（地图学与地理信息系统专业论文）城市地理信息检索服务研究.pdf

a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n di n f o r m a t i o nd y n a m i c r e q u i r e m e n t s ， u n d e rc i r c u m s t a c e so fc u s t o m e rr e a l t i m el o c a t i o n b a s e ds e r v i c en e e d sa n dt h ei n t e r a c t i v e i n d u s t r ya p p l i c a t i o nd e m a n d sr i s i n g r a p i d l y , c h a n g i n g i n t e r n e ti n f o r m a t i o n a g ei s c o n s t a n t l yc h a n g i n g ，an e wm o b i l en e t w o r k si si n t r o d u c e d ，t o g e t h e rw i t ht h ei n t e r n e t r e v o l u t l o n p o s ea no p p o r t u n i t ya n dac h a l l e n g eo nt h ed e v e l o p m e n to fg e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns e r v i c e s a t p r e s e n t ，al a r g en u m b e ro fu s e r sv i at h em o v a b l ep c ， m u l t i m e d i ai n f o r m a t i o nt e r m i n a l s ， m o b i l ep h o n e sc o m m u n i c a t ew i t ht h ei n t e r n e ti n 柚 i n t e r a c t i v e l yw a y u n d e rc i r c u m s t a n c e sa b o v em e n t i o n e d ，t h e r e s u l t i n gg e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o ns e r v i c ec h a n n e l sa s s o c i a t e dw i t hs p a t i a ll o c a t i o nh a v eb e c o m em o r ew i d e r s u c ha s ：t r a d i t i o n a li n t e r n e tb r o w s e r , m m s ，s m s ，w a pe t c t od e a lw i t hm a n y w a y so f g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ni n t e r a c t i v e n e s sa n ds h a r i n g ，w ef o c u so u rc o n c e n t r a t i o no n t h e s et w om a i np a r t s ：f i r s t ，i nt h ea s p e c to fg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns e r v i c e ，h o wt o o r g a m z m g 、s t o r i n ga n dm a n a g i n gt h ee x i s t i n gi n f o r m a t i o nr e s o u r c e se f f e c t i v e l y ? h o wt o p r o v i d ea l lr a n k so fc l i e n tw i t hi n f o r m a t i o ns e r v i c ei nae f f i c i e n tw a y ? s e c o n d l y i nt h e a s p e c to fu s e r si n f o r m a t i o na c q u i s i t i o n ，h o wt o f a s t l ya c q u i r et h ei n f o r m a t i o nu s e r s r e q u i r e dt h r o u g has i m p l ea n de f f e c t i v ei n t e r a c t i o nb e t w e e nc l i e n t a n dc o m p u t e r i n t e r f a c e ? t h i sp a p e ra n a l y s e st h ea p p l i c a t i o no fu r b a ng e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns e r v i c ei na m o r c d e t a i l e dw a y i no r d e rt oe x t e n dt ot h es c o p eo fg i s a p p l i c a t i o n ，m a k em o r eu s e rg r o u p s c a l lb ee a s i l ye n j o yt h e g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e s ，i nt h i sp a p e rt h r o u g ht h c c o n s t r u c t i o no fn e wu r b a n g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nr e t r i e v a ls e r v i c e sm o d e la n d m u l t i 。c h a n n e li n f o r m a t i o nf u s i o n a p p r o a c h t oa c h i e v ei n f o r m a t i o n c 0 u e c t i o n o r g a n i z a t i o n ，s t o r a g ea n dm a n a g e ，c o m b i n e dw i t hs e m a n t i c o n t o l o g y i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yt oa c h i e v ee f f i c i e n t l yr e t r i e v eg i sh o ti n f o r m a t i o n ，a n du s i n go r a c l cs p a t i a l e n g i n et oe x c u t et h es p a t i a la n a l y s i sp r o c e s s i n ga n dt op r o v i d em u l t i i e v e iu s e 璐w i t h u r b a ng e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nr e t r i e v a ls e r v i c e s k e y w o r d s ：s p a t i a ld a t am o d e l ，f u l l t e x tr e t r i e v a l ，o n t o l o g y , u r b a ng e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns e r v i c e ，p o i ii， f 1 。j ，j ， 中文文摘 中文文摘 地理信息应用正走向网络化、社会化，地理信息共享是实现地理信息服务的必 要条件，而地理信息服务是地理信息共享发展的必然趋势。应对当今世界信息化进 程中城市地理信息交互与共享的高效、智能化要求，本文从地理信息服务和用户信 息摄取两个角度研究分析当前形势下城市地理信息检索服务需要解决的核心问题。 分析了城市地理信息服务、空间数据模型、海量数据检索的国内外研究现状，并选 取福建省的九个地市作为城市地理信息服务实验区。空间数据作为城市地理信息检 索服务的基础，其数据模型的合理性及数据格式规范化程度，不仅决定了系统数据 管理的有效性，而且是系统灵活性的关键。因此，本文首先对城市地理信息数据进 行整理分类和规范表达，并建立合理的组织结构数据库模型。接着通过对城市地理 信息资源有效的进行组织、存储、管理，提供给方方面面的用户群体来接入使用。 通过分析目前地理信息服务系统的入机交互过程，引入语义本体的概念建立城市地 理信息领域本体，模拟人类自然语言到机器语言的转换过程，并通过l u c e n e 全文检 索引擎和基于o r a c l es p a t i a l 的空间分析方法来快速获取相关的有效的地理信息资 源。论文的主要研究内容如下： ( 1 ) 地理信息数据模式设计。城市地理信息检索服务的基础就是信息，信息操作 性的关键又归结为信息的规范化和组织结构。所以首先研究城市地理信息的数据规 范，对城市地理信息数据进行整理分类和规范表示，并建立合理的组织结构数据库 模型，这样才有可能在后续的信息服务中获得方便高效的数据操作性能。在本文设 计的城市地理信息检索服务的数据分层模型中，城市地理信息系统数据根据其时效 性和数据的动态更新频率将数据规划为三个主要的数据层：热点信息p o i 数据、空 间网络l o i 、基础地图信息数据。即保留传统数据结构模型的空间数据、属性数据 分别处理的优势，同时保留对象关系数据模型的空间数据拓扑关系，通过基于 o r a c l es p a t i a l 的数据库模型将互异、松散却又关联的g i s 数据。由于使用了传统的 关系数据库，这样可以通过简单手段将空间地理数据与属性数据对应起来，并且改 变了传统的数据图层的模式，大大提高数据检索效率。 ( 2 ) 多源空间数据的集成。本文在地理信息数据库模型上采用三层数据分层模式， 在分析了目前地理信息集成的方式后，选择使用基于o r a c l es p a t i a l 的空间对象模型 1 1 1 福建师范大学陈功照硕士学位论文 与d b m s 相结合的数据存储管理方式，将空间数据接1 2 1 统一集成到o r a c l es p a t i a l 中，实现多源空间数据的统一存储、管理和查询。o r a c l es p a t i a l 针对存储在o r a c l e 数据库中的空间信息元素，提供了一种s o l 的数据操作模式，还提供了大量便于空 间数据的存储、检索、更新、查询的函数集。为后续地理信息检索服务提供空间数 据和非空间数据实现快速、高效的一体化储藏、存取和分析。 ( 3 ) 基于本体的g i s 信息全文检索。在城市地理信息服务的应用中p o i 数据检 索是其服务的重点，本文通过构建城市地理信息领域本体，结合l u c e n e 开源全文检 索引擎实现城市g i s 信息的高效、准确、推荐性搜索服务。在城市地理信息检索服 务的数据模型中，将热点p o i 信息及检索频度比较高地理信息均采用全文检索的方 式建立索引，同时对索引文件进行分析查询优先级高的预先读入内存，作为信息检 索服务缓存，这种检索机制的建立实现了信息服务有目的性的服务化管理，对比传 统数据库二维表的海量信息检索的效率有了几何数量级的提高。 ( 4 ) 城市地理信息空间检索分析。根据空间数据的组织、存储特性，利用o r a c l e s p a t i a l 提供的开放式灵活的拓展空间分析函数，将复杂的g i s 空间分析问题的解决 转移到数据库中，以d b m s 方式解决城市地理信息服务中常用空问检索分析方法的 实现问题。并且，通过对空间数据有效的索引建立，就能更加快速、准确地查询空 间对象及其属性。最后本文通过城市地理信息服务中两个有代表性的空间分析过程 周边查询( 缓冲区分析) 、自驾方案( 路径分析) 为例分别设计了其空间分析过程的 实现方法。 i v 、 i s 1 可 ) 目录 中文摘要。 a b s t r a c t 目录 中文文摘。 i 。 l i ij i ： 绪论。 1引言。 2 国内外研究现状 i 1 r 1 1 2 3 本文的研究目标、研究内容和技术路线 4 本文的结构 第1 章地理信息数据库模型设计 1 1 1 2 1 2 1 1 2 2 1 2 3 1 3 1 3 1 1 3 2 1 3 3 第2 章 2 1 2 2 2 2 1 2 2 2 2 3 2 3 1 2 3 2 城市应用g i s 数据规格， 城市地理信息系统数据分层 6 7 p o l ( p o i n to fi n f o r m a t i o n ) 信息数据。 l o l ( l i n eo fi n f o r m a t i o n ) 信息数据 城市基础地理底图数据 。9 1 0 1 1 城市地理系统数据库设计以福建省为例 基础地理底图 1 2 1 2 p o i 数据结构说明 地理信息数据库表结构设计说明 多源空间数据的集成 1 2 多源空间数据集成概述 1 5 1 6 。2 1 2 1 基于o r a c l es p a t i a l 的空间数据集成。2 2 o r a c l es p a t i a l ? i 著名艿。，。2 2 o r a c l es p a t i a l 的数据结构 空间数据格式转换模式与导入机制。 o r a c l es p a t i a l 的空间数据集成。 2 4 2 4 导入空间数据。2 5 v 福建师范大学陈功照硕士学位论文 2 3 3空间数据的交互与共享 2 4 第3 章 3 1 3 1 1 3 1 2 3 1 0 3 2 3 3 3 3 1 3 3 2 3 4 3 4 1 3 4 2 3 5 3 5 1 3 5 2 3 5 3 空间数据集成小结。 基于本体的g i s 信息全文检索 城市地理信息本体 本体的概念 2 8 2 8 2 9 2 9 城市地理信息的领域本体3 0 城市g i s 本体的构建。3 0 全文检索与开源l u c e n e 组件。3 2 基于p o i 数据的全文检索。3 3 全文检索核心技术。 ：1 3 城市地理信息本体的索引库构建与检索3 4 地名模糊匹配3 7 地名模糊匹配字典建立3 7 地名模糊匹配过程 地址自动匹配4 0 正向地址匹配。 逆向地址匹配。 关键字匹配。 3 6 本章小结。4 8 第4 章城市地理信息空间检索分析。5 1 4 1 空间数据检索概述。一。5 l 4 2 基于r 树的空间信息检索5 2 4 2 1 r 树简介。一。5 2 4 2 2 空间索引机制建立。5 3 4 2 3 空间数据查询。5 4 4 3 周边检索 4 3 1 确定周边指定距离的区域m b r 5 7 4 3 2 查询m b r 内的指定数据一一5 7 4 3 3 程序实现关键查询过程。一。一一。一。5 7 4 4 g i s 空间数据路径分析与检索一一。一一一。5 9 v l 一l v ) 目录 4 4 1 4 4 2 4 4 3 4 4 4 4 4 5 4 4 6 4 5 第5 章 5 1 5 1 1 5 1 2 5 1 3 5 1 4 5 2 5 2 1 5 2 2 5 2 3 自驾方案建模 空间模型设计 空间数据结构设计。 寻径算法设计 程序实现设计 5 9 6 0 6 1 基于j a v a 与o r a c l es p a t i a l 的实现 本章小结。 结果与展望 结果与评价 g i s 数据分层模型 p o i 信息检索 基于d b m s 的空间信息检索。 城市地理信息检索服务模式 问题与展望 6 2 6 2 6 3 6 5 6 5 6 5 6 5 6 5 6 5 6 6 存在的问题与不足 城市地理信息检索服务的改进 6 6 6 7 城市地理信息检索服务的展望。6 7 5 3 文章小结 附录1 数据库检索函数 参考文献 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果 致谢 。6 9 7 5 7 9 。8 0 个人简历。 i 8 1 福建师范大学陈功照硕士学位论文论文 v o ，l ekil_ 专 、 绪论 绪论 1 引言 地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是用于获取、储存、 查询、综合、处理、分析和显示地理空间数据及其与之相关信息的计算机信息系统 i l 】【2 】【3 】【4 1 。它包括地理数据服务和地理信息系统信息处理功能的服务 5 1 。g i s 应用的 日益普及，城市g i s 应用的大众化，用户需求门槛越来越高，地理信息服务的信息 化进程同新月异，促使g i s 也不例外的经历“物竟天择，适者生存 不断创新的过 程。3 g 时代同时是一个信息化的时代，对于城市g i s 应用来说，信息也同样是核心 竞争力的体现。日常生活中的吃、喝、玩、乐、购，在地理信息系统应用中都可以 抽象为不同类型的信息点。因而如何获取、组织、匹配、存储、检索、展示都将成 为我们城市地理信息应用的重要研究课题。随着地理信息系统( g i s ) 应用的不断深入 和业务领域的逐步扩展，传统的g i s 数据模型已不能较好地存储错综复杂的海量地 理空间数据，不易实现数据的共享和高效检索。中国软件行业协会( 2 0 0 1 年度中国 软件产业发展研究报告中对于当前g i s 的发展也明确指出“g i s 正在从专业技术 领域走向社会化地理信息服务。g i s 将与网络、通信和计算机相关的平台结合，为 需要地理位置信息者提供服务，并且渗透到其它技术之中。地理信息技术应用的新 特点主要有以下两个方面，一是专业应用，二是信息服务 1 6 】。 i n t e m e t 环境高度动态、高度异构的特点对建构在其上的分布式系统提出了松散 耦合、平台中立、协议无关等新的要求。这迫使地理信息科学与技术由传统的数据 紧耦合、集中、封闭的地理信息系统向数据松耦合、分布式、开放的地理信息服务 方向发展i 7 1 。随着计算机通讯网络( 包括有线与无线) 的大容量和高速化发展，g i s 已成为网络上的分布式异构系统，g i s 应用将走向地学信息服务。目前已经兴起的 l b s ( l o c a t i o nb a s e ds e r v i c e s ) 和m l s ( m o b i l ei x c a t i o ns e r v i c e s ) ，即基于位置的服 务和移动定位服务，突出的显示了这种趋势。它引起的革命性变化是g i s 将走出研 究院所和政府机关，成为全社会人人具备的信息服务工具。可以预测在不久的将来， 地学信息服务将能随时随地为任何人和任何事情进行4 a 服务( g e o i n f o r m a t i o nf o r a n y o n ea n da n y t h i n ga ta n y w h e r ea n da n y t i m e ) 依托现代网络自动化的地理信息智能化处理技术，为地理信息服务提供了跨越 式发展的机遇。国家测绘局前不久出台的测绘科技发展“十一五 规划指出， 福建师范大学陈功照硕士学位论文 “十一五 期间，要基本建成数字中国地理空间框架。初步形成以“功能取向服务 化、数据获取实时化、信息交互网络化、基础设施公用化、信息服务社会化、信息 共享法制化 为标志性跨越特征的信息化测绘体系嗍。地理信息系统在任何一个应 用体系中，空间数据及其属性数据都是g i s 的核心体现，就其本质来说是现实世界 的一种数据抽象的展现。现实世界总是处在一个动态的不断变化的过程之中，同时 伴随着地理信息的不断更新。传统的g i s 数据模型如e s r i 公司的s h a p ef i l e ， c o v e r a g e ，g e o d a t a b a s e ：m a p i n f o 的t a b 格式等数据存储模型已经难以满足高效能 的互联网地理信息系统的需求。为此，本文首先构建了一种新的数据组织、存储、 和检索机制，引入全文索引在地理信息系统中的应用。该机制能够使异质的、松散 的被关联的g i s 数据聚集在一起，且是动态更新以提高将来的查询性能，使得城市 g i s 信息的检索更加高效、快捷。另外，文中采用的基于本体语义空间信息检索的 动态检索算法i k 中文分词引擎，是通过分布式的实体关联库来发现动态实体之间的 语义关联性，该算法在保证查询效率的基础上，提高语义查询的查准率，使得海量 地理信息数据检索更加精确、智能。 2 国内外研究现状 2 1 城市地理信息服务( u g i s ) 秦耀辰等在地球信息科学引论一书中认为，地理信息是地球系统的最基本 信息，地球信息所覆盖的空间范围上至电离层，下至莫霍面，其中地球表层的地理 信息是地球信息的基础信息l 训。 城市地理信息是指与所研究对象的城市空间地理分布有关的信息，是有关城市 地理实体的性质、特征和运动状态表征的一切有用的知识。它表示地表物体及环境 固有的数量质量分布特征、联系和规律。 城市地理信息服务( u r b a ng e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e ) 是在g i s 应用中为 在城市地理信息系统提供海量信息服务的组件，是g i s 与计算机信息检索服务的结 合。服务( s e r v i c e ) 在信息技术领域的一般含义是指计算机服务程序或业务。地理 信息服务( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e ) 是为用户采集、加工、提供或管理地理 信息的服务。国际标准化组织( i s o ) 根据信息技术服务的类别，扩展定义了地理信息 服务的6 种类别i l o j 。我们从中可以将地理信息服务的技术体系划分为信息获取技术、 信息处理技术、信息传输技术、信息终端技术以及信息表现技术【l l j 。 地理信息服务是在地理信息系统的发展进入网络时代后发展产生的，地理信息 2 一 ； j j 1 0 ，l i 绪论 服务的形式从地理信息分发、地理信息共享到分布式地理信息服务，其发展可归纳 为三个阶段。 o 第一阶段为地理信息服务的初级阶段( 1 9 9 6 年以前) 。本阶段的地理信息服务 表现为地理信息发布，仅仅是单纯的地图服务器。1 9 9 3 年，美国x e r o x 公司的p a l o a l t o 研究中心开发出了世界上第一个w e b g i s 的原型系统，提供了全球1 ：2 0 0 万的 d l g 数据( d i g i t a ll i n eg r a p h ) 让用户进行浏览。1 9 9 4 年，作为国家空间基础设施 ( n s d i ) 建设的内容之一，加拿大b r a n d o np l e w e 公司推出了一个提供世界各地旅 游信息的网站v i r t u a l t o u r i s t c o m 。从1 9 9 5 年开始，提供实时地图发布服务( 1 i v e m a p p i n gs e r v i c e s ) 的系统开始出现，典型的系统如美国人口调查局的t i g e r 地图服 务系统( t i g e rm a p p i n gs e r v i c e ) t m s 。还有一些类似的地图服务系统提供在线的 地图查询和浏览，如：v i c i n i t y 公司的m a p b l a s t ；e t a k 公司的e t a k g u i d e ；a u t o d e s k 的g r i d n o r t h ，等等。 第二阶段为地理信息服务的发展阶段( 1 9 9 6 年一2 0 0 1 年) ：本阶段，网络技术 迅猛发展，客户机朋及务器体系的进一步完善，地理信息服务表现成为地理信息共享。 各大g i s 厂商将g i s 与w e b 浏览器紧密结合在一起推出了大量的地理间信息共享平 台软件。 第三阶段为地理信息服务的迅猛发展阶段( 2 0 0 1 年至今) 。本阶段，随着w e b 服务概念及其软件架构思想的兴起，地理信息服务实现真正意义上的分布式地理信 息服务展现。比较有代表性的有2 0 0 5 年6 月，g o o g l e 推出地图搜索服务g o o g l ee a r t h 。 目前，地理信息应用正走向网络化、社会化，需要实现两个阶段的跨越地 理信息共享和地理信息服务。地理信息共享是实现地理信息服务的必要条件，而地 理信息服务是地理信息共享发展的必然趋势。t i mb e m e m l e e 在1 9 9 8 年提出了语义 w e b ，即各种资源被赋予明确的语义信息，机器能够自动的识别、解释、交换和处 理被语义定义的信息1 1 2 1 。基于w e b 的语义信息服务也为地理信息共享创造了有力 条件。g a r t n e r1 9 9 6 年就率先提出了s o a ( 面向服务的体系架构) ，十年后i b m 等企 业才开始实现s o a 的软件工具。而到2 0 0 8 年，s o a 才成为主流的软件工程方法之 一。在s o a 成为主流的软件工程方法的情况下，s e r v i c eg i s 将得到越来越广泛的应 用，而全新的第三代面向服务的地理信息共享模式也将在政府信息化、企业信息化 和个人应用等多领域得到快速发展。这一模式将改变未来十年的g i s 应用系统开发 方法，真正开启地理信息共享的服务聚合时代1 1 3 l 。 3 福建师范大学陈功照硕士学位论文 我国地理信息服务大众化普及水平很低，对整个社会生产力发展中的贡献率还 是很小：地理信息服务全球化趋势不可阻挡，应积极应对，为缩小“数字鸿沟”作 出自己的努力；地理空间数据的获取问题作为g i s 产业发展的瓶颈效应越来越明显； 信息资源的共享机制缺乏，越来越成为地理信息服务的障碍【剐。 2 2 空间数据存储模型 空间数据模型是地理信息系统的基础，它不仅决定了系统数据管理的有效性， 而且是系统灵活性的关键。空间数据模型是在实体概念的基础上发展起来的，它包 含两个基本内容，即实体组和它们之间的相关关系。实体和相关关系可以通过性质 和属性来说明。空间数据模型可以被定义为一组由相关关系联系在一起的实体集 d j p e u q o e t ( 2 0 0 5 ) 。 g i s 结构自1 9 7 0 年末开始发展至今，从基于文件数据模型一直演变到现今的对 象关系型数据库，经历了五代的演变1 1 4 j 。图1 详细形象的说明了g i s 数据存储的演 变历程( 美国p a t r i c i as e y b o l dg r o u p ，美国t h eb o r w ng r o u p ，1 9 9 3 ) 。 地 图1g i s 数据管理存储的演变 f i g 1e v o l u t i o no fg i sd a t am a n a g e m e n ts t o r a g e g i s 是以空间数据为研究对象的。由于以往关系数据库技术发展的限制和空间数 据的特殊性，传统的g i s 软件平台采用分离的方式管理数据：空间数据采用文件形 式和目录结构、属性数据由内置的关系型数据库进行管理。随着大型关系型数据库 气 j j 绪论 技术的成熟发展，在完整性、安全性、标准化、开放性、可扩充性等方面日益完善， 提供对象关系数据模型支持，可以将空间数据和属性数据进行一体化存储和检索， 这样为空间数据管理提供了有效的解决方案，如e s r i 的空间数据引擎s d e ，m a p l n f o 的s a p t a i l w a r e 等。大的数据库厂商与o p e n g i s 和扩充了自己的关系数据库，引入面 向对象模型，发展对象关系型数据库，提供空间数据支持模块，如o r a c l e 的s p a t i a l 、 i n f o r m i x 的d a t e b l a d e 、d b 2 的s p a t i a le x t e n d e r 。这样，就可以将空间数据、属性数 据无缝地进行集成，实现便利的空间索引、查询和分析等操作【1 5 j 。 2 3g i s 海量信息检索 ( 1 ) 本体论 在计算机科学与信息科学领域，理论上，本体是指一种“形式化的，对于共享 概念体系的明确而又详细的说明 i 1 6 1 。本体提供的是一种共享词表，也就是特定领 域之中那些存在着的对象类型或概念及其属性和相互关系m ；或者说，本体就是一 种特殊类型的术语集，具有结构化的特点，且更加适合于在计算机系统之中使用； 或者说，本体实际上就是对特定领域之中某套概念及其相互之间关系的形式化表达 ( f o r m a lr e p r e s e n t a t i o n ) 。本体是人们以自己兴趣领域的知识为素材，运用信息科学 的本体论原理而编写出来的作品( a r t i f a c t s ) 。本体一般可以用来针对该领域的属性 进行推理，亦可用于定义该领域( t g 就是对该领域进行建模) 。此外，有时人们也会 将“本体 称为“本体论”。 本体英文术语“o n t o l o g y 一词源于哲学领域，且一直以来存在着许多不同的用 法。在计算机科学领域，其核心意思是指一种模型，用于描述由一套对象类型( 概 念或者说类) 、属性以及关系类型所构成的世界。尽管不同的本体对于这些构成成分 的确切称谓有所不同，但它们却都是一部本体不可或缺的基本要素。一般来说，人 们所普遍期望的一点就是，本体之中模型的那些特征应当非常类似于相应的现实世 界【l s l 。 就计算机科学与哲学来说，二者所说的本体之间的共同之处就在于，它们都是 依据某种类别体系，来表达实体、概念、事件及其属性和相互关系。在这两个领域 当中，您会发现针对本体相对性( o n t o l o g i c a lr e l a t i v i t y ) 的种种问题( 比如，哲学领 域的奎因和克里普克，计算机科学领域的索瓦( 英语：j o h nf s o w a ) 和高利诺( 英 语：n i c o l ag u a r i n o ) ) ，人们已经和正在开展相当大量的工作【1 9 1 ；而且，人们也在讨 论关于规范化本体是否具有生命活力( 比如，哲学领域之中针对基础主义 5 福建师范大学陈功照硕士学位论文 ( f o u n d a t i o n a l i s m ) 的讨论，人工智能领域之中针对c y c 项目的讨论) 。二者之间的 那些差别在很大程度上只是侧重点的问题。与计算机科学领域的研究人员相比，哲 学家们则较少关心建立固定不变的受控词表。然而，计算机科学家们则较少参与有 关首要原则的讨论( 比如，关于是否存在诸如不变本质( f i x e de s s e n c e s ) 之类事物 的讨论，或者关于实体在本体论上必定比过程更为基本的讨论) 。 在人工智能界，最早给出o n t o l g y 定义的是n e c c h e s 等人，他们将o n t o l o g y 定义为“给出构成相关领域词汇的基本术语和关系，以及利用这些术语和关系构成 的规定这些词汇外延的规则的定义i 加l 蕾鼍豢艄硼氟。 ( 2 ) 空间数据索引 传统的空间数据索引方式主要采用在服务器之外建立一个空间索引并将其存储 于二进制大对象( b i n a r yl a r g eo b j e c t ，简称b l o b ) i 拘方法，随后在需要时，用户可以 通过中间件访问索引和检索b l o b 。然而，无论索引结构性能如何优良，由于要包 含来自外部服务器的检索部分，因此检索和维护b l o b 将导致本质性的i o 开销和 并发问题，从而降低了速度和效率，而且空间数据以b l o b 的方式存储，对于空间 操作和分析也常带来很多困难。采用空间分割的方式对空间数据进行索引是将空间 按照规定的网格或其他分层结构分割成单元。每个单元分配一个号码，然后每一个 空间对象与它重叠单元的号码联系起来。但是，空间并非线性序列，许多空间特性 的不规则性要求复杂的检索以及对众多可能错误的必要检查。 国内外常见的空问索引一般是自顶向下、逐级划分空间的空间索引，比较有代 表性的包括格网空间索引、k d b 树、r 树、r + 树等。r 树根据地物的最小外包矩形 建立，可以直接对空间中占据一定范围的空间对象进行索引，在下面的r 树索引模 型中还将进行更为详细的介绍。 现在，许多商用的空间数据库( 如：o r a c l es p a t i a l 、i n f o r m i x 等) 多数采用以r 树 为主的空间索引模型，而且对于这一算法的研究也比较成熟，因此在本文的实现模 型中也采用了r 树索引机制1 2 。 3 本文的研究目标、研究内容和技术路线 3 1 研究目标 以构建实用的、高效的地理信息检索服务为研究目标，通过引入模式本体论语 义分析、基于r 树的空间信息检索技术，建立起的城市地理信息应用中一套完整的 智能化信息检索组件。 6 一 i t 誊 j 、 一 绪论 3 2 研究内容 城市地理信息检索服务组件抽象为4 个组成部分：地理信息原始格式数据抽取 模块、对抽取的数据格式进行解析模块存储、对解析后的地理信息数据进行索引建 立的模块、索引文件进行检索的检索模块。地理信息检索服务组件模块如图2 所示： 图2 城市地理信息服务模块组成 f i g 2u r b a ng e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns e r v i c e sm o d u l e s 地理信息服务数据组织可以以传统g i s 数据格式作为g i s 数据源抽象为p o i 数 据信息，也可以是d b m s 方式存储的p o i 数据与空间数据的整合。 3 3 技术路线 ( 1 ) 资料收集与文献分析。收集g i s 数据存储模型、g i s 应用系统数据管理、g i s 海量信息检索等方面的文献资料，并进行资料的整理、分类和分析。 ( 2 ) 基于o r a c l es p a t i a l 数据库模型设计。 ( 3 ) 城市地理信息数据的提取、组织、入库。 ( 4 ) o i s 数据的分析与检索研究。 ( 5 ) 城市地理信息检索服务的优化。 4 本文的结构 本文各章的组织结构如下： 在绪论中，介绍了课题的研究背景，研究目标及主要工作，最后列出本文的组 织结构。 7 福建师范大学陈功照硕士学位论文 在第一章中，研究了地理信息数据库模式设计。 在第二章中，给出了第一章的数据库模型设计地理信息数据的组织管理模式以 及多源信息获取入库。 在第三章中，分析城市地理信息服务数据特征，建立本体库，采用全文检索方 式建立信息检索服务模型。 在第四章中，针对城市地理信息服务中的空间数据部分，基于o r a c l es p a t i a l 的 r 树索引方式建立空间数据索引，对空间数据检索方式分析应用，以城市地理信息 服务中最典型的周边检索、自驾方案等应用为案例分析空间检索的高效性。 本文的最后，对本文所做的研究工作进行了总结，分析了存在的问题，并提出 下一步的研究目标和展望。 8 一 第1 章地理信息数据库模型设计 第1 章地理信息数据库模型设计 城市地理信息检索服务的基础就是信息，信息操作性的关键又归结为信息的规 范化和组织结构。所以首先需要研究城市地理信息的数据规范，对城市地理信息数 据进行整理分类和规范表示，并建立合理的组织结构数据库模型，这样才有可能在 后续的信息服务中获得方便高效的数据操作性能。 1 1 城市应用g i s 数据规格 为了适应城市地理信息展示及地图引擎生成有限层数地图的需要，设计提出最 优显示比例尺，这意味着在城市地理信息检索结果在电子地图参照展示过程中采用 如下比例尺可以得到数据部门制图时的最佳显示效果。相关的比例尺说明如表1 - 1 所示。 表1 - 1 ：地图不同比例尺展示信息 t a b 1 - 1m a pd i s p l a yi n f o r m a t i o ni nd i f i e r e n ts c a l e s 范围地图等级 显示比例尺说明 9 福建师范大学陈功照硕士学位论文 表1 - 1 中的名词说明： 范围：代表当前比例尺下适合子何种范围的地图显示； 地图等级：专门指地图操纵工具中的滚动条上的刻度，从上到下的顺序为 1 5 到1 ，目前我们只分析福建省的基础地理信息情况下，刻度等级选择从 1 5 5 ，地图不同比例尺展示信息详细见表1 - 1 。 显示比例尺：地图上的1 厘米和地理距离的比例，比如1 ：5 0 0 0 ，指地图上 的1 厘米代表现实中地理距离的5 0 0 0 厘米，即5 0 米。 1 2 城市地理信息系统数据分层 在本文设计的城市地理信息检索服务的数据分类中，将城市地理信息系统数据 根据时效性、对数据的动态更新频率对数据规划为三类主要的数据层：热点信息p o i 数据、空间网络l o i 、基础地图信息数据，如图1 1 g i s 分层概率模型，其中热点信 息p o i 数据是时效性强、更新最为频繁的数据层，也是地理信息检索服务中检索频 率最高的信息层，热点信息p o i 数量的多少也直接反应的城市地理信息库数据的丰 富程度。空间网络l o i 层主要包括城市线路信息层如：公交线路等，这些线路信息 层也是对时效性及动态更新要求较高的数据层，空间网络l o i 层是线路规划、出行 方案分析等空间网络分析中的主要操作数据层，也是使用频率较高的数据层。基础 地理信息层，主要城市区域轮廓、水系、铁路等地理基础信息，这些信息相对时效 性较低，