基于粗糙集理论的地理信息服务演绎推理研究

语义信息在异构地理信息服务共享中占据重要位置，随着地理信息科学的发展，地理信息服务基于语义层面的演绎推理研究的地位日益凸显。粗糙集理论具有严格的数学定义和较强的鲁棒性，并且粗糙集信息处理不需要附加任何先决条件等特点，能够有效的处理复杂系统中的数据与信息，为处理地理信息服务语义推理方法的研究提供了新的数学工具。本研究拟从地理信息服务的知识描述入手，研究地理信息服务语义本体和规则库的构建机理，通过引入粗糙集理论研究地理信息服务的属性信息与空间关系规则的标引词集描述方法；在此基础上，应用粗糙集理论的匹配算法建立模型来扩展已有的语义知识规则推理引擎，通过研究语义相似性规则，建立地理信息服务语义相似度评价模型，探讨语义相似性评价机制，形成地理信息服务演绎推理方法体系，进一步丰富地理信息服务语义共享理论与技术，推动地理信息共享发展。

项目提出的背景如下：地理信息数据的语义互操作与共享已经得到很好的研究，然而地理信息服务大量出现的情况下缺乏对地理信息服务基于语义层面相关的演绎推理研究。而地理信息服务语义推理首先面临的是语义描述问题，如何实现地理信息服务的有效、精确描述才能更好的实现面向地理信息服务的语义推理。同时，实现对地理信息服务的描述词汇最优简化也是亟待解决的问题。本研究围绕上述问题展开研究，试图通过引入粗糙集理论等方法，实现地理信息服务语义层面的演绎推理，主要研究内容包括：1）面向地理信息服务的空间与属性一体化描述的语义本体库构建方法，地理信息服务数据不同于一般的GIS数据，因此在构建描述地理信息服务，通过引入粗糙集理论研究了地理信息服务的属性信息与空间关系规则的标引词集的提取、约简方法与实施流程；2）基于差别矩阵的描述词汇约简方法，为更精简更准确的描述地理信息服务，通过对OWS服务描述数据库的OWS服务样本数据进行解析，构成地理信息服务实例数据库，将每一条OWS服务描述词汇集的数据构成一个研究对象，结合领域知识形成宜于实施分析的数据形式。同时，基于粗糙集理论中信息系统的定义，将所有OWS服务的描述词汇集数据作为论域，描述词汇集作为属性集合，形成一个面向OWS服务描述词汇的信息系统S；结合信息系统S和差别矩阵的定义，形成面向OWS服务描述词汇的差别矩阵；然后基于此差别矩阵完成地理信息服务描述词汇的约简，获得最优地理信息服务描述词汇；并基于Semantic annotations in OGC standards该标准研究了OGC地理信息服务的语义标注方法，实现了基于语义标注方法的OGC地理信息服务语义推理。3）研究地理信息服务语义相似性规则，建立语义相似度评价模型，研究语义相似性评价机制，设置语义相似性参数，综合描述词汇语义距离相似度、语义结构相似度、属性信息相似度以及地理信息服务模式文件中各属性标签的不同重要度等参数，定量地测算地理信息服务之间的语义相似性，以语义相似性作为地理信息服务相互演绎推理的重要指标，进而对匹配结果进行等级排序。基于上述研究开发了OGC地理信息服务演绎推理引擎并扩展了Jena语义推理引擎，构建了面向OGC地理信息服务的语义推理系统框架，形成了一套地理信息服务演绎推理的方法体系，进一步丰富了地理信息服务语义共享理论与技术。