地理时空本体研究进展(1)(3)
2017-09-09 01:06
导读：虽然目前对于时空本体的形式化尚未取得一致性意见, 但是有一些学者提出了自己对建立时空本体的规范性要求的看法. Galton[ 23 ] 在在回顾了地理学以及地
虽然目前对于时空本体的形式化尚未取得一致性意见, 但是有一些学者提出了自己对建立时空本体的规范性要求的看法. Galton[ 23 ] 在在回顾了地理学以及地理信息科学范围内的多种现象种类后, 确定了3 个可以全面、适当处理这些现象的时空地理本体所必要条件, 一个这样的本体必须:①提供合适的表现和操作形式以适当处理基于场和基于对象的世界视点间的丰富的相互连接的网络; ②把基于场和基于对象的模型, 以及用来处理这些模型的表现形式扩展到时间领域; ③提供一种方法来发展时空范围以及范围内存在的现象的不同模型, 尤其是对于那些诸如暴风雪、洪水、野火等似乎既表现为对象性又表现为过程性的双重性的现象.
2. 2 时空本体库
由于时间与空间都属于常识范畴, 是重要的常识概念, 因此, 任何重要的上层本体都必须考虑时间和空间的问题. 目前已有的时空本体库里一般是将时间本体与空间本体分开建立. 比较大型的本体库有斯坦福大学的P ro tégé本体库[ 24 ]、CYC 上层本体库[ 25 ] , IEEE 的标准上层本体工作组开发的SUMO 本体[ 26 ]等. 其中P ro tégé本体库中涉及到时间和空间本体的有NA SA 开发的SW EET( Sem an t ic W eb fo r Earth and Environm en tal Term ino logy ) 本体系统; O GC (Open G IS Con so rt ium ) 的地理标记语言O GC 本体系统; ISO的OWL 本体中包括地理信息空间框架( ISO 19107: 2003)、地理信息时间框架( ISO 19108:2002)、地理信息空间坐标参考( ISO 19111: 2003)、地理信息空间地理标记参考( ISO 19112: 2003) 等.比较常用的是以语言命名的DAML 时间本体和空间本体. 也有学者尝试着对建立统一的时空本体提出了自己的构想, 如胡鹤在其博士论文中利用OWL DL 对DAML 时间本体和空间本体进行结合建立了统一的时空本体框架[ 27 ]. 此外, 还有一些小的时间本体、空间本体以及时空本体的存在.
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2. 3 研究热点
2. 3. 1时空本体建模的形式化语言与推理
F rank 认为本体需要形式化语言来描述, 并且这种语言应该具有客观的形式、明确的声明性、类型化、自动的一致性检验机制以及可执行性[ 17 ]. 研究时空本体的传统方法主要是逻辑的方法. 且使用较多的是以一阶谓词逻辑为基础, 引入其他非经典逻辑的方法. 例如,Wo lter 等人[ 28 ] (2000) 采用语义的方法, 将时态模型T 和空间模型S 结合成一个多维时空结构. 他们把时空解释成时间和空间结构的迪卡尔乘积, 并基于BRCC - 8 进行时空表示, 构造ST 0、ST 1、ST 2 这3 个时空逻辑. 对ST i 应用模态算子□、◇得到STB i, 在STB i 上添加时间区域项得到STB i . Wo lter[ 29 ]等人(2002) 构造了一阶时空逻辑(FO ST ) , 并指出在基于无限时间流的拓扑时态模型中, 由于时态操作符和作用于区域变量上的量词导致FO ST 的可满足问题是不可判定的, 他们将BRCC- 8 嵌入到双模态逻辑S4u 中(可判定的) , 然后再把S4u 嵌入到一阶逻辑单变量子集中(N P- 完全的) , 构造出命题时空语言(PST ) , 有关任意拓扑模型中的PST 公式可满足性问题的计算性质还有待研究. 通过在BRCC- 8 中加入区间时态逻辑(ALL - 13) 得到ARCC- 8 逻辑. ARCC- 8公式在时态拓扑模型中是N P 完全的. Bennet t 等人[ 30 ] (2002) 将命题时态逻辑PTL 和空间模态逻辑S4u 结合起来, 形成了“二维”时空逻辑PSTL.
PSTL 是否可判定, 仍然是未解决的问题, 但通过嵌入PSTL 到RCC8 空间逻辑, 能得到一些可判定的子系统. M u ller[ 31 ] (2002) 把时间和空间看成同质(homogeneity) 的, 以时空区域(时空历史) 为基本实体, 在扩展A sher 的空间逻辑公理集基础上,定义了时序关系和时空约束, 建立了一阶时空逻辑模型, 并基于该逻辑提出了有关运动的推理理论.随着更易被人和机器理解的描述逻辑(DL ) 的出现与发展, Haarslev 在ALC (D) 的基础上对描述逻辑进行了扩展. 他研究了ALCRP (D ) 理论作为地理信息系统领域的知识表示和查询操作的基础, 通过具体领域和一个角色形成谓词算子的结合, 把时间推理加入了空间和术语推理中, 克服了过去ALC(D) 只能进行概念推理或只能进行空间定性推理的局限性. 并且Haarslev 还证明了ALCRP (D ) 在具体的时空领域应用中具有明显的优势[ 32 ]. 该方法后来被Sw iss 国家基金委O FES 支助的部分欧洲Know ledgeW eb 和D IP 项目所采用.
