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Output constraints in multimedia database systems
Zusammenfassung
Semantische Fehler treten bei jeder Art von Datenverwaltung auf. Herkömmliche
Datenbanksysteme verwenden eine Integritätskontrolle, um semantische Fehler zu
vermeiden. Um die Integrität der Daten zu gewährleisten werden Integritätsregeln
benutzt. Diese Regeln können allerdings nur die Konsistenz einfach
strukturierter Daten überprüfen.
Multimedia Datenbanksystem verwalten neben einfachen alphanumerischen Daten auch
komplexe Mediendaten wie Videos. Um die Konsistenz dieser Daten zu sichern,
bedarf es einer erheblichen Erweiterung des bestehenden Integritätskonzeptes.
Dabei muss besonders auf die konsistente Datenausgabe geachtet werden. Im
Gegensatz zu alphanumerischen Daten können Mediendaten während der Ausgabe
verfälscht werden. Dieser Fall kann eintreten, wenn eine geforderte
Datenqualität bei der Ausgabe nicht erreicht werden kann oder wenn
Synchronisationsbedingungen
zwischen Medienobjekten nicht eingehalten werden können. Es besteht daher die
Notwendigkeit, Ouptut Constraints einzuführen. Mit ihrer Hilfe kann definiert
werden, wann die Ausgabe von Mediendaten semantisch korrekt ist. Das
Datenbanksystem kann diese Bedingungen überprüfen und so gewährleisten, dass der
Nutzer semantisch einwandfreie Daten erhält.
In dieser Arbeit werden alle Aspekte betrachtet, die notwendig sind, um
Ausgabebedingungen in ein Multimedia Datenbanksystem zu integrieren. Im
einzelnen werden die Modellierung der Bedingungen, deren datenbankinterne
Repräsentation sowie die Bedingungsüberprüfung betrachtet.
Für die Bedingungsmodellierung wird eine Constraint Language auf Basis der
Prädikatenlogik eingeführt. Um die Definition von zeitlichen und räumlichen
Synchronisationen zu ermöglichen, verwenden wir Allen-Relationen. Für die
effiziente Überprüfung der Ausgabebedingungen müssen diese aus der
Spezifikationssprache in eine datenbankinterne Darstellung überführt werden.
Für die datenbankinterne Darstellung werden Difference Constraints verwendet.
Diese erlauben eine sehr effiziente Bedingungsüberprüfung. Wir haben Algorithmen
entwickelt, die eine effiziente Überprüfung von Ausgabebedingungen erlauben und
dies anhand von Experimenten nachgewiesen. Neben der Überprüfung der Bedingungen
müssen Mediendaten so synchronisiert werden, dass dies den Ausgabebedingungen
entspricht. Wir haben dazu das Konzept des Output Schedules entwickelt. Dieser
wird aufgrund der definierten Ausgabebedingungen generiert.
Durch die Ausgabebedingungen, die in dieser Arbeit eingeführt werden, werden
semantische Fehler bei der Verwaltung von Mediendaten erheblich reduziert. Die
Arbeit stellt daher einen Beitrag zur qualitativen Verbesserung der Verwaltung
von Mediendaten dar.Semantic errors exist as long as data are managed. Traditional database systems try to prevent this errors by proposing integrity
concepts for stored data. Integrity constraints are used to implement these integrity concepts. However, integrity constraints can only detect semantic errors in elementary data.
Multimedia database systems manage elementary data as well as complex media data, like videos. Considering these media data we need a much wider consistency concept as traditional database systems provide. Especially, data output of media data must be taken into account. In contrast to alphanumeric data the semantics of media data can be falsified during data output if data quality or
synchronization of data are not suitable. Thus, we need a concept for output constraints that allow for preventing semantic errors in case of data output. For integrating output constraints into a multimedia database system we have to consider modelling, representation and checking of output constraints.
For modelling output constraints we have introduced a constraint language which uses the same principles as traditional constraint languages. Our constraint specification language must support temporal and spatial synchronization constraints. However, it is desired to support both kinds of synchronization in almost the same manner. Therefore, we use Allen-Relations for defining temporal
synchronization constraints as well as for defining spatial synchronization constraints.
We need a database internal representation of output constraints that makes efficient constraint checking possible. The Allen-Relations used in the constraint language cannot be checked efficiently. However, difference constraints are a class of constraints that allows an very efficient checking. Therefore, we use difference constraints as database internal representation of output constraints.
As methods for checking consistency of output constraints we use an approach based on graph theory as well as an analytical approach. Both approaches require a constraint graph as data structure. For data output we need an output order that is adequate to the defined output constraints. This output schedule can be produced based on the output constraints.
With output constraints, proposed in this thesis, semantical correctness of media data considering the data output can be supported.Thus, the contribution of this work is an qualitative improvement of managing media data by database systems
Geospatial Narratives and their Spatio-Temporal Dynamics: Commonsense Reasoning for High-level Analyses in Geographic Information Systems
The modelling, analysis, and visualisation of dynamic geospatial phenomena
has been identified as a key developmental challenge for next-generation
Geographic Information Systems (GIS). In this context, the envisaged
paradigmatic extensions to contemporary foundational GIS technology raises
fundamental questions concerning the ontological, formal representational, and
(analytical) computational methods that would underlie their spatial
information theoretic underpinnings.
We present the conceptual overview and architecture for the development of
high-level semantic and qualitative analytical capabilities for dynamic
geospatial domains. Building on formal methods in the areas of commonsense
reasoning, qualitative reasoning, spatial and temporal representation and
reasoning, reasoning about actions and change, and computational models of
narrative, we identify concrete theoretical and practical challenges that
accrue in the context of formal reasoning about `space, events, actions, and
change'. With this as a basis, and within the backdrop of an illustrated
scenario involving the spatio-temporal dynamics of urban narratives, we address
specific problems and solutions techniques chiefly involving `qualitative
abstraction', `data integration and spatial consistency', and `practical
geospatial abduction'. From a broad topical viewpoint, we propose that
next-generation dynamic GIS technology demands a transdisciplinary scientific
perspective that brings together Geography, Artificial Intelligence, and
Cognitive Science.
Keywords: artificial intelligence; cognitive systems; human-computer
interaction; geographic information systems; spatio-temporal dynamics;
computational models of narrative; geospatial analysis; geospatial modelling;
ontology; qualitative spatial modelling and reasoning; spatial assistance
systemsComment: ISPRS International Journal of Geo-Information (ISSN 2220-9964);
Special Issue on: Geospatial Monitoring and Modelling of Environmental
Change}. IJGI. Editor: Duccio Rocchini. (pre-print of article in press
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