地理信息语义分析与关系构建
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发布时间：2022-04-23 11:23
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时间：2023-10-12 06:30
地理信息除了在数据结构上存在异构，在语义上也存在异构。地理信息语义上的异构可以分为空间数据的异构和非空间数据的异构，以下分别对这两种语义异构进行阐述。
5.5.1.1 空间数据语义分析与空间关系构建
地理信息中空间数据的语义关系主要可分为以下三种。
(1)拓扑关系: 主要指地理对象间相离(DT)、相接(TO)、重叠(OV)、覆盖(CO)、包含(CT)、相等(EQ)、被覆盖(CB)、在内部(IN)八种关系。其中覆盖(CO)与被覆盖(CB)，包含(CT)与在内部(IN)为逆反关系。
(2)方位关系: 主要指一个地理实体相对于另一个地理实体的方向关系。众所周知的八个方位关系为: 北(N)、西北(NW)、西(W)、西南(SW)、南(S)、东南(SE)、东(E)、东北(NE)。以图形(像)*的地理实体作为第一个起始位置来确定其他地理实体相对于此起始位置地理实体的方位关系; 然后以第一个起始位置为圆心，在周围找一个地理实体作为参照，依此类推，确定地理实体之间的相互位置关系。
如图 5.38 所示，首先选 A 作为第一个起始参照实体，建立其他地理实体与 A 地理实体的空间方位关系; 然后在地理实体(F、G、H)中再选择一个作为下一个参照实体，依顺时针方向选择 F 作为第二个参照实体，建立其他地理实体(除去已经建立方位关系的 A 实体)与 F 地理实体之间的空间方位关系，依此类推，用同样的方法建立地理实体之间的空间方位关系。
图 5.38 地理实体的参照关系
图 5.39 空间方位之间的推理关系
如上图 5.39 所示，在方位关系中，A 实体和 B 实体的空间方位存在以下关系。
若 B 位于 A 的北方向，则 A 位于 B 的南方向;
若 B 位于 A 的西北方向，则 A 位于 B 的东南方向;
若 B 位于 A 的西方向，则 A 位于 B 的东方向;
若 B 位于 A 的西南方向，则 A 位于 B 的东北方向;
若 B 位于 A 的南方向，则 A 位于 B 的北方向;
若 B 位于 A 的东南方向，则 A 位于 B 的西北方向;
若 B 位于 A 的东方向，则 A 位于 B 的西方向;
若 B 位于 A 的东北方向，则 A 位于 B 的西南方向。
以上方位关系在空间推理时会用到。用 OWL 建立其相互关系后，就可以用 Jena 推理出相互关系。
(3)距离关系: 通常人们用远、近、较远和较近等来形容两个地理实体之间的距离，但这样的形容不准确且容易引起歧义。对于距离关系，我们采用对象质心之间的标准欧氏距离。
针对上述空间数据的语义异构问题，提出用属性关系图(Attribute Relational Graph，ARG)，来描述地理实体及其空间关系信息。参照图 5.40 的图形和它的 ARG，ARG 的结点标有对象的标号。两个结点之间的边标有两个结点间的关系信息。结点 N1 与 N2 之间的边标有(N1，D，67，8.9，N2)，这表明 N1 与 N2 之间的拓扑关系为相离(Disjoint)，它们之间的角度为 67°(随下标递增顺序测量)，它们之间的距离为 8.9 个单位。
图 5.40 图形与其属性关系图 ARG 的映射过程
为每幅图形创建 ARG 之后，ARG 要映射到特征空间的一个*点，特征空间中的点按照某种预先指定的顺序进行组织(以*地理实体为第一个起始参照实体)。首先是第一个地理实体，其后是该地理实体与所有其他地理实体之间的关系; 然后是第二个地理实体以及第二个地理实体与随后所有地理实体间的关系，依此类推，直至建立完整的 ARG。在这个阶段，对象之间的方位角也转换为方位谓词。如图 5.40，N1 与 N2 之间的角度 67°就映射为西南方位(SW)。
5.5.1.2 非空间数据语义分析与关系构建
非空间数据中的语义异构，主要由于人们对同一或相同类的地理实体在表述概念上存在差异，如对于南京，有人称之为金陵，又有人称之为石头城; 而一些国家地理划分中的州在中国等同于省的概念。非空间数据中表示相等或相似的语义关系又称为同主体语义关系。非空间数据的语义异构一般分为以下两种: 异形同义词，既不同的词汇表达同一个含义，如南京，又可称为金陵或石头城; 同形异义词，即同一个词汇表达不同的含义。
其中同形异义词间的关系可以用 OWL 中的以下语义标签描述: differentFrom(个体不同)，两个个体可以显式声明为不同; allDifferent(全不同)和 distinctMembers(不同成员)，这两个词配合使用表示一定数量的个体两两不同。
异形同义词的关系可以用以下标签描述: equivalentClass(等价类)，两个类可以声明为等价，即使它们尽管名字不同，但拥有相同的实例，等价类可以用来创建同义类; sameAs(个体相同)，两个个体可以声明为相同，用它可以创建一系列指向同一个个体的不同名字。
对于一些属性关系可以用 equivalentProperty(等价属性)，inverseOf(逆反属性)，TransitiveProperty(传递属性)，SymmetricProperty(对称属性)，FunctionalProperty(函数属性)，inverseFunctionalProperty(反函数属性)等来描述。在建立非空间数据的语义关系时，本研究按照 ARG 中地理实体出现的顺序构建非空间数据语义关系，这样便于利用第
5.5.2 部分的算法自动生成应用本体实例。
