基于三层分级框架的地理本体映射方法研究

The effective interoperability within geographic communities is the major development trend in the future geospatial field, however, semantic heterogeneity make it difficult in information sharing, Ontology mapping technology is an effective way to resolve this obstacle. Using conventional ontology mapping method can only reach a limited geographical ontology mapping effect. This project based on the perspective of the geographical space-time features classification, integrate and improve the current existing ontology mapping methods, propose the framework based on three-tier classification. This project use the different method aiming at different characteristics of the three-node mapping method. The methods are: the concept of similarity classification method, the background knowledge of optimization technique, graph theory of bipartite graph best match. Using the above ways, The project design to explore the optimal mapping matching mechanism. Testing example is the ontology mapping between the national fundamental geographic information ontology and water geographical information ontology, through testing to verify the feasibility and effect of the above-mentioned theories and frameworks. The research will extend the semantics sharing of geographic information between the various fields and facilitate the application of the geographical natural language searching.

基于知识的共享是未来信息领域发展的必然趋势，"地理信息体"之间无障碍的资源互通将极大拓展空间信息资源的应用深度，但是机构之间的语义异构已经成为妨碍共享进程的重要瓶颈，本体映射技术是解决这一困难的有效途径。常规通用本体映射方法没有考虑地理本体特有的时空关系特征，映射准确率有待提高。本项目从地理时空特征视角出发，对当前已有的方法加以综合和改进，提出了基于三层分级处理的本体映射模型框架，分别运用概念相似度分类方法、背景知识优化技术、图论二分图最佳匹配方法针对三层结点的不同特点设计映射策略，探索最优映射匹配机制。项目以国家基础地理信息本体与水利地理信息本体映射为例，通过试验验证上述理论和框架的可行性及各项精度参数。本课题所研究的语义转换机制有利于本体映射自动化，成果为地理信息体之间的语义共享提供了新方法,有助于地理自然语言搜索研究，拓宽地理认知影响范围，最终为地理空间知识层面共享服务。

国家战略《“十三五”国家信息化规划》明确提出了当前信息化发展的重点是构建统一高效、互联互通、安全可靠的国家数据资源体系，推动信息跨部门跨层级共享共用。地理本体映射技术是推动知识共享的重要环节，是信息共享中的关键技术。《基于三层分级框架的地理本体映射方法研究》项目重点研究地理本体之间映射技术，构建一套语义转化机制，在常规本体映射方法的基础上对映射算法、策略和框架加以改进，从地理本体自身的领域特点和本体构造的结构性特点两方面入手，将地理本体映射划分为三个层次进行分级处理，以提高地理本体映射的查准率。.项目从地理本体模型构建原理入手，研究了地理本体模型构建流程，地理本体框架设计，本体之间相互关系，地理本体推理及空间属性确定等基本理论，以此为基础，兼顾地理空间特性时间特性构建地理本体。项目在本体描述形式上采用 OWL语言描述地理本体，便于使用地理本体的逻辑推理。框架结构研究结合前人成果，采用四元组结构定义地理本体模型，模型分别由地理概念的集合、地理关系、地理概念实例以及地理公理组成，使用以下特征来描述地理空间概念元素：空间、时间、物质、形态、功能、成因及量度等。.项目在映射计算方法中综合使用了基于元素层相似度法和基于结构层相似度法两种方法，将地理本体映射划分为三个阶段，针对每个阶段的特点运用地理特征分类技术、基于背景知识优化技术、图论相关方法细化映射。项目在映射之前进行了预处理，以概念的“子类关系”抽稀重构本体图，达到将有环图转换为无环图的目的。基于地理特征分类底层叶节点的相似度计算以常规相似规则为基础，提出了相似的两元素必须具有相同地理特征类型的补充规则，获得叶节点相似度矩阵。中间节点相似度计算算法提出了同时兼顾源本体和目标本体中的距离差异的算法公式，对常规算法进行改进创新。项目对高层节点采用基于二分图最佳匹配算法进行相似度计算。项目以protégé为本体工具进行了项目实现，验证理论成果。本项目成果为地理信息体之间的语义共享提供了新方法,有助于地理自然语言搜索应用，最终为地理空间知识层面共享服务。