:isDefinedBy>
        <rdfs:subClassOf rdf:resource＝″#地震灾害″/>
      </owl:Class>
3、本体引用
地理对象本体模块和灾害事件本体模块可以相互引用，这里以灾害事件本体模块引用地理对象本体模块为主。地理对象本体模块中包含地名域值TG、地理坐标域值CG、行政区划代码域值DG、空间关系RS等属性和域值，灾害事件本体模块可以在构建和实施过程中直接引用这些属性域值，为其所用，这个过程类似程序中的函数调用。例如，引用地理对象本体模块的地名属性域值可以确定灾害事件发生的地区名称；引用地理对象本体模块的地理坐标域值可以确定灾害事件发生的区域范围。同样，用户本体和灾害事件本体也可以相互引用。
二.本体驱动地理信息检索系统和检索方法
利用上述地理空间事件本体模块所具有的空间关系、语义关系和逻辑推理能力，本发明提供了一种本体驱动地理信息检索系统和检索方法，对用户输入内容进行概念关联分析和查询扩展，生成新的查询对象，提出相应的查询服务要求，驱动现有数据查询服务和空间分析、统计分析等地理信息服务，实现地理空间事件相关信息检索、运算和分析。
理论上，完整的检索系统应包括对空间数据属性特征及空间特征数据的检索。而目前的本体模型只能对空间数据的属性特征进行检索，而无法实现对空间特征的检索。针对这一问题，本发明的本体驱动地理信息检索系统如图2所示，可以实现对空间数据属性特征及空间特征数据的检索。如图，本系统包括：地理空间事件本体库201、检索接口模块202、本体解析模块203、概念匹配模块204、语义查询模块205、本体推理模块206和数据查询模块207。
(1)地理空间事件本体库201
按照上面所述的构建方式构建地理空间事件本体库201，在该本体库中具有以地理空间事件本体文件的形式保存的地理空间事件本体模块，以及以用户本体文件的形式保存的用户本体模块。
(2)检索接口模块202
主要为政府部门等检索用户提供检索入口，并对返回的检索结果进行显示。该接口模块为用户提供了两种检索方式：一是按事件方式进行检索，这属于表单检索方式，即用户只能输入事件发生的时间、地点和事件类型三种信息；二是按任意关键词方式进行检索，该方式与传统的互联网搜索引擎检索方式相同，允许用户通过输入任意关键词作为检索条件。
(3)本体解析模块203
能够对地理空间事件本体库201中的地理空间事件本体文件进行解析从而获得上述地理空间事件本体模块，这是实现基于地理空间事件本体的信息检索的前提条件之一。利用现有的本体开发工具ProtégéOWL API可以提供了多种解析本体的方法，可直接调用以实现本体解析功能。
(3)概念匹配模块204
主要实现用户输入的检索条件信息与地理空间事件本体模块中的概念进行匹配，使得用户自定义的检索条件信息能够转化成本体概念检索条件。该模块将以系统匹配和用户匹配相结合的方式实现概念匹配过程，即用户每输入一个关键词，系统首先按照词形与地理空间事件本体模块中的本体概念进行匹配，并将初步匹配结果显示出来供用户选择最终符合其语义的概念。其核心思想是最终匹配结果由用户决定。
(4)语义查询模块205
在将政府部门等用户的输入检索条件信息转化成本体概念检索条件后，语义查询模块205即可通过特定的本体查询语言SPARQL向地理空间事件本体库201中的地理空间事件本体模块进行查询，在推理查询方式下，该模块将调用本体推理模块206进行推理后再实施查询。
(5)本体推理模块206
为语义查询模块205提供本体推理功能，通过本体推理挖掘本体模型隐含的语义信息，利用地理空间事件本体所具有的对空间关系、语义关系进行空间关系推理和语义关系推理，通过概念的关联和扩展生成新的本体概念检索条件，使得语义查询模块205能够获得更丰富的查询结果。本模块可使用Protégé内置的Pellet本体推理插件，通过Protégé提供的API接口调用本体推理功能。
(6)数据查询模块207
该模块主要提供了数据库查询和空间特征数据查询功能。由于大部分信息仍然存储在数据库中，并未以实例的形式包含在地理空间事件本体模块中，因此需要提供数据库查询功能，以提取必要的数据(如人口、经济数据等)。此外，由于语义查询模块205只能按照属性特征方式进行检索，为了弥补这种不足，数据查询模块207还提供了空间特征方式检索功能。
本发明采用面向服务的架构，建立基于本体驱动的地理信息检索机制。图3是本发明实施例的本体驱动地理信息检索方法。如图，用户输入301的步骤中，由用户通过上述检索接口模块202输入检索条件；如上面所述，用户输入可以采用表单检索方式，即用户只能输入事件发生的时间、地点和事件类型三种检索条件；用户也可以按任意关键词方式进行检索，即允许用户通过输入任意关键词作为检索条件，通过步骤302中的信息需求形式化描述将自然语言形式的用户关键词转化为标准形式的检索条件。概念匹配步骤303将形式化后的用户输入的检索条件与地理空间事件本体模块中的概念进行映射匹配，使得用户自定义的检索条件信息能够转化成本体概念检索条件；概念匹配步骤303可以将以系统匹配和用户匹配相结合的方式实现概念匹配过程，即用户每输入一个关键词，系统首先按照词形与地理空间事件本体模块中的本体概念进行匹配，并将匹配结果显示出来供用户选择最终符合其语义的概念。本体推理步骤304，形式化后的检索条件信息，可以通过使用本体推理模块206将检索条件映射为地理空间事件本体库201(该本体库包含上述地理空间事件本体模块及其相关的用户本体模块等)中的概念，利用地理空间事件本体模块所具有的对空间关系、语义关系进行步骤305所示的空间关系推理和语义关系推理的能力，进行概念关联分析和查询扩展，从而产生提出新的本体概念检索条件作为新的查询请求；任务管理步骤306将基于本体概念检索条件的查询请求分解为具体的查询任务，提出相应的查询服务请求；服务管理步骤307实现查询服务请求的注册、检索与调度等功能，根据具体任务的不同，分别从现有资源中调用相应的数据查询服务308和数据运算服务309。其中数据查询服务308通过上述数据查询模块207调用现有的空间数据库、领域数据库和其它资源，提供数据查询和空间特征数据的查询功能；数据运算服务309基于统计分析、空间分析和时空推理实现数据服务完成对检索结果的综合分析推理；本体驱动的地理信息检索方法运算实现业务逻辑和自描述，支持基于本体的查询和运算，返回本体标注的信息作为查询结果；在个性化服务步骤310，查询结果根据地理空间事件本体库201中用户本体进行个性化的组织，包括基于用户本体的信息内容组织方式和基于用户本体的可视化表达；以信息提示步骤311显示检索结果。
(三)构建用户本体模块以及用户本体驱动的地理信息个性化表达
在上面的内容中，已经涉及到了用户本体的概念，以及基于用户本体的查询结果个性化组织和可视表达。下面将具体介绍用户本体模块构建和用户本体驱动的地理信息个性化表达的相关内容。
本发明在本体库中构建用户本体模块，并基于用户本体模块和用户任务的个性化信息内容定制方法，根据用户本体与用户任务，通过对用户使用习惯、知识背景的处理，以及对用户的查询计划、意图、兴趣方向的推理和预测，完成信息过滤，提取用户需要的信息。按照地理空间事件(如自然灾害、公共安全事件等)的特性，对检索结果进行综合分析推理，包括特定类型事件的特征要素整理、空间分析、统计分析、基于时空关系的空间推理等，完成信息重组，形成符合用户需要的视图。结合符号、色彩、专题制图等地理信息表达形式，提供用户个性化的可视化表达。
1.构建用户本体模块
1.1用户本体构成
用户本体主要描述系统使用者的知识程度、专业背景、业务范围、兴趣方向、操作习惯、系统使用意图等信息。用户本体属于领域本体的范畴，根据用户类别可以细分为电子政务用户本体、公众用户本体、企事业单位用户本体、公司实体用户本体等。这里主要以电子政务用户本体(工作在政府部门，利用网络和网络环境下的信息系统，实现为居民和企业直接服务，处理政务工作，提供政府机构间信息共享的工作人员。一般具有较高的知识背景、专业具有不确定性，其操作习惯多是面向某一应用主题进行信息检索，为处理某一事件进行信息提取等)为例，通过构建用户本体模块，用于实现个性化信息内容定制。用户本体模块的构成如图4所示。
1.2用户本体模块的逻辑结构
用户本体模块0的结构为一个四元域值，包括概念域、属性域、关系域和实例域，可表示为0＝<C，Ac，R，I>，其中概念域C表示概念的集合，属性域Ac表示由多个属性集合组成的集合，关系域R代表关系，表示用户领域中各用户概念之间的关系，实例域I表示实例。用户本体模块可以借助斯坦福大学开源的本体编辑器Protégé等本体构建工具，使用OWL(Web Ontology Language)语言，进行本体编码及其形式化表达，实现用户本体模块的构建。
2.基于用户本体模块的检索任务可视化表达
考虑到不同用户本体的差异，可以通过一系列任务模板，实现基于用户本体模块的检索结果信息过滤和个性化的地理信息表达。以地理信息检索结果显示的界面个性化为例，一般地，行政级别越高的政府用户所关心的任务越宏观，行政级别越低的政府用户所从事的任务越具体和详细。基于此，根据用户本体模块中的高级别用户可以在1∶400万或1∶100万比例尺电子地图中浏览检索结果；而较低级别用户可以在1∶25万或1∶5万比例尺电子地图中浏览检索结果。另外，检索结果可以以图、表、文单独显示的方式或混排的方式进行展示。
综上所述，本发明的本体驱动地理信息检索系统和检索方法能够获得目标信息中隐含的语义信息，从检索结果上来看，这是与传统信息检索方式最大的区别。传统的信息检索方式仅从词性上进行判断，得到的结果必须包含输入的关键词。而通过本体推理对查询条件进行扩展后，得到的则是在语义上包含用户输入关键词信息的检索结果。本发明通过构建地理空间事件本体库，建立用户本体和用户任务，为政府部门等用户提供自然灾害事件相关信息检索工具，实现突发灾害事件发生时，系统能主动、智能地提取与突发灾害事件相关的信息，并以政府管理人员等用户习惯的方式组织信息、展示信息。本发明实现了常规信息检索与推理信息检索这两种方式，在地理信息检索中具有重要作用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它控制设备中。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (26)

1.一种地理空间事件本体库的构建方法，其特征在于，包括：
构建地理空间事件本体模块，所述地理空间事件本体模块中是对地理空间事件概念模型的形式化描述，包含本体概念域、关系域、实例域。
将构建完成后的地理空间事件模块保存为本体数据库中，形成地理空间事件本体文件。
2.根据权利要求1所述的地理空间事件本体库的构建方法，其特征在于，所述地理空间事件本体模块结构为Geo-onto＝{(Te，Le，E)，Re(E，Oe)，Ie}，其中：Geo-onto表示所述地理空间事件本体模块，Te，Le，E为本体概念域，Te为事件发生的时刻，Le为事件发生的位置，E为事件现象；Re为地理事件与其作用对象之间的关系域，其中Oe为事件作用对象；Ie是实例域，Ie＝{Ij|j∈N}为具体地理事件集合。Ij为具体的地理事件。
3.根据权利要求1所述的地理空间事件本体库的构建方法，其特征在于，所述构建地理空间事件本体模块进一步包括构建地理对象本体模块和灾害事件本体模块，其中地理对象本体模块是对地理对象概念模型的形式化描述，包括本体概念域、关系域、实例域；灾害事件本体模块包括各种类型的灾害本体，该模块包含灾害本体概念域、关系域、实例域。
4.根据权利要求3所述的地理空间事件本体库的构建方法，其特征在于，使所述地理对象本体模块和灾害事件本体模块可以相互引用。
5.根据权利要求3所述的地理空间事件本体库的构建方法，其特征在于，所述地理对象本体模块定义为OG＝{(CG，FG，AG)，RG，IG}，其中，OG表示地理对象本体模块，(CG，FG，AG)是本体概念域，其中CG为地理对象类型，FG为地理空间特征，AG为属性特征；RG为关系域，表示各种地理对象之间的关系；IG＝{Ij|j∈N}表示具体地理对象集合，为实例域。
6.根据权利要求3所述的地理空间事件本体库的构建方法，其特征在于，构建所述地理对象本体模块包括设置地理事件位置定位和地理事件空间关系这两个属性值，地理事件位置定位表示某一地理事件的发生地，地理事件空间关系表示地理事件之间的方向、构成、拓扑、类属和距离关系。
7.根据权利要求6所述的地理空间事件本体库的构建方法，其特征在于，所述地理事件位置定位可定义为LG＝{TG|CG|DG}，其中，LG表示地理事件位置定位，域值TG表示地名，CG表示地理坐标，DG表示行政区划代码，“|”表示逻辑或关系。
8.根据权利要求6所述的地理空间事件本体库的构建方法，其特征在于，所述地理事件空间关系定义为RS＝{DS，CS，TS，KS，LS}。其中，RS表示地理事件空间关系，域值DS表示方向关系，CS表示构成关系，TS表示拓扑关系，KS表示类属关系，LS表示距离关系。
9.根据权利要求7-8中任一项所述的地理空间事件本体库的构建方法，其特征在于，使所述灾害事件本体模块可以引用地理对象模块中表示地名、地理坐标、行政区划代码、空间关系等的属性和域值。
10.根据权利要求1所述的地理空间事件本体库的构建方法，其特征在于，构建所述地理空间事件本体库还包括构建用户本体模块，描述系统使用者的知识程度、专业背景、业务范围、兴趣方向、操作习惯、系统使用意图信息，包括概念域、属性域、关系域和实例域。
11.一种地理空间事件本体库，其特征在于，包含保存为地理空间事件本体文件的地理空间事件本体模块；所述地理空间事件本体模块中是对地理空间事件概念模型明确的形式化描述，其包含本体概念域、关系域、实例域。
12.根据权利要求11所述的地理空间事件本体库，其特征在于，所述地理空间事件本体模块结构为Geo-onto＝{(Te，Le，E)，Re(E，Oe)，Ie}，其中：Geo-onto表示所述地理空间事件本体模块，Te，Le，E为本体概念域，Te为事件发生的时刻，Le为事件发生的位置，E为事件现象；Re为地理事件与其作用对象之间的关系域，其中Oe为事件作用对象；Ie是实例域，Ie＝{Ij|j∈N}为具体地理事件集合。Ij为具体的地理事件。
13.根据权利要求11所述的地理空间事件本体库，其特征在于，所述地理空间事件本体模块包括地理对象本体模块和灾害事件本体模块，其中地理对象本体模块是对地理对象概念模型的形式化描述，包括本体概念域、关系域、实例域；灾害事件本体模块包括各种类型的灾害本体，该模块包含灾害本体概念域、关系域、实例域。
14.根据权利要求13所述的地理空间事件本体库，其特征在于，所述地理对象本体模块和灾害事件本体模块可以相互引用。
15.根据权利要求13所述的地理空间事件本体库，其特征在于，所述地理对象本体模块定义为OG＝{(CG，FG，AG)，RG，IG}，其中，OG表示地理对象本体模块，(CG，FG，AG)是本体概念域，其中CG为地理对象类型，FG为地理空间特征，AG为属性特征；RG为关系域，表示各种地理对象之间的关系；IG＝{Ij|j∈N}表示具体地理对象集合，为实例域。
16.根据权利要求13所述的地理空间事件本体库，其特征在于，所述地理对象本体模块包括地理事件位置定位和地理事件空间关系这两个属性值，地理事件位置定位表示某一地理事件的发生地，地理事件空间关系表示地理事件之间的方向、构成、拓扑、类属和距离关系。
17.根据权利要求16所述的地理空间事件本体库，其特征在于，所述地理事件位置定位可定义为LG＝{TG|CG|DG}，其中，LG表示地理事件位置定位，域值TG表示地名，CG表示地理坐标，DG表示行政区划代码，“|”表示逻辑或关系。
18.根据权利要求16所述的地理空间事件本体库，其特征在于，地理事件空间关系定义为RS＝{DS，CS，TS，KS，LS}。其中，RS表示地理事件空间关系，域值DS表示方向关系，CS表示构成关系，TS表示拓扑关系，KS表示类属关系，LS表示距离关系。
19.根据权利要求17-18任一项所述的地理空间事件本体库，其特征在于，所述灾害事件本体模块可以引用地理对象模块中表示地名、地理坐标、行政区划代码、空间关系等的属性和域值。
20.根据权利要求11所述的地理空间事件本体库，其特征在于，所述地理空间事件本体库还包含用户本体模块，用户本体模块描述系统使用者的知识程度、专业背景、业务范围、兴趣方向、操作习惯、系统使用意图信息，包括概念域、属性域、关系域和实例域。
21.一种本体驱动地理信息检索系统，其特征在于，包括：
地理空间事件本体库(201)，该本体库中具有以地理空间事件本体文件的形式保存的地理空间事件本体模块，以及以用户本体文件的形式保存的用户本体模块。
检索接口模块(202)，为检索用户提供检索入口，并对返回的检索结果进行显示。
本体解析模块(203)，对地理空间事件本体库(201)中的地理空间事件本体文件进行解析从而获得所述地理空间事件本体模块。
概念匹配模块(204)，将用户输入的检索条件信息与地理空间事件本体模块中的概念进行匹配，使得用户自定义的检索条件信息能够转化成本体概念检索条件。
语义查询模块(205)，在获得本体概念检索条件后，通过本体查询语言地理空间事件本体库(201)中的地理空间事件本体模块进行查询。
本体推理模块(206)，为语义查询模块(205)提供本体推理功能，通过空间关系推理和语义关系推理扩展新的本体概念检索条件。
数据查询模块(207)，提供了数据库查询和空间特征数据查询功能。
22.根据权利要求21所述的本体驱动地理信息检索系统，其特征在于，所述检索接口模块(202)为用户提供表单检索方式和任意关键词检索方式。
23.根据权利要求21所述的本体驱动地理信息检索系统，其特征在于，所述概念匹配模块(204)将初步匹配结果显示出来供用户选择最终符合其语义的概念作为所述本体概念检索条件。
24.一种本体驱动地理信息检索方法，其特征在于，包括：
用户输入检索条件；
概念匹配步骤，将形式化后的用户输入的检索条件与地理空间事件本体库中地理空间事件本体模块中的概念进行映射匹配，生成本体概念检索条件；
本体推理步骤，利用地理空间事件本体模块对用户输入的检索条件进行空间关系推理和语义关系推理，产生新的本体概念检索条件作为查询请求；
任务管理步骤，将基于本体概念检索条件的查询请求分解为具体的查询任务，提出相应的查询服务请求；
服务管理步骤，实现查询服务请求的注册、检索与调度等功能，调用相应的数据查询服务和数据运算服务；
数据查询服务步骤，调用现有的空间数据库、领域数据库和其它资源提供数据查询和空间特征数据的查询功能；
数据运算服务步骤，基于统计分析、空间分析和时空推理实现对检索结果的综合分析推理。
25.根据权利要求24所述的本体驱动地理信息检索方法，其特征在于，用户输入任意关键词作为检索条件，通过信息需求形式化描述步骤将自然语言形式的关键词转化为标准形式的检索条件。
26.根据权利要求24所述的本体驱动地理信息检索方法，其特征在于，所述本体驱动地理信息检索方法还进一步包括：查询结果根据地理空间事件本体库中的用户本体进行个性化的组织，显示检索结果。
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