“數(shù)字城市”中的空間本體數(shù)據(jù)庫(kù)研究.pdf

1、“數(shù)字城市”建設(shè)是我國(guó)高科技發(fā)展的重點(diǎn)之一，它既是加快城市現(xiàn)代化的內(nèi)在要求，也是增強(qiáng)城市綜合競(jìng)爭(zhēng)力的有力工具。建設(shè)“數(shù)字城市”的實(shí)質(zhì)是建立以地理空間信息為核心的城市信息服務(wù)與共享體系，通過整合海量城市信息資源形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過一體化的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和信息服務(wù)。 然而，“數(shù)字城市”建設(shè)中的同語(yǔ)異質(zhì)(Homonyms)問題，即不同領(lǐng)域?qū)ν坏乩憩F(xiàn)象的不同地理認(rèn)知(Cognition of Geo

2、graphic)問題，使得不同部門在應(yīng)用城市地理信息系統(tǒng)(Urban GIS)時(shí)各取所需，采用不同的空間數(shù)據(jù)格式、不同的數(shù)據(jù)建模方法，形成了所謂“信息孤島”，即西方文獻(xiàn)中的“巴別塔(BabelTower)”現(xiàn)象。 “信息孤島”導(dǎo)致了“數(shù)字城市”建設(shè)面臨兩大挑戰(zhàn)：一方面，高質(zhì)量的城市地理信息系統(tǒng)建設(shè)要求更加專業(yè)化的知識(shí)，以適應(yīng)不同行業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)要求：另一方面，空間數(shù)據(jù)的共享和互操作又要求地理信息系統(tǒng)更加“大眾化”。這一矛盾隨著地理

3、信息科學(xué)的發(fā)展，特別是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展要求多學(xué)科多部門協(xié)作而越來越突出。而地理本體論的引入為解決這一問題提供了新的思路。 本論文從基礎(chǔ)理論層面到實(shí)際應(yīng)用層面較為深入地探索了運(yùn)用地理本體論基本思想構(gòu)建滿足“數(shù)字城市”建設(shè)需求的實(shí)際解決方案，提出了一個(gè)空間本體數(shù)據(jù)庫(kù)模型及其實(shí)現(xiàn)機(jī)制。該模型的核心思想是通過多層本體共享機(jī)制實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)城市信息間的語(yǔ)義協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。 本文的研究?jī)?nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下： 第一，論文從本體論

4、(Ontology)體現(xiàn)物質(zhì)自身的方法邏輯和架構(gòu)這一特性著手，探討了本體論的哲學(xué)涵義、歷史沿革、形式說明、類型和作用；然后詳細(xì)研究了地理本體這一領(lǐng)域本體的特征、含義以及發(fā)展，指出了地理本體論的本質(zhì)是研究地理信息的概念模型、表達(dá)、提取、分析與互操作；是當(dāng)前地理信息科學(xué)中新出現(xiàn)的一個(gè)基礎(chǔ)和熱點(diǎn)問題。 第二，論文從認(rèn)知科學(xué)的基本概念入手，探討了人類地理認(rèn)知的概念、范圍、過程和地理空間認(rèn)知中的本體層次，從“數(shù)字城市”的自然地理對(duì)象(Bo

5、nafide objects)與法律地理對(duì)象(fiat objects)相互關(guān)系的角度研究了城市地理信息分類。在此基礎(chǔ)上，提出了“數(shù)字城市”中基于啟發(fā)式地理認(rèn)知的地理本體構(gòu)建模式，同時(shí)遵循此模式設(shè)計(jì)了啟發(fā)式空間本體數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建過程，并給出了相應(yīng)豹數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)實(shí)例。 第三，獲取“數(shù)字城市”中某個(gè)領(lǐng)域內(nèi)信息共同體(commMRity)的一致意見及知識(shí)的共享和重用是建立地理本體的根本目的和要求，也是論文研究的重點(diǎn)。論文從討論本體的構(gòu)造準(zhǔn)

6、則開始，提出了一個(gè)“數(shù)字城市”多層本體共享機(jī)制模型，該模型建筑于組份拓?fù)鋵W(xué)(Mereotopology)和定位理論(location theory)兩大數(shù)學(xué)工具之上，本質(zhì)上是多源異構(gòu)城市信息間不同語(yǔ)義的協(xié)調(diào)機(jī)制，其核心思想是：將同一領(lǐng)域內(nèi)，在同一時(shí)間位于同一空間(定位理論的“恰好位于”原理)的地理實(shí)體按其與本領(lǐng)域的不同關(guān)系(不同的Mereotopology)，劃分為不同的層次，各本體層之間通過一定規(guī)則演繹機(jī)制檢索不同“信息孤島”中數(shù)據(jù)(

7、知識(shí))以實(shí)現(xiàn)海量城市信息的共享和重用。論文同時(shí)研究了該模型與傳統(tǒng)n一交理論以及對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型的關(guān)系問題。 第四，傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)是當(dāng)前建設(shè)地理信息系統(tǒng)使用的主流技術(shù)，如何將本文提出的空間數(shù)據(jù)庫(kù)模型映射到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)之中是本文研究的重點(diǎn)，也是將地理本體理論模型工程化的實(shí)際需要。與傳統(tǒng)采用類XML語(yǔ)言表達(dá)地理本體的模式不同，本論文以實(shí)際的系統(tǒng)開發(fā)為例，研究了針對(duì)時(shí)空數(shù)據(jù)的半結(jié)構(gòu)化特征，充分利用傳統(tǒng)關(guān)系型DBMS完善的管理功能，

8、采用非第一范式時(shí)空嵌套關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)半結(jié)構(gòu)時(shí)空數(shù)據(jù)的綜合管理。在此基礎(chǔ)上，通過地圖積分的自適應(yīng)函數(shù)式地圖表達(dá)技術(shù)構(gòu)建多層本體共享機(jī)制。 第五，論文以某地級(jí)城市基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)建設(shè)為例，探討了本文提出的空間數(shù)據(jù)庫(kù)模型在工程實(shí)踐中的運(yùn)用問題。論文從系統(tǒng)需求分析入手，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)基本架構(gòu)，重點(diǎn)研究了系統(tǒng)元數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)和多源異構(gòu)數(shù)據(jù)入庫(kù)問題，然后以城市旅游信息系統(tǒng)為例，研究了運(yùn)用時(shí)空嵌套關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和地圖積分技術(shù)，通過空間本體數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)“

9、數(shù)字城市”中不同領(lǐng)域的信息共享和重用。驗(yàn)證了本文提出的空間本體數(shù)據(jù)庫(kù)模型的有效性和實(shí)用性。 本論文的研究為本體論在“數(shù)字城市”中的應(yīng)用研究探索了一條新的途徑，為解決地理本體理論和應(yīng)用之間的巨大鴻溝做了有益的嘗試。論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： Ⅰ．本文研究了“數(shù)字城市”建設(shè)中由于地理認(rèn)知不同而造成的“信息孤島”問題，在城市地理環(huán)境“自然地理對(duì)象”與“法律地理對(duì)象”分類的基礎(chǔ)上，提出了“數(shù)字城市”中基于啟發(fā)式地理認(rèn)知的地理本體構(gòu)建

10、模式，并遵循此模式設(shè)計(jì)了啟發(fā)式空間本體數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建過程。 Ⅱ．本文研究了“數(shù)字城市”建設(shè)中海量異構(gòu)城市信息共享和重用這一核心問題，提出了一個(gè)基于組份拓?fù)鋵W(xué)(MereotopoIogy)與定位理論的空間本體數(shù)據(jù)庫(kù)模型，該模型的本質(zhì)是構(gòu)建“數(shù)字城市”多層本體共享機(jī)制，用以協(xié)調(diào)多源異構(gòu)城市信息間的信息語(yǔ)義，實(shí)現(xiàn)海量異構(gòu)城市信息的共享和重用。 Ⅲ．本文研究了該空間本體數(shù)據(jù)庫(kù)模型的工程應(yīng)用問題，創(chuàng)造性地運(yùn)用非第一范式時(shí)空嵌套關(guān)系數(shù)