专利名称：一种基于格的基础地理信息语义关系构建方法
技术领域：
本发明属于地理信息技术领域，特别涉及一种基于格的基础地理信息语义关系构建方法。
背景技术：
由于我国现行的基础地理信息概念均采用线分类法对要素进行分类，因此概念之间的语义关系一般只能通过代码的首末位人工加以区别。线分类法，其优点是基于经验分类，容量大，层次性好，使用方便，但由于地理概念的复杂性，不可避免存在以下问题一是概念分类体系仅反映地理信息概念本身，上一级地理信息概念通过低一级概念进行定义。 这种分类体系尽管从内容上反映了地理信息概念之间的分类、继承等关系，但从形式上却否定和拒绝了各个地理信息概念之间的信息联系，从而也难以全面反映地理空间的全部属性。再者，原有的概念分类系统是具有思维行为的人，人可以通过视觉自动识别概念关系体系，但是计算机却不能理解，如何让计算机根据一定的规则，实现概念之间关系的自动构建，显式的表达概念之间的关系，是目前迫切需要解决的问题之一。格论是代数学的一个分支，是研究代数、几何、拓扑、逻辑、组合学、数字计算机及模糊数学的重要工具。它是一种从数据集合中发现概念结构的形式化分析方法，用于概念的构造、排序和显示，所生成的概念格具有明确的层次关系，准确而简洁地描述了概念和对象所构成的概念及其之间的层次关系，概念格是所有形式概念在子概念和超概念下的有序集，反映了对象和属性间的联系以及概念间的泛化与例化关系，因此成为一种重要的知识表示方法。概念格以图形化表示为有标号的线图(也称Hasse图)，这使得给定数据背景的概念结构变得清晰和易于理解，从而实现了概念格的可视化显示。在概念格中，每个节点表示一个概念，每个概念用其外延和内涵来标识，节点之间的边表示概念之间的序关系。概念由属性来描述，属性决定概念的层次，因此，通过对概念的属性描述进行推理，可以获得概念间的关系。因此，借助于格理论，通过对基础地理信息概念的属性描述进行推理，可以获得概念间的关系。但目前本领域未出现相关研究成果，尚需提供实现技术手段。
发明内容
本发明目的在于提供一种根据概念属性自动构建概念之间语义关系的方法。本发明所提供基于格的基础地理信息语义关系构建方法，技术方案包括以下步骤步骤1，确定单个基础地理信息概念的本体属性，构建基础地理信息概念形式语境；步骤2，对于每一大类基础地理信息，获取该大类中所有基础地理信息概念及对应的本体属性条数，根据本体属性条数从少到多对该大类中所有基础地理信息概念进行排序，得到该大类的排序结果；以某一大类基础地理信息作为当前大类；步骤3，按照步骤2的排序结果，从当前大类中依次取一个基础地理信息概念作为当前概念；如果当前大类中有与当前概念本体属性条数相等的其他基础地理信息概念，进入步骤4;如果当前大类中没有与当前概念本体属性条数相等的其他基础地理信息概念，进入步骤5 ；步骤4，对于当前大类中与当前概念本体属性条数相等的其他基础地理信息概念， 每个概念都分别使用属性继承扩展规则判断它是否为当前概念的父类，如果没有一个其他基础地理信息概念是当前概念的父类，执行步骤5 ；如果有且只有一个其他基础地理信息概念是当前概念的父类，判断这个基础地理信息概念就是当前概念的直接父类，进入步骤7 ；如果有两个或以上其他基础地理信息概念都是当前概念的父类，每个概念都分别使用传递性规则判断它是否为当前概念的直接父类，若其中有一个是当前概念的直接父类，进入步骤7 ；若其中没有一个是当前概念的直接父类，执行步骤5 ；步骤5，如果当前大类中有比当前概念本体属性条数少的其他基础地理信息概念， 进入步骤6 ；如果当前大类中没有比当前概念本体属性条数少的其他基础地理信息概念，判断当前概念的直接父类是当前大类，进入步骤7 ；步骤6，对于当前大类中比当前概念本体属性条数少的其他基础地理信息概念，按本体属性条数从大到小的顺序分别判断是否为当前概念的父类，包括先使用属性继承规则判断是否为当前概念的父类，不符合属性继承规则的再用属性继承扩展规则判断是否为当前概念的父类；如果没有一个其他基础地理信息概念是当前概念的父类，判断当前概念的直接父类是当前大类，进入步骤7;如果有且只有一个其他基础地理信息概念是当前概念的父类，判断这个基础地理信息概念就是当前概念的直接父类，进入步骤7 ；如果有两个或以上其他基础地理信息概念都是当前概念的父类，并且其中有两个或以上基础地理信息概念的本体属性条数相等时，首先判断其中是否还有本体属性条数更多的基础地理信息概念，如果有则利用属性继承规则从这些父类中判断确定当前概念的直接父类，如果没有则使用传递性规则判断本体属性条数相等的基础地理信息概念之间是否存在传递关系；若其中存在传递关系，利用属性继承规则判断从本体属性条数相等的基础地理信息概念中确定当前概念的直接父类；如果有两个或以上其他基础地理信息概念都是当前概念的父类，并且其中没有基础地理信息概念的本体属性条数相等，利用属性继承规则从这些父类中判断确定当前概念的直接父类；步骤7，按照步骤2的排序结果，从当前大类中依次取下一个基础地理信息概念为当前概念，执行步骤3 ；直到对当前大类中的所有基础地理信息概念都处理完，即每个基础地理信息概念都找到了它的直接父类，执行步骤8 ；步骤8，选择另一大类作为当前大类，从步骤3开始执行，直到处理完所有大类；根据对所有大类的处理结果所显示父子关系，生成并输出各个大类的概念格。
而且，所述大类包括八个，分别是定位基础、水系、居民地及设施、交通、管线、境界与政区、地貌及土质植被。而且，步骤1中，确定每一个基础地理信息概念的本体属性时，定义一组数量最少的本体属性作为公理来表达基础地理信息概念的语义，并且所定义基础地理信息概念的本体属性的值总保持为常量，即不随基础地理信息概念的状态而变化，也不随基础地理信息概念的外延而变化。而且，步骤1中，所述基础地理信息概念的本体属性包括空间性、时间性、物质性、 目的或功能、成因、对象及量度。而且，所述传递性规则为，对于基础地理信息概念B、C和D，如果B继承于C，C继承于D，则B继承于D ；所述属性继承规则为，对于基础地理信息概念B和C，如果B继承于C，C拥有本体属性P，则B拥有本体属性P;所述属性继承扩展规则为，对于基础地理信息体概念C和D，如果C拥有本体属性 P1, D拥有本体属性P2,并且P1是P2的父类，则C是D的父类。本发明提供的技术方案从基础地理信息概念的含义出发，提取单个概念的本体属性，构建基础地理信息概念形式语境；通过概念格构造计算机执行流程，设立推理规则，自动构建概念之间的层次关系，将概念间隐性的关系，显性的、形式化的表现出来。本发明在传统的概念格方法基础上，结合基础地理信息概念的特点，加入属性推理判断规则，在属性条数相等的情况下，可以有效的区分概念之间的层次关系。本方法简单易行，可以用来表示单值属性语境，也可以用来表示更为复杂的多值属性语境，将概念和概念间关系表示为更直观和易于理解的概念格。本发明有效的实现了基础地理信息概念的组织，随着社会的发展，基础地理信息概念在不断地更新与发展，必然出现一些新的基础地理信息概念，基于格的地理信息语义关系构建方法是可扩展的，可直接通过概念的本体属性自动删除或增加新的概念及相关信息，而不用以手工的方式修订整册概念；同时，在概念之间关系显式表达的基础上，构建基础地理信息概念查询系统，用户输入相应的关键字，以直观可见的形式显示概念的含义、属性及图片等信息，并以图形形式显示当前概念的上下位关系图，一目了然， 使用户充分了解当前基础地理信息概念的特点。
图1为本发明概念属性关系推理过程的示意图；图2为本发明土质植被概念关系的结构图。
具体实施例方式概念由属性来描述，属性决定概念的层次，因此，通过对概念的属性描述进行推理，可以获得概念间的关系。概念格理论是一种从数据集合中发现概念结构的形式化分析方法，通过对象、属性及其关系构造相应的语境，确定对象的结构层次图。概念格是所有形式概念在子概念和超概念下的有序集，反映了对象和属性间的联系以及概念间的泛化与例化关系。建格的过程实际上是概念聚类的过程，根据格不受数据或属性排列次序的影响这一特点，在基础地理信息概念格的构造中，从基础地理信息概念的含义出发，提取概念的本体属性，构建基础地理信息概念形式语境；以概念格构造的增量算法作为基本算法，根据自底向上的次序生成所有概念节点，逐层搜索每个对象概念的直接父类，建立基础地理信息概念之间的层次关系。在算法执行过程中，首先根据概念属性条数进行排序，确定每个概念在概念格中的层次；其次，在层次高于或等于当前概念的概念(即当前大类中比当前概念本体属性条数少或者相等的其他概念)中通过属性比较确定其直接父类，当搜索到所有概念的直接父类，根据所有的单对父子关系成建立全局的格结构关系。以下结合实施例，详细说明本发明技术方案采用计算机软件技术实现的流程步骤1，确定单个基础地理信息概念的本体属性，构建基础地理信息概念形式语境。具体实施时，基础地理信息概念的本体属性可以事先设定，当执行流程时，作为输入数据直接导入使用。设定基础地理信息概念的本体属性时，可以定义一组数量最少的本体属性作为公理来表达基础地理信息概念的语义，并且所定义基础地理信息概念的本体属性的值总保持为常量，即不随基础地理信息概念的状态而变化，也不随基础地理信息概念的外延而变化。也就是说，从基础地理信息概念的内涵与外延出发，结合基础地理信息概念的特点，遵循以下规则进行设定规则1形式本体要求定义一组数量最少的性质作为公理来表达地理信息概念语义，即在保证语义完整性的前提下剔除多余的属性。规则2本体属性是反映整个概念所指所有可能对象的属性，不以外延的变化而变化，不随对象的状态变而变化，其属性值总保持为常量。规则3不同概念的本体属性的值的组合，应能反映出某个相应的概念，并能区别不同的基础地理概念，不产生二义性。以河流为例，从河流的定义出发，设定其本体属性如表1所示表 权利要求
1. 一种基于格的基础地理信息语义关系构建方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1，确定单个基础地理信息概念的本体属性，构建基础地理信息概念形式语 境；步骤2，对于每一大类基础地理信息，获取该大类中所有基础地理信息概念及对应的本体属性条数，根据本体属性条数从少到多对该大类中所有基础地理信息概念进行排序，得到该大类的排序结果；以某一大类基础地理信息作为当前大类；步骤3，按照步骤2的排序结果，从当前大类中依次取一个基础地理信息概念作为当前概念；如果当前大类中有与当前概念本体属性条数相等的其他基础地理信息概念，进入步骤 如果当前大类中没有与当前概念本体属性条数相等的其他基础地理信息概念，进入步骤5 ；步骤4，对于当前大类中与当前概念本体属性条数相等的其他基础地理信息概念，每个概念都分别使用属性继承扩展规则判断它是否为当前概念的父类，如果没有一个其他基础地理信息概念是当前概念的父类，执行步骤5 ； 如果有且只有一个其他基础地理信息概念是当前概念的父类，判断这个基础地理信息概念就是当前概念的直接父类，进入步骤7 ；如果有两个或以上其他基础地理信息概念都是当前概念的父类，每个概念都分别使用传递性规则判断它是否为当前概念的直接父类，若其中有一个是当前概念的直接父类，进入步骤7 ；若其中没有一个是当前概念的直接父类，执行步骤5 ；步骤5，如果当前大类中有比当前概念本体属性条数少的其他基础地理信息概念，进入步骤6 ；如果当前大类中没有比当前概念本体属性条数少的其他基础地理信息概念，判断当前概念的直接父类是当前大类，进入步骤7 ；步骤6，对于当前大类中比当前概念本体属性条数少的其他基础地理信息概念，按本体属性条数从大到小的顺序分别判断是否为当前概念的父类，包括先使用属性继承规则判断是否为当前概念的父类，不符合属性继承规则的再用属性继承扩展规则判断是否为当前概念的父类；如果没有一个其他基础地理信息概念是当前概念的父类，判断当前概念的直接父类是当前大类，进入步骤7;如果有且只有一个其他基础地理信息概念是当前概念的父类，判断这个基础地理信息概念就是当前概念的直接父类，进入步骤7 ；如果有两个或以上其他基础地理信息概念都是当前概念的父类，并且其中有两个或以上基础地理信息概念的本体属性条数相等时，首先判断其中是否还有本体属性条数更多的基础地理信息概念，如果有则利用属性继承规则从这些父类中判断确定当前概念的直接父类，如果没有则使用传递性规则判断本体属性条数相等的基础地理信息概念之间是否存在传递关系；若其中存在传递关系，利用属性继承规则判断从本体属性条数相等的基础地理信息概念中确定当前概念的直接父类；如果有两个或以上其他基础地理信息概念都是当前概念的父类，并且其中没有基础地理信息概念的本体属性条数相等，利用属性继承规则从这些父类中判断确定当前概念的直接父类；步骤7，按照步骤2的排序结果，从当前大类中依次取下一个基础地理信息概念为当前概念，执行步骤3 ；直到对当前大类中的所有基础地理信息概念都处理完，即每个基础地理信息概念都找到了它的直接父类，执行步骤8 ；步骤8，选择另一大类作为当前大类，从步骤3开始执行，直到处理完所有大类；根据对所有大类的处理结果所显示父子关系，生成并输出各个大类的概念格。
2.根据权利要求1所述的基础地理信息语义关系构建方法，其特征在于所述大类包括八个，分别是定位基础、水系、居民地及设施、交通、管线、境界与政区、地貌，以及植被与土质。
3.根据权利要求1或2所述的基础地理信息语义关系构建方法，其特征在于步骤1 中，确定每一个基础地理信息概念的本体属性时，定义一组数量最少的本体属性作为公理来表达基础地理信息概念的语义，并且所定义基础地理信息概念的本体属性的值总保持为常量，即不随基础地理信息概念的状态而变化，也不随基础地理信息概念的外延而变化。
4.根据权利要求3所述的基础地理信息语义关系构建方法，其特征在于步骤1中，所述基础地理信息概念的本体属性包括空间性、时间性、物质性、目的或功能、成因、对象，以及量度。
5.根据权利要求3所述的基础地理信息语义关系构建方法，其特征在于所述传递性规则为，对于基础地理信息概念B、C和D，如果B继承于C，C继承于D，则B 继承于D ；所述属性继承规则为，对于基础地理信息概念B和C，如果B继承于C，C拥有本体属性 P，则B拥有本体属性P;所述属性继承扩展规则为，对于基础地理信息体概念C和D，如果C拥有本体属性 P1, D拥有本体属性P2,并且P1是P2的父类，则C是D的父类。
全文摘要
本发明公开一种基于格的基础地理信息语义关系构建方法。该方法提出从基础地理信息概念的本体属性出发，基于概念格理论实现基础地理信息概念之间语义关系的自动构建，以显式的形式表示基础地理信息概念之间的关系。本发明所提供技术方案在充分分析基础地理信息概念含义的基础上，根据基础地理信息概念的本体属性之间的关系，让计算机根据给定的规则，建立基础地理信息概念之间的继承关系，为基础地理信息概念关系的自动构建提供了一种有效的解决方法。
文档编号G06F17/30GK102253956SQ20111009064
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者宋平超, 普帆, 李霖, 王红, 苏凯, 蒯希 申请人:武汉大学