2. 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室, 江苏 南京 210023;
3. 江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点, 江苏 南京 210023;
4. 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心, 江苏 南京 210023
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
随着GIS在地质中的应用，地质GIS数据模型在几何描述与表达方面日趋完善，主要包括：基于几何形态特征模型[1]、基于几何对象特征模型[2-3]、基于几何形态和对象特征模型[4]。尽管这些数据模型能够很好地描述地质构造现象的几何特征，但不能很好地描述地质构造现象的语义及各地质构造现象之间的复杂关系，从而导致地质构造现象描述过程中GIS语义表达较弱的问题，难以运用GIS几何手段准确表达由地质语义概念和地质构造关系描述的地质构造现象。
随着语义研究的不断深入[5-12]，GIS语义数据模型不断发展。为了有效地实现地质语义的空间数据建模，地质语义数据模型应运而生。目前大多数地质语义数据模型发展于地质本体[13-14]、地质语义共享[15]、地质语料库[16]、地质语义标注元模型[17]等。这些地质语义模型在本体的地质规则表达和地质资料的语义共享方面取得了一定的进展，但是对于在语义数据模型中以GIS方法来区分地质时空关系、建立地质语义和几何映射这些方面的研究需要深化，地质语义与几何特征、拓扑特征和属性特征的映射机制仍有待进一步探索。几何与语义统一的区域地质构造数据模型目标在于实现地质构造语义与GIS几何模型在时空地转换和映射；实现GIS中点、线、面等几何描述向地质对象转换。
GIS的本质是描述地理现象中语义、空间位置、几何形态、演化过程、要素关系、属性的一门信息科学。几何与语义统一的GIS数据模型将地质学家描述的地质语义与GIS之间架起一座桥梁，消除地质构造语义与几何、数学、计算机在时空转换、映射上的缺位，为地质构造现象的GIS描述提供新的思路与方法，对提升GIS几何要素的语义表达与建模能力具有重要意义。
1 区域地质构造GIS数据模型概念设计 1.1 几何与语义统一的建模思路从空间数据库建模角度出发，几何与语义统一数据模型分为概念模型、逻辑模型和物理模型，分别对应地理语义描述、几何与语义特征的映射及表达、数据模型存储方式。因此，几何与语义统一的建模理论主要包括：概念设计上的地理几何与语义统一描述，逻辑设计上的几何与语义映射与表达，物理设计上的数据模型存储方式。
在GIS语义描述方面，设计一种基于概念、概念的解释、几何图例的表达方法，实现地理现象的概念解释，地理现象语义分类体系构建及地理现象规律性图谱表达；在几何与语义映射与表达方面，基于地理特征分析[18-19]，把地理现象中的几何特征、属性特征、关系特征与数据模型[20]中方位关系、距离关系、拓扑关系关联起来，实现“几何—语义”映射表达方法；在数据模型存储方式方面，基于“对象—关系”数据库之间的映射方法，利用面向对象的方法[21-22]，设计数据模型的对象以及对象间的关联关系UML模型，采用ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式，采用标准关系数据库支持下的Geodatabase空间数据模型，设计几何与语义统一的数据模型。
1.2 语义特征表达伴随着GIS的发展，地理现象的几何特征[19]需要通过GIS有效地表达[3]。然而在地球科学领域，语义一直没有统一的概念，从不同的研究角度语义被定义为：(中文)文本的描述[7]、地理实体与地理特征的表达[1-4, 12]、空间信息和短语的映射关系[5, 20]、地理知识形式化图形表达[6, 15]等。
本文结合文献[7]对GIS语义中地理实体与地理空间关系的思想以及文献[11]提出的地理信息客观存在性与抽象性、时空性与属性的特点，将GIS的语义定义为：以自然语言为主体，对地理现象的概念化、非结构化描述。语义的表达包括概念解释、分类体系及规律性图谱表达。本文定义了GIS语义三角表达方法，包括概念、概念的解释、几何图例3部分，以地质领域为例，如图 1所示的GIS语义三角在地质领域表达。
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| 图 1 GIS语义三角在地质领域表达 Fig. 1 Expression of the GIS semantics triangle in geology |
GIS的语义特征表达需要满足：① 通过自然语言对具有相同属性、行为及关系的地理现象进行概念解释；② 遵循语义差异原则，实现语义分类标准，构建不同领域的统一分类体系；③ 实现相同语义特征的地理现象规律性图谱表达方式。与自然语言文本描述、地理实体与特征表达、空间信息和短语的映射、地理知识图形化表达不同的设计，本文要设计一种几何与语义统一的数据模型，侧重将地质构造现象中褶皱、断层、地层等地质构造现象中的概念、概念的解释、几何图例通过这种几何与语义统一的数据模型进行表达。
1.3 几何与语义映射机制根据GIS特征中几何特征、属性特征和关系特征的分析和规律总结，实现GIS特征的几何与语义映射方法，分别采用几何形态、方位关系及度量关系、拓扑关系映射地质构造现象的语义，如图 2所示几何—语义映射方法。
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| 图 2 几何—语义映射方法 Fig. 2 Mapping of geometry and semantics |
对于地理现象中的几何特征，采用GIS的几何观点分为点、线、面、体，分别对应于零维、一维、二维、三维几何对象，来描述地质现象的几何形态，简单的几何对象可以组合成复杂几何对象来描述地理现象的位置、几何形状，通过“几何分类—语义描述—地理现象”实现几何特征的几何—语义映射。对地质构造现象中诸如地层厚度、岩层产状、岩层厚度等能够采用GIS几何观点中方向、距离数据定量描述的几何属性，通过“岩层产状、厚度、出露特征——方位关系、距离关系”的对应，实现地质对象几何属性的几何—语义映射；对地质构造现象中诸如整合接触、复式背斜等分布、组合关系，采用点集拓扑学理论中的四交模型，通过“构造分布、组合关系——拓扑关系”的对应，实现地质对象几何关系特征的几何—语义映射。
1.4 几何与语义统一的区域地质构造概念数据模型几何与语义统一的数据模型是对地理现象地抽象概括与表达，应该能够充分表达地理现象的语义、空间位置、几何形态、时间过程、要素关系和属性特征6个方面的信息。
本文采用面向对象的方法，几何与语义统一逻辑模型总体框架设计如图 3所示，包括地质对象、点对象、线对象、面对象、语义分类、地质规则与拓扑关系。
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| 图 3 几何与语义统一概念模型 Fig. 3 Conceptual modeling design obtained by integrating geometry and semantics |
(1) 地质对象(GEO-S object)由点要素、线要素、面要素组成的复杂对象。
(2) 点对象(GEO-S point feature)是地质对象的子类，点对象与地质构造现象存在对应关系，例如褶皱拐点、褶皱转折端点、褶皱脊、褶皱槽、地层分界线点等。
(3) 线对象(GEO-S line feature)是地质对象的子类，线对象与地质构造现象存在对应关系，例如地层分界线、褶皱转折端、褶皱枢纽、断层线、地层分界线、背斜轴线、向斜轴线等。
(4) 面对象(GEO-S polygon feature)是地质对象的子类，面对象与地质构造现象存在对应关系，例如地层的纵横剖面、褶皱轴面、褶皱脊面、褶皱槽面、断层面、岩体面、背斜、向斜等。
(5) 语义分类(GEO-S semantics)地质构造现象在地质领域的分类。
(6) 地质规则(GEO-S rule)主要包括地质构造现象中点点(PP)、点边(PL)、点面(PPL)、线线(LL)、线面(LPL)、面面(PLPL)交汇的规则，用于控制和校验地质要素建模过程中的合理性。
(7) 拓扑关系(GEO-S topology)包括空间关系中点点相邻、点点相离、线线相离、线线相邻、线面相离、面面相交等。
2 区域地质构造GIS数据模型逻辑设计区域地质构造领域中，存在着大量的自然语言描述，不同的区域地质构造现象[23]有不同的语义特征表达，同时地质构造现象间的要素关系十分复杂[24]。因此地质构造现象必须通过一个统一标准[25]来进行语义特征的表达，几何与语义统一的区域地质构造数据模型构建的流程是：基于地质语义分析的地质要素几何分类方法与要素类的设计；复杂的地质要素间关系的确定与表达；利用面向对象的技术，ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式，标准关系数据库支持下的Geodatabase空间数据模型，设计地质语义的数据模型。
2.1 统一语义分类体系与要素类设计区域地质构造语义分类原则是对一类具有相同属性、行为及关系的地质构造现象的划分，能够揭示同类地质构造现象的本质。在此语义分类原则下划分的地质对象是指在一定构造尺度(区域地质构造)下，对符合同一类地质形态、产状、规模、形成条件、形成机制、分布和组合规律的原生构造、岩石产状、地层接触关系特征的定义。地质构造自然语言描述地质构造概念，地质对象载体是地质构造数据，表达出来方式是点、线、面等几何符号表达。
本文参考GB/T 9649地质矿产术语分类代码(含GB/T 9649.1—35) 和GB958—99区域地质图图例，选取区域地质构造领域被行业广泛认可、具有代表性的3大类10次级分类的33种地质对象，并基于此分类原则及面向对象建模方法，分别依据点、线、面3类几何形态设计了33种地质对象的要素类名称及要素几何类型表达方式，如表 1所示。
| 区域地质 | 语义分类 | 地质对象 | 几何类型 | 要素类名称 |
| 褶皱 | 褶皱要素 | 褶皱核 | MultiPoint | Geo_FlodE_H |
| 褶皱翼 | PolyLine | Geo_FlodE_Y | ||
| 褶皱轴线 | PolyLine | Geo_FlodE_Z | ||
| 背斜 | PolyLine | Geo_FlodE_B | ||
| 向斜 | PolyLine | Geo_FlodE_X | ||
| 褶皱与褶皱组合 | 复背斜 | Polygon | Geo_FlodFD_FB | |
| 复向斜 | Polygon | Geo_FlodFD_FX | ||
| 隔档式 | Polygon | Geo_FlodFD_GD | ||
| 隔槽式 | Polygon | Geo_FlodFD_GC | ||
| 褶皱与地层组合 | 线状褶皱 | Polygon | Geo_FlodST_X | |
| 短轴褶皱 | Polygon | Geo_FlodST_D | ||
| 穹窿构造 | Polygon | Geo_FlodST_QL | ||
| 构造盆地 | Polygon | Geo_FlodST_GZ | ||
| 断层 | 断层要素 | 断层线 | PolyLine | Geo_FaultE_X |
| 断层面 | PolyLine | Geo_FaultE_M | ||
| 断盘 | PolyLine | Geo_FaultE_P | ||
| 断层与褶皱组合 | 纵断层 | PolyLine | Geo_FaultFD_Z | |
| 横断断层 | PolyLine | Geo_FaultFD_H | ||
| 斜断断层 | PolyLine | Geo_FaultFD_X | ||
| 断层与断层组合 | 正断层 | PolyLine | Geo_FaultFA_Z | |
| 逆断层 | PolyLine | Geo_FaultFA_N | ||
| 平移断层 | PolyLine | Geo_FaultFA_P | ||
| 断层与地层组合 | 走向断层 | PolyLine | Geo_FaultST_ZX | |
| 倾向断层 | PolyLine | Geo_FaultST_QX | ||
| 斜向断层 | PolyLine | Geo_FaultST_XX | ||
| 顺层断层 | PolyLine | Geo_FaultST_SC | ||
| 地层 | 地层要素 | 地质界线 | PolyLine | Geo_StratumE_X |
| 整/不面 | Polygon | Geo_StratumE_M | ||
| 地层与地层组合 | 整合接触 | Polycurve | Geo_StratumST_ZH | |
| 不整合 | Polycurve | Geo_StratumST_BZ | ||
| 侵入接触 | Polycurve | Geo_StratumST_QR | ||
| 沉积接触 | Polycurve | Geo_StratumST_CJ | ||
| 断层接触 | Polycurve | Geo_StratumST_DC |
表 1定义了MultiPoint、PolyLine、Polygon、Polycurve 4种几何(geometry)类型，其中MultiPoint定义地质对象几何类型为多点，表示属性相同的一组点；PolyLine定义地质对象几何类型为相离或相连的路径的有序集合，表示所有线性要素的几何形状；Polygon定义地质对象几何类型为多边形，用来表示面状要素的几何形状；Polycurve用来定义地层的几何类型，地层作为褶皱和断层的载体是一个抽象的几何类，由多个曲线构成的地质对象。
表 1中设计的地质对象要素的几何类型可以很好地描述地质志、地质平面图、地质剖面图等地质资料描述的地质现象。例如地质剖面图中勾绘的地质界线、整合/不整合面可以通过Geo_StratumE_M(整合/不整合面)、Geo_StratumE_X(地质界线)两类要素表达，地质剖面图中的倾向、倾角、岩层产状、地层年代等属性特征可以通过几何与语义统一数据模型中要素的属性字段进行存储。
2.2 地质要素间关系的确定与表达本文定义的33种地质要素间具有多样、复杂的关系，这些关系中由特定的地质构造关系语义概念进行描述，地质构造语义能够很好地阐述地质构造要素之间的联系方式，在不同尺度、不同抽象层次上更好地理解地质构造现象。在GIS领域，需要通过建立几何、数学、计算机与地质构造要素关系映射的桥梁，来确定地质构造要素之间的关系。地质构造要素关系包括描述地质构造空间规律的拓扑关系和地质对象间组合规律的复杂要素关系两大类：拓扑规则，如断层面和断盘、地质界线和整合/不整合面间拓扑关系；复杂的要素关系，如向斜/背斜与复式向斜/复式背斜的包含关系、褶皱轴线与背斜/向斜依存关系等。
具体方法是首先梳理能表达要素之间关系的地质构造概念，进而在地质构造特征的语义描述基础上对语义关系解读，转换成能表达要素关系的地质构造语言，最后根据语义要素关系解读的结果，将空间拓扑关系、复杂要素关系与地质构造语义进行映射，建立GIS要素关系与地质语义的对应，如图 4所示。
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| 图 4 地质构造时空语义关系推断流程 Fig. 4 Spatio-temporal semantic relation deduction of a geological structure |
地质构造自然语言描述的空间关系通过GIS的拓扑关系进行表达；地质构造空间关系通过梳理、总结地质构造中各要素在地质构造领域的概念、解释，找出要素之间的地质构造空间规律，在梳理地质构造要素空间关系词汇的基础上，总结有关的自然语言，并进行解读，实现自然语言与拓扑关系的映射。表 2给出了地质自然语言与拓扑关系的对应表达。
| 空间关系 | 拓扑关系 | 概念词汇 |
| 01 | 包含 | 包含、属于、交汇、相会、核部、翼部、拐点、转折端、枢纽、轴面、脊、脊线、槽、槽线等 |
| 02 | 相等 | 相等、等同、又称、等称、整合面等 |
| 03 | 相交 | 横贯、横卧、横跨、纵贯、贯穿、交叠、穿越、纵横、横切、不整合面、轴面产状及两翼产状、翼间角大小等 |
| 04 | 相邻 | 相接、起点、发源背靠、背依、断层线、断层面、断盘、线状型、短轴型、穹窿型、向斜型、阶梯式、圆弧形等 |
| 05 | 分离 | 相离、相隔、相距、相间、隔、平行、大致平行等 |
区域地质构造自然语言的描述不仅局限于描述空间拓扑关系，其描述更多的是地质要素间的复杂关系，例如要素间的空间分布特征、组合、相互联合、交织的关系等。
本文将要素之间关系细分为5种：
(1) 关联关系：① 聚合关系，不同的地质要素间存在的关联指向关系，如地质界线和线状褶皱的关系；② 组合关系，一种强语义的聚合，不同的地质要素之间存在以生命周期为约束的主次依附关系，如褶皱轴与背斜/向斜的关系。
(2) 包含关系：① 同语义分类对象包含，同类地质对象之间，一个对象属于另一个对象的一部分，如背斜/向斜与复式背斜/复式向斜；② 不同语义分类对象包含，一个对象属于另一个对象一部分，如背斜/向斜与纵断层、横断层。
(3) 交接关系：同层对象之间，一个对象的一端与另一个对象相互衔接，如A褶皱轴与B褶皱轴相互交接, A地层的整合/不整合面与B地层的整合/不整合面与相互交接。
(4) 重叠关系：点要素落在线要素上、线要素和面要素边界重合，如整合面与整合接触地层。
(5) 依赖关系：一个地质构造现象的变化对依赖它的对象产生的影响情况，如当整合面/不整合面与断层面关系发生变化时(一致、垂直、斜交)，所对应的地质构造现象分别为走向断层、倾向断层、斜向断层。
2.3 几何与语义统一的区域地质构造逻辑与物理数据模型几何与语义统一表达的区域地质构造数据模型利用面向对象的技术，采用标准关系数据库支持下的Geodatabase空间数据模型，如图 5所示利用ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式，设计顾及地质语义的关系模式，数据模型的构建主要包含以下关键环节：
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| 图 5 ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式区域地质构造空间数据模型 Fig. 5 Spatio data model of a regional geological structure based on the ArcGIS Diagrammer Geodatabase |
(1) 地质实体的编码设计：为了实现地质实体的科学管理，必须为每个地质实体设计唯一标识的编码，实现统一数据模型的高效存取，区域地质构造实体编码结构图。
(2) 建立地质要素类和地质对象类的数据结构。
(3) 定义地质要素与地质对象之间的关系：分别建立“褶皱”、“断层”与“地层”3个对象类之间的关系，采用“一一对应”的表间关系，建立要素关系类，实现地质要素复杂关系的表达。
(4) 定义要素类的拓扑关系：根据地质自然语言与拓扑关系的一一对应表达表，构建数据模型拓扑关系。
(5) 建立地质要素类的几何网络；通过对多地质要素类间几何网络的建立，构建复杂地质关系中的联通、交接关系。
图 5中构建了4个对象要素集：断层对象(OO_Fault)、褶皱对象(OO_Flod)、地层对象(OO_Stratum)和关系对象(Relation)，定义了断层对象、褶皱对象和地层对象中的33种地质对象，并构建几何网络。
在ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式下，依据图 5构建的逻辑模型，实现物理模型的存储，图 6是区域地质构造空间数据模型在ArcGIS Catalog中的断层对象(OO_Fault)、褶皱对象(OO_Flod)、地层对象(OO_Stratum)和关系对象(relation)要素集以及各要素集中共33种地质构造要素分类显示结果。
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| 图 6 空间数据库存储示意 Fig. 6 Diagram of spatial database storage |
本文针对各要素的几何、语义属性，进行属性字段的设计，以地层要素集中的Geo_StratumE_M(整合/不整合面)、Geo_StratumE_X(地质界线)两类要素为例设计几何、语义属性字段的存储方式。图 7中对Geo_StratumE_M(整合/不整合面)要素设计几何属性字段SHAPE_Length(周长)、SHAPE_Area(面积)，设计语义属性字段XJ(地质年代)、DCMC(岩石地层单位)、DCFH(岩性段)；图 8对Geo_StratumE_X(地质界线)要素设计几何属性字段SHAPE_Area(面积)，设计语义属性字段XZ(产状)、QingJiao(倾角)、ZouXiang(走向)、QingXiang(倾向)、YanXing(岩性)实现几何与语义属性存储。
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| 图 7 Geo_StratumE_M几何与语义属性字段存储 Fig. 7 Geo_StratumE_M geometric and semantic feature field storage |
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| 图 8 Geo_StratumE_X几何与语义属性字段存储 Fig. 8 Geo_StratumE_X geometric and semantic feature field storage |
3 试验与分析
本文选取宁镇山脉为研究区域，实现区域地质构造现象的GIS数据模型构建，以地质学家描述该区域地质构造现象的自然语言(文献)与本区域地质志中(文献)的平面地质图、构造剖面图、地史演化表、地层典为主要试验数据，结合南京市1:1万DLG、南京市1:5万地理底图，宁镇山脉1:5万地层数字化图，采用对象—关系数据库系统(GeoDatabase 10.2) 为基础，利用ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式，设计几何与语义统一的区域地质构造数据模型并以XML Workspace Document格式存储，实现基于语义的地质对象的数据库存储方法，实现地质对象的查询与分析功能。
宁镇山脉地质工作历史悠久，研究成果丰硕，地质学家描述区域地质构造自然语言详尽、丰富。自然语言的GIS人工解析，是地质构造现象及地质要素复杂关系几何与语义统一表达的关键。GIS人工解析的基本任务是以GIS视角将地质构造现象的语义特征、几何形态、空间位置、时间关系、要素关系、属性通过人工解析的方法实现与地质自然语言一一对应。本文采用GIS几何视角对区域内自然语言描述的地质构造现象进行人工解析，实现几何与语义统一的宁镇山脉区域地质构造地质对象及地质要素复杂关系的表达。图 9为地质构造现象自然语言GIS人工解析方法。
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| 图 9 地质构造现象自然语言GIS人工解析方法 Fig. 9 GIS artificial analysis method of natural language in geology |
宁镇山脉区域地质构造地质对象统一表达几何对象包括：地层对象、褶皱对象、断层对象。图 10是采用本研究中区域地质构造数据模型建立“褶皱”、“断层”与“地层”3个对象类的方法，实现地层对象、褶皱对象、断层对象几何特征的图形化表达。
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| 图 10 宁镇山脉区域地质构造对象表达 Fig. 10 Expression of the modeling objects of a regional geological structure |
图 11和图 12为地层对象几何与语义统一表达试验的结果。图 11依据宁镇山脉区域地质构造的地质年代自然语言，按照地层由新到老的顺序(第四系、第三系、白垩系等)为分类标准，建立地层对象要素类，实现地层对象地质年代几何与地质语义的统一表达。图 12是宁镇山脉区域地质构造以地方性地层单位自然语言(上党组、幕府山组、茅山组等)为分类标准，建立地层对象要素类，实现地层对象地层属性几何与地质语义的统一表达。
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| 图 11 地层年代几何语义统一表达 Fig. 11 Stratum age expression obtained by integrating geometry and semantics |
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| 图 12 地层属性几何与语义统一表达 Fig. 12 Stratum property expression obtained by integrating geometry and semantics |
图 13为褶皱对象几何与语义统一表达试验的结果，以《宁镇山脉地质志》自然语言(龙潭—仓头复式背斜、范家塘复式向斜……)为分类标准，建立褶皱对象要素类，图 14实现褶皱对象统一表达，图 14(a)为区域内各背斜、向斜间的连接/相离的地质关系的图形化表达，图 14(b)为区域内各褶皱轴与背斜、向斜的包含被包含关系地质关系的图形化表达。
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| 图 13 褶皱几何与语义统一表达 Fig. 13 Fold expression obtained by integrating geometry and semantics |
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| 图 14 褶皱要素关系表达 Fig. 14 Expression of the relation between fold elements |
图 15为断层对象几何与语义统一表达试验的结果。图 15(a)是以《宁镇山脉地质志》自然语言(徐家山—金子山逆断层、杨坊山—长林村逆断层、雩山—厚角逆断层……)为分类标准，建立断层对象要素类，实现褶皱对象几何与地质语义的统一表达；图 15(b)以断层自然语言(正断层、逆断层、平移断层、不明断层)为分类标准，建立断层对象要素类，实现断层对象几何与地质语义的统一表达。
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| 图 15 断层对象几何与语义统一表达 Fig. 15 Expression of fault age object obtained by integrating geometry and semantics |
语义层次上看，宁镇山脉数据模型能够很好地表达地层对象、褶皱对象、断层对象自然语言描述的语义特征；从几何层次(空间位置、几何形态)上看，图形化的表达方式，较好地描述了地质对象的几何特征；演化过程：本研究通过地层对象中地层年代的表达，较好地描述了地质对象的时间信息；要素关系：褶皱对象中褶皱轴、背斜、向斜的连接、包含关系较好地描述了地质对象的要素关系；属性特征：本研究通过地层对象中的“地层属性”字段实现对地层属性的存储。综上所述，几何与语义统一的宁镇山脉区域地质构造数据模型，对区域地质对象从语义、空间位置、几何形态、演化过程、要素关系和属性特征6个方面做出较好的GIS表达。
4 结论针对目前地质构造现象几何建模过程中忽视语义，缺乏有效的几何与语义统一表达方法。本文提出了几何与语义统一的GIS数据模型，主要作了以下几方面工作：① 在探讨几何与语义统一的建模理论及语义特征表达方式的基础上，给出基于地理特征的几何与语义映射机制；② 在探讨区域地质构造语义分类体系与要素类设计以及地质要素关系表达方法的基础上，利用ArcGIS Diagrammer Geodatabase模式，设计几何与语义统一的区域地质构造数据模型；③ 以宁镇山脉区域地质构造为例，构建区域地质对象在语义、空间位置、几何形态、演化过程、要素关系、属性的GIS表达。
尽管几何与语义统一的区域地质构造数据模型能够较好地对地质对象进行表达、组织、存储与分析，但由于地学现象的复杂性，该模型还存在以下不足：对于连续变化的地质构造现象描述有局限性；区域地质构造语义识别与定性空间关系提取方法，如褶皱轴的提取与褶皱要素关系的描述，正、逆、平移断层的识别与描述等有待今后进一步探索。
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