面向三维地质建模的领域本体逻辑结构与构建方法

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1、cGF规范与服务．2008高校GIs论坛论文集面向三维地质建模的领域本体逻辑结构与构建方法侯卫生1刘修国2吴信才z周永章11中山大学地球科学系2中国地质大学(武汉)信息工程学院【摘要】分析了面向三维地质建模领域本体层次结构及组成。结合地质语义的特点，提出了突出概念间关系的五元组逻辑结构。提出了一种迭代思想的构建方法，该方法分为需求分析、领域共享词语的字典库构建、本体表示、本体集成和本体评估等几个步骤。vROWL'语言描述工具，结合正断层本体实例探讨了面向三维地质建模领域本体逻辑结构的描述和构建方法。【关键词】地质本体；逻辑结构；迭代构建方法；

2、三维地质建模前言自20世纪90年代以来，地理本体及相关概念的提出与探讨引发了人们从本原的角度对各种地理现象进行重新认识，也促进了GIS技术的发展(Agarwal，2005；Smith，etc．，2001；陈建军，等，2006；黄茂军。等，2004：闵敏，等，2006；孙敏，等。2004)。利用本体论可以实现地理信息的跨平台处理、语义的融合、信息的网络检索与共享利用。由于地学对象空间认知及其复杂性．使得在地学信息的集成融合过程中会产生诸多问题，从而影响到以此为基础的3D地学模拟等应用领域的发展(侯卫生，2007)。吴立新等人(2006，2008

3、)在借鉴地理本体概念基础上。将本体论和本体引入整体地学领域。构建广义上的地理本体。即地学本体．力图从本原上回避地学信息的语义差异，从而在多源地学信息集成融合、共享利用与互操作环境中正确把握地学实体的本质和内涵。Perrin毒乒人(2005)贝0以KIF(KnowIedgeInformationFormat)为工具建立了地质本体论，并以此为基础构建了三维地质模型。这为地质信息的集成与融合提供了一个新的思路。1、本体论及三维地质建模的领域本体本体论最早是一个哲学的范畴．用于研究客观存幼。l～咖黝．com在。随着人工智能的发展，逐渐被引用到信息科学

4、领域。Gruber(1995)认为“本体是概念化的明确的说明”。它包括概念化、明确、形式化和共享四个方面的内容。在信息科学领域主要是用于知识共享和重用(黄茂军，等，2004)。根据本体描述对象不同，可以将本体划分为顶级本体、领域本体、任务本体和应用本体四个层次(Guarino。1997)。这种层次性的划分可实现对具有多样性和复杂性对象的描述，也可以为不同领域本体的表征提供了合理架构体系。三维地质建模利用科学计算可视化技术对地质体及其内部物理、化学属性进行信息处理、数据组织、空间建模和三维再现与交互。它涉及到地质、计算机、地球物理等多领域的知识

5、。所表征的信息不仅突出了几何特征，更强调地学概念、地质体的语义及其相互之间的关系。在地理本体概念基础上，吴立新等人(2006。2008)给出了一个关于地学本体的概念：。关于客观世界的概念描述，是对地学现象及其关系本身的认知和表达，侧重于地学对象及其关系概念的内涵、层次和关系描述，是一个概念体系”。并将地学本体划分成三个层次：地学顶级本体、地学领域本体和地学应用本体。该体系为建立地质本体提供了基本架构。如果将地学本体看成是一个顶级本体的话。那么．面向三维地质建模的领域地质本体则可以看成是地学领域本体的～个实例。这个领域本体不仅复用地学本体中的概

6、念体系，还应包容三维地质建模所涉及到其他领域的知识和概念体系，如空间坐标系等。面向三维地质建模的领域本体包括：空间坐标系本体、地层本体、构造本体、地层单位本体、地球物理本体、地球化学本体、空间关系本体等几个部分(见图1)。这个层次的本体仅实现概念体系的形式化表达，即逻辑结构的表达。在领域本体的基础上，构建面向三维地质建模的应用本体，即领域本体的实例化，利用形式化语言来描述概念。空间坐标系本体是关于坐标系统的概念描述。它由定义坐标系的概念组成。包括地理坐标参考系、投影坐标系和局部坐标系等概念。地层本体是关于三大岩类地层系统的概念描述．即沉积地层

7、、变质岩层和岩浆岩层的描述。构造本体则是与地质构造有关概念的描述，包括断裂、褶皱、节理等概念。地层单位本体由岩石地层单位和年代地层单位两子体系构成。地球物理和地球化学本体指地质体的地球物理参数和地球化学参数概念有关的本体。空间关系本体是定性和定量描述空间关系集合的概念．它派生出拓扑关系、方位关系、包容关系和距离关系等几个子类。图1领域本体各部分之间的关系2、三维地质建模的领域本体逻辑结构目前。比较具有代表性的结构有(黄茂军，2006；刘宁宇和李禹生，2008)：三元组结构、四元组结构、五元组结构、六元组结构和七元组结构。三元组结构关注的是概念

8、、概念之间的关系以及概念的层次结构，同时强调本系统与其他领域本体系统概念之间的t科研与自圭铂藏语义关系。四元组结构有多种表达方法，主要强调概念的非形式化的文档定义对