时间本体及其在地学数据检索中的应用

高效、准确地获取目标数据及其关联数据,是决定大数据共享与挖掘分析能否实现的关键因素。传统的数据检索方法无法利用地学数据间的显性或隐含关系,已不能满足日益增长的对检索结果质和量的需求,而本体理论和技术的语义检索成为当前的研究热点。本文针对时间这一地学数据的本质属性,在系统研究地学数据时间概念与特征的基础上,建立了地学数据时间本体模型,并深入论述了模型中的时间关系、时间坐标系等内容,提出了时间位置和时间距离的描述函数,同时研究了二者的本体表达方式。构建了包括地质年代等在内的地学数据时间本体库,并以语义网开发框架Jena为基础,经本体解析、元数据时间信息抽取与标注等过程,将时间本体应用于地球系统科学数据共享平台的元数据检索之中。结果表明,以时间本体的地学数据语义检索查全率约为关键字方法的1倍,检索结果排序,以及关联数据推荐方面也有更好的效果,为促进地学数据共享与关联发现提供了一种有效的方法。     

地质科学大数据背景下的矿体动态建模方法探讨

三维地学建模的理论与方法在大数据时代该如何发展,是当下这一领域研究人员非常关注的问题。从现代三维地学建模的重要方法——隐式建模的角度,对三维地学建模方法与地质大数据系统的有机集成、以及如何利用大数据技术提高地学建模的效率和质量等问题进行了探讨。初步提出了一套基于地质科学大数据的三维地学建模方法和流程,包括:地质大数据的搜集、主题大数据系统的搭建、地质特征要素的深度挖掘和三维地学模型的动态构建。同时,也指出了大数据背景下高质效三维地学建模的关键在于:研究实现充分顾及地质对象和地质科学大数据特点的地学人工智能、机器学习、数据挖掘及空间推断方法。通过一个典型矿体建模的应用实例对所提方法的可行性进行了验证。      

面向发生的地学数据分类方案及其元数据扩展研究

在分析地学数据特点和共享需求的基础上,阐述数据分类对于人们认识地球以及地学研究的重要性,并综述和评价了目前地学领域已有的各种分类研究。这些分类研究大致可归纳为探索型、应用型和综合型3种。由于地学数据应用的多学科交叉、多源异构等特性,分类系统很难满足系统性、一致性、易扩展性等原则。本文从数据发生的角度,探索新的数据分类方案,将地学数据分为器测数据、调查数据和过程数据三大类。从数据本质特征对其进行描述,学科应用仅作为数据的元数据对其标志,从而很好地消除了上述问题。此外,本文基于ISO19115地理信息核心元数据扩展模型,将地理信息元数据标准拓展到整个地学领域的数据描述,构建适应该地学数据分类方案的元数据体系。     

黄土地貌区径流节点提取及其特征信息指数的DEM实验分析

径流节点是一种真实存在于流域单元中的地学实体对象,携带了大量的水文与地貌特征信息。针对当前研究中缺乏定量地度量径流节点所承载的地学特征信息量的相关探讨,本文结合径流节点的已有理论,总结了其地学特征信息,借鉴数学粗集理论提出了径流节点的特征信息指数（FIIRN）,并分析了相关的定义与计算方法。本文以黄土高原的7个典型黄土地貌样区5 m分辨率DEM数据为实验材料,提取了各个实验样区的径流节点,并计算了每个样区的FIIRN指数值。实验结果表明：（1）FIIRN指数可有效地映射流域单元的径流分级、发育状况等地学特征信息;（2）FIIRN指数可定量地表达流域单元的地学特征信息量;（3）FIIRN指数可作为挖掘流域地学特征信息的一个重要参数。     

地学信息图谱思想与实践探索

本文回顾和综述了陈述彭院士关于地学信息图谱的学术思想,该学术思想来源于陈先生的科学实践。他提出了地学信息图谱的相关概念及其类型体系,地学信息图谱是地学图谱与现代信息技术结合的产物。地学信息图谱的核心在于发现地学时空知识和规律,并能为社会经济建设提供应用服务。按研究对象划分为地学各分支学科的信息图谱和各行业的信息图谱,按功能划分为：征兆图谱、诊断图谱和实现图谱。陈先生发展了地学信息图谱生成的技术方法,提出了地学信息图谱的工作流程,促进了地学信息图谱在经济社会发展中的应用。陈先生指出了发展地学信息图谱的创新方向：创新地学大数据获取技术方法,提升地学信息图谱生成智能化与自动化水平,促进地学信息图谱应用的深度和广度。陈先生指出网格地图是地学信息图谱的重要基础。该思想至今对推动地球信息科学的发展及其在解决国家重大战略需求方面,仍然具有重要的指导意义。总结了在陈先生地学信息图谱思想的指导下,在地学信息图谱方面的一些实践探索和结果,包括：发展了基于知识发现的专题信息提取和多数据多知识协同的精细地表要素获取的技术方法,提高了水体、绿被、积雪和城乡聚落提取以及精细土地利用和精细植被类型信息获取的自动化水平和效率;拓展了时空变化图谱的研究和应用,提升了时空变化图谱生成的智能化水平和效率;地学信息图谱在社会经济发展、生态建设、环境保护和灾害风险防控等方面的应用实践已展示出了巨大前景。最后,结合新时代共建全球人类命运共同体和地球科学国际化的重大战略需求,提出了开展全球地学信息图谱关键技术与应用研究,以期实现地表大观测到大数据,再到大知识大应用的提升转化,支撑地表治理体系和治理能力的现代化,提升地学服务经济社会发展的水平和能力,彰显学科特色与优势。     

基于多维多值概念格的矿山生产地学本体构建研究

矿山生产地学本体能够形式化描述领域概念,是实现多源异构信息集成与知识共享的关键技术之一。本文从多维地学数据源兼有同一性和特异性的视角入手,扩充多维多值概念格理论,构建兼顾全局和区域特性的地学境本协同语义模型与形式化描述,依托二者映射转换关系,提出强情境敏感性的多维地学结构化数据本体自动学习算法;并以金属矿山实际项目为例,结合矿山生产概念体系架构,构建矿山生产领域本体实例,验证方法有效性。该方法注重地学领多维特性,较客观地展示多维地学对象之间关联关系,且较顾忌局部区域时空等数据环境差异,有效提高矿山生产本体的构建效率与准确性,对其他地学领域本体构建提供借鉴。     

浅谈计算机技术在地学应用中的设想及需求

随着计算机技术日趋成熟与普及，带动了信息产业的发展，相应建立了著名的地理信息系统。简称GIS。计算机技术在地学研究中也是靠它来得以完成实现的。地学借助于地理信息系统研究计算机技术和空间地理分布数据的结合，通过一第列空间操作和分析方法，为地球科学、环境科学、和工作工程设计乃至企业管理提供对规划、管理和决策提供有用的信息。因此，计算机技术在地学中的应用可以理解为地理信息系统的研究及应用。     

大规模地球科学知识图谱构建与共享应用框架研究与实践

地球科学（以下简称地学）知识图谱具有强大的知识表示和语义推理能力，已成为地学大数据和地学人工智能发展必要的基础设施。然而，目前的地学知识图谱研究主要面向实验场景，缺乏面向实际应用的大规模地学知识图谱构建方法和共享应用框架研究，导致尚未真正在地学领域现实应用中得到使用。为此，本文面向地学大数据和人工智能研究与应用对地学知识图谱的迫切需求，首先研究了大规模地学知识图谱的构建技术，在此基础上，提出一种覆盖地学知识图谱构建、共享和应用全生命周期的总体框架。然后，以“深时数字地球（DDE）”国际大科学计划为例，开展了面向实际应用的知识图谱平台研发实践。最后，利用该平台，构建了DDE大规模地学知识图谱，开展了知识图谱开放共享，有效实现了知识图谱应用，证明本框架可有效支撑大规模地学知识图谱的构建与共享应用。本文对于地学知识图谱现实应用价值的实现具有重要的促进作用。     

试论地学信息图谱思想的内涵与传承

地学信息图谱是陈述彭先生倡导的重要理论探索领域。本文根据先生的相关文献和论述,探讨了地学信息图谱思想的内涵,认为图谱是许多领域都采用的表达和分析的方法论,地学图谱是针对地学领域地学现象和过程的图谱,地学信息图谱则强调在地理信息系统支持下,通过定量地学信息（地学数据库）和地理计算实现的地学图谱,以期通过运用地学图形语言进行地理时空表达与分析,用于描述人与自然和谐相处的规律,反演它的过去,评估它的现状乃至预测它的未来。地学信息图谱思想的提出与陈述彭先生的职业生涯密切相关。他青年时期的坚实地理学基础,中年时期将综合地理和地图设计紧密结合的实践,晚年时期对遥感与地理信息系统的引领,促使他集一生在地理科学研究中的丰富理论、方法、技术成果积淀,开辟了这一探索性的地学研究新领域。地学信息图谱是陈述彭先生留给后来者的科学问题。为此,作者根据新近相关领域的研究进展,提出了未来可能的研究方向：全息地图的发展是地学信息图谱表达的重要基础,并有助于进一步发现新的地学现象和新的地学规律。遥感对地表信息的“谱”探知要以地理学“图”分析思想为支撑,它将最终回归于对复杂地表分布与内在发生机理等地理学核心问题的回答。地学信息图谱的认知以人地关系为中心,以实现从客观地理空间到虚拟空间的人地关系新认知构建一套认知理论。地学信息图谱的目标是辅助发现与利用新的地学知识,为实现自动化、智能化的地理知识图谱奠定理论与方法基础。     

地学关联规则与时空推理的渔业分析应用

在阐述地学关联规则背景的同时,对地学关联规则作了分类:即空间特征规则、空间区别规则、空间关联规则和时空关联规则。并给出了时空关联规则的数学定义,分析了各指标的意义和对规则提取的影响。进一步对地学关联规则所处理的数据抽象层次、地学数据维数、变量类别和空间配置四方面,进行了剖析和分类。基于规则中数据的抽象层次,将其分为单层关联规则和跨层关联规则;基于规则中涉及到的地学数据维数,将其分为单维关联规则和多维关联规则;基于规则中处理变量的类别,将其分为布尔型和数值型;基于空间配置,将其分为局部关联规则和邻域关联规则。最后,结合海洋渔业的实例,论述了关联规则在时空推理过程中的步骤和方法。     

基于XML的GOMS元数据描述体系

地球信息科学元数据标准已经进入草案实施阶段,但仅仅针对有限的公共实体进行标准制定。GOMS是在地球信息科学元数据标准的基础上,综合了CIMI,根据地球科学的学科特点扩展而来,是一种适合在网上检索、交换、共享地学标本的网络信息资源描述体系。XML是W3C推出的元数据标准可扩展语言,为元数据的编码、交换和重用提供了基础框架。本文以地球科学数字博物馆中的地学标本元数据标准为研究对象,利用XML进行了描述,使得专用于地学领域的标本描述转换成通用的机器可理解的元数据,对于集成不同来源的地学标本描述,建立基于Internet的地学标本信息的管理服务体系提供了可能性。     

一种融合多维信息的城市建成区提取方法

夜间灯光数据是提取大区域尺度建成区的有效数据源,现有提取方法需要针对不同的研究区域独立设置阈值或选取样本,提取精度依赖于主观经验或辅助数据质量。融合多源遥感信息、空间信息以及时间序列信息,提出一种城市建成区自动提取方法。首先,融合多源数据,利用DMSP-OLS、MODIS EVI、NDWI计算归一化城区综合指数NUACI;在此基础上,利用结合时空信息改进的FCM算法初步提取建成区;最后,定义建成区界定规则并进行提取后处理。选取6个典型城市实验,结果表明本文算法的提取结果总体精度均大于90%,适用于不同环境下建成区提取。     

遥感影像提取数据的后处理技术研究

遥感信息的自动提取是当今空间信息领域的研究难点和重点,常见的提取方法能在一定程度上实现自动提取,但提取后的空间数据如道路、建筑物,存在着属性信息缺失、质量不高等问题,无法直接用于实际生产.为了解决这个问题,本文对遥感影像提取数据后处理过程进行研究,基于自动提取结果,借鉴制图综合领域中的算子和算法,并根据典型矢量要素的自身特征,制定规则库进行制图综合处理.同时引入OpenStreetMap数据进行多源数据融合,解决提取信息属性不足的问题,最终形成一套适合半自动生产加工的遥感影像数据提取后处理方法.与传统后处理方法相比,本文提出的方法可以大大提高系列比例尺地形图制作速度和自动化水平,提升基础地理信息数据快速生产更新效率.     

RDF/XML在地学数据Web共享中的应用研究

本文基于W3C推荐的资源描述框架（RDF）,利用RDF/XML语法法规范实现了地学多学科元数据的表达和交换;设计了地学多学科元数据扩展和共存方案;以RDF／XML为中间层,构建了地学数据Web共享的基本框架。研究表明RDF／XML在地学数据Web共享中的应用前景十分广阔。     

自适应可视化研究综述

介绍了形式化描述自适应可视化的四类模型,即用户模型、资源模型、数据模型、问题域/任务模型。在分析了自适应可视化(在地学信息可视化中)应用现状的基础上,对地学信息自适应可视化的研究趋势进行了展望。     

地学三维可视化

本文论述地学三维可视化研究现状与未来的发展,认为地学三维数据模型,地学三维数据场,地学矢量场、标量场的三维可视化,三维图像表面空间分析,实时动态可视化技术是当前GIS中可视化的研究重点和发展方向。本文介绍了GIS地学三维可视化与分析系统Geo-3D Vision的主要功能。     

面向Web的地学数据共享服务平台架构设计

针对地学数据的特点,设计了地学数据Web共享服务平台的总体架构。该共享服务平台由5个层次组织,分13个功能模块,其中元数据管理和元数据服务是该平台的基础设施。利用W3C推荐的RDF/XML设计和构建了该模块,并用ArcIMS提供的空间数据发布引擎和7个必要的元数据接口实现了空间数据的发布。平台体系通过A鄄pache+Tomcat+ArcIMS的系统部署,提供Web共享服务。     

地学信息图谱的基础平台设计与开发

主要介绍地学信息图谱基础平台的设计思想和相关的技术。地学信息图谱基础平台是在对地学信息图谱的理论深入研究和探讨后,根据制作地学信息图谱样例的需求,利用系统设计理论和计算机软件工程技术,对基础平台的系统功能进行了设计,并采用先进的软件编程技术和思想而完成的。另对图谱表格中嵌入OLE对象、图谱表格的编辑以及图谱表格与GIS数据的连接等关键技术作了讨论。     

地学信息图谱的研究及其模型应用探讨

地学信息图谱系以遥感与地理信息系统等新技术 ,充分发挥人脑的形象思维能力来解决资源环境问题。它是地学思维在新时代下的新发展 ,在地学研究中有重要的理论和实践意义。文章着重分析了地学信息图谱研究近况 ,并结合生态系统综合评估 ,论述了地学信息图谱在该领域的应用。     

关中地区旅游景观的地学内涵

从地学的角度研究关中地区旅游景观不难发现：关中地区山水景观具有深刻的地学成因内涵；古遗址景观具有深刻的环境地学内涵；古建筑的选址和布局充分表现出古代中国人民对地学环境的深刻理解和适度的把握与利用；古遗址与古建筑的表层“风水模式”具有深刻的地学内涵，而赋予一定的科学意义．