对地观测语义传感网的进展与挑战

对地观测传感网融入语义技术可以实现资源的明确详尽描述和一致性表达,有助于资源的精确发现和自动组合,实现机器的自动理解。本文回顾了语义传感网三个阶段的发展历程,概括了对地观测语义传感网的基本概念、架构和主要作用,指出对地观测语义传感网提高了其资源的利用率,有助于时空信息的表达、查询和推理。同时分析了以传感器和观测数据为中心的典型本体模型,概括了语义技术在传感网资源的表达、注册、查询、推理和服务5个方面的关键技术和具体应用。针对空天地传感器对地观测和信息聚焦服务等发展需求,提出了对地观测语义传感网的挑战与发展趋势,有助于建立事件驱动的时空多尺度对地观测信息获取与智能服务。     

面向应急观测规划的对地观测传感器集成管理方法与应用

随着对地观测技术的发展,地学传感器种类与数量日益增加,为了高效管理对地观测传感网中的传感器资源,以及分析对地观测应急事件的特点和传感器应急观测规划的需求,本文提出面向应急观测规划的对地观测传感器资源集成管理方法。其包括对地观测传感器信息资源组织与索引、天基传感器对地观测覆盖计算、面向应急协同观测的元数据查询设计。鉴此,本文以Java平台和传感网信息模型规范SensorML为基础,设计并实现了面向应急观测规划的对地观测传感器集成管理工具GeoSensorQuery。最后,以长江流域中游洪涝监测传感器规划为例,验证了本文方法的可行性。     

自然资源调查监测协同化数据获取技术体系框架研究

自然资源可持续利用、国土空间优化和治理能力现代化需要全要素、多尺度和长时间序列自然资源调查监测数据,关键是构建较为完善的自然资源要素综合观测网络,形成全方位、高精度、高时间分辨率、高空间分辨率的数据获取能力。本文在自然资源调查监测需求分析的基础上,结合当前空天地网感知能力和技术水平,构建自然资源调查监测协同化数据获取技术框架,提出空天地网多维度数据协同获取技术方法,梳理需要突破的关键技术,旨在为自然资源调查监测体系和协同式数据获取能力建设提供依据。     

国土资源典型要素变化遥感智能监测关键技术及应用

在国家重点研发计划和自然科学基金等项目的支持下,本项目成功研发了国土资源典型要素精细化检测与解译,要素变化自动发现与提取技术成果.成果包括任务驱动的空天地多源遥感影像快速获取与协同处理,渐进增长机制驱动的海量样本数据集自动制作,顾及场景-目标-像素层次关系的国土资源典型要素智能识别与解译,语义信息增强的国土资源典型要素...     

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。     

面向LOD的地质资料机构知识库语义扩展方法研究

针对地质资料信息服务过程中,存在信息孤岛和数据共享不够等问题,提出了面向开放关联数据LOD的地质资料机构知识库语义扩展方法,并对方法的框架和关键技术进行了研究。首先,基于DSpace构建地质资料机构知识库,自动实现资源描述框架RDF的存储与转化,与LOD形成统一的元数据描述标准。其次,构建地质资料数据的关联模型,明确数据间的语义关系。最后,采用D2RQ平台实现地质资料机构知识库与LOD数据集的语义关联。该方法将进一步加快语义化地质资料信息服务的步伐。     

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。     

地理空间传感网融合服务技术与应用

随着遥感数据网、传感网、物联网和人工智能的发展,逐渐形成空天地海立体化、集成化和一体化的地理空间传感网。地理空间传感网感知资源呈现出多源、异构和分散的特征,面向多层次用户个性化、即时化和智能化应用需求,存在异构资源共享管理、多协议实时接入、时空无缝感知、自动化感知和精准预测等技术挑战。静态地理信息服务由于无法提供鲜活的地理信息,难以满足地理事件的综合监测、决策预警和聚焦应用需求,急需发展地理空间传感网融合服务技术和实时动态地理信息服务平台。本文围绕信息物理网环境下空天地海观测平台的观测高效共享和融合服务问题,提出了传感网观测共享信息模型和点面观测协同无缝重建模型,突破了观测在线接入、集成管理、星地融合、时空预测和聚焦服务等地理空间传感网融合服务关键技术,研制了包含“感—联—知—控”等功能的传感网时空信息网络感知服务系统GeoSensor,介绍了GeoSensor在流域、海洋和城市等典型应用。未来将进一步发展“人—水—城”智能感知认知理论,突破“空天地海人”群智感知、空间智能和认知服务技术,开展长江经济带应用。     

无人机倾斜摄影三维建模技术研究现状及展望

无人机倾斜摄影从航空平台多视角同步采集影像,可通过倾斜摄影测量,三维建模等技术生成真实的三维模型,是目前地形级到城市级实景三维模型重建最主要的技术手段之一。本文总结归纳了目前无人机倾斜摄影三维建模过程中的关键技术,重点介绍了三维场景重建和倾斜摄影三角网模型的语义提取、单体化、实体化处理等技术方法及研究现状,指出了目前无人机倾斜摄影三维建模技术仍存在的问题,并从无人机路径规划、数据获取、建模技术、模型表达四方面对该领域潜在的发展趋势和研究方向进行了分析与展望。     

一种洪涝灾害事件信息建模方法

我国洪涝灾害频发且危害巨大,为有效防灾、减灾和救灾,需建立洪涝灾害事件信息模型,表示和共享洪涝灾害信息。然而,目前事件信息模型主要是表示静态信息,缺乏对洪涝灾害事件动态过程的表示。本文从观测角度出发,建立顾及洪涝灾害事件阶段和动态过程的洪涝灾害事件信息模型。围绕洪涝灾害事件信息模型,提出了10类需建模的元素,并以MOF（Meta Object Facility）建模框架构建了十元组模型,通过映射方法实现模型编码方案与事件模式语言的映射。最后,以2010年梁子湖洪涝灾害模拟为例,开展了模型分阶段建立过程实验。结果表明,本文提出的模型能表示洪涝灾害事件的动态信息和实现洪涝灾害事件的动态建模。     

面向协同式森林灭火决策的领域本体构建及其解析

森林灭火决策的参与人员可能来自不同的组织、不同领域,他们有不同知识结构、专业背景、学识和各自的经验、偏好,这往往不利于决策过程中的交流、协同进行。本文把本体引入协同式森林灭火决策中,解决决策成员在协作中对他人所述的内容理解一致问题。分析了现有建立领域本体的主要方法,并借鉴软件开发的生命周期理论,提出建立面向森林火灾的领域本体的具体实现方法。以森林灭火决策为应用导向,通过对森林灭火决策的内容分析及与领域专家相互交流,根据领域中概念分类体系和概念的组合结构,从相关领域(林业、气象学、消防工程、地理学)抽象出概念术语集、关系集、函数集、规则集等,建立可共享、理解、重用、互操作的概念模型;利用本体建模工具,建立森林灭火本体库;设计与实现了本体的解析与可视化工具,用户可以交互式的查询术语的概念内涵,利用可视化工具,显示概念之间的关系。研究成果将为学科或领域间的高效协作打下通信与交流的基础,为林业、消防的信息化研究、林火本体服务提供可借鉴的框架和成果,为林火管理和应急指挥决策提供一个语义层级次上的重要途径。     

论时空大数据的智能处理与服务

时空大数据智能处理与服务是以测绘、遥感和地理信息技术为中心的地球空间信息学的重要应用途径和发展契机。本文首先全面论述了时空大数据的兴起发展、主要特点和挖掘手段,进而介绍了时空大数据的自动匹配、变化检测、智能决策等智能处理技术,并在此基础上论述了由对地观测到对人观测的“3S”社会化应用,最后介绍了天基信息的实时智能服务(PNTRC)的现状、发展目标、关键技术及应用前景。诸多实践证明,在大数据和人工智能时代,面对海量的多源异构的时空大数据,抓好自动化、实时化、智能化、大众化和社会化,地球空间信息学的创新发展前景必将一片光明。     

基于本体的土地信息Web服务体系结构设计

整合现有土地信息资源,实现土地信息的交换与共享是当前国土资源数据交换中心(clearinghouse)建设的关键任务。本文以土地登记为例,探讨了本体技术在服务注册和服务请求上的领域知识表示问题,并在OWIL-S本体描述语言基础上结合WSDL,实现了对Web服务的检索、匹配和学习,有效地解决了UDDI土地信息资源的语义描述。最后,给出了基于本体的土地信息服务总体设计框架以及服务请求实现过程。     

遥感信息图谱计算的理论方法研究

遥感应用的本质是投入专业知识从对地观测影像中提炼专题信息,并以之服务于各类分析与决策的过程。其中,信息计算是整个遥感应用服务技术链的基底。本文在传承地学信息图谱理论的基础上,提出了遥感"图-谱"信息耦合的空间认知理论,构建了"像元-基元-目标-格局"为一体的遥感信息图谱计算的理论方法体系,将其分为"像元级"和"对象级"两个层次,并阐述了高性能计算环境支持下,遥感信息图谱计算平台的设计开发思路及目前研发进展,总结了遥感信息图谱计算的发展趋势和重点研究问题。     

地质时间本体在异构数据检索中的应用

地质时间是地球科学基础研究的重要内容,在异构数据集和文献中有多种描述方式,其语义异构问题成为影响数据共享与集成的瓶颈之一。本体(Ontology)是共享概念模型的明确的形式化规范说明,可以用来描述数据的语义信息,近年来,被广泛应用于解决语义异构问题。本文以地质时间作为研究对象,分析了地质时间这一特定领域蕴含的基本概念、属性和关系,构建了地质时间的领域本体和OWL的编码表达,并以关系型数据库为例,阐述了地质时间本体的语义映射和翻译机制。该机制能够有效地在W eb环境下为传统数据检索增强语义表达能力,识别地质时间不同表达方式中的等价、包含等隐含关系,实现语义的数据检索。该方法也适用于地球科学其他领域本体的构建和语义翻译,为解决地球科学数据的语义异构问题提供了思路。     

语义轨迹建模与挖掘研究进展

语义轨迹是时空轨迹和语义信息融合的产物。除了含有时空信息以外,语义轨迹包括移动对象自身的运动状态（如速度、方向）、环境（如气温、空间拓扑关系）和社交关系（如好友关系、社交活动）等多方面信息。挖掘语义轨迹可以深入地发现个体或群体移动行为的意图、习惯、情感等高阶语义内容,从而深层次发现个体或群体移动行为的模式、关系和规律等。因而,相较于时空轨迹,语义轨迹在语义性、解释性、可行性等方面更符合决策分析应用的实践需求,具有更重要的研究意义和应用价值。本文对语义轨迹挖掘的关键技术进行了综述。首先,介绍语义轨迹的基本概念,并且根据语义元素类型的不同总结了4种常见的定义形式。其次,归纳了语义轨迹建模的基本阶段,包括预处理、轨迹分段和语义富化。由于语义轨迹无法像时空轨迹那样从位置感知设备中采集获得,因此语义轨迹是通过建模技术得到的,主要通过将语义信息和时空轨迹相融合生成相应的语义轨迹。然后,介绍语义轨迹挖掘的主要任务,包括语义轨迹模式挖掘、语义轨迹聚类、语义轨迹分类、语义轨迹异常检测等。针对每一项挖掘任务,介绍了有关的基本原理和相关算法,总结了主要的关键技术和挑战。最后,探讨了语义轨迹挖掘现存的研究难点和未来研究方向。从模型定义、语义标注技术、多源数据建模等方面,讨论了语义轨迹建模的重要研究问题;从语义轨迹数据管理、分类和预测、流式数据挖掘、隐私保护、多粒度挖掘、评价方法等方面,探讨了语义轨迹挖掘的未来研究问题。     

面向互联网信息抽取的海洋环境灾害链本体构建——以台风灾害为例

全球气候变化加剧了海洋环境灾害的影响力与破坏力,实时灾情信息获取与分析成为灾害应急处置中的关键环节。与具有延迟性的传统对地观测网络相比,基于互联网的众包地理信息以其实时性在受灾情况评估与灾害应急处置中得到广泛重视。为获取互联网文本中隐含的海洋环境灾害信息,探究灾害对人群行为活动的影响,本文着重关注海洋环境灾害发展的时空过程特性,从灾害链的角度分析灾害发生发展过程中所涉及的诸多要素,在收集整理海洋环境灾害相关知识的基础之上,采用五元组（概念、关系、属性、规则和实例）进行本体的逻辑结构表达,构建了用于信息抽取的海洋环境灾害链本体,其包含描述海洋环境灾害知识体系的海洋环境灾害本体、受到海洋环境灾害作用的地理对象本体以及在灾害发生、发展、结束的时空过程中产生的相应的人类应急处置本体。最后,本文以台风灾害为例,通过台风灾害链知识建模,实现互联网灾害信息抽取与时空变化过程分析。结果表明：基于海洋环境灾害链的互联网文本信息抽取可以获取隐藏在互联网文本中的灾害描述信息,能够分析灾害的发展变化过程及其对人群行为活动的影响,为灾害防治与应急救援提供一定科学支持。     

基于本体和Agent的地理空间信息语义共享

地理空间信息语义共享是地理信息系统的重要研究内容。语义参照系统主要用于在地理信息的生产者和用户之间解释专题数据的意义，实现对不同语义数据的集成。本文分析了地理空间信息共享的含义和层次，借鉴语义网研究思想，建立了地理空间信息语义共享的总体框架。提出采用本体概念和方法，形式化定义领域知识，解决地理空间信息研究和应用中存在的地理实体语义不明确问题。采用基于Agent的信息查询和语义映射，实现在不同用户间对地理空间信息的共同理解和认识。     

Web环境下异构地理分析模型的标准化和形式化研究

Web环境下分布着大量的地理分析模型资源,但模型的异构性限制了对现有地理分析模型的共享和重用。本文立足于地理分析模型自身研究的需要,论述了标准化和形式化方法在异构地理分析模型共享和重用中的重要意义,分析地理分析模型元数据的研究现状,设计地理分析模型元数据的标准框架,并提出利用XMLSchema技术表达模型元数据标准框架结构的方法,从而实现了语法和结构层次上的标准化。提出知识本体的语义映射模型,即利用本体语言对地理分析模型元数据进行形式化表达,而在语义层次上将各模型元数据进行映射。最后结合地理分析模型共享门户的应用实例,研究了在该门户中实现异构地理分析模型标准化和形式化的体系架构,为Web环境下异构地理分析模型的共享和重用提供新的思路。