Semantische Modellierung und Reasoning für Kontextinformationen in Infrastrukturnetzen

Infrastrukturen wie Verkehrs- und Energienetze bilden das Rückgrat unserer Gesellschaft und Wirtschaft. Präzises Wissen über den aktuellen technischen Zustand der Infrastrukturkomponenten gilt als Grundvoraussetzung zur Befriedigung des ständig wachsenden Kapazitätsbedarfs und zur Erhöhung der Kosteneffizienz, insbesondere bei der Instandhaltung. Zwar liefern Fernüberwachungssysteme verschiedener Organisationen bereits heute unterschiedlichste Statusinformationen. Es fehlt jedoch ein generischer Ansatz zur integrierten Auswertung dieser Daten, um komplexe Gesamtzustände der Infrastrukturkomponenten abzuleiten. Diese Arbeit versteht die Zustandsüberwachung für Infrastrukturnetze als ein kontextsensitives System im Sinne der Ambient Intelligence (Umgebungsintelligenz): Fernüberwachungssysteme liefern Kontextinformationen}, und anstelle der Situation einer Entität soll damit der Zustand eines Überwachungsobjekts ermittelt werden. Da sich hierfür bei kontextsensitiven Systemen wissensbasierte Ansätze bewährt haben, überträgt diese Arbeit einen solchen Ansatz auf die Zustandsüberwachung in Infrastrukturnetzen. Damit sollen generische Verfahren sowohl zur Integration als auch zur Auswertung (Reasoning) von Kontextinformationen in Infrastrukturnetzen konzipiert und umgesetzt werden. Eine Analyse von Schienen- und Stromnetzen identifiziert als Anforderungen unter anderem die Interoperabilität der Kontextinformationen zwischen Systemen und Betreibern sowie die Möglichkeit, auch komplexe Zustände ableiten zu können. Die Standards des Semantic Web auf Basis der Beschreibungslogik SHIN bieten hierfür eine attraktive Grundlage und gewährleisten sowohl die Umsetzbarkeit als auch die Zukunftstüchtigkeit. Für die automatisierte Auswertung (Reasoning) müssen die Besonderheiten von Infrastrukturnetzen berücksichtigt werden: Einerseits fallen Kontextinformationen von Überwachungssystemen räumlich verteilt und bei verschiedenen Organisationen an. Deshalb werden Verfahren entwickelt, die konjunktive Anfragen auch bei verteilten Wissensbasen korrekt und vollständig beantworten. Dies wird theoretisch gezeigt und praktisch evaluiert. Andererseits müssen topologiebezogene Anfragen beantwortet werden, wie die Suche nach optimalen Pfaden und k-nächsten Nachbarn. Dazu wird eine hierarchische Modellierung des Infrastrukturnetzes entwickelt. Ein generisches Konzept ermöglicht es, damit verschiedene Verfahren für topologiebezogene Anfragen umzusetzen. Zur praktischen Umsetzung dieser Konzepte in einem Zustandsüberwachungssystem wird eine geschichtete Systemarchitektur spezifiziert. Ein Fallbeispiel aus dem europäischen Schienenverkehr zeigt ihre Realisierung: Mehrere Organisationen stellen unter anderem Achslast-, Gleisgeometrie- und Schienenprofilmessungen als Kontextinformationen zur Verfügung. Unabhängig von deren Verteilung über ganz Europa werten die entwickelten Reasoningverfahren die Semantik der Systemontologie aus und demonstrieren so die zustandsorientierte Wartung des Schienennetzes

Description logic reasoning with syntactic updates

Abstract. Various data sources on the Web tend to be highly dynamic; this is ev-ident in prominent Web services frameworks in which devices register or dereg-ister their descriptions quite rapidly and in Semantic Web portals which allow content authors to modify or extend underlying ontologies and submit content. Such applications often leverage Description Logic (DL) reasoning for a variety of tasks (e.g., classifying Web service descriptions, etc); however, this can intro-duce substantial overhead due to content fluctuation, as DL reasoners have only been considered for relatively static knowledge bases. This work aims to provide more efficient DL reasoning techniques for frequently changing instance bases (ABoxes). More specifically, we investigate the process of incrementally updat-ing tableau completion graphs used for reasoning in the expressive DLs SHOQ and SHIQ, which correspond to a large subset of the W3C standard Web On-tology Language, OWL-DL. We present an algorithm for updating completion graphs under the syntactic addition and removal of ABox assertions. We also provide an empirical analysis of the approach through an implementation in the OWL-DL reasoner, Pellet.

A flexible model for the semi-automatic location of services

Tesis doctoral inédita. Universidad Autónoma de Madrid, Escuela Politécnica Superior, julio de 200

Model and Proof Theory of Constructive ALC, Constructive Description Logics

Description logics (DLs) represent a widely studied logical formalism with a significant impact in the field of knowledge representation and the Semantic Web. However, they are equipped with a classical descriptive semantics that is characterised by a platonic notion of truth, being insufficiently expressive to deal with evolving and incomplete information, as from data streams or ongoing processes. Such partially determined and incomplete knowledge can be expressed by relying on a constructive semantics. This thesis investigates the model and proof theory of a constructive variant of the basic description logic ALC, called cALC. The semantic dimension of constructive DLs is investigated by replacing the classical binary truth interpretation of ALC with a constructive notion of truth. This semantic characterisation is crucial to represent applications with partial information adequately, and to achieve both consistency under abstraction as well as robustness under refinement, and on the other hand is compatible with the Curry-Howard isomorphism in order to form the cornerstone for a DL-based type theory. The proof theory of cALC is investigated by giving a sound and complete Hilbert-style axiomatisation, a Gentzen-style sequent calculus and a labelled tableau calculus showing finite model property and decidability. Moreover, cALC can be strengthened towards normal intuitionistic modal logics and classical ALC in terms of sound and complete extensions and hereby forms a starting point for the systematic investigation of a constructive correspondence theory.Beschreibungslogiken (BLen) stellen einen vieluntersuchten logischen Formalismus dar, der den Bereich der Wissensrepräsentation und das Semantic Web signifikant geprägt hat. Allerdings basieren BLen meist auf einer klassischen deskriptiven Semantik, die gekennzeichnet ist durch einen idealisierten Wahrheitsbegriff nach Platons Ideenlehre, weshalb diese unzureichend ausdrucksstark sind, um in Entwicklung befindliches und unvollständiges Wissen zu repräsentieren, wie es beispielsweise durch Datenströme oder fortlaufende Prozesse generiert wird. Derartiges partiell festgelegtes und unvollständiges Wissen lässt sich auf der Basis einer konstruktiven Semantik ausdrücken. Diese Arbeit untersucht die Model- und Beweistheorie einer konstruktiven Variante der Basis-BL ALC, die im Folgenden als cALC bezeichnet wird. Die Semantik dieser konstruktiven Beschreibungslogik resultiert daraus, die traditionelle zweiwertige Interpretation logischer Aussagen des Systems ALC durch einen konstruktiven Wahrheitsbegriff zu ersetzen. Eine derartige Interpretation ist die Voraussetzung dafür, um einerseits Anwendungen mit partiellem Wissen angemessen zu repräsentieren, und sowohl die Konsistenz logischer Aussagen unter Abstraktion als auch ihre Robustheit unter Verfeinerung zu gewährleisten, und andererseits um den Grundstein für eine Beschreibungslogik-basierte Typentheorie gemäß dem Curry-Howard Isomorphismus zu legen. Die Ergebnisse der Untersuchung der Beweistheorie von cALC umfassen eine vollständige und korrekte Hilbert Axiomatisierung, einen Gentzen Sequenzenkalkül, und ein semantisches Tableaukalkül, sowie Beweise zur endlichen Modelleigenschaft und Entscheidbarkeit. Darüber hinaus kann cALC zu normaler intuitionistischer Modallogik und klassischem ALC durch vollständige und korrekte Erweiterungen ausgebaut werden, und bildet damit einen Startpunkt für die systematische Untersuchung einer konstruktiven Korrespondenztheorie