Users Integrity Constraints in SOLAP Systems. Application in Agroforestry

SpatialData Warehouse and Spatial On-Line Analytical Processing are decision support technologies which offer the spatial and multidimensional analysis of data stored in multidimensional structure. They are aimed also at supporting geographic knowledge discovery to help decision-maker in his job related to make the appropriate decision . However, if we don’t consider data quality in the spatial hypercubes and how it is explored, it may provide unreliable results. In this paper, we propose a system for the implementation of user integrity constraints in SOLAP namely “UIC-SOLAP”. It corresponds to a methodology for guaranteeing results quality in an analytical process effectuated by different users exploiting several facts tables within the same hypercube. We integrate users Integrity Constraints (IC) by specifying visualization ICs according to their preferences and we define inter-facts ICs in this case. In order to validate our proposition, we propose the multidimensional modeling by UML profile to support constellation schema of a hypercube with several fact tables related to subjects of analysis in forestry management. Then, we propose implementation of some ICs related to users of such a system

Towards development of fuzzy spatial datacubes : fundamental concepts with example for multidimensional coastal erosion risk assessment and representation

Les systèmes actuels de base de données géodécisionnels (GeoBI) ne tiennent généralement pas compte de l'incertitude liée à l'imprécision et le flou des objets; ils supposent que les objets ont une sémantique, une géométrie et une temporalité bien définies et précises. Un exemple de cela est la représentation des zones à risque par des polygones avec des limites bien définies. Ces polygones sont créés en utilisant des agrégations d'un ensemble d'unités spatiales définies sur soit des intérêts des organismes responsables ou les divisions de recensement national. Malgré la variation spatio-temporelle des multiples critères impliqués dans l’analyse du risque, chaque polygone a une valeur unique de risque attribué de façon homogène sur l'étendue du territoire. En réalité, la valeur du risque change progressivement d'un polygone à l'autre. Le passage d'une zone à l'autre n'est donc pas bien représenté avec les modèles d’objets bien définis (crisp). Cette thèse propose des concepts fondamentaux pour le développement d'une approche combinant le paradigme GeoBI et le concept flou de considérer la présence de l’incertitude spatiale dans la représentation des zones à risque. En fin de compte, nous supposons cela devrait améliorer l’analyse du risque. Pour ce faire, un cadre conceptuel est développé pour créer un model conceptuel d’une base de donnée multidimensionnelle avec une application pour l’analyse du risque d’érosion côtier. Ensuite, une approche de la représentation des risques fondée sur la logique floue est développée pour traiter l'incertitude spatiale inhérente liée à l'imprécision et le flou des objets. Pour cela, les fonctions d'appartenance floues sont définies en basant sur l’indice de vulnérabilité qui est un composant important du risque. Au lieu de déterminer les limites bien définies entre les zones à risque, l'approche proposée permet une transition en douceur d'une zone à une autre. Les valeurs d'appartenance de plusieurs indicateurs sont ensuite agrégées basées sur la formule des risques et les règles SI-ALORS de la logique floue pour représenter les zones à risque. Ensuite, les éléments clés d'un cube de données spatiales floues sont formalisés en combinant la théorie des ensembles flous et le paradigme de GeoBI. En plus, certains opérateurs d'agrégation spatiale floue sont présentés. En résumé, la principale contribution de cette thèse se réfère de la combinaison de la théorie des ensembles flous et le paradigme de GeoBI. Cela permet l’extraction de connaissances plus compréhensibles et appropriées avec le raisonnement humain à partir de données spatiales et non-spatiales. Pour ce faire, un cadre conceptuel a été proposé sur la base de paradigme GéoBI afin de développer un cube de données spatiale floue dans le system de Spatial Online Analytical Processing (SOLAP) pour évaluer le risque de l'érosion côtière. Cela nécessite d'abord d'élaborer un cadre pour concevoir le modèle conceptuel basé sur les paramètres de risque, d'autre part, de mettre en œuvre l’objet spatial flou dans une base de données spatiales multidimensionnelle, puis l'agrégation des objets spatiaux flous pour envisager à la représentation multi-échelle des zones à risque. Pour valider l'approche proposée, elle est appliquée à la région Perce (Est du Québec, Canada) comme une étude de cas.Current Geospatial Business Intelligence (GeoBI) systems typically do not take into account the uncertainty related to vagueness and fuzziness of objects; they assume that the objects have well-defined and exact semantics, geometry, and temporality. Representation of fuzzy zones by polygons with well-defined boundaries is an example of such approximation. This thesis uses an application in Coastal Erosion Risk Analysis (CERA) to illustrate the problems. CERA polygons are created using aggregations of a set of spatial units defined by either the stakeholders’ interests or national census divisions. Despite spatiotemporal variation of the multiple criteria involved in estimating the extent of coastal erosion risk, each polygon typically has a unique value of risk attributed homogeneously across its spatial extent. In reality, risk value changes gradually within polygons and when going from one polygon to another. Therefore, the transition from one zone to another is not properly represented with crisp object models. The main objective of the present thesis is to develop a new approach combining GeoBI paradigm and fuzzy concept to consider the presence of the spatial uncertainty in the representation of risk zones. Ultimately, we assume this should improve coastal erosion risk assessment. To do so, a comprehensive GeoBI-based conceptual framework is developed with an application for Coastal Erosion Risk Assessment (CERA). Then, a fuzzy-based risk representation approach is developed to handle the inherent spatial uncertainty related to vagueness and fuzziness of objects. Fuzzy membership functions are defined by an expert-based vulnerability index. Instead of determining well-defined boundaries between risk zones, the proposed approach permits a smooth transition from one zone to another. The membership values of multiple indicators (e.g. slop and elevation of region under study, infrastructures, houses, hydrology network and so on) are then aggregated based on risk formula and Fuzzy IF-THEN rules to represent risk zones. Also, the key elements of a fuzzy spatial datacube are formally defined by combining fuzzy set theory and GeoBI paradigm. In this regard, some operators of fuzzy spatial aggregation are also formally defined. The main contribution of this study is combining fuzzy set theory and GeoBI. This makes spatial knowledge discovery more understandable with human reasoning and perception. Hence, an analytical conceptual framework was proposed based on GeoBI paradigm to develop a fuzzy spatial datacube within Spatial Online Analytical Processing (SOLAP) to assess coastal erosion risk. This necessitates developing a framework to design a conceptual model based on risk parameters, implementing fuzzy spatial objects in a spatial multi-dimensional database, and aggregating fuzzy spatial objects to deal with multi-scale representation of risk zones. To validate the proposed approach, it is applied to Perce region (Eastern Quebec, Canada) as a case study

Uma interface baseada em conhecimento para interação com data warehouses espaciais

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação, Florianópolis, 2010A análise de informação em um data warehouse espacial (SDW) pode envolver o manuseio de grandes volumes de dados espaciais. Usuários de domínios específicos de aplicação, com habilidades básicas de computação, são geralmente incapazes ou têm sérias dificuldades para resolver suas necessidades de análise de informação interagindo diretamente com SDWs, embora alguns sejam capazes de interagir com data warehouses (DW) convencionais através de uma interface gráfica (GUI). As dificuldades são maiores em um SDW que em um DW convencional, entre outras razões, pela variedade e complexidade dos dados espaciais, operadores espaciais e funções de agregação espacial utilizadas para especificar consultas SOLAP. Este trabalho propõe um sistema baseado em conhecimento, chamado de S2DW (Semantic and Spatial Data Warehouses), para auxiliar estes usuários de domínios específicos a efetuar análises de informação em SDWs, acessando descrições semânticas dos data marts espaciais através de uma interface gráfica baseada em conhecimento (GUI). Este trabalho descreve a arquitetura geral do S2DW e foca em sua GUI. A interface gráfica baseada em conhecimento do S2DW permite ao usuário pesquisar data marts relacionados a um determinado assunto, através da especificação de palavras-chave ou pela navegação em uma visão de uma ontologia do domínio. Cada data mart relacionado ao assunto pesquisado é apresentado ao usuário como um grafo representando a estrutura dimensional do cubo de informação. Este grafo é semanticamente enriquecido com descrições do conteúdo dos dados e dos recursos de processamento de dados do data mart espacial. Consultas espaciais OLAP podem ser especificadas interagindo com a interface gráfica baseada em conhecimento, a qual orienta o usuário a compor adequadamente operadores e funções para tratar os diferentes tipos de dados disponíveis no data mart, visando atender diferentes necessidades de análise. As tabelas, gráficos e mapas fornecidos como resposta as consultas SOLAP também permitem a interação do usuário para gradualmente refinar a análise da informação. As principais contribuições deste trabalho são a proposta inicial da GUI baseada em conhecimento do S2DW e o teste de usabilidade desta GUI, em um estudo de caso com usuários reais do domínio agrícola

Visualização cartográfica assistida num ambiente SOLAP

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia InformáticaO conceito Spatial OLAP introduz a visualização cartográfica nos sistemas Business Intelligent/OLAP. Esta tem grandes potencialidades para melhorar a análise de grandes quantidades de dados georreferenciados e o respetivo processo de tomada de decisão. O potencial que é possível obter da visualização cartográfica depende fortemente do uso apropriado não só das variáveis visuais como também de outros elementos que possam ser utilizados para representar informação no mapa (ex.: gráficos). Porém, num ambiente SOLAP, o analista deveria estar apenas focado em procurar informação útil abstraindo-se de como deve ser construída uma visualização cartográfica adequada. Neste trabalho, é proposto um modelo para assistir o utilizador na construção de visualizações cartográficas. O modelo proposto considera: (i) a meta-informação existente sobre os modelos multidimensionais; (ii) a interrogação realizada; (iii) os dados resultantes. Através do modelo proposto, pretende-se assistir o utilizador na construção de mapas temáticos apropriados. Neste trabalho é proposto: (i) um modelo para descrever tipos de visualização; (ii) um modelo para descrever o contexto analítico SOLAP; (iii) uma metodologia para a seleção adequada dos tipos de visualização aplicáveis em cada contexto analítico SOLAP e sua instanciação. O modelo de cartografia assistida em ambiente SOLAP proposto neste trabalho foi implementado sobre protótipo SOLAP+

A conceptual framework and a risk management approach for interoperability between geospatial datacubes

De nos jours, nous observons un intérêt grandissant pour les bases de données géospatiales multidimensionnelles. Ces bases de données sont développées pour faciliter la prise de décisions stratégiques des organisations, et plus spécifiquement lorsqu’il s’agit de données de différentes époques et de différents niveaux de granularité. Cependant, les utilisateurs peuvent avoir besoin d’utiliser plusieurs bases de données géospatiales multidimensionnelles. Ces bases de données peuvent être sémantiquement hétérogènes et caractérisées par différent degrés de pertinence par rapport au contexte d’utilisation. Résoudre les problèmes sémantiques liés à l’hétérogénéité et à la différence de pertinence d’une manière transparente aux utilisateurs a été l’objectif principal de l’interopérabilité au cours des quinze dernières années. Dans ce contexte, différentes solutions ont été proposées pour traiter l’interopérabilité. Cependant, ces solutions ont adopté une approche non systématique. De plus, aucune solution pour résoudre des problèmes sémantiques spécifiques liés à l’interopérabilité entre les bases de données géospatiales multidimensionnelles n’a été trouvée. Dans cette thèse, nous supposons qu’il est possible de définir une approche qui traite ces problèmes sémantiques pour assurer l’interopérabilité entre les bases de données géospatiales multidimensionnelles. Ainsi, nous définissons tout d’abord l’interopérabilité entre ces bases de données. Ensuite, nous définissons et classifions les problèmes d’hétérogénéité sémantique qui peuvent se produire au cours d’une telle interopérabilité de différentes bases de données géospatiales multidimensionnelles. Afin de résoudre ces problèmes d’hétérogénéité sémantique, nous proposons un cadre conceptuel qui se base sur la communication humaine. Dans ce cadre, une communication s’établit entre deux agents système représentant les bases de données géospatiales multidimensionnelles impliquées dans un processus d’interopérabilité. Cette communication vise à échanger de l’information sur le contenu de ces bases. Ensuite, dans l’intention d’aider les agents à prendre des décisions appropriées au cours du processus d’interopérabilité, nous évaluons un ensemble d’indicateurs de la qualité externe (fitness-for-use) des schémas et du contexte de production (ex., les métadonnées). Finalement, nous mettons en œuvre l’approche afin de montrer sa faisabilité.Today, we observe wide use of geospatial databases that are implemented in many forms (e.g., transactional centralized systems, distributed databases, multidimensional datacubes). Among those possibilities, the multidimensional datacube is more appropriate to support interactive analysis and to guide the organization’s strategic decisions, especially when different epochs and levels of information granularity are involved. However, one may need to use several geospatial multidimensional datacubes which may be semantically heterogeneous and having different degrees of appropriateness to the context of use. Overcoming the semantic problems related to the semantic heterogeneity and to the difference in the appropriateness to the context of use in a manner that is transparent to users has been the principal aim of interoperability for the last fifteen years. However, in spite of successful initiatives, today's solutions have evolved in a non systematic way. Moreover, no solution has been found to address specific semantic problems related to interoperability between geospatial datacubes. In this thesis, we suppose that it is possible to define an approach that addresses these semantic problems to support interoperability between geospatial datacubes. For that, we first describe interoperability between geospatial datacubes. Then, we define and categorize the semantic heterogeneity problems that may occur during the interoperability process of different geospatial datacubes. In order to resolve semantic heterogeneity between geospatial datacubes, we propose a conceptual framework that is essentially based on human communication. In this framework, software agents representing geospatial datacubes involved in the interoperability process communicate together. Such communication aims at exchanging information about the content of geospatial datacubes. Then, in order to help agents to make appropriate decisions during the interoperability process, we evaluate a set of indicators of the external quality (fitness-for-use) of geospatial datacube schemas and of production context (e.g., metadata). Finally, we implement the proposed approach to show its feasibility

Conem: um modelo para representação e análise de informação de redes espaciais em data warehouses

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação, Florianópolis, 2011Um Data Warehouse Espaço-Temporal (DWET) manipula concomitantemente dados convencionais, espaciais e temporais. Uma necessidade ainda não atendida pela tecnologia de DWET é o suporte à análise de informação de redes complexas de elementos espaciais. Neste sentido, este trabalho propõe um modelo para a análise de redes complexas em DWET. Inspirado em ideias da Geografia, este modelo tem por objetivo representar a estrutura da rede e os estados dos elementos que a compõem, para suportar a análise da evolução do estado de diferentes porções da rede ao longo do tempo. O modelo proposto utiliza ontologias para descrever hierarquias de tipos de elementos da rede, baseadas em conceitualizações específicas do domínio de aplicação, além de ontologias sobre partições do espaço e do tempo. Dimensões de datamarts podem ser geradas a partir de visões dessas ontologias, para contemplar necessidades de análise específicas. O modelo proposto estende um modelo dimensional espaço-temporal para suportar OLAP espacial (SOLAP) com os elementos da rede, usando dimensões de análise definidas de acordo com hierarquias contidas nas ontologias. Ele também define um operador denominado Trace para permitir a análise da evolução do estado dos componentes de porções da rede, selecionadas de acordo com as dimensões de análise definidas para o datamart. O modelo proposto foi implementado em um protótipo. A interface gráfica, baseada em tabelas e mapas, está integrada ao módulo SOLAP. Ao navegar pelos mapas e tabelas apresentando resultados de operações SOLAP, outras operações SOLAP podem ser invocadas e os resultados apresentados em novos gráficos e tabelas. Um slider permite a análise da evolução temporal do estado de porções da rede. Por fim, a modelo é avaliado em um estudo de caso do setor elétrico, o qual possibilita a investigação de padrões e tendências espaço-temporais em diferentes porções de uma rede de distribuição de energia elétrica