基于地理本體的不可移動(dòng)文物信息參考模型研究及應(yīng)用

1、基于地理本體的不可移動(dòng)文物信息參考模型研究及應(yīng)用基金項(xiàng)目：北京市科委北京市科技計(jì)劃(Z0006317041691),北京市教育委員會(huì)科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(km200611417001)作者簡介：吳瓊，女，研究生；鮑泓，男，教授，主要從事分布式系統(tǒng)，軟件工程研究，責(zé)任作者。)吳瓊1,2，鮑泓2(1北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院，北京100044；2北京聯(lián)合大學(xué)信息技術(shù)研究所，北京100101)摘要：數(shù)字博物館是建立以存儲(chǔ)、管理和展示文物為目的的信息系統(tǒng)，以往的大都是面向可移動(dòng)文物的。本文研究基于地理本體的數(shù)據(jù)表示模型,基于本體的方法可以為不可移動(dòng)文物添加豐富的語義信息，而GIS可以為不可移動(dòng)文物提

2、供地理信息上的支持，結(jié)合兩者，將可以構(gòu)建面向不可移動(dòng)文物的信息參考模型。關(guān)鍵詞：CIDOCCRM;地理本體；融合；不可移動(dòng)文物Theinvestigationandapplicationofgeospatialontology-basedinformationmodelforimmovableculturalrelicWUQiong1,2,BAOHong2(1.SchoolofComputerandInformationTechnology,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China;2.InstituteofInformationTechnol

3、ogy,BeijingUnionUniversity,Beijing100101,China)Abstract:Inthepast,thedigitalmuseumsweremostlyinformationsystemsforthepurposeofmanagementofmovableculturalrelics.Ontology-baseddatarepresentationmodelcanprovideabundantsemanticinformationforimmovableculturalrelic,andGIScanprovidegeospatialinformationfor

4、it.Withcombiningontology-baseddatarepresentationmodelandGIS,wecanestablishtheontology-baseddigitalmuseumofimmovableculturalrelic.Keyword:CIDOCCRM;geospatialontology;combination;immovableculturalrelic引言文物是人類社會(huì)活動(dòng)中遺留下來的具有歷史、藝術(shù)、科學(xué)價(jià)值的遺物和遺跡，它又可以分為可移動(dòng)文物和不可移動(dòng)文物。我國的歷史文化遺產(chǎn)眾多，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)文物的數(shù)字化，有利于文物的保護(hù)、管理和利用。隨

5、著城市建設(shè)改造和國家大型基礎(chǔ)資源項(xiàng)目的開發(fā)建設(shè)，如何有效地保護(hù)、管理和利用不可移動(dòng)文物，是我們迫切需要解決的問題。由于不可移動(dòng)文物作為地理實(shí)體還包含著與其相對(duì)應(yīng)的地理信息，因此我們通過將GIS與不可移動(dòng)文物的本體模型相結(jié)合，建立一個(gè)面向不可移動(dòng)文物的數(shù)字博物館，可以較好地解決上述問題。本體及GIS簡介本體本體(ontology)是一個(gè)哲學(xué)上的概念，是指哲學(xué)中研究世界的本原或本性的部分。從本體論的基本概念出發(fā)，哲學(xué)上把本體定義為“對(duì)世界上客觀事物所進(jìn)行的系統(tǒng)描述”。本體在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域是指定義元數(shù)據(jù)及其相關(guān)關(guān)系的規(guī)范。它依賴于所采用的語言，按照表示和描述的形式化程度不同，可以分為完全非形式化、半形式

6、化和嚴(yán)格形式化。本體的形式化程度越高，越有利于計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)處理1。本體最為突出的應(yīng)用是智能信息檢索?；诒倔w的智能檢索信息系統(tǒng)由于能提供查詢和資源描述所必需的元語，并通過領(lǐng)域語義模型為信息源提供語義標(biāo)注信息，從而使系統(tǒng)內(nèi)所有的Agent對(duì)領(lǐng)域內(nèi)的概念、概念之間的聯(lián)系及領(lǐng)域內(nèi)的基本公理知識(shí)有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的聯(lián)想能力和精確性，為用戶提供有價(jià)值的信息和一個(gè)全面的共同視圖。本體在信息檢索領(lǐng)域的另一個(gè)應(yīng)用就是語義網(wǎng)的開發(fā)。在語義網(wǎng)中，所有信息都有明確的語義信息，從而自動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的資源進(jìn)行處理，使網(wǎng)絡(luò)信息得到更充分的利用。本體具有良好的概念層次結(jié)構(gòu)并且支持知識(shí)的推理，因此本體成為構(gòu)建語

7、義網(wǎng)的核心內(nèi)容。在數(shù)字博物館領(lǐng)域引入本體的直接目的是解決數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的定義與數(shù)據(jù)描述語言規(guī)范化的問題。國際上對(duì)博物館領(lǐng)域本體的研究已經(jīng)有一段較長的時(shí)間，盡管沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，但是研究已經(jīng)帶來了很多的成果。目前，國際上一些團(tuán)體或相關(guān)組織已經(jīng)制定了文化遺產(chǎn)領(lǐng)域的本體模型，其中包括：CIDOCCRMConceptualReferenceModel(CRM)模型2,ABCONTOLOGY模型以及CDWA模型等。其中CIDOCCRM是這些標(biāo)準(zhǔn)中較為全面、嚴(yán)格遵循本體原則的一個(gè)模型，它有超過10年的歷史，被世界上多個(gè)很有影響的項(xiàng)目所采用。作者所在的語義網(wǎng)項(xiàng)目研究小組已經(jīng)在此方面做了一些研究工作5-8。G

8、IS及地理本體地理信息系統(tǒng)(GeographicalInformationSystem)，簡稱GIS。一般定義為基于計(jì)算機(jī)方法的空間信息獲取、組織和分析技術(shù),它具有數(shù)據(jù)庫管理、制圖、圖像處理和統(tǒng)計(jì)分析功能。GIS使用空間的、描述性的數(shù)據(jù)通過地圖來定義物體及其真實(shí)世界的特征,如建筑物、河流或道路,能提供多維空間的實(shí)際效果。表現(xiàn)數(shù)據(jù)的空間特征是GIS明顯區(qū)別與其它信息系統(tǒng)或傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫和電子數(shù)據(jù)表的一個(gè)明顯特征?？臻g特征數(shù)據(jù)記錄的是空間實(shí)體的位置、拓?fù)潢P(guān)系和幾何特征。空間特征指空間物體的位置、形狀和大小等幾何特征,以及與相臨物體的拓?fù)潢P(guān)系。物體的空間特征信息也就是它的地理信息。空間位置可以由不同的

9、坐標(biāo)系統(tǒng)來描述,如經(jīng)緯度坐標(biāo)、一些標(biāo)準(zhǔn)的地圖投影坐標(biāo)或是任意的直角坐標(biāo)等。對(duì)空間目標(biāo)的定位一般不是通過記錄其空間坐標(biāo),而是確定某一目標(biāo)與其它更熟悉或已知的目標(biāo)間的空間位置關(guān)系,而這種關(guān)系往往也是拓?fù)潢P(guān)系。如某一遺址位于某一河流、山脈或道路的某一位置。不可移動(dòng)的文物數(shù)據(jù)都具有空間特征,表現(xiàn)不可移動(dòng)文物的空間特征正是GIS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。地理本體就是將有關(guān)地理科學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)、信息和數(shù)據(jù)抽象成一個(gè)個(gè)具有共識(shí)的對(duì)象(如實(shí)體)，并按照一定的關(guān)系組成的體系，同時(shí)進(jìn)行概念化處理和明確定義，最后以形式化表達(dá)的理論和方法9。地理信息的本體論研究在上個(gè)世紀(jì)九十年代中后期逐步得到重視。構(gòu)造地理本體的主要目的是捕獲相

10、關(guān)地理領(lǐng)域的知識(shí)，提供對(duì)該領(lǐng)域知識(shí)的共同理解，確定該領(lǐng)域內(nèi)共同認(rèn)可的詞匯，并從不同層次的形式化模式上給出這些地理詞匯和詞匯間相互關(guān)系的明確定義，從而為該領(lǐng)域提供語義和知識(shí)層次上描述地理信息系統(tǒng)的概念模型建模工具。目前，國內(nèi)外已有不少研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)地理信息科學(xué)中的本體論研究極為關(guān)注，做了一些研究工作9-13。但是在地理本體的研究與構(gòu)建上，無論是國內(nèi)還是國外，許多關(guān)鍵問題都沒有達(dá)成共識(shí)，也沒有一個(gè)成熟的規(guī)范。因此，在我們的實(shí)際應(yīng)用中，有選擇性地構(gòu)建了符合應(yīng)用需要的地理本體，完成對(duì)不可移動(dòng)文物地理信息的描述?；贑IDOCCRM和地理本體的信息參考模型CIDOCCRM模型CIDOCCRM是CIDO

11、C組成ICOM(InternationalCouncilforMuseums)組織的二十幾個(gè)委員會(huì)(committee)之一。全名是ComiteInternationalpourlaDOCumentation，簡稱為CIDOC。它是一個(gè)可擴(kuò)展的領(lǐng)域本體模型。CIDOCCRM模型涵蓋了圍繞特定文物發(fā)生的歷史史實(shí)、人文藝術(shù)、考古遺跡、時(shí)間地點(diǎn)人物以及版權(quán)聲明等信息。由于有較長的歷史，所以發(fā)展得比較完善。最新的CIDOCCRMV3.4.9版本將文化遺產(chǎn)領(lǐng)域定義出84個(gè)實(shí)體(entity)和141個(gè)屬性(property)2，而且，隨著模型的不斷擴(kuò)展，實(shí)體和屬性數(shù)量可能還會(huì)增加。整個(gè)CIDOCCRM架

12、構(gòu)以樹的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)，部分實(shí)體具有多重繼承的特性。每一個(gè)實(shí)體都具有屬性，而實(shí)體除了擁有自己的屬性之外，還會(huì)繼承其父節(jié)點(diǎn)的所有屬性，實(shí)體通過它的屬性連結(jié)到另外的實(shí)體，以實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)特定文物的描述。圖1中所列出的是CIDOCCRM的部分實(shí)體以及實(shí)體間繼承關(guān)系。PeriodTime-SpanEntfExistencePoson代ppellHtiunAddrcbSSciiunDefinitiunMaceSameContHctPaintAddressMan-MixleSluffCRMEntityLegalObieciObjectldcniiflerTemporalEntityActivity()Beginni

13、ngofExistaiw(*)IjrsitiieruHerbPlaceAppelJaciunActorAppttlationConceptualObjectAppellationTimeAppellationPhysicalMan-MadeStuff()CunccpluulObjecL(*)PhysicalSmtr(*)nfemnatinnObject(*)SpilialCiitmliniilsConditionState1.cjalBodynimensiem圖1CIDOCCRM部分實(shí)體及實(shí)體間繼承關(guān)系從圖2我們可以看出CIDOCCRM是如何描述文化遺產(chǎn)領(lǐng)域中的實(shí)體以及它們之間的相互關(guān)系的。例

14、如:PhysicalEntities實(shí)體和Place實(shí)體有著“l(fā)ocatedat”的關(guān)系,PhysicalEntities實(shí)體和Event實(shí)體有著“affect”的關(guān)系，Actor實(shí)體又和Event實(shí)體有著“participatein”的關(guān)系，利用這個(gè)架構(gòu)，我們可能有的描述有:故宮屬于PhysicalEntities北京屬于Place故宮修建工程屬于Event中國工匠屬于Actors故宮locatedat北京故宮affect故宮修建工程中國工匠participatein故宮修建工程圖2CIDOCCRM實(shí)體與屬性關(guān)系以北京市重點(diǎn)文物保護(hù)單位大覺寺為例，應(yīng)用CIDOCCRM模型對(duì)大覺寺的語義信息描

15、述如圖3所示。該模型中所有的實(shí)體和屬性均取自CIDOCCRM模型。由于實(shí)體間通過屬性關(guān)系連接起來，因此通過這種方式，不但可以表示數(shù)據(jù)，還可以表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系體現(xiàn)了豐富的語義信息。CIDOCCRM是文化遺產(chǎn)領(lǐng)域的整體規(guī)范，而我們的實(shí)際系統(tǒng)不一定涵蓋所有它所描述的信息，所以我們根據(jù)實(shí)際需求選擇了部分實(shí)體和屬性關(guān)系。E62StringK35Tirh-畑FP47sidentifiedbyPShasnot亡P102h昭titleE55Ty供4PIOlhnd辭getieialuseE22Man-MadeObjiecF不可穰功文物E57Matoiial權(quán)育白石I亦犁orfomier阿毗咗haHtbrmcr

16、Lum=nt和血nPlOSwuspRsJucedhyE39AclurEI2pruduuLLun.tvtnl，-P74hHscunenluriunnerresideitct.,r?7tsidentLricdbyP13Iisidentifiedbyk亠P14perfbim&dP4hastunespanEMActorAppellationH74(imup奨丹人H52TimeSp；iiiF44Place.,!ppcjl3ti(in圖3CIDOCCRM對(duì)大覺寺的描述JsAl$AP74hascurrentono平力米E42ObjectBentitierE12pr&dtitxicHievent徉P5J.ha

17、scurrentortbnnerowner.P5AhisstormerorrurrcntLncutionPR7isidenritlcclbyP74huscuttmirformerre&idenet44PlsiceApptlhtiDnP7SisLdericitlibyE45AddressPLJHsidentillBLlbvP14prrMEied_里一-_E52TimeSpanE39ActnrE62SffingE35TOeE57MiterriaL遼詛.淸康幫、帖隆記世惱.大誕、丫木、協(xié)肓：H55TypeP4：isLdentiiletlhy-Timen/涉廟ess年卜、/P3hdb-ciukL22M

18、an-MadeJhievt(jtaspatisEntity不E移動(dòng)玄胸reprtstnii.E49rirf|tiAppellation遼威睢四甲168年衛(wèi)E74Crnwp|*E4MPlu-LeNsrnc2慮P74ImscurrenturRmnerreidHiDt圖6基于CIDOCCRM和地理本體對(duì)大覺寺的描述如圖6所示，我們通過CIDOCCRM的實(shí)體E47SpatialCoordinate和地理本體進(jìn)行連接,對(duì)CIDOCCRM進(jìn)行擴(kuò)充。由于在前面的地理本體中，坐標(biāo)項(xiàng)Coordinates也用于描述不可移動(dòng)文物的坐標(biāo)，因此，這使得連接成為可能。（淺藍(lán)色部分為CIDOCCRM模型，淺黃色部分為地理

19、本體模型）可以看出，這種元數(shù)據(jù)模型不僅能夠提供文物本身的語義特征信息（例如：大覺寺的修建時(shí)間，位置，修建大覺寺的群體等），還能夠提供文物的地理信息（例如大覺寺的占地面積，所屬城市及所在方位，坐標(biāo)等），使得使用統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)模型描述不可移動(dòng)文物的信息成為可能?；诘乩肀倔w的系統(tǒng)構(gòu)建方法總體架構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)如圖7主要包括以下主要組成部分：圖形化用戶界面不可移動(dòng)文物本體模型命令分發(fā)模塊數(shù)據(jù)源：地理信息數(shù)據(jù)庫，語義信息數(shù)據(jù)庫GUIWizard圖形化人機(jī)交互接口息組饋用端；小信重反給戶顯模型（CIDOCCRM結(jié)合地理本體）系統(tǒng)的主要功能映射與命令分發(fā)當(dāng)用戶發(fā)出請(qǐng)求后，請(qǐng)求首先到達(dá)系統(tǒng)內(nèi)置的元數(shù)據(jù)模型（CIDO

20、CCRM與地理本體結(jié)合實(shí)現(xiàn)）。通過元數(shù)據(jù)模型到各個(gè)數(shù)據(jù)庫的映射機(jī)制，對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行轉(zhuǎn)換，分解成針對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)庫的命令，發(fā)送到數(shù)據(jù)庫層。對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作后，所得到的信息再反饋回用戶端顯示給用戶。信息瀏覽通過圖形化用戶界面，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與用戶的交互。用戶可以在GIS數(shù)據(jù)庫提供的地圖上直觀地看到各個(gè)文物點(diǎn)的分布，并且選擇瀏覽他感興趣的文物的相關(guān)信息。與文物相關(guān)的語義信息由語義信息數(shù)據(jù)庫提供。信息查詢提供各類數(shù)據(jù)的查詢功能。如：提供文物保護(hù)相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢。包括數(shù)據(jù)的簡單查詢（根據(jù)文物類別，選擇要查詢的數(shù)據(jù)表和字段，獲取用戶需要的數(shù)據(jù)）；數(shù)據(jù)綜合查詢（通過指定數(shù)據(jù)查詢類型，任意組合數(shù)據(jù)過濾條件，獲取用戶所需要的數(shù)

21、據(jù)）。信息發(fā)布功能可通過互聯(lián)網(wǎng)工具進(jìn)行一些公眾文物保護(hù)信息和相關(guān)法律、法規(guī)信息的發(fā)布等。結(jié)論本文從文物領(lǐng)域本體模型CIDOCCRM對(duì)不可移動(dòng)文物數(shù)據(jù)描述的局限性出發(fā)，分析了CIDOCCRM和地理本體兩個(gè)元數(shù)據(jù)模型對(duì)不可移動(dòng)文物的描述方式，并提出了將兩者融合的方法，給出了實(shí)例加以說明。同時(shí)結(jié)合了GIS在表現(xiàn)不可移動(dòng)文物空間特征的優(yōu)勢(shì),提出了基于地理本體的不可移動(dòng)文物數(shù)字博物館的系統(tǒng)架構(gòu)，為不可移動(dòng)文物的保護(hù)管理提供了新的思路和手段。參考文獻(xiàn)William,S,Austin,T.Ontologies.IEEEIntelligentSystems,1999Jan/Feb,p18-19.CIDOCCo

22、nceptualReferenceModel. HYPERLINK http:/cidoc.ics.forth.gr/ http:/cidoc.ics.forth.gr/Brickley,D.,J.Hunter,andC.Lagoze(1999).ABC:ALogicalModelforMetadataInteroperability?HarmonyProject,WorkingPaper. HYPERLINK http:/www.ilrt.bris.ac.uk/discovery/harmony/docs/abc/abc_draft.html http:/www.ilrt.bris.ac.uk/discovery/harmony/docs/abc/abc_draft.htmlTheGettyInformationInstituteandCollegeArtAssociation.CategoriesfortheDescriptionofWorksofArt(CDWA). HYPERLINK /gri/standard/cdwa/ /gri/standard/cdwa/Hong-zheLiu,HongBao,AnInformationFlowBasedApproac