Representación Ontológica de Objetos Geográficos basadas en Descripciones Semánticas

Centro de Investigación en Computación, IPN

Miguel Jesús Torres Ruiz

Contenido

      

Motivación Objetivos Introducción Justificación del tema Estado del arte Metodología propuesta Posibles aportaciones

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Motivación

(1)  Muchos problemas relacionados con

datos geo espaciales

están centralizados en: – Intercambio de datos geo-espaciales – Representación formal de datos geo-espaciales – Integración de datos geo-espaciales – Heterogeneidad semántica – Procesamiento de objetos geo-espaciales imprecisos – Interoperabilidad semántica entre datos espaciales 3

Motivación

(2) 

La investigación está enfocada en el procesamiento de datos geo-espaciales

imprecisos

:

 Haciendo uso de ontologías  Buscar una representación alternativa de los datos geo-espaciales: – Proporcionar

descripciones

de objetos geográficos en mapas vectoriales cartográficos.

– Solucionar en forma parcial la

integración

y el

intercambio

de datos geo-espaciales.

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Motivación

(3)  Existen diversas fuentes de

imprecisión

: – Diferentes escalas – Diversos niveles de resolución – Características atributivas y espaciales y temporales – Geo-información incompleta – Entre otras …  Importante considerar representaciones alternativas para los objetos geográficos: – Independientes de la

naturaleza imprecisa

datos geo-espaciales.

de los 5

Objetivo

(1)  Definir la semántica espacial para la correcta representación de los objetos geográficos:  Por medio de una ontología espacial, la cual será generada a partir de las propiedades y relaciones que componen a un sistema de objetos geográficos en particular y,  Sirva para generar una descripción compuesta por operadores o esquemas conceptuales que representen a un conjunto de entidades geográficas de acuerdo a un contexto específico.

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Objetivo

(2) • Particulares: – Proponer y formalizar una definición de semántica espacial, la cual pueda aplicarse a la correcta representación de los objetos espaciales.

– Definir una ontología base que proporcione los conceptos básicos de las primitivas de representación espacial, por medio de sus propiedades y relaciones.

– Analizar las relaciones y propiedades que componen a un sistema de objetos espacial, de acuerdo con los estándares que proporciona el INEGI para un caso de estudio en particular.

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Objetivo

(3) • Particulares: – Describir las propiedades y relaciones para definir el conocimiento topográficos).

a priori

de un sistema de objetos espacial a partir del caso de estudio (mapas – Diseñar un mecanismo de interacción automático y/o semi automático que permita hacer descripciones semánticas de los objetos geográficos a partir de una ontología espacial (geo-ontología).

– Diseñar un mecanismo que permita medir el contenido semántico de las descripciones generadas.

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Introducción

(1)  Bases de Datos Geográficas no exploran la semántica de los datos geo-espaciales.

 Problemas en la representación de los datos.

  Problemas en la integración de geo-información.

Problemas de intercambio de datos geo-espaciales.

 ¿Qué se busca?

   Una representación formal alternativa de los datos geo-espaciales.

Proporcionar mecanismos de integración de geo información.

Intercambio transparente de datos geo-espaciales.

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Introducción

(2)  ¿Cómo lograrlo?

 Generando una ontología espacial (base).

 Por medio del conocimiento

a priori

de los datos espaciales.

 De esta forma generar descripciones que permitan conocer el contenido semántico y una representación alternativa  Obtenido por las propiedades, relaciones y funciones de los objetos geográficos en un contexto determinado.

 Definimos conocimiento

a priori

 como: El conocimiento previo y registrado que se tiene sobre los objetos geográficos

(datos espaciales)

, ya sea por medio de la experiencia humana

(expertos en el área)

o por un conjunto de especificaciones explícitas

(estándares generados por INEGI)

.

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Entidad dinámica

Introducción

(3) Ciudad de México Inconsistencias en el cálculo de los límites

Límite = Objeto geográfico impreciso

11

Fuentes de datos diversas y dispersas

Introducción

(4) Control de crecimiento urbano

GIS Sitio 1 GIS Sitio 2 … GIS Sitio n Dificultades en la integración

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Introducción

(5)  Consideramos dos conceptos espaciales de una posible ontología:   Lago  Parcela  Esta situación es causada por el hecho de Límite definido por un compromiso en términos de la escala de presentación límites difusos, lo cual es requerido para distinguir objetos con límites exactos (Parcelas) de objetos con límites inexactos (Lagos) Objeto

Fiat

Objeto

Bona Fide

Ontología

Representación Geométrica = Polígono 13

Introducción

(6)  En resumen: – Se intenta introducir una estructura basada en una ontología, la cual permitirá integrar y representar la geo información de acuerdo con su semántica.

– Se propone que la integración de datos geo espaciales se realice a través de las propiedades, relaciones y funciones que envuelven a los objetos geográficos y que definen su semántica.

– La cual puede ser obtenida por medio de una descripción a partir de una ontología base y en un contexto específico.

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Justificación del tema

(1)    Hoy en día, las tendencias actuales en el área de la Geocomputación se enfocan en el desarrollo de herramientas GIS inteligentes.

Línea de investigación:  “Análisis y Síntesis Semántica Asociativa de Datos espaciales  Área de aplicación:  Correcta representación de objetos geográficos por medio de su semántica, haciendo uso de una ontología espacial para generar una descripción que refleje la semántica de los datos espaciales bajo un contexto determinado.

No existen trabajos orientados a:  Representar datos geoespaciales con base en sus:  Propiedades, relaciones y funciones por medio de una ontología base que envuelva estas componentes.

 Diseño e implementación física de los datos geoespaciales.

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Estado del arte

(1)  Rodríguez

et al.,

1999 – Técnica de valoración de concordancias con base en la similitud semántica entre objetos espaciales.

 Egenhofer

et al.,

1997 – Conocimiento geográfico

“Geografía ingenua”

.

 Guarino

et al.,

2000 – Ontología es un sistema lógico formal, introduce el término de

“Ontology-Driven Information Systems”

.

 Nunes, 1991 – Puntualiza que el primer paso en la construcción de GIS de nueva generación sería • Creación de una colección y especificación sistemática de las entidades geográficas, sus propiedades y relaciones 16

Estado del arte

(2)  Smith

et al.,

1998 – Afirma que las ontologías juegan un rol esencial en la construcción de GIS • Permiten el establecimiento de correspondencias e interrelaciones entre los diferentes dominios de entidades y relaciones espaciales.

 Frank, 1997 – Piensa que el uso de ontologías contribuirán a: • Mejores SI evitando problemas como: • Inconsistencias entre ontologías implícitamente embebidas en GIS (usuarios y modeladores).

• Conflictos entre conceptos ontológicos y la implementación de aplicaciones geográficas.

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Estado del arte

(3) 

Fonseca, 2001

– Propone una estructura para el desarrollo de aplicaciones geográficas utilizando ontologías: • La estructura de trabajo basada en ontologías para la integración de datos espaciales.

– Integrar ontologías con enlaces a fuentes de geo información por medio de su significado.

• Realizar la integración por niveles: – Formal, dominio y de aplicación.

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Estado del arte

(4)  Las ontologías son clasificadas de acuerdo con su dependencia sobre una tarea específica o punto de vista: –

Ontologías de alto nivel

• Describen conceptos muy generales.

– i.e. una teoría de partes y formas y su relación con la topología llamada mereotopología.

– – –

Ontologías de dominio

• Describen el vocabulario relacionado a un dominio genérico.

– i.e. percepción remota, planeación urbana.

Ontologías de tarea

• Describen una tarea o actividad. – Interpretación de una imagen, valoración de la contaminación.

Ontologías de aplicación

• Describen conceptos dependiendo de su dominio particular y de su tarea y son usualmente una especialización. – Representan las necesidades de los usuarios con respecto a una aplicación específica.

» i.e. hacer una valoración de la abundancia de langostas en el Golfo de Maine, usando imágenes de satélite.

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Metodología propuesta

(1)  Problemática – Geocomputación se enfoca principalmente en encontrar nuevos mecanismos alternativos para representar la geo información • Adecuada representación de objetos geográficos desde su entrada hasta su visualización para procesamientos subsecuentes.

• Información no representada en forma

“adecuada”

, genera

ambigüedades

.

• Información imprecisa, heterogénea y dispersa.

• No se cuentan con herramientas para explorar las

propiedades

,

relaciones

y

funciones

esenciales de los datos espaciales.

• No existen mecanismos para definir, representar y describir la semántica de los mapas de acuerdo a sus propiedades, relaciones y funciones.

20

Metodología propuesta

(2)  Se busca: – Encontrar una definición formal para la semántica espacial o la semántica de los mapas, considerando: • Un conjunto suficiente de propiedades, relaciones y funciones que determinen el comportamiento de los objetos geográficos, – Para describir su semántica por medio de una

ontología espacial

.

• Se busca realizar una

conceptualización

mejorar los mecanismos de representación, integración y descripción de los mapas de los datos para – Evitando

ambigüedades

topográficos.

en la medida de lo posible para mapas 21

Metodología propuesta

(3) 

Hipótesis:

– Un modelo que genera descripciones espaciales a partir de una ontología espacial, proporciona la semántica espacial de un sistema de objetos geográficos (mapa), de acuerdo con un contexto específico.

• Denominado:

espaciales”

.

“Modelo de descripción y procesamiento semántico asociativo para datos

22

Metodología propuesta

(4) Formalizar Formalizar la definición de un

mapa

de acuerdo con los O.G. involucrados en la partición Formalizar Semántica de un mapa Describir Significado (vocabulario gráfico definido en forma gráfica del contenido y cantidad de información de los O.G.) Definir Características esenciales de los datos espaciales Involucrar Descripciones conceptuales de mapas Basada Clases Generar Ontología de Dominio Tiene Tipo Medida Sistema de referencia Relaciones espaciales Objeto Propiedades Relaciones Funciones Integrar Describir Compartir Representar Conceptos Terminales Basada Conceptos No terminales 23

Metodología propuesta

(5)   Se propone definir dos términos nuevos en la ontología: –

Conceptos terminales

(

C T

) • Son aquellos que no utilizan otros conceptos para definir su significado (pueden estar definidos por valores simples).

–

Conceptos no terminales

• Estos definen su significado basándose en otros conceptos, los cuales pueden ser

C T

(

o C C N

.

N

) Las relaciones involucradas en la ontología hasta el momento serían: –

“has” (Γ)

–

“is-a” (Φ)

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C N

relación

HWY

is-a

C T Linear Object Fw3

Intersecta

Hw2

Metodología propuesta (9) 25

¡Gracias!

Miguel Torres

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