基于語義轉(zhuǎn)換的地理信息建模方法

張玉敏，李曉林

武漢工程大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，湖北　武漢　430205

基于語義轉(zhuǎn)換的地理信息建模方法

張玉敏，李曉林*

武漢工程大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，湖北武漢430205

針對(duì)計(jì)算機(jī)無法準(zhǔn)確理解GML文件數(shù)據(jù)的內(nèi)涵和知識(shí)共享等問題，提出一種基于元模型的由GML文件映射生成地理OWL（GeoOWL）文件的方法（GML2GeoOWL）.首先構(gòu)建GML和OWL的元模型元類之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后使用XSLT構(gòu)建并實(shí)現(xiàn)映射規(guī)則，最后用java語言對(duì)文件進(jìn)行處理.為了驗(yàn)證方法的有效性，設(shè)計(jì)并開發(fā)了GML2OWL轉(zhuǎn)換平臺(tái)并以GML格式的1∶50 000的海南省的水系（線）要素為例進(jìn)行了驗(yàn)證.表明該方法可以高效地實(shí)現(xiàn)GML文件到地理OWL文件的批量無損轉(zhuǎn)換，后期可以構(gòu)建推理規(guī)則并實(shí)現(xiàn)推理以挖掘更多隱含的地理信息.

地理信息；建模方法；元模型；地理本體

1　引言

地理信息矢量數(shù)據(jù)利用經(jīng)緯度表示地理實(shí)體（或地圖圖形）的位置，常常利用坐標(biāo)信息來將地理實(shí)體的空間位置表現(xiàn)的非常準(zhǔn)確.矢量數(shù)據(jù)是制造出矢量圖形的一種記錄坐標(biāo)，而根據(jù)幾何特性，矢量圖實(shí)現(xiàn)地理實(shí)體圖形的描繪.在計(jì)算機(jī)中，使用矢量數(shù)據(jù)的好處是存儲(chǔ)量小和可通過從點(diǎn)坐標(biāo)鏈中提取一些特征來獲取數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的拓?fù)潢P(guān)系.矢量數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中顯示的圖形一般分為位圖和矢量圖.比較有代表性的描述矢量圖形的標(biāo)記語言有地理信息標(biāo)記語言（GML）［1］、可伸縮矢量圖形（SVG）［2］、矢量可標(biāo)記語言（VML）［3］和超文本標(biāo)記語言5.0（html5）［4］.

在1999年，開放式地理信息系統(tǒng)聯(lián)盟OGC提出了地理標(biāo)識(shí)語言GML（Geographic Markup Lan?guage）這種基于XML的傳輸和存儲(chǔ)地理信息的編碼規(guī)范，它具有XML所具有的結(jié)構(gòu)性、可擴(kuò)展性、自描述性、簡單性等諸多特征優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)GML還有自身一些基本特征，能夠建模、存儲(chǔ)和傳輸?shù)乩硇畔⒑鸵恍┡c地理相關(guān)的信息，這些信息可以是空間的也可以是非空間的［5］.GML提供的這種空間數(shù)據(jù)建?？蚣苁情_放的、不依賴任何商家的，因而在不同的領(lǐng)域和部門，地理信息可以實(shí)現(xiàn)語義共享.與其他另三種標(biāo)記語言相比，GML具有容易理解和編輯、封裝地理信息以及分布式存儲(chǔ)等特點(diǎn).GML在地理數(shù)據(jù)的交換和共享中得到了廣泛的應(yīng)用，但其存在著一些缺陷：第一，基于XML的GML雖然提供了一種表層語法，這種語法可以使文檔結(jié)構(gòu)化，但它未對(duì)文檔的含義進(jìn)行語義約束；第二，空間關(guān)系在地理信息系統(tǒng)中是很重要的，但GML不能夠表達(dá)空間對(duì)象之間的空間關(guān)系.

OWL（Web Ontology Language，網(wǎng)絡(luò)本體語言）是萬維網(wǎng)聯(lián)盟W3C開發(fā)的以描述邏輯為邏輯基礎(chǔ)對(duì)本體進(jìn)行語義描述的一種網(wǎng)絡(luò)本體語言，采用XML等各種語法形式表示描述邏輯本體知識(shí)庫，具有人機(jī)可讀的特點(diǎn)，因此語義Web采用OWL來表達(dá)描述邏輯本體［6］.基于OWL的地理信息本體具有很強(qiáng)的語義表達(dá)能力，可以挖掘本體中蘊(yùn)含的豐富信息.利用地理本體可以描述網(wǎng)絡(luò)地理信息的內(nèi)容，提高檢索效率，還可以定性推理空間對(duì)象間的空間關(guān)系，對(duì)于空間推理以及本體的應(yīng)用有著重要的意義.因此，引入了地理信息本體.

本體是對(duì)共享概念的明確的規(guī)范說明.地理信息本體將本體運(yùn)用到地理科學(xué)領(lǐng)域，用概念與概念的關(guān)系表達(dá)了其屬性特征，將與地理科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的知識(shí)、信息抽象為由一些有共識(shí)的對(duì)象遵循某些關(guān)系構(gòu)成的體系，并實(shí)現(xiàn)概念化處理以及規(guī)范說明，主要應(yīng)用到基于語義的地理信息服務(wù)，構(gòu)建它最終是為了實(shí)現(xiàn)知識(shí)重用和共享［7］.

對(duì)于應(yīng)用程序的知識(shí)處理、重用和共享，本體扮演了不可或缺的角色［8］.基于OWL的地理本體彌補(bǔ)了GML的很多不足，構(gòu)建GML到GeoOWL文件的轉(zhuǎn)換（以下簡稱GML2GeoOWL）的意義如下：

第一，本體有著強(qiáng)大的語義表示能力與推理能力，從而可以構(gòu)建語義有效地彌補(bǔ)GML數(shù)據(jù)語義表達(dá)的不足，甚至能夠推理出空間關(guān)系［9］.

第二，本體將使用不同的標(biāo)簽來描述GML數(shù)據(jù)的空間關(guān)系，但在表達(dá)方式上和推理過程中，各種空間關(guān)系的地位是一樣的，所使用的方法也無異，這種方法可以用來表達(dá)不同情況下的各種空間關(guān)系.

第三，在本體中空間數(shù)據(jù)的各種語義的和非語義的屬性都是通過標(biāo)簽來標(biāo)識(shí)的，所以在查詢時(shí)，無論是非語義屬性還是語義屬性都?xì)w于同一種類型的查詢對(duì)象，可以用一種通用的查詢方法.

在將XML轉(zhuǎn)換為基于OWL的本體方面出現(xiàn)了一系列的研究工作.文獻(xiàn)［10］提出了一種基于STX的流式轉(zhuǎn)換的方法.首先，通過整理、分析GML文檔中的元素及其映射關(guān)系，構(gòu)建元素之間進(jìn)行映射轉(zhuǎn)換的模型；然后借助于流式轉(zhuǎn)換語言STX對(duì)映射轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行描述，最后，利用SAX和語義知識(shí)進(jìn)行方法的實(shí)現(xiàn).該方法效率較高，耗費(fèi)較少的內(nèi)存，但其適合將大數(shù)據(jù)量的GML文檔轉(zhuǎn)換為基于OWL的地理信息本體.文獻(xiàn)［11］采用了基于X2R-R2O的映射規(guī)則的轉(zhuǎn)換方法，該方法既不依賴于DTD也不依賴于XML Schema，但是基于該方法的映射需要人工干涉，不能自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)提前基數(shù)約束，需要領(lǐng)域?qū)＜胰ブ笇?dǎo).另外，此方法并不符合OWL DL的語法規(guī)范，因而制約了OWL本體的推理能力.文獻(xiàn)［12］將GML的模式元素與OWL的類、屬性進(jìn)行映射.它假設(shè)XML文件包含關(guān)系結(jié)構(gòu)，使用OWL類、屬性和實(shí)例代表他們.但是該轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)是在一種啟發(fā)式的方式下，所以如果沒有可用的XML Schema，那么轉(zhuǎn)換結(jié)果不會(huì)達(dá)到最優(yōu).所以為了不斷完善，后續(xù)工作還是需要不斷手動(dòng)完成以適應(yīng)需求.

目前，對(duì)地理本體的研究大多是從共享的地理概念進(jìn)行明確的形式化定義這個(gè)角度展開的，關(guān)注的是地理本體的屬性特征，而忽視了地理信息系統(tǒng)特有的大小、位置、形狀和方位等空間特征［13］.對(duì)地理本體的研究越來越多，但卻散亂，沒有體系.與一般信息本體相比，地理本體有很多不同之處，一般本體主要擁有繼承的關(guān)系，而地理本體的位置、量度、拓?fù)浜筒糠帧w等關(guān)系是相當(dāng)復(fù)雜的.空間特征對(duì)于構(gòu)建地理本體作用重大，而通過OWL語言表達(dá)地理本體的空間特征帶有局限性，因此需要引進(jìn)新理論來處理地理本體的空間特征.國內(nèi)主要研究地理本體的基本理論，主要研究關(guān)于異構(gòu)地理信息的語義集成、地理數(shù)據(jù)的發(fā)現(xiàn)及檢索等方向，而關(guān)于地理本體應(yīng)用研究主要體現(xiàn)在地理信息服務(wù)、地理信息檢索、道路尋找系統(tǒng)研究、地理信息共享和互操作等方面［14］.

本文提出了基于元模型實(shí)現(xiàn)GML到OWL的轉(zhuǎn)換的方法.該方法分為3步：建立GML和OWL的元模型；用XSLT轉(zhuǎn)換語義建立兩者的映射規(guī)則；用Java語言進(jìn)行文本處理.因?yàn)樵Ｐ褪菍?duì)不同的GML文件的模型進(jìn)行了融合的，因此最終得到的元模型是適用于所有GML文檔的，因此轉(zhuǎn)換更高效、快捷.設(shè)計(jì)并開發(fā)了GML2GeoOWL轉(zhuǎn)換工具并以GML格式的1∶50 000的海南省的水系（線）為例進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法是可行、高效的.

2　模型設(shè)計(jì)

2.1地理標(biāo)記語言

GML能用來建模，具有層（Coverage）和地理要素（Feature）的特征（空間與非空間的）.GML將XML應(yīng)用于地理空間信息領(lǐng)域.XML是一種結(jié)構(gòu)化標(biāo)識(shí)語言，作為網(wǎng)絡(luò)通用語言可描述復(fù)雜信息，其特點(diǎn)是跨設(shè)備、跨空間、跨平臺(tái)，利用XML強(qiáng)大的描述復(fù)雜數(shù)據(jù)的能力描述結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地理數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)的交換效率可以得到極大提高.

GML 3.2.1是目前最新的版本，支持surfaces、points、solids和curves等三維幾何模型，在它的幾何模式中添加了許多不同的類型，包括：Circle、Arc、Ring、OrientableCurve、OrientableSurface、 CubicSpline及Solid，還有MultiCurve、MultiPoint、MultiSolid、MultiSurface等聚合類型和CompositeCurve、CompositeSolid、CompositeSurface等復(fù)合類型.利用這些元素實(shí)現(xiàn)地理信息矢量模型的描述.

2.2地理信息本體

地理本體是一種理論與方法，與地理科學(xué)有關(guān)的信息和知識(shí)被它抽象為由某些有著共識(shí)的實(shí)體（或?qū)ο螅┳裱欢P(guān)系形成的體系，并對(duì)該領(lǐng)域內(nèi)重要的概念進(jìn)行明確的定義，最終實(shí)現(xiàn)形式化表達(dá).當(dāng)前信息領(lǐng)域中，本體是一個(gè)熱門的研究方向，它是跨組織進(jìn)行知識(shí)共享的有效的途徑，通過對(duì)領(lǐng)域中概念間的關(guān)系給出形式化的規(guī)范說明，使得計(jì)算機(jī)能夠像人一樣理解領(lǐng)域知識(shí)，同時(shí)能通過本體對(duì)領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行推理.所以構(gòu)建地理信息本體是實(shí)現(xiàn)地理信息資源互操作與共享的基礎(chǔ)和前提，利用它還可以挖掘隱藏的地理信息.

圖1是一個(gè)地理信息本體的片段，其中矩形圖形表示類，6個(gè)類是平行的關(guān)系，箭頭的頭部和尾部分別是對(duì)象屬性的定義域和作用域，箭頭間的文字代表類之間的對(duì)象屬性關(guān)系，而橢圓表示概念的數(shù)據(jù)類型屬性.

圖1　地理信息本體例子Fig.1Case of geography information ontology

2.3元模型映射方法

2.3.1基于元模型的轉(zhuǎn)換過程基于元模型的GML2GeoOWL轉(zhuǎn)換過程，如2圖所示.首先構(gòu)建GML和OWL的元模型，然后根據(jù)兩者的元模型，構(gòu)建GML實(shí)例文件到OWL實(shí)例文件的映射模板，GML實(shí)例文件通過映射模板生成一個(gè)中間文件，這個(gè)中間文件是根據(jù)映射模板轉(zhuǎn)換生成的，里面還有些東西不符合OWL的語法，因此利用Java處理中間文件得到最終的OWL實(shí)例文件.

圖2　GML文件到OWL文件的轉(zhuǎn)換流程Fig.2Transformation processing from GML file to OWL file

XSLT是擴(kuò)展樣式表轉(zhuǎn)換語言的外語縮寫，這是一種對(duì)XML（標(biāo)準(zhǔn)通用標(biāo)記語言的子集）文檔進(jìn)行轉(zhuǎn)化的語言［15］.XSLT指XSL（擴(kuò)展樣式表語言）轉(zhuǎn)換，是XSL中最重要的部分.它可以實(shí)現(xiàn)兩種XML文檔之間的轉(zhuǎn)換，或者將XML文檔轉(zhuǎn)換為HTML和XHTML等瀏覽器可以識(shí)別的文檔.一個(gè)XML文檔到另一個(gè)XML文檔的轉(zhuǎn)換被稱為XML源樹到XML結(jié)果樹的轉(zhuǎn)換.

轉(zhuǎn)換時(shí)，XSLT通過XPath定義源文檔中能匹配一個(gè)甚至多個(gè)預(yù)定義模板的部分.一旦實(shí)現(xiàn)了匹配，XSLT就會(huì)實(shí)現(xiàn)源文檔的匹配部分到結(jié)果文檔的轉(zhuǎn)換.在XSLT中，XPath起到了導(dǎo)航的作用，它是一個(gè)W3C標(biāo)準(zhǔn).用戶可以利用XSLT從或者向輸出文件移除或添加元素和屬性，也可以將元素重新排列，進(jìn)行測(cè)試并選擇隱藏或顯示某些元素.

2.3.2GML元模型GML通過特征集合表示基本的地理要素，豐富的空間信息可以由他們之間的嵌套得以表示.GML包括了要素、幾何、坐標(biāo)參考系統(tǒng)、時(shí)態(tài)和Coverage等基本模式，通過擴(kuò)展這些基本模式，形成應(yīng)用模式.通過應(yīng)用模式表示地理信息要素.基礎(chǔ)地理信息所描述的地理要素，包括水系、居民地及設(shè)施，交通、管線、境界與政區(qū)、地貌、植被與土質(zhì)、地名及空間定位基礎(chǔ)等.而各類要素因分為點(diǎn)、線、面有著不同的表達(dá).

GML中有很多的元素和不同的結(jié)構(gòu)，但是GML實(shí)例文件往往只含有部分元素和結(jié)構(gòu)，所以建立了GML的元模型，這樣不同的GML實(shí)例文件就可以根據(jù)元模型及其到地理OWL的映射關(guān)系，無損的將信息轉(zhuǎn)換過去.以GML格式的1∶50 000的海南省的水系的線狀要素為例進(jìn)行研究，分析水系（線）的實(shí)例和XSD得到了水系（線）的GML元模型，如圖3所示.

圖3　水系（線）要素的GML類圖Fig.3GML class diagram of linear drainage feature

GML元模型中，gml：FeatureCollection：要素集合，是gml文件的根元素；gml：boundedBy：定義了含有整個(gè)要素范圍的邊界；gml：Envelope：通常用最小的邊界框或矩形的兩個(gè)對(duì)角的位置來表示；gml：lowerCorner：包含該范圍內(nèi)所有點(diǎn)每一維上最小值的位置；gml：upperCorner：包含該范圍內(nèi)所有點(diǎn)每一維上最大值的位置；gml：featureMember：圍住或引用一個(gè)特征實(shí)例；gml：curveProperty：一個(gè)具有曲線作為其值域的特性；gml：Curve：一條曲線是由多個(gè)曲線段構(gòu)成的，在一條曲線內(nèi)的每一曲線段通過不同的插值方法來確定.在一條曲線內(nèi)的曲線段是相互連接的，除最后的曲線段外，所有曲線段的終點(diǎn)是下一曲線段的起點(diǎn)；gml：seg?ments：封裝了曲線的曲線段；gml：LineStringSeg?ment：一個(gè)“LineStringSegment”元素即為有兩個(gè)或多個(gè)坐標(biāo)元組確定的一條曲線段，這些坐標(biāo)元組之間采用線性插值方法；gml：posList：坐標(biāo)列表；gml：Arc：一個(gè)Arc是僅有一個(gè)曲線單元的曲線串，即3個(gè)控制點(diǎn)；gml：LineString：一種特殊曲線，由線性內(nèi)插的單個(gè)線段組成的.它的定義根據(jù)是兩個(gè)及以上坐標(biāo)元組和元組間的線性內(nèi)插；gml：multiCurveProperty：該特性元素或者通過Xlink屬性引用一個(gè)聚合曲線或者包含“MultiCurve”元素；gml：MultiCurve、gml：curveMember：一個(gè)Multi?Curve是由一條或多條曲線定義的，通過curve?Member元素引用；fme：OBJECTID、fme：Shape_Length、和fme：Shape_Area等以fme開頭的元素是用戶自定義的.屬性及其含義：gml：srs?Name：定義坐標(biāo)參考系統(tǒng)；gml：srsDimension：一個(gè)位置的坐標(biāo)序列的長度，這個(gè)維數(shù)從坐標(biāo)參考系統(tǒng)派生.

2.3.3GeoOWL元模型根據(jù)水系（線）的gml文件及其xsd文件和地理要素實(shí)例本體數(shù)據(jù)庫圖層及屬性定義建立元模型，把水系線的gml中特有的元素補(bǔ)充進(jìn)地理OWL元模型中，以免信息在映射時(shí)丟失.GeoOWL的類圖與圖2類似，只是類名少了fme和gml前綴，類名大小寫有細(xì)微區(qū)別，如表1所示.

表1　GML元模型與GeoOWL元模型之間的元素和屬性映射Tab.1Mapping rule of elements and attributes between GML and GeoOWL meta-models

GML水系（線）中特有的元素已經(jīng)在前面做了詳細(xì)介紹，現(xiàn)在介紹地理owl中特有的元素：

GB：國標(biāo)分類碼；HYDC：水系名稱代碼；NAME：名稱；WQL：水質(zhì)；PERIOD：時(shí)令月份；TYPE：類型；OCODE：本體實(shí)例編碼；ONTOID：要素唯一值編碼；BAS：流域特征；DD：河網(wǎng)密度；KA：彎曲系數(shù)；DATE：更新日期.

2.3.4GML2GeoOWL的映射模板映射模板是進(jìn)行映射時(shí)的轉(zhuǎn)換規(guī)則.基于水系（線）的GML和OWL元模型建立映射規(guī)則見表1，XSLT依據(jù)此模板進(jìn)行轉(zhuǎn)換.其中g(shù)ml：id、srsName、srsDimension是GML中的屬性，映射到OWL中作為元素處理.

GML實(shí)質(zhì)上就是包含地理信息的一種XML文檔，用于集成異構(gòu)空間數(shù)據(jù)，其存在形式是中間層［16］.并且OWL是用XML作為基本語法，所以GML2GeoOWL的轉(zhuǎn)換就是兩種不同格式的XML文檔間的轉(zhuǎn)換，這樣就避免了地理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為本體后所包含地理信息的丟失.按表1建立GML到GeoOWL元素和屬性的轉(zhuǎn)換，并根據(jù)元模型建立元素間的關(guān)系，通過XSLT進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其中GML中的屬性也映射到GeoOWL中，成為對(duì)應(yīng)元素的子元素，信息未丟失.

2.4GML2GeoOWL轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)

2.4.1GML2GeoOWL轉(zhuǎn)換工具在Windows 7操作系統(tǒng)、Eclipse 32位、JDK1.7 32位的環(huán)境下用Ja?va，XSLT語言，導(dǎo)入jena和xalan jar包開發(fā)了GML2GeoOWL轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種將GML文檔轉(zhuǎn)換為OWL文檔的轉(zhuǎn)換工具，提供了一種利用建立元模型進(jìn)行映射自動(dòng)生成地理信息本體的方法.為了適應(yīng)異構(gòu)系統(tǒng)交互、知識(shí)集成推理的需要以及充分地表達(dá)數(shù)據(jù)語義信息，需要將可以建模、存儲(chǔ)和傳輸?shù)乩硇畔⒌腉ML轉(zhuǎn)換為本體，而手工方式生成本體是一件很繁瑣的工作，需要找到一種快捷生成地理信息本體的方法.該系統(tǒng)利用GML和OWL文檔都是基于XML的，而XSLT可以將一種XML轉(zhuǎn)換為另一種XML文檔這一特性，提出了一種分別建立GML和OWL文檔的元模型，利用XSLT建立起GML到OWL的映射規(guī)則，然后利用文件流對(duì)轉(zhuǎn)換得到的文件進(jìn)行處理生成地理信息本體的方案，再利用樹和表呈現(xiàn)轉(zhuǎn)換得到的OWL文檔.該系統(tǒng)生成地理信息本體過程快速便捷，得到的OWL文件能夠應(yīng)用于解決語義異構(gòu)、信息集成、知識(shí)推理等方面.

GML2GeoOWL平臺(tái)主頁面，如4圖所示.系統(tǒng)左上方可以選擇要轉(zhuǎn)換的GML文件、映射模板以及要生成的OWL文件及其存放路徑，左下方呈現(xiàn)GML2OWL的轉(zhuǎn)換狀態(tài)，而右上方可以選擇已經(jīng)轉(zhuǎn)換達(dá)到的GeoOWL文件，選擇了之后會(huì)呈現(xiàn)OWL文件的類樹，點(diǎn)擊選擇相關(guān)的類可以在右下方看到關(guān)于這個(gè)類的各項(xiàng)屬性值.

圖4　GML2GeoOWL轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的快照Fig.4Snapshot of GML2GeoOWL system

2.4.2轉(zhuǎn)換案例XSLT基于表2中的映射規(guī)則對(duì)比例尺為1∶50 000的海南省水系（線）要素的GML格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換.水系（線）的一個(gè)GML例子如圖4所示，線狀水系的GML有一個(gè)外邊框和很多條由＜gml：featureMember＞包圍的記錄，每條記錄的幾何形態(tài)表達(dá)方式不同，但是在GML元模型中已經(jīng)列出，可以根據(jù)映射規(guī)則轉(zhuǎn)換為OWL，因此只截取一條記錄為例對(duì)轉(zhuǎn)換過程加以說明.

一個(gè)線狀水系的gml文檔如圖5所示，gml：boundedBy開始至結(jié)束標(biāo)簽中定義了包含整個(gè)要素范圍的邊界，邊界范圍以矩形對(duì)角線的兩點(diǎn)坐標(biāo)來表示.每個(gè)gml：featureMember的開始至結(jié)束標(biāo)簽中定義的是一個(gè)要素，包括要素id、以“fme”開頭的要素屬性和以“gml”開頭的幾何圖形部分.

圖5　水系（線）要素的GML文檔實(shí)例片段Fig.5GML file sample fragment of linear drainage feature

將一個(gè)水系（線）GML實(shí)例通過XSLT映射為一個(gè)OWL文件，OWL文件有類、對(duì)象屬性、數(shù)據(jù)屬性和實(shí)例，下面是轉(zhuǎn)換得到的OWL文件片段，由于GML中沒有實(shí)例名，映射生成的OWL需要實(shí)例名，所以后期還要進(jìn)行修正.

水系（線）的OWL文檔實(shí)例如圖6所示，＜o(jì)wl：NamedIndividual＞的“#”后跟的是實(shí)例名，＜ref：type＞的“#”后跟的是類名，接著起始標(biāo)簽和終止標(biāo)簽中間的就是dataproperty的值，最后是一個(gè)實(shí)例與之前的一個(gè)實(shí)例有某種objectproperty.轉(zhuǎn)換以后用文件流對(duì)文件讀寫，進(jìn)行字符串替換.將“&；”替換為“&”，又因?yàn)槭歉鶕?jù)元模型進(jìn)行映射，而實(shí)例名在GML中是沒有的，所以通過遍歷GML得到的相同的名字要改為不同的，而且根據(jù)實(shí)例名字和objectproperty可以組成GML中相應(yīng)的完整的記錄.

修正之后的文檔就是一個(gè)OWL文檔，GML到OWL的映射并沒有信息的丟失.后期還可以建立一些規(guī)則對(duì)要素進(jìn)行空間關(guān)系的推理，挖掘更深層次的語義.

圖6　水系（線）的OWL文檔實(shí)例片段Fig.6OWL file sample fragment of linear drainage feature

2.4.3比較與評(píng)估基于元模型將GML文檔轉(zhuǎn)換為OWL文檔的方法，轉(zhuǎn)換的速度快，正確率很高，轉(zhuǎn)換過程中沒有信息的丟失.由于轉(zhuǎn)換模板是根據(jù)GML的元模型和OWL的元模型構(gòu)建的，該轉(zhuǎn)換方法對(duì)要轉(zhuǎn)換的GML文檔都實(shí)用，而且該方法不需要GML的xsd文件.缺點(diǎn)是在構(gòu)建元模型時(shí)需要充分分析GML的結(jié)構(gòu)，另外人工手動(dòng)構(gòu)建轉(zhuǎn)換模板比較復(fù)雜.

由GML文件轉(zhuǎn)換得到的本體，其科學(xué)性體現(xiàn)在概念化、形式化、明確和共享4個(gè)方面，在地理信息共享與互操作、基于語義的地理信息集成以及地理信息服務(wù)等方面得到了廣泛的應(yīng)用.能夠通過推理規(guī)則對(duì)構(gòu)建好的地理信息本體進(jìn)行屬性和空間關(guān)系的推理，以挖掘更多的語義信息.

3　結(jié)語

上述在構(gòu)建了水系的GML元模型和OWL元模型的同時(shí)提出了兩元模型之間元素的映射關(guān)系，借助于XSLT技術(shù)，并基于GML和OWL的元模型將GML元數(shù)據(jù)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為OWL地理信息本體，從而表示了GML文檔中隱含的語義知識(shí).并以GML格式的1∶50 000的海南省的線狀水系要素的GML和GeoOWL為例，對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證.驗(yàn)證結(jié)果表明，該方法轉(zhuǎn)換得到的本體能夠?yàn)榈乩硇畔⒈倔w的表示提供一些幫助并讓計(jì)算機(jī)能夠像人一樣理解數(shù)據(jù)的語義信息.通過定義映射規(guī)則和預(yù)處理，坐標(biāo)數(shù)據(jù)、參考系統(tǒng)、維數(shù)等代表的矢量信息也隨之轉(zhuǎn)換到本體中，在很大程度上能夠保證地理本體表達(dá)的準(zhǔn)確性.另外，該方法還需進(jìn)一步完善，比如地理對(duì)象之間空間關(guān)系的推理；定義本體推理規(guī)則，對(duì)生成的本體進(jìn)行推理以挖掘更多隱含的信息；擴(kuò)展地理本體，更大地提高其構(gòu)建和利用效率.

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本文編輯：陳小平

Modeling Method of Geographic Information Based on Semantic Transformation

ZHANG Yumin，LI Xiaolin*
School of Computer Science and Engineering，Wuhan Institute of Technology，Wuhan 430205，China

Considering that the meaning of GML file could not be understood accurately and shared by computer，we proposed a GML2GeoOWL method based on meta-model to translate GML file to geography OWL（GeoOWL）file.First，the meta-models of GML and GeoOWL were constructed and the corresponding relationship between meta-classes of the meta-models was built.Then，the mapping rules of meta-models were constructed by using XSLT.Finally，the file was processed by java language.For verifying the effectiveness of the method，the GML data of linear drainage feature of Hainan 1∶5 000 scale were used on GML2GeoOWL conversion platform.Experiments result illustrates that this method can efficiently achieve lossless batch transformation from GML file to GeoOWL file.We expect to construct the inference rules to explore more hidden geographic information.

geographic information；modeling method；meta-model；geo-ontology

TP301

A

10.3969/j.issn.1674?2869.2016.05.013

1674-2869（2016）05-0476-08

2016-03-14

國家測(cè)繪局公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201412014）；武漢工程大學(xué)研究生教育創(chuàng)新基金項(xiàng)目（CX2014087）

張玉敏，碩士研究生.E-mail：714593623@qq.com

李曉林，碩士，副教授.E-mail：lxl989898@163.com