前 言
人们在日常生活中所接触到的信息约有70%是地理信息，即在某个空间框架中对象的位置信息。地理信息是人类对于现实世界认识的重要组成部分，伴随着人类对客观世界改造的全过程。地理信息应用模式的变革发展与人类文明的进步密切相关，在信息时代之前，地图成为地理信息传输的主要载体，因此被称为是除了人类所共有的文字语言和音乐语言以外供人类信息交流的第三语言(Taylor，1993)。在相当长的时期内，地图是人们描绘地球表面有形或无形空间现象的唯一手段，几千年来为人们提供了地理信息的外部表达方式(Mark，1999)。伴随着计算机的发明，人类的计算能力得到了极大的提升，从此信息时代全面到来，古老的地图学与信息科学相结合，诞生了地理信息系统(Geographic Information System，GIS)技术，开拓了一种全新的地理信息应用模式。
计算技术的发展需要与之相适应的计算模式(徐光祐等，2003)，反而言之，计算模式的变革可以指导计算技术的快速发展，这其中也包括了地理信息的应用模式。计算模式主要经历了三次重大的变革：主机计算模式(Mainframe Computing)、桌面计算模式(Desktop Computing)和普适计算模式(Pervasive/Ubiquitous Computing)。在主机计算模式阶段，计算机仅仅是一种科学研究的工具，而对于地理信息科学领域，研究人员大多利用计算机进行算法处理或数据作业等，计算机的功能也仅限于地理数据与信息的辅助处理手段，并不能作为一种信息传输的载体。而到了桌面计算模式阶段，伴随着网络技术、三维可视化技术、嵌入式技术等的发展，出现了以WebGIS、三维GIS以及移动GIS等为代表的多种新兴地理信息技术，人们通过与计算机的交互，就可以方便地获取各种不同形式的地理信息，这些形式包括了传统的地图、虚拟现实、语音导航以及文字提示等。而GIS也逐步由信息技术发展到地图代数与空间技术的信息科学(Geographic Information Science)。
科学探索最终的落脚点是认识并掌握客观世界中各种事物的内在本质、规律以及正确利用这些规律的方法，满足人类生存生活的各种需要。桌面计算模式虽然极大地改善了人机交互环境，但它仍然是一种以计算机为中心的计算模式，随着计算机能力的不断提高和各种嵌入式设备的发展，人们越来越希望从复杂的人机交互环境中抽离，人们不需要关注计算过程，而是把注意力回归到任务本身。普适计算是一种全新计算模式，其实质是将通信和计算机构成的信息空间与人们生活和工作的物理空间融为一体，支持用户“随时随地”并“透明”地获得符合其个性化需求的信息服务。普适计算的核心是上下文计算，正如人们在其他人或周围环境进行交互时，通常会无意识地利用到诸如手势、情境、环境状况等隐含的环境状态来增加交谈的信息量一样，在人机交互过程中，也充斥着大量的隐含信息(V.Akman，1997)。笼统地说，这些显示或隐式包含在物理空间和信息空间中的各类信息都可以称为上下文。
地理信息服务为网络环境下的一组与地理信息相关的软件功能实体，通过接口暴露封闭的功能，成为继组件以后的一种新型软件实体(ISO19119，2002)。地理信息服务的出现有效地解决了地理信息领域数据共享与互操作等难题，提供了一个开放式的地理信息传输和应用环境，许多之前鉴于数据安全不能直接提供的地理数据可以通过服务封装的方式打包提供。
伴随着信息获取及处理技术的飞速发展，特别是传感器网络和移动互联技术的快速普及，越来越多的社会信息被记录下来，人们逐步进入大数据时代，大数据时代的主要特征是数据极大丰富、计算能力显著增强、人们更加渴望从各类数据中智能化地获取个性化的定制信息，网络上出现了越来越多的信息服务，用于满足各类用户的不同需求。网络上越来越多的地理信息服务给人们使用地理信息带来了更大的便利，但同时也带来了一些不便。首先，现有的地理信息服务大多是为了特定应用目的而设计，功能比较单一，服务的粒度也存在极大差别。其次，在实际的生产和生活中，人们对于地理信息的需求趋于复杂化、多样化，仅靠单个地理信息服务难以满足用户实际的需求，需要将多个地理信息服务灵活地组合起来，形成新的服务，即地理信息服务组合。
普适环境下的地理信息服务匹配与发现技术正是在这样大的背景下展开的，出发点主要有：
(1)将普适思想引入地理信息科学领域，探索一种全新的有关地理信息应用的人机交互模式，研究普适计算在地球空间信息领域的应用，既是开创性的研究课题，又具有重要的现实意义(边馥苓等，2006)；
(2)不同于信息科学其他学科领域，地理信息科学具有自身的特点，例如不确定性、海量数据等，在空间上下文的建模与推理等感知计算方面都需要寻找一种适合学科特点的方法；
(3)根据地理信息的语义结构，研究地理信息服务的语义描述、语义相似性计算以及服务的匹配与发现框架，为地理信息服务组合研究提供基础。
本书主要包括以下主要内容：(https://www.daowen.com)
(1)概述了相关的技术背景，包括普适计算、SOA、Web服务等技术，认为将普适思想引入地理信息科学领域，具有很高的理论和应用价值。
(2)定义了广义上空间上下文的概念，并且系统地总结和分析了地理信息服务应用涉及的空间上下文及它们之间的层次关系，回顾了上下文感知计算的概念及典型的相关研究；在简单介绍上下文建模方法的基础上，使用OWL本体建模语言基于地理信息本体结构提出了空间上下文信息层次化模型、空间上下文感知计算模型。该模型与地理信息服务具备统一的语义基础，并为空间上下文推理提供了形式化语义基础。
(3)贝叶斯网络有机地结合了概率论和图论，是有效的智能化不确定性推理方法，并且可以在不完备数据的条件下灵活训练网络结构和参数学习。但是，任意的贝叶斯网络的学习与推理均是NP完全问题，只能通过近似算法提高其效率。本书基于对联结树JT推理算法的改进，结合空间上下文的特点提出了部分联结树算法PJT，实例证明，在保证推理精确度的前提下很大程度地提高了计算的效率。
(4)回顾了ISO、OGC组织分别提出的地理信息服务的体系结构，包括它们所遵循的规范、体系结构特点，并采用OGC的地理信息服务框架OWS。针对地理信息服务粒度这一没有引起足够关注的问题，本书初步分析了地理信息服务的定义、度量标准。目前已有的地理信息服务并不具备上下文敏感性的能力，构建全新的普适地理信息服务还需要不断地积累，本书提出了一种基于事件订阅机制的地理信息服务构建方法，在对现有地理信息服务无干扰的前提下，使得它们具备了普适能力。
(5)提出了基于上下文感知的地理信息服务匹配与发现框架，包含了空间上下文管理与服务匹配引擎两个关键模块以及多级服务匹配与发现策略，该策略包括了基本描述匹配、功能匹配、约束条件匹配和空间上下文匹配四级，其中功能匹配基于本书提出的适合地理信息的语义相似性算法。
(6)构建了一个试验的原型平台，包括了空间上下文的获取、领域知识表达与描述、空间上下文的贝叶斯网络推理、上下文感知的地理信息服务构建以及多级地理信息服务匹配引擎五个核心模块，验证了框架以及主要算法的可行性。
由于编写时间和作者水平之限，全书难免存在缺点甚至错误，敬请读者批评指正。
作 者
2017年1月
