几何与语义统一的区域地质构造GIS数据模型研究

The mapping mechanism between the semantics of the geological phenomenon and characteristics of geometric elements is key to further use of geological knowledge. However, one easily ignores semantic description in the process of geometric modeling for geological phenomenon. There is no effective way to integrate geometric and semantic expressions. With high level of expression, GIS makes it possible to further study the mapping mechanism mentioned above. This project focuses on regional geological structure data modeling and studies the modeling methods in the following aspects: model building, mapping between natural language and data model and analysis and expression of GIS. It studies classification and coding of geological phenomenon as well as “triangle expression for geological structure”, and independent/ integrated data model that enables abstract expression of geometric elements in geology: point, line, polygon, volume;It studies the mapping of natural language including geometry, attribute, relation features and data model involving direction, distance, and topology features, realizing the mapping mechanism of “geometry--semantic”; It studies the memory mode, data structure, data expression and spatial analysis of data model, forming GIS analysis and expression mechanism for geological phenomenon based on geometry and semantics. It also proposes new ideas and methods of GIS expression for geological phenomenon, and has significance on improving semantic expression and modeling of GIS geometric elements.

地质现象的语义与几何要素特征之间的映射机制是地质知识深入应用的关键。然而，地质现象几何建模过程中忽视语义，缺乏有效的几何与语义统一表达方法。GIS强大的空间表达能力，为深入研究地质现象语义与几何要素特征之间的映射机制提供了可能。本项目针对区域地质构造数据模型，在模型构建、自然语言与数据模型映射、GIS分析与表达三方面展开建模方法研究。（1）研究地质现象的分类、编码，及地质三角描述方法，实现地质对象的点、线、面、体几何要素抽象表达的独立/统一数据模型；（2）研究地质自然语言中几何特征、属性特征、关系特征与数据模型中方位关系、距离关系、拓扑关系的对应关系，实现“几何—语义”的映射机制；（3）研究数据模型的存储方式、数据结构、数据表达方式、空间分析方法，形成基于几何与语义的地质现象GIS分析与表达机制。为地质现象GIS表达提供新的思路与方法，对提升GIS几何要素的语义表达与建模能力具有重要意义。

几何与语义统一的地质构造模型构建对于提升GIS几何要素的语义表达与建模能力具有重要意义。本项目围绕区域地质构造数据模型在模型构建、自然语言与数据模型的映射、数据模型的GIS 表达方面展开研究，研究了区域地质构造语义与几何统一描述方法。主要研究内容和取得的成果如下：.（1）几何与语义统一表达的区域地质构造数据模型构建。本研究通过基于地质语义分析的地质要素几何分类方法与要素类的设计，复杂的地质要素间关系的确定与表达，最后利用面向对象的技术，ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式，标准关系数据库支持下的Geodatabase空间数据模型，构建了地质语义的数据模型。.（2）基于地质现象特征分析的自然语言与数据模型映射机制。基于地理特征分析，把地理现象中的几何特征、属性特征、关系特征与数据模型中方位关系、距离关系、拓扑关系关联起来，实现“几何—语义”映射表达方法。采用GIS的几何观点分为点、线、面、体，来描述地质现象的几何形态，实现地质对象几何关系特征的几何—语义映射。.（3）地质构造GIS 空间关系分析与表达。地质空间关系从GIS分析与表达角度出发，以语义为基础进行地质现象几何特征、关系的集成表达，进而实现几何、语义、关系的统一表达。从地质现象—地质对象—地质空间对象三个层次的抽象对地质关系进行抽象。从地质学角度出发，将区域地质构造中的地质关系抽象为褶皱、断层和地层三种地质现象的内部组成关系以及外部组合关系；将地质现象的关系抽象为地质对象间的关系；将地质对象间的关系抽象为地质空间对象间的空间关系和关联关系。. 项目形成了普适的GIS三维数据模型表达方法，促进GIS 几何表达与地质语义对象的映射转换机制的完善。发表了相关期刊论文7篇，其中SCI收录2篇，EI收录2篇。参加了地理信息科学理论与方法学术年会、地图学与地理信息系统学术大会等重要学术会议，作专题报告2人次。联合培养了硕士研究生2名。研究成果在多个研究项目中得到了应用，可在地质数据模型、地质空间分析模型等方面进行拓展和纵深研究。