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。     

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。     

地理空间数据来源本体及其在数据关联中的应用

数据来源是数据可靠性评价的重要参考因素,是地理空间数据本体的重要研究内容。本文针对来源这一重要的地理空间数据研究对象,系统地分析了地理空间数据来源的涵义,建立了地理空间数据来源本体模型,在此基础上,提出了地理空间数据来源本体的概念体系和来源本体概念间关系及其属性的形式化表达方法,并构建出地理空间数据来源本体。最后,以“科技基础性工作专项”项目数据资料为例,基于来源本体库,利用RDF从来源角度实现数据的语义关联,通过web前端框架D3.js技术实现数据与其来源信息的可视化。结果表明,基于来源本体的数据关联可以有效解决数据来源信息描述不规范的问题以及能够支持地学数据语义检索、智能推荐等应用,为促进地学数据共享和数据关联应用提供了一种新方法和新思路。     

基于本体论的海洋流场语义分析与表达研究

随着海洋观测技术的不断发展,人类获取的海洋数据也快速增长,由于海洋流场是整个海洋系统物质流和能量流输送的主要渠道,基于这些观测数据进行海洋流场迁移变化规律分析及可视化表达研究,对所有涉海领域均具有非常重要的意义。然而,由于海洋时空大数据集合的多源性和异构性等原因,至今尚未有令人满意的海洋流场数据集成共享和动态可视化分析工具,从而导致这些异源异构数据难以实现统一标准下的集成组织与语义共享。为了实现海洋流场语义层次上的统一描述,本文在分析了海洋流场多维特征、拓扑特征、模糊特征等基础上,基于本体论的语义构建思想,提出并构建了基于四元组O=（C,P,R,I）的本体组织基础结构,其中C表示概念集合、P表示属性集合、R表示概念间的关系集合、I表示实例集合,通过对概念、属性、关系结构的进一步定义,共同组合构成了海洋流场整体本体结构。为了给出清晰的本体语义建模过程,以海流现象局部本体构建为例,在对成因性、空间性、时间性、运动性等本体属性分析的基础上,进行了海流概念、本体属性、语义关系的描述和定义,从而为海洋流场组织提供一个规范性框架。进而借助OWL语言本体建模的优势,以地转流为例进行了其形式化表达和本体类构建。研究结果表明,基于本体的海洋流场语义分析方法能有效地解决传统海洋现象描述中的异构问题,可为海洋信息共享与集成研究提供参考。     

基于正则表达式的地学科学数据名称提取方法

地学科学数据是地学科技文献重要的支撑材料，大量地学科技文献中包含着研究数据信息，而数据名称一般体现着数据的基本内容，是其中的核心信息。从地学科技文献中自动提取研究数据名称，对于促进优质地学数据共享、复现文献实验与结果以及实现科学数据与科技文献之间的关联具有重大意义，可在一定程度上解决当前地学文献中数据信息利用不充分的问题。本研究通过大量阅读地学文献，分析地学科技文献中描述数据来源信息段落的行文、结构特点以及数据名称的表述特征，在总结地学数据名称描述规律的基础上，提出了从地学科技文献中自动抽取地学数据名称的方法。该方法以数据类别特征词为规则触发词，利用正则表达式编写抽取规则，构建正则抽取规则库，从而完成对地学文献中数据名称信息的抽取。最后使用Java语言编写地学数据名称提取程序，以地学文献文本为实验数据材料，开展地学数据名称信息提取实验。实验结果表明，该方法可以有效地提取地学科技文献中的研究数据名称信息，准确率达到62%。     

矿山地面灾害精准监测地学传感网系统

 研究矿山地面灾害监测传感网的理论和技术体系,建立矿山地面灾害监测地学传感网系统,进行矿区地面灾害精准监测及预报工作,对矿山及时准确科学预报、预防和减小地面灾害的损失,具有重要意义和作用。地学传感网主要是指采用GPS、测量机器人、倾斜传感器、位移传感器、温度和气压传感器、全景相机、CCD相机、视频传感器、RFID传感器、地面3D激光扫描仪和地基SAR等测地型传感器和测地辅助传感器,应用计算机网络和无线通信技术,通过传感器和数据库管理软件构建的地学传感网。矿山地面灾害精准监测地学传感网的理论,主要包括:矿山时空监测基准、矿山地面灾害监测地学传感网数据整合、监测空间数据聚类分析、矿山监测功能分区、矿山区域动态形变场理论和矿山地学传感网地理信息系统模型理论。 技术体系主要包括:监测空间数据库管理技术、数据通信传输技术和传感网地理信息系统平台技术。     

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。     

地学研究中的可视化计算与应用

地学研究中广泛遇到三维乃至更高维数据场的分析、解释和显示的问题。科学计算可视化研究的核心问题就是把多维数据变换为人的视觉所能感受到的计算机图像,使研究者能够观察它们的模拟和计算过程,并进行交互控制。因此,科学计算可视化被广泛应用于资源、环境、地震、气象等地学研究领域,极大地改观了传统的研究方法,丰富了地学发现的过程,给予地球科学家更为深刻的洞察力,并且预示出一系列新的交叉学科。     

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。     

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。     

基于地理本体的海湾空间数据组织方法——以辽东湾为例

数字海湾的建设,面临着空间数据组织问题。本文在对基于分层和基于地理特征的空间数据组织方式及元数据技术深入分析的基础上,针对海湾多要素、多层次、多资源和多领域的复杂系统,采用地理本体的思想进行海湾的认知表达,并由此提出了基于地理本体的海湾空间数据组织方法。通过对海湾地理本体的建模,建立了更能客观反映海湾地理实体各个层次体系的概念模型,再根据海湾概念和已有的多源空间数据集之间的映射关系,重构地理本体支持下的海湾空间数据库,从而实现海湾多源空间数据的海、滩、陆一体化集成与管理。最后,以辽东湾为例,对该海湾所涉及到的多源空间数据进行了有效的组织。结果表明,利用地理本体的思想对空间数据进行组织管理,可以消除不同领域对信息理解的鸿沟,有利于数据的共享和互操作。     

地理信息服务语义标注原理与关键技术及应用

随着地理信息服务应用领域和受众群体的日益广泛,人们对地理信息服务的需求越来越多元化。一方面网络上注册和发布的地理信息服务的数量急剧增长;另一方面人们对如何高效发现兴趣服务、组合兴趣服务以满足兴趣需要却常感到困惑。当前,用户只能通过关键字搜索并结合空间过滤条件查询OGC(Open Geospatial Consortium)的目录服务,来发现所需的数据和服务。用户在受益于目录服务带来的资源搜索便捷的同时,经常受到查全率和查准率不高的困扰。面对日益庞大的服务群,如何自动、快速、准确地发现目标服务,成为影响地理信息服务进一步发展与应用的瓶颈。本文围绕地理信息服务语义标注原理方法与关键技术展开研究,通过引入信息检索技术和语义网技术、语义服务技术,从面向地理信息服务语义标注的本体建模、基于地理概念匹配的语义标注算法、融合相似性度量与包含性推理的语义匹配与服务发现,以及语义标注和服务匹配质量评价方法4个方面进行了深入研究。针对地理概念半自动语义标注新算法、地理信息服务语义发现与匹配方法、服务语义标注和服务匹配质量评价、应用试验等具体研究内容进行了实验设计,并给出了需解决的核心问题,为当前地理信息服务匹配方法提供了新思路。     

基于概念分析的空间数据挖掘研究进展

空间数据挖掘的过程与空间概念形成和分析的过程密切相关.本文以空间数据中抽取出各层次、各粒度的概念为主线,以概念形成和分析的形式化理论--概念格和云模型为理论基础,总结了基于概念分析的空间数据挖掘方法及应用,包括概念格的空间关联规则挖掘方法及应用、概念格的概念聚类挖掘方法及应用、云模型的空间关联规则挖掘方法及应用、云模型的空间聚类/分类挖掘方法及应用等.概念格提供了一种形式化的概念描述和概念结构分析的理论和方法,云模型提供了一种综合处理模糊性、随机性以及二者之间关联性的不确定性理论和方法,利用概念格、云模型等形式化的理论和方法分析和描述空间数据挖掘过程中空间概念的形成、空间概念的结构关系、空间概念之间以及空间概念层次之间的不确定性是概念分析的空间数据挖掘研究的进一步的研究方向.     

面向地质时空大数据表达与存储管理的数据模型研究

随着传感器实时监测等高新技术在地质勘查或生产开发中的应用,形成了动态与静态并存、多源异构的地质时空大数据.然而,目前地质信息系统在地质数据组织管理方面,主要是静态地存储和表达出地质矿产勘查或生产开发在某个特定时期的状态,尚不能满足对勘查或生产开发过程中实时信息的存储管理,进而支持对地质过程的分析和研判.针对性开展了地质时空大数据表达与存储管理的数据模型研究,目标是能够融合数据多源与时空多维性,又能够支持时间关联与时间多粒性.针对地质大数据、地质过程的静态与动态数据紧密结合的特点,采用面向对象和基于事件的思想,提出了基于事件多因素驱动的地质时空大数据概念模型,并开展了相应的地质大数据存储管理逻辑模型、基于系统工程库的管理结构和地质时空对象管理模型设计.基于地质时空大数据逻辑组织管理模型和时空过程的非关系型分布式数据库架构,设计了地质大数据存储模型.融合三维地质建模技术、动态监测信息实时可视化等技术,构建了所需模型过程模拟的三维环境,通过绑定观测数据源,设计实现了基于OPC接口的模拟数据产生事件、作用对象响应的矿山动态开采流程.在王家岭煤矿首采区地质数据支持下开展了应用研究,实现地质时空事件条件下的矿山动态开采过程表达与数据管理,验证了本文模型的可行性和有效性.     

虚拟钻孔控制的地质剖面图构建算法与实现

地质剖面图构建采用的数据源多为钻孔数据,对于构建过程中的地层尖灭、剖面图光滑处理等问题的相应算法应用较为复杂,稳定性与健壮性不尽如人意。针对这些问题,本文提出一种虚拟钻孔控制的地质剖面图构建算法。首先,根据地层尖灭处理策略构建其虚拟钻孔;其次,依据细分光滑策略采用4 点插值细分算法构建其虚拟钻孔;然后,对地层线要素进行多边形拓扑重建,构建地层多边形实体;最后,综合各项地质剖面图制图要素进行整饰输出。本文将虚拟钻孔引入地质剖面图构建的各个环节中作为算法中间单元,有效简化了建模算法实现过程,确保了算法的稳定性与高效性。实例表明,采用本文算法所构建的地质剖面图能正确反映研究区域的地质构造,增加了细分次数,可明显提高出图平滑效果。     

烟台市牟平区废弃矿山地质环境问题及生态修复治理措施

本文以烟台市牟平区某废弃矿山为例,介绍了该区域存在的地质环境问题,分析了造成该区域矿山地质环境破坏的原因,以恢复耕地、草地、林地为目的,对区内的现状进行分析,对采坑、残丘、料场提出相应的修复方案。矿山地质环境恢复治理需从科学的角度树立正确的修复理念,落实地貌重塑、土壤重构和植被恢复三大矿山修复核心技术,为矿山地质环境保护与生态恢复治理提供重要的科学依据。     

焦家断裂带上朱郭李家矿区地质环境现状与趋势分析

位于焦家断裂成矿带上的朱郭李家矿山建设规模为大型,矿区地质环境条件较为复杂,矿山开采对矿山地质环境的影响主要是对土地、植被资源以及地下含水层的破坏。借鉴周边同类生产矿山对成矿带区域地质环境的影响,对朱郭李家矿区地质环境现状和发展趋势进行了分析研究,为投产后的朱郭李家矿区,乃至焦家断裂成矿带区域地质环境地质保护与治理提供依据。     

面向作战任务的战场环境仿真过程对象模型

针对目前战场环境仿真系统与指控系统之间互操作性还不完善,需要构建一种面向作战任务的战场环境仿真过程模型来有效解析指控系统的关键信息需求。分析了仿真过程结构化特征,采用面向对象的方法构建仿真过程概念模型;分析GeoBML的数据模型和形式化语法,使用形式化语言建立仿真过程的逻辑语义模型;定义仿真过程对象数据结构,构建任务驱动下的仿真过程数据映射模型。最后,基于该模型设计战场环境仿真平台组件并应用,验证其合理性与可扩展性。     

基于本体的水系要素数据集成方法研究

简单论述了地理本体的基本概念、结构,介绍了地理本体的建模方法,提出了基于地理本体的空间数据集成框架,采用基于公共属性模板的多本体向标准本体集成的混合构架,以水系要素中的"干出滩"类为例,实现了基于地理本体的空间数据集成过程及其数据的转换,解决了数据语义异构性所带来的数据共享难题.     

基于GML的时空地理本体模型构建及应用研究

时空地理本体模型是一套描述地理时空知识的形式化说明规范,是构建时空地理本体实例的基础和参考。本文基于GML规范及时空推理理论提出了一种时空地理本体模型的框架,并详细阐述了其组成:要素模型、几何模型、空间关系模型、时态模型中类的关系和所涉及到的属性定义,并基于该本体模型给出了应用实例--行政区划本体设计和构建方法。文中所提出的时空地理本体模型,对开展面向不同应用的地理本体实例的构建和共享研究具有一定参考意义。