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1引言

地理知識(shí)工程在地理過(guò)程模擬、預(yù)測(cè)及城市規(guī)劃等應(yīng)用中發(fā)揮著極其重要的作用。一方面，對(duì)地觀測(cè)手段的持續(xù)發(fā)展與信息增值機(jī)制的缺乏致使科研領(lǐng)域普遍存在“數(shù)據(jù)爆炸但知識(shí)貧乏”的現(xiàn)象。另一方面，通過(guò)多源數(shù)據(jù)整合、共享、集成與挖掘，虛擬地理環(huán)境（VGE）技術(shù)對(duì)地理科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行深度剖析和多感知表達(dá)，能為地理問(wèn)題、地理規(guī)律、地理現(xiàn)象的模擬與預(yù)測(cè)提供相關(guān)知識(shí)和決策，近年來(lái)逐漸成為地學(xué)科研及應(yīng)用的主要研究熱點(diǎn)[5]。與傳統(tǒng)GIS空間分析相比，虛擬地理環(huán)境實(shí)現(xiàn)了地理過(guò)程和環(huán)境的模擬分析與表達(dá)，改變了傳統(tǒng)的地理科學(xué)知識(shí)的表達(dá)與獲取方式，促進(jìn)了地理數(shù)據(jù)、信息到知識(shí)的快速轉(zhuǎn)換，有助于緩解數(shù)據(jù)豐富與知識(shí)匱乏之間的鴻溝。因此，探討基于虛擬地理環(huán)境的地理知識(shí)工程是一個(gè)迫切而重要的科學(xué)問(wèn)題。知識(shí)是一種存在復(fù)雜相互關(guān)系的結(jié)構(gòu)化的、相互鏈接的、不斷增長(zhǎng)的信息及其存在的復(fù)雜的相互關(guān)系，其增長(zhǎng)來(lái)源于這些信息與人的交互，以及其他輔助技術(shù)對(duì)其所蘊(yùn)含關(guān)系的分析或所蘊(yùn)含規(guī)律的應(yīng)用。地理知識(shí)是知識(shí)的概念和內(nèi)涵在地理學(xué)科領(lǐng)域的擴(kuò)展與延伸。ESRI總裁JackDangermond提出一種泛在地理知識(shí)概念，認(rèn)為地理知識(shí)是描述地球系統(tǒng)中自然和人文環(huán)境的信息，包括數(shù)據(jù)、模型、制圖表達(dá)、地理工作流及元數(shù)據(jù)等。文獻(xiàn)[9]將地理知識(shí)進(jìn)一步解釋為通過(guò)對(duì)地理科學(xué)領(lǐng)域獨(dú)特的背景、過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行解釋而得到的增值信息和知識(shí)。文獻(xiàn)[10]則認(rèn)為地理知識(shí)是解決包括考古學(xué)、生態(tài)學(xué)等不同科研應(yīng)用領(lǐng)域存在地理問(wèn)題的有用地理信息。文獻(xiàn)[11]-[12]分別從空間認(rèn)知、知識(shí)共享等角度圍繞地理知識(shí)展開(kāi)理論和相關(guān)技術(shù)研究。總體而言，現(xiàn)有地理知識(shí)相關(guān)研究仍處于初步認(rèn)識(shí)階段，理論和實(shí)踐還不夠系統(tǒng)和清晰，且絕大多數(shù)重點(diǎn)關(guān)注傳統(tǒng)GIS處理和分析領(lǐng)域。然而，作為新一代GIS框架方法，虛擬地理環(huán)境與傳統(tǒng)GIS有顯著的區(qū)別，更強(qiáng)調(diào)地理過(guò)程機(jī)理模型的支撐和多感知多交互的虛擬環(huán)境表達(dá)，使VGE的地理知識(shí)有著自身的特點(diǎn)。目前尚無(wú)針對(duì)虛擬地理環(huán)境中地理知識(shí)展開(kāi)相關(guān)的研究。綜上所述，本文首先綜述國(guó)內(nèi)外知識(shí)工程及地理知識(shí)工程研究現(xiàn)狀；然后，提出虛擬地理環(huán)境地理知識(shí)及虛擬地理環(huán)境知識(shí)工程的概念和定義，探討分析VGE地理知識(shí)區(qū)別于通用知識(shí)的典型特點(diǎn)，并給出2種VGE地理知識(shí)的分類方法；最后，探討和闡述未來(lái)VGE知識(shí)工程的研究和建立所需關(guān)注的重點(diǎn)及解決方案。

2國(guó)內(nèi)外研究綜述

2.1知識(shí)工程1977年第五屆國(guó)際人工智能大會(huì)上，美國(guó)斯坦福大學(xué)計(jì)算機(jī)系教授愛(ài)德華•費(fèi)根鮑姆首次提出知識(shí)工程概念，并明確指出實(shí)現(xiàn)智能行為的主要手段在于知識(shí)，且多數(shù)實(shí)際情況下是特定領(lǐng)域的知識(shí)。人工智能領(lǐng)域認(rèn)為，知識(shí)是人們對(duì)于可重復(fù)信息間聯(lián)系的認(rèn)識(shí)，是信息經(jīng)過(guò)加工整理、解釋、挑選和改造而成的。知識(shí)工程是以知識(shí)為研究對(duì)象的新興學(xué)科，通過(guò)抽取具體智能系統(tǒng)中共同研究的基本問(wèn)題作為核心，形成通用方法和理論。現(xiàn)有知識(shí)工程相關(guān)研究可分為以下5類。（1）知識(shí)的管理文獻(xiàn)[15]圍繞知識(shí)的發(fā)現(xiàn)、獲取、共享及應(yīng)用系統(tǒng)地闡述了知識(shí)的管理方法、技術(shù)和問(wèn)題。文獻(xiàn)[16]認(rèn)為傳統(tǒng)基于結(jié)構(gòu)化知識(shí)庫(kù)的方式搜索和訪問(wèn)有限，提出一種新的采用開(kāi)放且低成本基于社交網(wǎng)的知識(shí)管理方式。文獻(xiàn)[17]-[18]進(jìn)一步研究了基于社交挖掘的知識(shí)的獲取與管理。針對(duì)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的知識(shí)，文獻(xiàn)[19]系統(tǒng)地探討了軟件工程知識(shí)的重要性、內(nèi)容體系、管理方式、管理工具及支撐框架。文獻(xiàn)[20]從知識(shí)的規(guī)劃、創(chuàng)建、集成、組織、傳輸、維持以及評(píng)價(jià)等多個(gè)方面，全方位地闡述了知識(shí)管理的過(guò)程和技術(shù)。文獻(xiàn)[21]歸納并探討了符合知識(shí)進(jìn)化內(nèi)在規(guī)律的知識(shí)管理模式。文獻(xiàn)[22]通過(guò)采用用戶參與知識(shí)庫(kù)的組織模式，提高知識(shí)的可見(jiàn)度與利用率。文獻(xiàn)[23]探討了以知識(shí)單元為基礎(chǔ)和以知識(shí)關(guān)聯(lián)為基礎(chǔ)的2種知識(shí)組織方式，提出采用分類主題一體化、元數(shù)據(jù)及專家系統(tǒng)等知識(shí)組織策略。文獻(xiàn)[24]從知識(shí)的形式、結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)3個(gè)角度構(gòu)建了一個(gè)概念管理框架。還有部分研究從管理學(xué)角度分別提出了基于知識(shí)的組織學(xué)習(xí)、產(chǎn)生和傳播等過(guò)程的不同管理模型。（2）知識(shí)的表達(dá)伴隨知識(shí)系統(tǒng)和管理的迅速發(fā)展，知識(shí)表示的研究不僅只是單純地解決如何存儲(chǔ)，而同時(shí)著重關(guān)注如何建模以支持高效的知識(shí)應(yīng)用。文獻(xiàn)[27]將知識(shí)工程方法用于復(fù)雜的醫(yī)療需求表達(dá)，設(shè)計(jì)了一種支持推理的概念圖模型表達(dá)醫(yī)療專業(yè)知識(shí)。文獻(xiàn)針對(duì)地圖綜合中的知識(shí)提出了分類體系及知識(shí)表達(dá)規(guī)則。針對(duì)知識(shí)管理系統(tǒng)的全局視圖和建模工具，典型代表研究有CommonKADS方法。還有部分研究基于本體和語(yǔ)義技術(shù)對(duì)領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行建模，主要有DAML+OIL、OWL、UML等建模語(yǔ)言，以及Protégé知識(shí)建模環(huán)境等建模工具。（3）知識(shí)的共享圍繞知識(shí)傳播與共享，現(xiàn)有研究主要針對(duì)知識(shí)服務(wù)、知識(shí)庫(kù)組織及構(gòu)建相關(guān)理論和技術(shù)展開(kāi)。文獻(xiàn)[31]探討了一種研究模型證明知識(shí)共享的程度與知識(shí)的創(chuàng)新和收益間的正比關(guān)系。文獻(xiàn)[32]針對(duì)高校圖書(shū)館指出學(xué)科知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建應(yīng)包括顯性知識(shí)、館員的隱性知識(shí)及能解決用戶特定問(wèn)題的新的知識(shí)成果。通過(guò)將分散的知識(shí)資源整合封裝為一系列適應(yīng)問(wèn)題需求的Web服務(wù)，可屏蔽平臺(tái)、系統(tǒng)、語(yǔ)言及模型之間的差異，達(dá)到知識(shí)資源的良好共享和重用。文獻(xiàn)[33]從服務(wù)內(nèi)容、服務(wù)對(duì)象和服務(wù)提供者和服務(wù)方式等方面討論了信息Web服務(wù)與知識(shí)Web服務(wù)的區(qū)別。文獻(xiàn)[34]針對(duì)當(dāng)前知識(shí)庫(kù)存在的用戶交互缺乏、共享程度差、個(gè)性化空間缺乏等問(wèn)題探討了知識(shí)Web服務(wù)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。（4）知識(shí)的協(xié)作通過(guò)已有知識(shí)與新的信息或知識(shí)之間的協(xié)作能演化生成新的知識(shí)。文獻(xiàn)[35]認(rèn)為知識(shí)協(xié)作的關(guān)鍵技術(shù)包括復(fù)雜知識(shí)的表示、知識(shí)的獲取與展現(xiàn)、知識(shí)合并與一致性維護(hù)、知識(shí)識(shí)別、查詢與推理等。文獻(xiàn)[36]對(duì)現(xiàn)有知識(shí)流模型進(jìn)行了歸納對(duì)比，提出了一種動(dòng)態(tài)知識(shí)演化流的生命周期模型。文獻(xiàn)[37]-[40]從知識(shí)工作流的角度研究知識(shí)整合與轉(zhuǎn)化方式，涵蓋知識(shí)工作流的建模、表達(dá)、控制及協(xié)作過(guò)程。針對(duì)知識(shí)協(xié)作過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題，文獻(xiàn)[41]提出了一定通用性的知識(shí)融合框架層次模型，對(duì)其中數(shù)據(jù)及知識(shí)對(duì)象進(jìn)行了形式化定義，并為協(xié)作過(guò)程建立了系統(tǒng)評(píng)估和參數(shù)校正的自適應(yīng)機(jī)制。（5）基于知識(shí)的平臺(tái)及應(yīng)用KIM（KnowledgeandInformationManagementPlatform）是一個(gè)以語(yǔ)義網(wǎng)為模型的知識(shí)基礎(chǔ)設(shè)施，包含數(shù)十萬(wàn)個(gè)概念和關(guān)系的信息，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的文檔語(yǔ)義標(biāo)注、索引和檢索[42]。文獻(xiàn)[43]以知識(shí)為核心設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急救援的決策支持系統(tǒng)。Ge-neOntology基因本體庫(kù)是以語(yǔ)義模型為基礎(chǔ)的生物基因知識(shí)庫(kù)，能提供RDF、OWL及數(shù)據(jù)庫(kù)表等多種形式的知識(shí)[44]。文獻(xiàn)[45]將智能對(duì)象模型、語(yǔ)義網(wǎng)與中醫(yī)學(xué)概念相結(jié)合研究，提出了基于智能對(duì)象網(wǎng)絡(luò)模型的三維可視化中醫(yī)知識(shí)庫(kù)。文獻(xiàn)[46]提出了一種知識(shí)工程管理平臺(tái)，支持知識(shí)的編碼和個(gè)性化。文獻(xiàn)[47]綜述了大量知識(shí)工程研究，尤其針對(duì)傳統(tǒng)知識(shí)工程和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)知識(shí)工程的相似性和區(qū)別。

2.2地理知識(shí)工程依據(jù)研究視角的不同，不同學(xué)者和組織機(jī)構(gòu)對(duì)地理知識(shí)的認(rèn)識(shí)也有所不同。ESRI從地理分析角度提出地理知識(shí)是收集到的描述地球上自然和人類環(huán)境的地理信息。文獻(xiàn)[1]從幾何空間的角度強(qiáng)調(diào)地理知識(shí)是基于數(shù)學(xué)規(guī)則和圖論的。Armstrong從地圖綜合角度提出地理知識(shí)包括幾何圖形知識(shí)、語(yǔ)義知識(shí)、過(guò)程知識(shí)和不同學(xué)科專家知識(shí)。文獻(xiàn)[9]從空間服務(wù)角度定義地理知識(shí)是通過(guò)解釋地理科學(xué)領(lǐng)域獨(dú)特的背景、過(guò)程和結(jié)果進(jìn)而得到的增值信息和知識(shí)。文獻(xiàn)[10]則認(rèn)為地理知識(shí)是解決考古學(xué)、生態(tài)學(xué)等不同科研領(lǐng)域中存在地理問(wèn)題的綜合地理信息。地理知識(shí)工程可理解為知識(shí)工程與地理信息科學(xué)結(jié)合的交叉學(xué)科，它可為解決復(fù)雜地理科學(xué)問(wèn)題提供知識(shí)支持，并為構(gòu)建智能GIS系統(tǒng)提供技術(shù)支撐。RobertLaurini指出傳統(tǒng)知識(shí)工程不能表達(dá)地理知識(shí)中的數(shù)學(xué)內(nèi)涵，并提出了一個(gè)地理知識(shí)工程概念框架，通過(guò)制定一系列約束規(guī)則來(lái)統(tǒng)一管理地理知識(shí)，該研究重點(diǎn)關(guān)注地理幾何對(duì)象知識(shí)的管理。文獻(xiàn)[11]從空間認(rèn)知角度提出了地理知識(shí)的分類。文獻(xiàn)[9]、[12]從知識(shí)共享角度探討了地理空間知識(shí)服務(wù)的概念、特征和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。部分研究從衛(wèi)星傳感和衛(wèi)星影像角度研究地理知識(shí)及其屬性的獲取。文獻(xiàn)[51]-[53]從空間數(shù)據(jù)挖掘的角度研究地理知識(shí)的發(fā)現(xiàn)和提取方法。文獻(xiàn)[54]-采用本體論研究地理知識(shí)的表達(dá)。文獻(xiàn)[56]利用XML定義了地理知識(shí)的表達(dá)規(guī)范。文獻(xiàn)[57]從地理知識(shí)的思維、推理及使用探討了地理知識(shí)的本質(zhì)。文獻(xiàn)[58]構(gòu)建了一套系統(tǒng)的地理知識(shí)概念集合。文獻(xiàn)[59]以歐洲的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為實(shí)例研究基于社交網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)地理知識(shí)。文獻(xiàn)[60]探討了GIS科學(xué)中地理知識(shí)的不確定性。文獻(xiàn)[61]提出將數(shù)字地球重新定義為地理知識(shí)引擎，將語(yǔ)義互操作認(rèn)定為核心技術(shù)。為了能方便空間信息模型知識(shí)的構(gòu)建，文獻(xiàn)[62]設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了空間信息服務(wù)鏈模型知識(shí)工具GeoChaining。文獻(xiàn)[63]實(shí)現(xiàn)了一個(gè)地理模型知識(shí)的共享平臺(tái)GeoSquare。文獻(xiàn)[64]簡(jiǎn)化和擴(kuò)展了原有知識(shí)體（BodyofKnowledge，BoK）的層次結(jié)構(gòu)，清晰描述了概念之間的關(guān)系，并提出了一個(gè)地理信息科學(xué)技術(shù)知識(shí)體（GIS&TBoK）工程的計(jì)算框架。個(gè)別學(xué)者針對(duì)支持多智能體的地理過(guò)程模擬提出了一個(gè)IVGE（InformedVirtualGeo-graphicEnvironments）模型的擴(kuò)展方法。綜上所述，迄今為止，國(guó)內(nèi)外地理知識(shí)工程研究有限，僅有極個(gè)別研究基于虛擬地理環(huán)境展開(kāi)，整體研究仍然處于起步階段。作為新一代地理信息科學(xué)方法和技術(shù)框架，虛擬地理環(huán)境具有典型的多領(lǐng)域、多協(xié)同、多交互、多模型及多感知特點(diǎn)，亟需系統(tǒng)而深入地研究VGE地理知識(shí)工程的特點(diǎn)、機(jī)理及關(guān)鍵技術(shù)，以促進(jìn)虛擬地理環(huán)境中的地理知識(shí)的快速生成和轉(zhuǎn)換，緩解地理科學(xué)領(lǐng)域“數(shù)據(jù)豐富但知識(shí)貧乏”現(xiàn)象。

3VGE地理知識(shí)及VGE知識(shí)工程

3.1概念和定義與傳統(tǒng)GIS空間分析相比，虛擬地理環(huán)境更注重通過(guò)多源數(shù)據(jù)整合、共享、集成與信息挖掘，借助地理分析模型與多感知表達(dá)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地理問(wèn)題分析、地理規(guī)律提煉、地理現(xiàn)象模擬與預(yù)測(cè)等[4]。通過(guò)多用戶的分布式協(xié)同交互，VGE可實(shí)現(xiàn)不同領(lǐng)域和不同形態(tài)的專業(yè)知識(shí)的融合，從而達(dá)到地理知識(shí)的創(chuàng)新，這不僅改變了傳統(tǒng)的地理知識(shí)獲取、表達(dá)和更新方式，也促進(jìn)了多學(xué)科思維的碰撞，有利于產(chǎn)生新的知識(shí)。VGE地理知識(shí)指借助虛擬地理環(huán)境解決特定地理科學(xué)問(wèn)題、解釋某類地理現(xiàn)象過(guò)程或提取一定地理規(guī)律相關(guān)的抽象可重復(fù)的地理相關(guān)信息，包括專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、干預(yù)規(guī)則、模擬過(guò)程，以及計(jì)算增值結(jié)果等。基于VGE的地理知識(shí)可直接來(lái)源于書(shū)本知識(shí)或某領(lǐng)域?qū)＜议L(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，既可以是通過(guò)VGE輔助協(xié)同獲得的多學(xué)科交叉的增值知識(shí)，也可以是模擬地球自然機(jī)理過(guò)程的推導(dǎo)模型知識(shí)。這些地理知識(shí)既可單個(gè)應(yīng)用于某個(gè)具體自然現(xiàn)象的場(chǎng)景模擬，也可通過(guò)多種知識(shí)在VGE環(huán)境中的融合演化來(lái)解釋或回答某類地球科學(xué)問(wèn)題。VGE知識(shí)工程指實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)的智能虛擬地理環(huán)境系統(tǒng)所必須的一套支撐理論、方法和技術(shù)體系。

3.2VGE地理知識(shí)的特點(diǎn)虛擬地理環(huán)境可利用定量分析、數(shù)值模擬及交互協(xié)同等方法實(shí)現(xiàn)多專家用戶的地理問(wèn)題協(xié)作建模，模擬時(shí)空分布的自然地理過(guò)程，以及對(duì)地理環(huán)境變化進(jìn)行再現(xiàn)和預(yù)測(cè)[5,66-68]。其中，在整個(gè)虛擬地理環(huán)境的過(guò)程和場(chǎng)景中，地理知識(shí)以不同形式呈現(xiàn)和介入，以特定任務(wù)為導(dǎo)向，逐步融合演化并最終解釋或回答科學(xué)問(wèn)題。地理知識(shí)是知識(shí)在地理信息科學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)涵延伸，具備通用知識(shí)的抽象性、可重復(fù)及可再生等特點(diǎn)。同時(shí)，VGE地理知識(shí)還具備以下典型特點(diǎn)：（1）機(jī)理過(guò)程相關(guān)性基于VGE地理知識(shí)的主要用途是參與地理現(xiàn)象、時(shí)空模式及環(huán)境變化的模擬與預(yù)測(cè)，其主要內(nèi)容是圍繞自然或人文地理環(huán)境相關(guān)的機(jī)理過(guò)程，如氣候變化演變規(guī)律知識(shí)。而傳統(tǒng)GIS分析地理知識(shí)主要用于各種地理數(shù)據(jù)的常規(guī)分析計(jì)算，該計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，較少推理過(guò)程，地理知識(shí)內(nèi)容主要是圍繞計(jì)算結(jié)果的解釋。（2）時(shí)間跨度相關(guān)性時(shí)間相關(guān)性指VGE地理知識(shí)往往與時(shí)間范圍尺度緊密相關(guān)。例如，研究政策活動(dòng)對(duì)區(qū)域土地、人文、經(jīng)濟(jì)等的影響，需通過(guò)連續(xù)時(shí)間區(qū)間的相關(guān)數(shù)據(jù)參與演化過(guò)程模型知識(shí)的推導(dǎo)，該數(shù)據(jù)時(shí)間跨度的長(zhǎng)短直接影響演化過(guò)程模型知識(shí)的精確性。同時(shí)，不同時(shí)間跨度區(qū)間的演化過(guò)程知識(shí)也會(huì)不一樣。（3）空間跨度相關(guān)性空間相關(guān)性指VGE地理知識(shí)往往與空間范圍尺度緊密相關(guān)。虛擬地理環(huán)境常用于研究具有一定空間范圍的生態(tài)、地理或人文現(xiàn)象，解決這些不同科學(xué)問(wèn)題相對(duì)應(yīng)的地理知識(shí)也是不同空間跨度。例如，研究全球氣候變化與研究區(qū)域氣候變化所需的地理知識(shí)的跨度明顯不同。全球變化氣候變化相關(guān)地理知識(shí)不一定適用于區(qū)域氣候變化，反之亦然。（4）多學(xué)科相關(guān)性復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題往往需要多個(gè)領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)的協(xié)同解決[61]。VGE應(yīng)用研究通常是復(fù)雜的地理過(guò)程相關(guān)問(wèn)題，單一學(xué)科知識(shí)往往難以解決，需要多學(xué)科專業(yè)知識(shí)融合演化以產(chǎn)生新的針對(duì)該類科學(xué)問(wèn)題的地理知識(shí)。不同地理現(xiàn)象或過(guò)程的研究需各種不同學(xué)科知識(shí)的參與和融合。（5）抽象層次相關(guān)性抽象層次相關(guān)性指VGE地理知識(shí)會(huì)伴隨知識(shí)抽象程度的不同而適應(yīng)不同類型范圍的地理科學(xué)問(wèn)題。抽象程度較高的地理知識(shí)通用性更好，能在多種地理場(chǎng)景間進(jìn)行知識(shí)遷移。抽象程度較低的地理知識(shí)通用性較差，能解決的地理科學(xué)問(wèn)題類型和領(lǐng)域有限。（6）多因素相關(guān)性多因素相關(guān)性指VGE地理知識(shí)通常涉及多種約束條件。地理現(xiàn)象、生態(tài)過(guò)程、自然人文相關(guān)地理科學(xué)問(wèn)題的復(fù)雜性決定了VGE地理知識(shí)的復(fù)雜性，除了時(shí)空約束條件，解決特定地理科學(xué)問(wèn)題往往需其他上下文約束，例如，歷史背景、經(jīng)濟(jì)指數(shù)、地理情景、語(yǔ)義情景等。在同一時(shí)空上下文約束下，同一問(wèn)題相關(guān)的VGE地理知識(shí)會(huì)伴隨因素條件的不同而不同。（7）不確定性VGE地理知識(shí)的不確定性包括模糊性、不可預(yù)知性和不明確性。這種不確定性決定于地理知識(shí)的內(nèi)在不穩(wěn)定本質(zhì)，以及問(wèn)題機(jī)理過(guò)程的復(fù)雜性和因素多變性。

3.3VGE地理知識(shí)的分類VGE地理知識(shí)有如下2種分類方式。（1）依據(jù)存在形式分類根據(jù)地理知識(shí)的存在形式可分為顯性地理知識(shí)和隱形地理知識(shí)。顯性VGE地理知識(shí)指可采用書(shū)面文字、圖表、數(shù)學(xué)公式、結(jié)構(gòu)化文檔、算法程序等載體加以表達(dá)和描述的客觀地理知識(shí)，如自然語(yǔ)言描述的氣候變化規(guī)律、地理演化過(guò)程推導(dǎo)公式等。顯性VGE地理知識(shí)是利用符號(hào)系統(tǒng)加以完整表述的知識(shí)，易于保存和在不同用戶之間傳播和共享。隱性VGE地理知識(shí)指尚未被表述的地理知識(shí)，即未實(shí)現(xiàn)地理知識(shí)的形式化。隱形VGE地理知識(shí)是專業(yè)領(lǐng)域研究人員通過(guò)學(xué)習(xí)和實(shí)踐過(guò)程產(chǎn)生并擁有的主觀地理知識(shí)，往往參與指導(dǎo)專業(yè)相關(guān)研究的進(jìn)行，但隱形知識(shí)難以表達(dá)、傳播及共享，主要指經(jīng)驗(yàn)知識(shí)。同一專業(yè)領(lǐng)域不同研究人員擁有不同的隱形地理知識(shí)，可能相類似或不一致，以主觀認(rèn)知為載體。通過(guò)虛擬地理環(huán)境的多維感知和協(xié)同交互等方式，內(nèi)在隱形地理知識(shí)也可結(jié)合顯性地理知識(shí)轉(zhuǎn)化和生成能夠解決特定地理科學(xué)問(wèn)題的新的知識(shí)成果。（2）依據(jù)演化階段分類虛擬地理環(huán)境中地理知識(shí)會(huì)按照一定的演化過(guò)程進(jìn)行知識(shí)的融合創(chuàng)新過(guò)程。根據(jù)地理知識(shí)所在的演化過(guò)程階段的不同，VGE地理知識(shí)可分為陳述型、推導(dǎo)型和結(jié)論型。陳述型VGE地理知識(shí)：地理知識(shí)以客觀事實(shí)、聲明或規(guī)則等形式直接參與地學(xué)問(wèn)題的計(jì)算過(guò)程，主要包括輸入知識(shí)、專家經(jīng)驗(yàn)、干預(yù)規(guī)則等。推導(dǎo)型VGE地理知識(shí)：地理知識(shí)演化推導(dǎo)的主要過(guò)程知識(shí)，該類知識(shí)可通過(guò)陳述型地理知識(shí)的融入而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的更新，主要包括面向特定地球科學(xué)問(wèn)題的計(jì)算過(guò)程模型，如氣候變化模擬模型、土地利用變化模型等。該類知識(shí)一旦形成，其穩(wěn)定性和重用性較好，是驅(qū)動(dòng)VGE地理知識(shí)創(chuàng)新的主導(dǎo)力量。結(jié)論型VGE地理知識(shí)：地理知識(shí)經(jīng)過(guò)演化推導(dǎo)過(guò)程后的最終結(jié)論，用于解釋具體地理現(xiàn)象、回答特定地球科學(xué)問(wèn)題或指導(dǎo)行為決策，如碳排放量對(duì)全球氣候變暖的影響閾值，降雨量與某城市下水管道設(shè)計(jì)之間的定性或定量關(guān)系等。在面向不同任務(wù)的知識(shí)演化過(guò)程中，VGE地理知識(shí)所處階段可能不相同。其中，陳述型知識(shí)和結(jié)論性知識(shí)通常可互換位置，但推導(dǎo)型地理知識(shí)因其知識(shí)創(chuàng)新的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)本質(zhì)而相對(duì)穩(wěn)定。

4VGE地理知識(shí)工程的關(guān)鍵問(wèn)題

VGE地理知識(shí)工程應(yīng)為實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)的智能虛擬地理環(huán)境系統(tǒng)提供必須的支撐理論、方法和技術(shù)體系。本文認(rèn)為構(gòu)建VGE地理知識(shí)工程需重點(diǎn)研究解決以下關(guān)鍵問(wèn)題：（1）VGE知識(shí)的表達(dá)與建模虛擬地理環(huán)境對(duì)VGE知識(shí)表達(dá)的研究不再只是單純的地理知識(shí)在計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)和表示問(wèn)題，而是更加關(guān)注如何依據(jù)問(wèn)題需求快速正確地檢索、匹配、獲取和使用地理知識(shí)。VGE知識(shí)的表達(dá)需了解表達(dá)語(yǔ)言及規(guī)范問(wèn)題。VGE地理知識(shí)的建模需面向特定地理科學(xué)問(wèn)題關(guān)注其中地理情景、時(shí)空情景、用戶背景及多領(lǐng)域知識(shí)的表達(dá)與協(xié)同等。通過(guò)面向特定地理問(wèn)題場(chǎng)景建立的VGE地理知識(shí)概念模型可用來(lái)解決一類特定上下文情景的地理科學(xué)問(wèn)題。同時(shí)，VGE地理知識(shí)內(nèi)在的復(fù)雜性本質(zhì)決定了建模知識(shí)的難度，還需輔助知識(shí)建模的工具或平臺(tái)，降低知識(shí)構(gòu)造的復(fù)雜度。另外，如何表達(dá)和使用非形式化的專家知識(shí)（即對(duì)隱性VGE知識(shí)的建模）是當(dāng)前知識(shí)建模研究的挑戰(zhàn)問(wèn)題。（2）VGE知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建和管理通過(guò)構(gòu)建VGE地理知識(shí)庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)地理知識(shí)的快速檢索、獲取、組織、整合、推理和共享等。VGE地理知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建需首要設(shè)計(jì)元知識(shí)模式，元知識(shí)是描述VGE地理知識(shí)的元信息，元知識(shí)模式的設(shè)計(jì)直接影響地理知識(shí)庫(kù)的存儲(chǔ)、檢索、推理和組織。VGE地理知識(shí)通常涉及多學(xué)科領(lǐng)域，如何采用統(tǒng)一的元知識(shí)模式描述不同學(xué)科領(lǐng)域相關(guān)知識(shí)是后續(xù)知識(shí)檢索及推理研究的基礎(chǔ)。虛擬地理環(huán)境中的推導(dǎo)型過(guò)程模型知識(shí)往往是多源、多尺度、異構(gòu)知識(shí)的整合協(xié)同，如何統(tǒng)一描述、存儲(chǔ)和管理是難點(diǎn)，需研究面向地理分析與模擬過(guò)程的通用VGE地理知識(shí)模型。VGE地理知識(shí)的檢索是在構(gòu)建元知識(shí)及本體關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)語(yǔ)法、語(yǔ)義、語(yǔ)境的匹配，實(shí)現(xiàn)面向地理過(guò)程問(wèn)題求解的智能化查詢方式。該檢索需涉及本體庫(kù)建立、語(yǔ)義自動(dòng)提取和標(biāo)注、語(yǔ)義匹配、語(yǔ)義推理等。VGE知識(shí)庫(kù)是實(shí)現(xiàn)智能化虛擬地理環(huán)境系統(tǒng)的核心，知識(shí)庫(kù)的建立和管理直接影響了虛擬地理環(huán)境的智能化程度。（3）VGE知識(shí)的可視化方法體系不同專業(yè)領(lǐng)域、不同時(shí)空跨度、不同地理情景、不同抽象層次的VGE地理知識(shí)需采用不同的可視化表達(dá)方式，如全球氣候變化模式的模擬需要長(zhǎng)達(dá)百年的氣候數(shù)據(jù)基于時(shí)空維度的三維動(dòng)態(tài)可視化，而洪水災(zāi)難預(yù)警決策支持則需超過(guò)報(bào)警閾值點(diǎn)的地理位置分布專題圖。同時(shí)，不同知識(shí)背景和認(rèn)知習(xí)慣的用戶群體，所需的VGE地理知識(shí)、詳細(xì)程度和優(yōu)先順序也不相同，即專家用戶、普通用戶和決策者對(duì)待同一地理現(xiàn)象問(wèn)題的需求關(guān)注不相同。需針對(duì)VGE地理知識(shí)建立符合不同知識(shí)需求解決不同類型問(wèn)題的知識(shí)可視化表達(dá)技術(shù)體系。另外，VGE地理知識(shí)的多因素相關(guān)性也對(duì)虛擬地理環(huán)境的可視化提出了需求，如何實(shí)現(xiàn)知識(shí)的多維可視化是虛擬地理環(huán)境可視化方法的挑戰(zhàn)。（4）VGE知識(shí)的協(xié)同機(jī)制虛擬地理環(huán)境的問(wèn)題求解過(guò)程通常是多學(xué)科專業(yè)知識(shí)融合、演化及協(xié)同的過(guò)程。不同地理現(xiàn)象或過(guò)程的研究需各種不同學(xué)科知識(shí)的參與和融合。不同領(lǐng)域?qū)＜业碾[形地理知識(shí)和客觀存在的顯性地理知識(shí)都會(huì)加入虛擬地理環(huán)境的問(wèn)題求解過(guò)程。如何讓不同來(lái)源、不同形式、不同專業(yè)、不同類型的VGE地理知識(shí)協(xié)調(diào)有序地融合創(chuàng)新是提高地理知識(shí)重用性的關(guān)鍵。同時(shí)，虛擬地理環(huán)境技術(shù)在地理模型的異構(gòu)性和專業(yè)性、數(shù)據(jù)模型的領(lǐng)域局限性和不兼容性、設(shè)備依賴性和分布式實(shí)時(shí)交互性等方面的問(wèn)題也會(huì)直接影響VGE地理知識(shí)的協(xié)同。VGE地理知識(shí)的協(xié)同機(jī)制研究是智能化虛擬地理環(huán)境平臺(tái)的主要支撐技術(shù)。

5結(jié)論

作為新一代GIS框架方法，虛擬地理環(huán)境實(shí)現(xiàn)了地理過(guò)程和環(huán)境的多維動(dòng)態(tài)模擬分析與表達(dá)，改變了傳統(tǒng)的地理科學(xué)知識(shí)的表達(dá)與獲取方式。利用虛擬地理環(huán)境實(shí)現(xiàn)地理知識(shí)快速獲取和融合是緩解當(dāng)前“數(shù)據(jù)豐富但知識(shí)貧乏”現(xiàn)象的可行方法之一。目前，地理知識(shí)工程的相關(guān)研究仍處于初步認(rèn)識(shí)階段，理論和實(shí)踐還不夠系統(tǒng)和清晰，且絕大多數(shù)重點(diǎn)關(guān)注傳統(tǒng)GIS處理和分析領(lǐng)域。然而，虛擬地理環(huán)境與傳統(tǒng)GIS有顯著的區(qū)別，其更強(qiáng)調(diào)地理過(guò)程機(jī)理模型的支撐和多感知多交互的虛擬環(huán)境表達(dá)，這使得VGE的地理知識(shí)有自身的特點(diǎn)。目前尚無(wú)針對(duì)虛擬地理環(huán)境中地理知識(shí)展開(kāi)相關(guān)研究。本文綜述了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有知識(shí)工程及地理知識(shí)工程研究現(xiàn)狀，并提出基于VGE的地理知識(shí)概念，認(rèn)為基于VGE的地理知識(shí)工程是構(gòu)建基于知識(shí)的智能虛擬地理環(huán)境系統(tǒng)所需的一套支撐理論、方法和技術(shù)體系。VGE地理知識(shí)除具備通用知識(shí)的抽象性、可重復(fù)及可再生等特點(diǎn)外，還具備機(jī)理過(guò)程相關(guān)性、時(shí)間跨度相關(guān)性、空間跨度相關(guān)性、多學(xué)科相關(guān)性、抽象層次相關(guān)性、多因素相關(guān)性及不確定性等典型特點(diǎn)。針對(duì)未來(lái)VGE知識(shí)工程的研究和建立，本文探討和闡述了4個(gè)亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題，包括VGE知識(shí)的表達(dá)與建模、VGE知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建和管理、VGE知識(shí)的可視化方法體系及知識(shí)協(xié)同機(jī)制。

作者：林琿 游蘭 單位：香港中文大學(xué)太空與地球信息科學(xué)研究所 湖北大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 香港中文大學(xué)地理與資源管理學(xué)系 香港中文大學(xué)深圳研究院