论文将本体论思想与方法论和语言语义学观点引入到地理信息科学领域,阐述了地理本体的特征与含义以及本体在地理信息科学领域的作用和意义;分析了语言表述语义的机制,以及语言与本体的关系。重点讨论了基于本体的地理信息语义转换理论问题,提出语言分析与本体构建相结合实现地理信息不同描述语言形式之间的语义转换,并给出了语义转换模型;对地理领域本体层次进行了分析,给出了领域本体构建的原则与方法,并对领域本体操作包括本体裁剪、语义相似度计算等进行了全面分析,为语义转换提供了基础;应用MDA的元建模框架与机制,进行了GIS数据本体元建模和元建模下的GIS数据转换实验,探索了结构性语言描述下的地理信息语义转换;使用本体标注与自然语言处理技术实现从自然语言描述中提取地理知识,完成了非结构性空间信息描述向结构化地理本体的转换实验。论文的具体贡献包括:1.深入探讨了语言的语义表达机制;比较了语言与本体的相互关系,指出了语言语义与本体论方法的结合点;分析了地理本体的不同描述语言之间的关系,为使用本体论技术实现地理信息转换提供了理论基础。2.提出了基于本体论的地理信息语义转换模型。对地理信息的特点进行了分析,并比较了地理信息描述的典型语言,探索基于本体的地理信息描述方法,给出了构建地理信息领域本体的原则与步骤;利用叙词表、地形图、地理信息分类词表等资源和本体裁剪等方法进行了地理信息领域本体的创建;提出从分析地理信息描述语言着手,分解语言的形式与语义,并利用高阶-低阶模型理论,建立了基于本体的地理信息语义转换模型;讨论了基于此模型的转换流程和转换模式。3.进行了基于本体元建模的GIS数据转换实验。论文对软件工程中的建模和元建模技术与本体技术进行了比较,将本体抽象层次与元模型层次对应起来,提出利用本体元建模的方法进行GIS数据的转换。利用元建模技术架构MDA和UML扩展机制,分析、创建了GIS数据元模型,并利用元模型进行了GIS数据建模。依据提出的基于本体的地理信息语义转换模型,制订了本体元建模技术下的GIS数据转换流程,进行了GIS数据转换的相关实验。4.建立了本体相似度计算实验平台。通过对当前的语义相似度算法以及本体映射原型系统的分析,指出对不同的任务应使用不同的算法或算法组合;设计并实现了地理信息语义相似度计算的实验系统,作为算法分析和评估的平台;实现了MDSM算法、基于HowNet词典语义距离的算法以及改动的SF算法等语义相似度算法;在实验平台中,选用案例测试了几种算法的性能,并评估了本体裁剪对相似度计算的影响。5.研究了非结构化空间信息的处理问题。从非结构化的空间描述中获取地理认知,和将形式化的地理知识转换为习惯的自然语言形式,这是地理信息转换的重要模式。论文分析了现有的自然语言处理和知识抽取方法,以及这些方法在地理信息领域中的应用现状,提出采用本体标注与自然语言处理相结合的技术途径,来实现从自然语言形式的地理信息描述中提取地理知识,从而完成非结构化的地理信息描述向结构化的地理本体的转换。论文设计了支持多本体语义标注的系统,对从HowNet中提取形式化地理本体进行了阐述;对利用领域本体改进分词结果,应用概念复合生成短语结构,以及领域句法模式规则描述等关键技术进行了分析,并在实验系统中对相关算法与规则进行了检验。