何撼東，胡 迪，閭國年，李安波，李軍利

1. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230036； 2. 南京師范大學(xué)虛擬地理環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210023； 3. 江蘇省地理環(huán)境演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育建設(shè)點(diǎn)，江蘇 南京 210023； 4. 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023

幾何與語義統(tǒng)一的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造GIS數(shù)據(jù)模型

何撼東1，胡 迪2,3,4，閭國年2,3,4，李安波2,3,4，李軍利1

1. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230036； 2. 南京師范大學(xué)虛擬地理環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210023； 3. 江蘇省地理環(huán)境演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育建設(shè)點(diǎn)，江蘇 南京 210023； 4. 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023

隨著GIS在地質(zhì)中的應(yīng)用，地質(zhì)GIS數(shù)據(jù)模型在幾何描述與表達(dá)方面日趨完善，但是對地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的語義描述與表達(dá)卻較為有限，制約了地質(zhì)研究者對地質(zhì)GIS地理解與應(yīng)用。為了增強(qiáng)地質(zhì)GIS數(shù)據(jù)模型中的語義信息，本文采用面向?qū)ο蟮姆椒ǎㄟ^地質(zhì)對象來統(tǒng)一描述和表達(dá)地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的幾何與語義特征，設(shè)計(jì)了幾何與語義統(tǒng)一的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造GIS數(shù)據(jù)模型。本文設(shè)計(jì)了基于“詞匯概念-名詞解釋-幾何圖例”的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的語義三角描述方法。依據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的語義特征，采用線性分類法將區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象劃分為3個(gè)大類、10個(gè)中類和33個(gè)小類，在此基礎(chǔ)上定義了地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的基本要素集和要素類，并基于地質(zhì)對象之間的幾何和語義關(guān)系，建立了區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象要素的基本幾何網(wǎng)絡(luò)。采用ArcGIS Diagrammer Geodatabase建模工具，構(gòu)建了幾何與語義統(tǒng)一的地質(zhì)GIS數(shù)據(jù)模型。最后，以寧鎮(zhèn)山脈區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象為例對該數(shù)據(jù)模型進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該模型具有較好的實(shí)用性。

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造；數(shù)據(jù)模型；語義；GIS表達(dá)；面向?qū)ο?/p>

隨著GIS在地質(zhì)中的應(yīng)用，地質(zhì)GIS數(shù)據(jù)模型在幾何描述與表達(dá)方面日趨完善，主要包括：基于幾何形態(tài)特征模型[1]、基于幾何對象特征模型[2-3]、基于幾何形態(tài)和對象特征模型[4]。盡管這些數(shù)據(jù)模型能夠很好地描述地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的幾何特征，但不能很好地描述地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的語義及各地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象之間的復(fù)雜關(guān)系，從而導(dǎo)致地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象描述過程中GIS語義表達(dá)較弱的問題，難以運(yùn)用GIS幾何手段準(zhǔn)確表達(dá)由地質(zhì)語義概念和地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系描述的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象。

隨著語義研究的不斷深入[5-12]，GIS語義數(shù)據(jù)模型不斷發(fā)展。為了有效地實(shí)現(xiàn)地質(zhì)語義的空間數(shù)據(jù)建模，地質(zhì)語義數(shù)據(jù)模型應(yīng)運(yùn)而生。目前大多數(shù)地質(zhì)語義數(shù)據(jù)模型發(fā)展于地質(zhì)本體[13-14]、地質(zhì)語義共享[15]、地質(zhì)語料庫[16]、地質(zhì)語義標(biāo)注元模型[17]等。這些地質(zhì)語義模型在本體的地質(zhì)規(guī)則表達(dá)和地質(zhì)資料的語義共享方面取得了一定的進(jìn)展，但是對于在語義數(shù)據(jù)模型中以GIS方法來區(qū)分地質(zhì)時(shí)空關(guān)系、建立地質(zhì)語義和幾何映射這些方面的研究需要深化，地質(zhì)語義與幾何特征、拓?fù)涮卣骱蛯傩蕴卣鞯挠成錂C(jī)制仍有待進(jìn)一步探索。幾何與語義統(tǒng)一的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)模型目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造語義與GIS幾何模型在時(shí)空地轉(zhuǎn)換和映射；實(shí)現(xiàn)GIS中點(diǎn)、線、面等幾何描述向地質(zhì)對象轉(zhuǎn)換。

GIS的本質(zhì)是描述地理現(xiàn)象中語義、空間位置、幾何形態(tài)、演化過程、要素關(guān)系、屬性的一門信息科學(xué)。幾何與語義統(tǒng)一的GIS數(shù)據(jù)模型將地質(zhì)學(xué)家描述的地質(zhì)語義與GIS之間架起一座橋梁，消除地質(zhì)構(gòu)造語義與幾何、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)在時(shí)空轉(zhuǎn)換、映射上的缺位，為地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的GIS描述提供新的思路與方法，對提升GIS幾何要素的語義表達(dá)與建模能力具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造GIS數(shù)據(jù)模型概念設(shè)計(jì)

1.1 幾何與語義統(tǒng)一的建模思路

從空間數(shù)據(jù)庫建模角度出發(fā)，幾何與語義統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型分為概念模型、邏輯模型和物理模型，分別對應(yīng)地理語義描述、幾何與語義特征的映射及表達(dá)、數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)方式。因此，幾何與語義統(tǒng)一的建模理論主要包括：概念設(shè)計(jì)上的地理幾何與語義統(tǒng)一描述，邏輯設(shè)計(jì)上的幾何與語義映射與表達(dá)，物理設(shè)計(jì)上的數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)方式。

在GIS語義描述方面，設(shè)計(jì)一種基于概念、概念的解釋、幾何圖例的表達(dá)方法，實(shí)現(xiàn)地理現(xiàn)象的概念解釋，地理現(xiàn)象語義分類體系構(gòu)建及地理現(xiàn)象規(guī)律性圖譜表達(dá)；在幾何與語義映射與表達(dá)方面，基于地理特征分析[18-19]，把地理現(xiàn)象中的幾何特征、屬性特征、關(guān)系特征與數(shù)據(jù)模型[20]中方位關(guān)系、距離關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)“幾何—語義”映射表達(dá)方法；在數(shù)據(jù)模型存儲(chǔ)方式方面，基于“對象—關(guān)系”數(shù)據(jù)庫之間的映射方法，利用面向?qū)ο蟮姆椒╗21-22]，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模型的對象以及對象間的關(guān)聯(lián)關(guān)系UML模型，采用ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式，采用標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫支持下的Geodatabase空間數(shù)據(jù)模型，設(shè)計(jì)幾何與語義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型。

1.2 語義特征表達(dá)

伴隨著GIS的發(fā)展，地理現(xiàn)象的幾何特征[19]需要通過GIS有效地表達(dá)[3]。然而在地球科學(xué)領(lǐng)域，語義一直沒有統(tǒng)一的概念，從不同的研究角度語義被定義為：(中文)文本的描述[7]、地理實(shí)體與地理特征的表達(dá)[1-4，12]、空間信息和短語的映射關(guān)系[5，20]、地理知識(shí)形式化圖形表達(dá)[6，15]等。

本文結(jié)合文獻(xiàn)[7]對GIS語義中地理實(shí)體與地理空間關(guān)系的思想以及文獻(xiàn)[11]提出的地理信息客觀存在性與抽象性、時(shí)空性與屬性的特點(diǎn)，將GIS的語義定義為：以自然語言為主體，對地理現(xiàn)象的概念化、非結(jié)構(gòu)化描述。語義的表達(dá)包括概念解釋、分類體系及規(guī)律性圖譜表達(dá)。本文定義了GIS語義三角表達(dá)方法，包括概念、概念的解釋、幾何圖例3部分，以地質(zhì)領(lǐng)域?yàn)槔鐖D1所示的GIS語義三角在地質(zhì)領(lǐng)域表達(dá)。

圖1 GIS語義三角在地質(zhì)領(lǐng)域表達(dá)Fig.1 Expression of the GIS semantics triangle in geology

GIS的語義特征表達(dá)需要滿足：①通過自然語言對具有相同屬性、行為及關(guān)系的地理現(xiàn)象進(jìn)行概念解釋；②遵循語義差異原則，實(shí)現(xiàn)語義分類標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建不同領(lǐng)域的統(tǒng)一分類體系；③實(shí)現(xiàn)相同語義特征的地理現(xiàn)象規(guī)律性圖譜表達(dá)方式。與自然語言文本描述、地理實(shí)體與特征表達(dá)、空間信息和短語的映射、地理知識(shí)圖形化表達(dá)不同的設(shè)計(jì)，本文要設(shè)計(jì)一種幾何與語義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，側(cè)重將地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象中褶皺、斷層、地層等地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象中的概念、概念的解釋、幾何圖例通過這種幾何與語義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行表達(dá)。

1.3 幾何與語義映射機(jī)制

根據(jù)GIS特征中幾何特征、屬性特征和關(guān)系特征的分析和規(guī)律總結(jié)，實(shí)現(xiàn)GIS特征的幾何與語義映射方法，分別采用幾何形態(tài)、方位關(guān)系及度量關(guān)系、拓?fù)潢P(guān)系映射地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的語義，如圖2所示幾何—語義映射方法。

圖2 幾何—語義映射方法Fig.2 Mapping of geometry and semantics

對于地理現(xiàn)象中的幾何特征，采用GIS的幾何觀點(diǎn)分為點(diǎn)、線、面、體，分別對應(yīng)于零維、一維、二維、三維幾何對象，來描述地質(zhì)現(xiàn)象的幾何形態(tài)，簡單的幾何對象可以組合成復(fù)雜幾何對象來描述地理現(xiàn)象的位置、幾何形狀，通過“幾何分類—語義描述—地理現(xiàn)象”實(shí)現(xiàn)幾何特征的幾何—語義映射。對地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象中諸如地層厚度、巖層產(chǎn)狀、巖層厚度等能夠采用GIS幾何觀點(diǎn)中方向、距離數(shù)據(jù)定量描述的幾何屬性，通過“巖層產(chǎn)狀、厚度、出露特征——方位關(guān)系、距離關(guān)系”的對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)對象幾何屬性的幾何—語義映射；對地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象中諸如整合接觸、復(fù)式背斜等分布、組合關(guān)系，采用點(diǎn)集拓?fù)鋵W(xué)理論中的四交模型，通過“構(gòu)造分布、組合關(guān)系——拓?fù)潢P(guān)系”的對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)對象幾何關(guān)系特征的幾何—語義映射。

1.4 幾何與語義統(tǒng)一的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造概念數(shù)據(jù)模型

幾何與語義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型是對地理現(xiàn)象地抽象概括與表達(dá)，應(yīng)該能夠充分表達(dá)地理現(xiàn)象的語義、空間位置、幾何形態(tài)、時(shí)間過程、要素關(guān)系和屬性特征6個(gè)方面的信息。

本文采用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ瑤缀闻c語義統(tǒng)一邏輯模型總體框架設(shè)計(jì)如圖3所示，包括地質(zhì)對象、點(diǎn)對象、線對象、面對象、語義分類、地質(zhì)規(guī)則與拓?fù)潢P(guān)系。

(1) 地質(zhì)對象(GEO-S object)由點(diǎn)要素、線要素、面要素組成的復(fù)雜對象。

(2) 點(diǎn)對象(GEO-S point feature)是地質(zhì)對象的子類，點(diǎn)對象與地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象存在對應(yīng)關(guān)系，例如褶皺拐點(diǎn)、褶皺轉(zhuǎn)折端點(diǎn)、褶皺脊、褶皺槽、地層分界線點(diǎn)等。

(3) 線對象(GEO-S line feature)是地質(zhì)對象的子類，線對象與地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象存在對應(yīng)關(guān)系，例如地層分界線、褶皺轉(zhuǎn)折端、褶皺樞紐、斷層線、地層分界線、背斜軸線、向斜軸線等。

(4) 面對象(GEO-S polygon feature)是地質(zhì)對象的子類，面對象與地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象存在對應(yīng)關(guān)系，例如地層的縱橫剖面、褶皺軸面、褶皺脊面、褶皺槽面、斷層面、巖體面、背斜、向斜等。

(5) 語義分類(GEO-S semantics)地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象在地質(zhì)領(lǐng)域的分類。

(6) 地質(zhì)規(guī)則(GEO-S rule)主要包括地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象中點(diǎn)點(diǎn)(PP)、點(diǎn)邊(PL)、點(diǎn)面(PPL)、線線(LL)、線面(LPL)、面面(PLPL)交匯的規(guī)則，用于控制和校驗(yàn)地質(zhì)要素建模過程中的合理性。

(7) 拓?fù)潢P(guān)系(GEO-S topology)包括空間關(guān)系中點(diǎn)點(diǎn)相鄰、點(diǎn)點(diǎn)相離、線線相離、線線相鄰、線面相離、面面相交等。

圖3 幾何與語義統(tǒng)一概念模型Fig.3 Conceptual modeling design obtained by integrating geometry and semantics

2 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造GIS數(shù)據(jù)模型邏輯設(shè)計(jì)

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造領(lǐng)域中，存在著大量的自然語言描述，不同的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象[23]有不同的語義特征表達(dá)，同時(shí)地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象間的要素關(guān)系十分復(fù)雜[24]。因此地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象必須通過一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[25]來進(jìn)行語義特征的表達(dá)，幾何與語義統(tǒng)一的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)模型構(gòu)建的流程是：基于地質(zhì)語義分析的地質(zhì)要素幾何分類方法與要素類的設(shè)計(jì)；復(fù)雜的地質(zhì)要素間關(guān)系的確定與表達(dá)；利用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式，標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫支持下的Geodatabase空間數(shù)據(jù)模型，設(shè)計(jì)地質(zhì)語義的數(shù)據(jù)模型。

2.1 統(tǒng)一語義分類體系與要素類設(shè)計(jì)

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造語義分類原則是對一類具有相同屬性、行為及關(guān)系的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的劃分，能夠揭示同類地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的本質(zhì)。在此語義分類原則下劃分的地質(zhì)對象是指在一定構(gòu)造尺度(區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造)下，對符合同一類地質(zhì)形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模、形成條件、形成機(jī)制、分布和組合規(guī)律的原生構(gòu)造、巖石產(chǎn)狀、地層接觸關(guān)系特征的定義。地質(zhì)構(gòu)造自然語言描述地質(zhì)構(gòu)造概念，地質(zhì)對象載體是地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)，表達(dá)出來方式是點(diǎn)、線、面等幾何符號(hào)表達(dá)。

本文參考GB/T 9649地質(zhì)礦產(chǎn)術(shù)語分類代碼(含GB/T 9649.1—35)和GB958—99區(qū)域地質(zhì)圖圖例，選取區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造領(lǐng)域被行業(yè)廣泛認(rèn)可、具有代表性的3大類10次級分類的33種地質(zhì)對象，并基于此分類原則及面向?qū)ο蠼７椒ǎ謩e依據(jù)點(diǎn)、線、面3類幾何形態(tài)設(shè)計(jì)了33種地質(zhì)對象的要素類名稱及要素幾何類型表達(dá)方式，如表1所示。

表1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象要素設(shè)計(jì)表

表1定義了MultiPoint、PolyLine、Polygon、Polycurve 4種幾何(geometry)類型，其中MultiPoint定義地質(zhì)對象幾何類型為多點(diǎn)，表示屬性相同的一組點(diǎn)；PolyLine定義地質(zhì)對象幾何類型為相離或相連的路徑的有序集合，表示所有線性要素的幾何形狀；Polygon定義地質(zhì)對象幾何類型為多邊形，用來表示面狀要素的幾何形狀；Polycurve用來定義地層的幾何類型，地層作為褶皺和斷層的載體是一個(gè)抽象的幾何類，由多個(gè)曲線構(gòu)成的地質(zhì)對象。

表1中設(shè)計(jì)的地質(zhì)對象要素的幾何類型可以很好地描述地質(zhì)志、地質(zhì)平面圖、地質(zhì)剖面圖等地質(zhì)資料描述的地質(zhì)現(xiàn)象。例如地質(zhì)剖面圖中勾繪的地質(zhì)界線、整合/不整合面可以通過Geo_StratumE_M(整合/不整合面)、Geo_StratumE_X(地質(zhì)界線)兩類要素表達(dá)，地質(zhì)剖面圖中的傾向、傾角、巖層產(chǎn)狀、地層年代等屬性特征可以通過幾何與語義統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型中要素的屬性字段進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.2 地質(zhì)要素間關(guān)系的確定與表達(dá)

本文定義的33種地質(zhì)要素間具有多樣、復(fù)雜的關(guān)系，這些關(guān)系中由特定的地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系語義概念進(jìn)行描述，地質(zhì)構(gòu)造語義能夠很好地闡述地質(zhì)構(gòu)造要素之間的聯(lián)系方式，在不同尺度、不同抽象層次上更好地理解地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象。在GIS領(lǐng)域，需要通過建立幾何、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)與地質(zhì)構(gòu)造要素關(guān)系映射的橋梁，來確定地質(zhì)構(gòu)造要素之間的關(guān)系。地質(zhì)構(gòu)造要素關(guān)系包括描述地質(zhì)構(gòu)造空間規(guī)律的拓?fù)潢P(guān)系和地質(zhì)對象間組合規(guī)律的復(fù)雜要素關(guān)系兩大類：拓?fù)湟?guī)則，如斷層面和斷盤、地質(zhì)界線和整合/不整合面間拓?fù)潢P(guān)系；復(fù)雜的要素關(guān)系，如向斜/背斜與復(fù)式向斜/復(fù)式背斜的包含關(guān)系、褶皺軸線與背斜/向斜依存關(guān)系等。

具體方法是首先梳理能表達(dá)要素之間關(guān)系的地質(zhì)構(gòu)造概念，進(jìn)而在地質(zhì)構(gòu)造特征的語義描述基礎(chǔ)上對語義關(guān)系解讀，轉(zhuǎn)換成能表達(dá)要素關(guān)系的地質(zhì)構(gòu)造語言，最后根據(jù)語義要素關(guān)系解讀的結(jié)果，將空間拓?fù)潢P(guān)系、復(fù)雜要素關(guān)系與地質(zhì)構(gòu)造語義進(jìn)行映射，建立GIS要素關(guān)系與地質(zhì)語義的對應(yīng)，如圖4所示。

圖4 地質(zhì)構(gòu)造時(shí)空語義關(guān)系推斷流程Fig.4 Spatio-temporal semantic relation deduction of a geological structure

地質(zhì)構(gòu)造自然語言描述的空間關(guān)系通過GIS的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行表達(dá)；地質(zhì)構(gòu)造空間關(guān)系通過梳理、總結(jié)地質(zhì)構(gòu)造中各要素在地質(zhì)構(gòu)造領(lǐng)域的概念、解釋，找出要素之間的地質(zhì)構(gòu)造空間規(guī)律，在梳理地質(zhì)構(gòu)造要素空間關(guān)系詞匯的基礎(chǔ)上，總結(jié)有關(guān)的自然語言，并進(jìn)行解讀，實(shí)現(xiàn)自然語言與拓?fù)潢P(guān)系的映射。表2給出了地質(zhì)自然語言與拓?fù)潢P(guān)系的對應(yīng)表達(dá)。

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造自然語言的描述不僅局限于描述空間拓?fù)潢P(guān)系，其描述更多的是地質(zhì)要素間的復(fù)雜關(guān)系，例如要素間的空間分布特征、組合、相互聯(lián)合、交織的關(guān)系等。

表2 地質(zhì)自然語言與拓?fù)潢P(guān)系映射表

Tab.2 Mapping table of geological natural language and topologic relation

空間關(guān)系拓?fù)潢P(guān)系概念詞匯01包含包含、屬于、交匯、相會(huì)、核部、翼部、拐點(diǎn)、轉(zhuǎn)折端、樞紐、軸面、脊、脊線、槽、槽線等02相等相等、等同、又稱、等稱、整合面等03相交橫貫、橫臥、橫跨、縱貫、貫穿、交疊、穿越、縱橫、橫切、不整合面、軸面產(chǎn)狀及兩翼產(chǎn)狀、翼間角大小等04相鄰相接、起點(diǎn)、發(fā)源背靠、背依、斷層線、斷層面、斷盤、線狀型、短軸型、穹窿型、向斜型、階梯式、圓弧形等05分離相離、相隔、相距、相間、隔、平行、大致平行等

本文將要素之間關(guān)系細(xì)分為5種：

(1) 關(guān)聯(lián)關(guān)系：①聚合關(guān)系，不同的地質(zhì)要素間存在的關(guān)聯(lián)指向關(guān)系，如地質(zhì)界線和線狀褶皺的關(guān)系；②組合關(guān)系，一種強(qiáng)語義的聚合，不同的地質(zhì)要素之間存在以生命周期為約束的主次依附關(guān)系，如褶皺軸與背斜/向斜的關(guān)系。

(2) 包含關(guān)系：①同語義分類對象包含，同類地質(zhì)對象之間，一個(gè)對象屬于另一個(gè)對象的一部分，如背斜/向斜與復(fù)式背斜/復(fù)式向斜；②不同語義分類對象包含，一個(gè)對象屬于另一個(gè)對象一部分，如背斜/向斜與縱斷層、橫斷層。

(3) 交接關(guān)系：同層對象之間，一個(gè)對象的一端與另一個(gè)對象相互銜接，如A褶皺軸與B褶皺軸相互交接，A地層的整合/不整合面與B地層的整合/不整合面與相互交接。

(4) 重疊關(guān)系：點(diǎn)要素落在線要素上、線要素和面要素邊界重合，如整合面與整合接觸地層。

(5) 依賴關(guān)系：一個(gè)地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的變化對依賴它的對象產(chǎn)生的影響情況，如當(dāng)整合面/不整合面與斷層面關(guān)系發(fā)生變化時(shí)(一致、垂直、斜交)，所對應(yīng)的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象分別為走向斷層、傾向斷層、斜向斷層。

2.3 幾何與語義統(tǒng)一的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造邏輯與物理數(shù)據(jù)模型

幾何與語義統(tǒng)一表達(dá)的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)模型利用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫支持下的Geodatabase空間數(shù)據(jù)模型，如圖5所示利用ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式，設(shè)計(jì)顧及地質(zhì)語義的關(guān)系模式，數(shù)據(jù)模型的構(gòu)建主要包含以下關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

(1) 地質(zhì)實(shí)體的編碼設(shè)計(jì)：為了實(shí)現(xiàn)地質(zhì)實(shí)體的科學(xué)管理，必須為每個(gè)地質(zhì)實(shí)體設(shè)計(jì)唯一標(biāo)識(shí)的編碼，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的高效存取，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造實(shí)體編碼結(jié)構(gòu)圖。

(2) 建立地質(zhì)要素類和地質(zhì)對象類的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

(3) 定義地質(zhì)要素與地質(zhì)對象之間的關(guān)系：分別建立“褶皺”、“斷層”與“地層”3個(gè)對象類之間的關(guān)系，采用“一一對應(yīng)”的表間關(guān)系，建立要素關(guān)系類，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)要素復(fù)雜關(guān)系的表達(dá)。

(4) 定義要素類的拓?fù)潢P(guān)系：根據(jù)地質(zhì)自然語言與拓?fù)潢P(guān)系的一一對應(yīng)表達(dá)表，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型拓?fù)潢P(guān)系。

(5) 建立地質(zhì)要素類的幾何網(wǎng)絡(luò)；通過對多地質(zhì)要素類間幾何網(wǎng)絡(luò)的建立，構(gòu)建復(fù)雜地質(zhì)關(guān)系中的聯(lián)通、交接關(guān)系。

圖5中構(gòu)建了4個(gè)對象要素集：斷層對象(OO_Fault)、褶皺對象(OO_Flod)、地層對象(OO_Stratum)和關(guān)系對象(Relation)，定義了斷層對象、褶皺對象和地層對象中的33種地質(zhì)對象，并構(gòu)建幾何網(wǎng)絡(luò)。

在ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式下，依據(jù)圖5構(gòu)建的邏輯模型，實(shí)現(xiàn)物理模型的存儲(chǔ)，圖6是區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造空間數(shù)據(jù)模型在ArcGIS Catalog中的斷層對象(OO_Fault)、褶皺對象(OO_Flod)、地層對象(OO_Stratum)和關(guān)系對象(relation)要素集以及各要素集中共33種地質(zhì)構(gòu)造要素分類顯示結(jié)果。

本文針對各要素的幾何、語義屬性，進(jìn)行屬性字段的設(shè)計(jì)，以地層要素集中的Geo_StratumE_M(整合/不整合面)、Geo_StratumE_X(地質(zhì)界線)兩類要素為例設(shè)計(jì)幾何、語義屬性字段的存儲(chǔ)方式。圖7中對Geo_StratumE_M(整合/不整合面)要素設(shè)計(jì)幾何屬性字段SHAPE_Length(周長)、SHAPE_Area(面積)，設(shè)計(jì)語義屬性字段XJ(地質(zhì)年代)、DCMC(巖石地層單位)、DCFH(巖性段)；圖8對Geo_StratumE_X(地質(zhì)界線)要素設(shè)計(jì)幾何屬性字段SHAPE_Area(面積)，設(shè)計(jì)語義屬性字段XZ(產(chǎn)狀)、QingJiao(傾角)、ZouXiang(走向)、QingXiang(傾向)、YanXing(巖性)實(shí)現(xiàn)幾何與語義屬性存儲(chǔ)。

圖5 ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造空間數(shù)據(jù)模型Fig.5 Spatio data model of a regional geological structure based on the ArcGIS Diagrammer Geodatabase

圖6 空間數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)示意Fig.6 Diagram of spatial database storage

3 試驗(yàn)與分析

本文選取寧鎮(zhèn)山脈為研究區(qū)域，實(shí)現(xiàn)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的GIS數(shù)據(jù)模型構(gòu)建，以地質(zhì)學(xué)家描述該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的自然語言(文獻(xiàn))與本區(qū)域地質(zhì)志中(文獻(xiàn))的平面地質(zhì)圖、構(gòu)造剖面圖、地史演化表、地層典為主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合南京市1∶1萬DLG、南京市1∶5萬地理底圖，寧鎮(zhèn)山脈1∶5萬地層數(shù)字化圖，采用對象—關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(GeoDatabase 10.2)為基礎(chǔ)，利用ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式，設(shè)計(jì)幾何與語義統(tǒng)一的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)模型并以XML Workspace Document格式存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)基于語義的地質(zhì)對象的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)方法，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)對象的查詢與分析功能。

寧鎮(zhèn)山脈地質(zhì)工作歷史悠久，研究成果豐碩，地質(zhì)學(xué)家描述區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造自然語言詳盡、豐富。自然語言的GIS人工解析，是地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象及地質(zhì)要素復(fù)雜關(guān)系幾何與語義統(tǒng)一表達(dá)的關(guān)鍵。GIS人工解析的基本任務(wù)是以GIS視角將地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象的語義特征、幾何形態(tài)、空間位置、時(shí)間關(guān)系、要素關(guān)系、屬性通過人工解析的方法實(shí)現(xiàn)與地質(zhì)自然語言一一對應(yīng)。本文采用GIS幾何視角對區(qū)域內(nèi)自然語言描述的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象進(jìn)行人工解析，實(shí)現(xiàn)幾何與語義統(tǒng)一的寧鎮(zhèn)山脈區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)對象及地質(zhì)要素復(fù)雜關(guān)系的表達(dá)。圖9為地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象自然語言GIS人工解析方法。

寧鎮(zhèn)山脈區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)對象統(tǒng)一表達(dá)幾何對象包括：地層對象、褶皺對象、斷層對象。圖10是采用本研究中區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)模型建立“褶皺”、“斷層”與“地層”3個(gè)對象類的方法，實(shí)現(xiàn)地層對象、褶皺對象、斷層對象幾何特征的圖形化表達(dá)。

圖11和圖12為地層對象幾何與語義統(tǒng)一表達(dá)試驗(yàn)的結(jié)果。圖11依據(jù)寧鎮(zhèn)山脈區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的地質(zhì)年代自然語言，按照地層由新到老的順序(第四系、第三系、白堊系等)為分類標(biāo)準(zhǔn)，建立地層對象要素類，實(shí)現(xiàn)地層對象地質(zhì)年代幾何與地質(zhì)語義的統(tǒng)一表達(dá)。圖12是寧鎮(zhèn)山脈區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造以地方性地層單位自然語言(上黨組、幕府山組、茅山組等)為分類標(biāo)準(zhǔn)，建立地層對象要素類，實(shí)現(xiàn)地層對象地層屬性幾何與地質(zhì)語義的統(tǒng)一表達(dá)。

圖7 Geo_StratumE_M幾何與語義屬性字段存儲(chǔ)Fig.7 Geo_StratumE_M geometric and semantic feature field storage

圖8 Geo_StratumE_X幾何與語義屬性字段存儲(chǔ)Fig.8 Geo_StratumE_X geometric and semantic feature field storage

圖13為褶皺對象幾何與語義統(tǒng)一表達(dá)試驗(yàn)的結(jié)果，以《寧鎮(zhèn)山脈地質(zhì)志》自然語言(龍?zhí)丁獋}頭復(fù)式背斜、范家塘復(fù)式向斜……)為分類標(biāo)準(zhǔn)，建立褶皺對象要素類，圖14實(shí)現(xiàn)褶皺對象統(tǒng)一表達(dá)，圖14(a)為區(qū)域內(nèi)各背斜、向斜間的連接/相離的地質(zhì)關(guān)系的圖形化表達(dá)，圖14(b)為區(qū)域內(nèi)各褶皺軸與背斜、向斜的包含被包含關(guān)系地質(zhì)關(guān)系的圖形化表達(dá)。

圖15為斷層對象幾何與語義統(tǒng)一表達(dá)試驗(yàn)的結(jié)果。圖15(a)是以《寧鎮(zhèn)山脈地質(zhì)志》自然語言(徐家山—金子山逆斷層、楊坊山—長林村逆斷層、雩山—厚角逆斷層……)為分類標(biāo)準(zhǔn)，建立斷層對象要素類，實(shí)現(xiàn)褶皺對象幾何與地質(zhì)語義的統(tǒng)一表達(dá)；圖15(b)以斷層自然語言(正斷層、逆斷層、平移斷層、不明斷層)為分類標(biāo)準(zhǔn)，建立斷層對象要素類，實(shí)現(xiàn)斷層對象幾何與地質(zhì)語義的統(tǒng)一表達(dá)。

圖10 寧鎮(zhèn)山脈區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造對象表達(dá)Fig.10 Expression of the modeling objects of a regional geological structure

圖11 地層年代幾何語義統(tǒng)一表達(dá)Fig.11 Stratum age expression obtained by integrating geometry and semantics

圖12 地層屬性幾何與語義統(tǒng)一表達(dá)Fig.12 Stratum property expression obtained by integrating geometry and semantics

圖13 褶皺幾何與語義統(tǒng)一表達(dá)Fig.13 Fold expression obtained by integrating geometry and semantics

圖14 褶皺要素關(guān)系表達(dá)Fig.14 Expression of the relation between fold elements

圖15 斷層對象幾何與語義統(tǒng)一表達(dá)Fig.15 Expression of fault age object obtained by integrating geometry and semantics

語義層次上看，寧鎮(zhèn)山脈數(shù)據(jù)模型能夠很好地表達(dá)地層對象、褶皺對象、斷層對象自然語言描述的語義特征；從幾何層次(空間位置、幾何形態(tài))上看，圖形化的表達(dá)方式，較好地描述了地質(zhì)對象的幾何特征；演化過程：本研究通過地層對象中地層年代的表達(dá)，較好地描述了地質(zhì)對象的時(shí)間信息；要素關(guān)系：褶皺對象中褶皺軸、背斜、向斜的連接、包含關(guān)系較好地描述了地質(zhì)對象的要素關(guān)系；屬性特征：本研究通過地層對象中的“地層屬性”字段實(shí)現(xiàn)對地層屬性的存儲(chǔ)。綜上所述，幾何與語義統(tǒng)一的寧鎮(zhèn)山脈區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)模型，對區(qū)域地質(zhì)對象從語義、空間位置、幾何形態(tài)、演化過程、要素關(guān)系和屬性特征6個(gè)方面做出較好的GIS表達(dá)。

4 結(jié) 論

針對目前地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象幾何建模過程中忽視語義，缺乏有效的幾何與語義統(tǒng)一表達(dá)方法。本文提出了幾何與語義統(tǒng)一的GIS數(shù)據(jù)模型，主要作了以下幾方面工作：①在探討幾何與語義統(tǒng)一的建模理論及語義特征表達(dá)方式的基礎(chǔ)上，給出基于地理特征的幾何與語義映射機(jī)制；②在探討區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造語義分類體系與要素類設(shè)計(jì)以及地質(zhì)要素關(guān)系表達(dá)方法的基礎(chǔ)上，利用ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式，設(shè)計(jì)幾何與語義統(tǒng)一的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)模型；③以寧鎮(zhèn)山脈區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造為例，構(gòu)建區(qū)域地質(zhì)對象在語義、空間位置、幾何形態(tài)、演化過程、要素關(guān)系、屬性的GIS表達(dá)。

盡管幾何與語義統(tǒng)一的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)模型能夠較好地對地質(zhì)對象進(jìn)行表達(dá)、組織、存儲(chǔ)與分析，但由于地學(xué)現(xiàn)象的復(fù)雜性，該模型還存在以下不足：對于連續(xù)變化的地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象描述有局限性；區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造語義識(shí)別與定性空間關(guān)系提取方法，如褶皺軸的提取與褶皺要素關(guān)系的描述，正、逆、平移斷層的識(shí)別與描述等有待今后進(jìn)一步探索。

[1] 袁艷斌, 吳沖龍, 李偉忠. 面向野外地質(zhì)填圖的空間實(shí)體對象表達(dá)[J]. 地球科學(xué)—中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào), 2001, 26(2): 192-196. YUAN Yanbin, WU Chonglong, LI Weizhong. Object Styles of Spatial Entity for Field Geological Mapping Based on Object-oriented Method[J]. Earth Science: Journal of China University of Geosciences, 2001, 26(2): 192-196.

[2] 侯恩科, 吳立新. 面向地質(zhì)建模的三維體元拓?fù)鋽?shù)據(jù)模型研究[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2002, 27(5): 467-472. HOU Enke, WU Lixin. An Object-oriented Three-dimensional Topological Data Model Based on Component for Geology Modeling[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2002, 27(5): 467-472.

[3] 程朋根, 龔健雅. 地勘工程3維空間數(shù)據(jù)模型及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2001, 30(1): 74-81. CHENG Penggen, GONG Jianya. Design of Three-Dimensional Spatial Data Model and Its Data Structure in Geological Exploration Engineering[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2001, 30(1): 74-81.

[4] 王潤懷, 李永樹. 邊界虛擬鉆孔在復(fù)雜地質(zhì)體3維建模中的引入與確定[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2007, 36(4): 468-475. WANG Runhuai, LI Yongshu. Introduction and Determination of Borderline Virtual Boreholes in 3D Modeling of Complicated Geological Bodies[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2007, 36(4): 468-475.

[5] 杜清運(yùn), 任福. 空間信息的自然語言表達(dá)模型[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2014, 39(6): 682-688. DU Qingyun, REN Fu. Representation Model of Spatial Information in Natural Language[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2014, 39(6): 682-688.

[6] 許珺, 張晶, 司望利, 等. 線狀物體空間關(guān)系的自然語言理解的雙語比較[J]. 遙感學(xué)報(bào), 2008, 12(2): 362-369. XU Jun, ZHANG Jing, SI Wangli, et al. Bi-linguistic Study of Natural-language Understanding of Spatial Relations in Chinese and English[J]. Journal of Remote Sensing, 2008, 12(2): 362-369.

[7] 張雪英, 張春菊, 杜超利. 空間關(guān)系詞匯與地理實(shí)體要素類型的語義約束關(guān)系構(gòu)建方法[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2012, 37(11): 1266-1270. ZHANG Xueying, ZHANG Chunju, DU Chaoli. Semantic Relation between Spatial Relation Terms and Feature Types of Geographical Entities[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2012, 37(11): 1266-1270.

[8] 李宏偉, 郭建忠. 多尺度地理空間數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)與管理[J]. 地球信息科學(xué), 2003, 5(3): 56-59. LI Hongwei, GUO Jianzhong. Think about the Distributed Storage and Management of Multi-scale Geographical Spatial Data[J]. Geo-Information Science, 2003, 5(3): 56-59.

[9] 朱慶, 李曉明, 張葉廷, 等. 一種高效的三維GIS數(shù)據(jù)庫引擎設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2011, 36(2): 127-132, 139. ZHU Qing, LI Xiaoming, ZHANG Yeting, et al. Design and Implementation of a High-performance 3D GIS Database Engine[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2011, 36(2): 127-132, 139.

[10] 邊馥苓, 傅仲良, 胡自鋒. 面向目標(biāo)的柵格矢量一體化三維數(shù)據(jù)模型[J]. 武漢測繪科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2000, 25(4): 294-298. BIAN Fuling, FU Zhongliang, HU Zifeng. An Object-oriented Integrative 3D Data Model[J]. Journal of Wuhan Technical University of Surveying and Mapping, 2000, 25(4): 294-298.

[11] 閭國年, 袁林旺, 俞肇元. GIS技術(shù)發(fā)展與社會(huì)化的困境與挑戰(zhàn)[J]. 地球信息科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 15(4): 483-490. Lü Guonian, YUAN Linwang, YU Zhaoyuan. Challenges to Development and Socialization of GIS Technology[J]. Geo-Information Science, 2013, 15(4): 483-490.

[12] 黃裕霞, 柯正誼, 何建邦, 等. 面向GIS語義共享的地理單元及其模型[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2002, 38(11): 118-122, 134. HUANG Yuxia, KE Zhengyi, HE Jianbang, et al. Geographical Unit Model for GIS Semantic Sharing[J]. Computer Engineering and Applications, 2002, 38(11): 118-122, 134.

[13] 吳立新, 徐磊, 車德福. 地層本體及其在大區(qū)域鉆孔數(shù)據(jù)集成中的應(yīng)用[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2008, 33(2): 144-148. WU Lixin, XU Lei, CHE Defu. Stratum-ontology and Its Application in Borehole Data Integration[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2008, 33(2): 144-148.

[14] PERRIN M, MASTELLA L S, MOREL O, et al. Geological Time Formalization: An Improved Formal Model for Describing Time Successions and Their Correlation[J]. Earth Science Informatics, 2011, 4(2): 81-96.

[15] 侯衛(wèi)生, 劉修國, 吳信才, 等. 面向三維地質(zhì)建模的領(lǐng)域本體邏輯結(jié)構(gòu)與構(gòu)建方法[J]. 地理與地理信息科學(xué), 2009, 25(1): 27-31. HOU Weisheng, LIU Xiuguo, WU Xincai, et al. Geo-Ontology Logical Structure and Development Technology for 3D Geology Modeling[J]. Geography and Geo-Information Science, 2009, 25(1): 27-31.

[16] ADALY S, BOUQATA B, MARCUS A, et al. A Day in the Life of a Metamorphic Petrologist[C]∥Proceedings of the 22nd International Conference on Data Engineering Workshops. Atlanta, GA: IEEE, 2006: 59.

[17] MASTELLA L S, AIT-AMEURY Y, JEAN S, et al. Semantic Exploitation of Persistent Metadata in Engineering Models: Application to Geological Models[C]∥Proceedings of the 3rd International Conference on Research Challenges in Information Science. Fez: IEEE, 2009: 129-138.

[18] 趙紅偉, 諸云強(qiáng), 楊宏偉, 等. 地理空間數(shù)據(jù)本質(zhì)特征語義相關(guān)度計(jì)算模型[J]. 地理研究, 2016, 35(1): 58-70. ZHAO Hongwei, ZHU Yunqiang, YANG Hongwei, et al. The Semantic Relevancy Computation Model on Essential Features of Geospatial Data[J]. Geographical Research, 2016, 35(1): 58-70.

[19] 沈敬偉, 溫永寧, 閭國年, 等. 時(shí)空拓?fù)潢P(guān)系描述及其推理研究[J]. 地理與地理信息科學(xué), 2010, 26(6): 1-5. SHEN Jingwei, WEN Yongning, Lü Guonian, et al. Representation and Reasoning about Spatial-temporal Topological Relationships[J]. Geography and Geo-Information Science, 2010, 26(6): 1-5.

[20] 文必龍, 任秀英, 李乃峰, 等. 基于數(shù)據(jù)元的數(shù)據(jù)模型語義映射技術(shù)研究[J]. 計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展, 2014, 24(11): 194-198. WEN Bilong, REN Xiuying, LI Naifeng, et al. Research on Data Model Semantic Mapping Technology Based on Data Elements[J]. Computer Technology and Development, 2014, 24(11): 194-198.

[21] 張豐, 劉南, 劉仁義, 等. 面向?qū)ο蟮牡丶畷r(shí)空過程表達(dá)與數(shù)據(jù)更新模型研究[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2010, 39(3): 303-309. ZHANG Feng, LIU Nan, LIU Renyi, et al. Research of Cadastral Data Modelling and Database Updating Based on Spatio-temporal Process[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2010, 39(3): 303-309.

[22] 鄭年波, 陸鋒, 李清泉. 面向?qū)Ш降膭?dòng)態(tài)多尺度路網(wǎng)數(shù)據(jù)模型[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2010, 39(4): 428-434. ZHENG Nianbo, LU Feng, LI Qingquan. Dynamic Multi-scale Road Network Data Model for Navigation[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2010, 39(4): 428-434.

[23] 趙麗華, 楊元喜, 王慶良. 考慮區(qū)域構(gòu)造特征的地殼形變分析擬合推估模型[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2011, 40(4): 435-441. ZHAO Lihua, YANG Yuanxi, WANG Qingliang. Collocation Model Based on Regional Tectonic Features in Crustal Deformation Analysis[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2011, 40(4): 435-441.

[24] 李超嶺, 李豐丹, 呂霞, 等. 地質(zhì)調(diào)查智能空間體系與架構(gòu)[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2015, 44(SO): 143-151, 159. DOI: 10.11947/j.AGCS.2015.F074. LI Chaoling, LI Fengdan, LV Xia, et al. The Architecture of Geological Survey Intelligent Space[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2015, 44(SO): 143-151, 159. DOI: 10.11947/j.AGCS.2015.F074.

[25] 宋啟凡, 李莉, 朱雪征. 國外地址數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分析及啟示[J]. 地理信息世界, 2009, 7(1): 60-66, 70. SONG Qifan, LI Li, ZHU Xuezheng. Study on Standard of Address Data[J]. Geomatics World, 2009, 7(1): 60-66, 70.

(責(zé)任編輯：宋啟凡)

GIS Data Modeling of a Regional Geological Structure by Integrating Geometric and Semantic Expressions

HE Handong1,HU Di2,3,4,Lü Guonian2,3,4,LI Anbo2,3,4,LI Junli1

1. School of Resources and Environment, Anhui Agricultural University, Hefei 230036,China; 2. Key Laboratory of Virtual Geographic Environment，Nanjing Normal University，Ministry of Education, Nanjing 210023, China; 3. State Key Laboratory Cultivation Base of Geographical Environment Evolution (Jiangsu Province), Nanjing 210023, China; 4. Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application, Nanjing 210023, China

Using GIS, data models of geology via geometric descriptions and expressions are being developed. However, the role played by these data models in terms of the description and expression of geological structure phenomenon is limited. To improve the semantic information in geological GIS data models, this study adopts an object-oriented method that describes and expresses the geometric and semantic features of the geological structure phenomenon using geological objects and designs a data model of regional geological structures by integrating geometry and semantics. Moreover, the study designs a semantic “vocabulary-explanation-graph” method for describing the geological phenomenon of structures. Based on the semantic features of regional geological structures and a linear classification method, it divides the regional geological structure phenomenon into 3 divisions, 10 groups, 33 classes and defines the element set and element class. Moreover, it builds the basic geometric network for geological elements based on the geometric and semantic relations among geological objects. Using the ArcGIS Diagrammer Geodatabase, it considers the regional geological structure of the Ning-Zhen Mountains to verify the data model, and the results indicate a high practicability.

regional geological structure; data model; semantics; GIS expression; object-oriented

The National Natural Science Foundation of China (Nos.41601412; 41571400); The Key Project of Natural Science Foundation of the Anhui Higher Education Institutions (No. KJ2016A222); The Foundation of Anhui Agricultural University (No.yj2015-22); The Project Funded by the Priority Academic Program Development of Jiangsu Higher Education Institutions (No.164320H116)

HU Di

何撼東，胡迪，閭國年，等.幾何與語義統(tǒng)一的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造GIS數(shù)據(jù)模型[J].測繪學(xué)報(bào)，2017,46(8)：1058-1068.

10.11947/j.AGCS.2017.20160427. HE Handong，HU Di，Lü Guonian，et al.GIS Data Modeling of a Regional Geological Structure by Integrating Geometric and Semantic Expressions[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(8):1058-1068. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20160427.

P208

A

1001-1595(2017)08-1058-11

國家自然科學(xué)基金(41601412; 41571400)；安徽省高校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(KJ2016A222)；安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)科研啟動(dòng)基金(yj2015-22)；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(164320H116)

2016-08-03

何撼東(1983—)，男，博士，講師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)語義、時(shí)空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)模型。First author： HE Handong(1983—), male, PhD, lecturer, majors in geological semantics, spatio-temporal data structure and data model.

E-mail： hehandong@ahau.edu.cn

胡迪

E-mail： hud316@gmail.com

修回日期： 2017-07-15