Geographica: A Benchmark for Geospatial RDF Stores

Geospatial extensions of SPARQL like GeoSPARQL and stSPARQL have recently been defined and corresponding geospatial RDF stores have been implemented. However, there is no widely used benchmark for evaluating geospatial RDF stores which takes into account recent advances to the state of the art in this area. In this paper, we develop a benchmark, called Geographica, which uses both real-world and synthetic data to test the offered functionality and the performance of some prominent geospatial RDF stores

A GeoSPARQL Compliance Benchmark

We propose a series of tests that check for the compliance of RDF triplestores with the GeoSPARQL standard. The purpose of the benchmark is to test how many of the requirements outlined in the standard a tested system supports and to push triplestores forward in achieving a full GeoSPARQL compliance. This topic is of concern because the support of GeoSPARQL varies greatly between different triplestore implementations, and such support is of great importance for the domain of geospatial RDF data. Additionally, we present a comprehensive comparison of triplestores, providing an insight into their current GeoSPARQL support

GeoYCSB: A Benchmark Framework for the Performance and Scalability Evaluation of Geospatial NoSQL Databases

The proliferation of geospatial applications has tremendously increased the variety, velocity, and volume of spatial data that data stores have to manage. Traditional relational databases reveal limitations in handling such big geospatial data, mainly due to their rigid schema requirements and limited scalability. Numerous NoSQL databases have emerged and actively serve as alternative data stores for big spatial data. This study presents a framework, called GeoYCSB, developed for benchmarking NoSQL databases with geospatial workloads. To develop GeoYCSB, we extend YCSB, a de facto benchmark framework for NoSQL systems, by integrating into its design architecture the new components necessary to support geospatial workloads. GeoYCSB supports both microbenchmarks and macrobenchmarks and facilitates the use of real datasets in both. It is extensible to evaluate any NoSQL database, provided they support spatial queries, using geospatial workloads performed on datasets of any geometric complexity. We use GeoYCSB to benchmark two leading document stores, MongoDB and Couchbase, and present the experimental results and analysis. Finally, we demonstrate the extensibility of GeoYCSB by including a new dataset consisting of complex geometries and using it to benchmark a system with a wide variety of geospatial queries: Apache Accumulo, a wide-column store, with the GeoMesa framework applied on top

Experimental Evaluation of Big Geospatial Data Systems

Ο όγκος των διαθέσιμων χωρικών δεδομένων ο οποίος παράγεται και συλλέγεται έχει αυξηθεί σημαντικά. Αναδύθηκε έτσι ένας αριθμός εφαρμογών που βασίζονται σε συστήματα τύπου Map-Reduce και υποδομών cloud. Αυτές οι εφαρμογές παρέχουν μια ποικιλία χαρακτηριστικών, παρόλα αυτά, διαφέρουν σε ότι αφορά τις χωρικές μεθόδους, τις τεχνικές καταμερισμού δεδομένων και το σύστημα ευρετηρίου που χρησιμοποιούν. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζουμε μια πειραματική μελέτη που συγκρίνει τα πιο σύγ- χρονα και ολοκληρωμένα συστήματα κατανεμημένης επεξεργασίας γεωχωρικών επερω- τήσεων ως προς την λειτουργικότητα και την απόδοση τους σε χρόνο εκτέλεσης και κλιμα- κωσιμότητα. Εκτελέστηκαν λεπτομερές συγκριτικές δοκιμές τόσο ως προς τις λειτουργίες όσο και στην απόδοση περιέχοντας οριακές περιπτώσεις που καταπονούν τα συγκρινόμενα συστήματα και αποκαλύπτουν τα πλεονεκτήματα και τις αδυναμίες τους τόσο λειτουργικά όσο και σε απόδοση.The volume of available spatial data that is generated and collected is significantly in- creased. A number of applications based on Map-Reduce-like systems and cloud infras- tructure emerged. These applications offer a variety of features, however they differ in terms of spatial functions, partitioning and indexing. In this diploma thesis we present an experimental study that compares the most modern and complete systems of distributed geospatial query processing in terms of functionality and performance in runtime and scal- ing. We conduct detailed functional and performance benchmarks that include corner cases that stress the systems in comparison and reveal their advantages and weaknesses in both functionality and performance

Semantically-Aware Retrieval of Oceanographic Phenomena Annotated on Satellite Images

Scientists in the marine domain process satellite images in order to extract information that can be used for monitoring, understanding, and forecasting of marine phenomena, such as turbidity, algal blooms and oil spills. The growing need for effective retrieval of related information has motivated the adoption of semantically aware strategies on satellite images with different spatiotemporal and spectral characteristics. A big issue of these approaches is the lack of coincidence between the information that can be extracted from the visual data and the interpretation that the same data have for a user in a given situation. In this work, we bridge this semantic gap by connecting the quantitative elements of the Earth Observation satellite images with the qualitative information, modelling this knowledge in a marine phenomena ontology and developing a question answering mechanism based on natural language that enables the retrieval of the most appropriate data for each user’s needs. The main objective of the presented methodology is to realize the content-based search of Earth Observation images related to the marine application domain on an application-specific basis that can answer queries such as “Find oil spills that occurred this year in the Adriatic Sea”

Proposing a Methodology for Designing an Enterprise Knowledge Graph to Ensure Interoperability Between Heterogeneous Data Sources

Ο κύριος ερευνητικός στόχος αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να προτείνει μια προσέγγιση για το σχεδιασμό ενός Γνωσιακού Γράφου Επιχειρήσεων (EKG) για τη διασφάλιση της διαλειτουργικότητας μεταξύ διαφορετικών ετερογενών πηγών, λαμβάνοντας υπόψη τις ήδη υπάρχουσες προσπάθειες και διαδικασίες αυτοματισμού που αναπτύχθηκαν από την ENGIE στην προσπάθειά τους να δημιουργήσουν ένα Γνωσιακό Γράφο ειδικού σκοπού. Για την επίτευξη αυτού του στόχου, απαιτείται η βαθιά κατανόηση των ήδη υπαρχόντων σύγχρονων προσεγγίσεων EKG, των τεχνολογιών τους με έμφαση στη μετατροπή δεδομένων και στις μεθόδους επερώτησης και τέλος η συγκριτική παρουσίαση τυχόν νέων ευρημάτων σε αυτή τη νέα πρόκληση καθορισμού ενός EKG. Τα κριτήρια αξιολόγησης των διαφόρων διαδικασιών έχουν αποφασιστεί με τρόπο που να καλύπτει τις ακόλουθες ερωτήσεις. (i) Ποιες είναι οι επιπτώσεις και τα πρακτικά αποτελέσματα των διαφορετικών στρατηγικών σχεδιασμού για τον ορισμό ενός EKG; (ii) Πώς αυτές οι στρατηγικές επηρεάζουν τη σημασιολογική πολυπλοκότητα και μειώνουν ή αυξάνουν την απόδοση; (iii) Είναι δυνατόν να διατηρηθεί χαμηλά η καθυστέρηση και να έχουμε μόνιμες ενημερώσεις; Επιπλέον, η εργασία μας περιορίστηκε σε ένα σενάριο χρήσης που ορίστηκε από την ENGIE για να διερευνήσει τα ανοιχτά δεδομένα ατυχημάτων και τα δεδομένα του οδικού χάρτη ως μια αφετηρία στην κατασκευή ενός EKG. Θα πειραματιστούμε με τον μετασχηματισμό δεδομένων από ετερογενείς πηγές δεδομένων σε μία τελική ενιαία συλλογή δεδομένων (RDF) έτοιμη να χρησιμοποιηθεί ως τη βάση του Γνωσιακού Γράφου. Στη συνέχεια, θα παρουσιάσουμε τις τεχνικές προκλήσεις, το λεξιλόγιο και τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την επίλυση του προβλήματος ορισμού ενός EKG. Τέλος, ένας παράλληλος στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η πρακτική δοκιμή και σύγκριση τεχνικών μεθόδων για την ενσωμάτωση, τον εμπλουτισμό και τον μετασχηματισμό δεδομένων. Το σημαντικότερο για εμάς, είναι ότι θα δοκιμάσουμε την ικανότητα επερωτήσεων γεωχωρικών πληροφοριών που αποτελούν βασικό στοιχείο για αυτό το Γνωσιακό Γράφο ειδικού σκοπού. Σε αυτήν την εργασία, παρουσιάζουμε τις διαφορετικές υλοποιήσεις των RDF stores που υποστηρίζουν μια γλώσσα γεωγραφικών επερωτήσεων για δεδομένα RDF (GeoSPARQL), ένα πρότυπο του W3C για γεωγραφική και σημασιολογική αναπαράσταση γεωγραφικών δεδομένων. Επιπλέον, δημιουργήθηκαν δοκιμαστικά δεδομένα, τα οποία συγκρίνουν τον μετασχηματισμό και τη σύνδεση διαφορετικών δεδομένων, αξιοποιώντας τις αρχές του Σημασιολογικού Ιστού.The main research goal of this thesis is to propose an approach for designing an Enterprise Knowledge Graph (EKG) to ensure interoperability between different heterogeneous sources, taking into account the already existing efforts and automation processes developed by ENGIE in their attempt to build a domain-based EKG. Reaching this goal, demands a deep understanding of the already existing state-of-the-art on EKG approaches, their technologies with a focus on data-transformation and query methods and finally a comparative presentation of any new findings in this new challenge of defining an end-to-end formula for EKG construction. The criteria of evaluating the different works have been decided in a way to cover the following questions. (i) Which are the Implications and practical expectations of different design strategies to realize an EKG? (ii) How do those strategies affect semantic complexity and decrease or increase performance? (iii) Is it possible to maintain low latency and permanent updates? Furthermore, our work was limited to one use case defined by ENGIE to explore the open data of accident and the data of road map as a starting point experience in EKG construction. We shall experiment with data transformation from heterogenous data sources into a final unified RDF datastore ready to be used as the foundation of an EKG. After, we are going to present the technical challenges, the vocabulary and the methods used to achieve a solution to the EKG definition problem. Finally, a side goal of the thesis is to practically test and compare technical methods for data integration, enrichment and transformation. Most importantly we are going to test the ability to query Geospatial information which is a key element for this domain-based EKG. In this work, we are presenting the different implementations of RDF stores which support a Geographic Query Language for RDF Data (GeoSPARQL), a W3C standard for geo-related and Semantic representation of geographical data. Furthermore, we have formed our test data as a subset coming from ENGIE's big data. Our test data have been put and benchmarked against the knowledge transformation and linkage phases, using state-of-the-art Semantic tools

Automatic Geospatial Data Conflation Using Semantic Web Technologies

Duplicate geospatial data collections and maintenance are an extensive problem across Australia government organisations. This research examines how Semantic Web technologies can be used to automate the geospatial data conflation process. The research presents a new approach where generation of OWL ontologies based on output data models and presenting geospatial data as RDF triples serve as the basis for the solution and SWRL rules serve as the core to automate the geospatial data conflation processes