Topological Properties in Ontology-based Applications

Proceedings of: 11th International Conference on Intelligent Systems Design and Applications, Córdoba, Spain, 22 – 24 November, 2011.Representation and reasoning with spatial properties is essential in several application domains where ontologies are being successfully applied; e.g., Information Fusion systems. This requires a full characterization of the semantics of relations such as adjacent, included, overlapping, etc. Nevertheless, ontologies are not expressive enough to directly support widely-use spatial or topological theories, such as the Region Connection Calculus (RCC). In addition, these properties must be properly instantiated in the ontology, which may require expensive calculations. This paper presents a practical approach to represent and reason with topological properties in ontology-based systems, as well as some optimization techniques that have been applied in a video-based Information Fusion application.This work was supported in part by Projects CICYT TIN2008-06742-C02-02/TSI, CICYT TEC2008-06732-C02-02/TEC,CAM CONTEXTS (S2009/ TIC-1485) and DPS2008-07029-C02-02.Publicad

Shape Expressions Schemas

We present Shape Expressions (ShEx), an expressive schema language for RDF designed to provide a high-level, user friendly syntax with intuitive semantics. ShEx allows to describe the vocabulary and the structure of an RDF graph, and to constrain the allowed values for the properties of a node. It includes an algebraic grouping operator, a choice operator, cardinalitiy constraints for the number of allowed occurrences of a property, and negation. We define the semantics of the language and illustrate it with examples. We then present a validation algorithm that, given a node in an RDF graph and a constraint defined by the ShEx schema, allows to check whether the node satisfies that constraint. The algorithm outputs a proof that contains trivially verifiable associations of nodes and the constraints that they satisfy. The structure can be used for complex post-processing tasks, such as transforming the RDF graph to other graph or tree structures, verifying more complex constraints, or debugging (w.r.t. the schema). We also show the inherent difficulty of error identification of ShEx

Annotating digital libraries and electronic editions in a collaborative and semantic perspective

The distinction between digital libraries and electronic editions is becom-ing more and more subtle. The practice of annotation represents a point of conver-gence of two only apparently separated worlds. The aim of this paper is to present a model of collaborative semantic annotation of texts (SemLib project), suggesting a system that find in Semantic Web and Linked Data the solution technologies for en-abling structured semantic annotation, also in the field of electronic editions in Digi-tal Humanities domain. The main purpose of SemLib is to develop an application so to make easy for developers the integration of annotation software in digital librar-ies, which are different both for technical implementations and managed contents, and provide to users, indifferently from their cultural backgrounds, a simple system which could be used as a front-end. We present, for this purpose, a final example of semantic annotation in a specific context: a digital edition of a literary text and the issues that an annotation task involves

Learning from visualizing and Interacting with the Semantic Web Dog Food

International audienceSemantic Web conferences such as WWW and ISWC fos- tered a collaborative e ort for the leveraging of Linked Data about con- ferences people, papers and talks. This e ort gave birth to the Semantic Web Conference Corpus, a.k.a. the Semantic Web Dog Food Corpus. Many other conferences and journals contributed afterwards to this cor- pus, so that it is today a representative semantic data archive about our research community activities and progression. These metadata are con- sistent with Linked Data principles and therefore can be semantically processed by the machine. Although it is a matchless source of scienti c knowledge for our community, it is di cult for the researcher, as a hu- man, to browse this corpus that contains more than 180k unique triples. This paper presents our e ort to bring a user-friendly Web application based on the Semantic Web Dog Food corpus that show the topics trends in Semantic Web research. The application was made freely available to the researcher as an end user. In this work we identify speci c issues and barriers encountered when building the system, discuss how these were approached in this software, and how the lessons learnt can drive future implementations fostering the Web of Data

Semantically Rich Tools for Text Exploration

Literary scholarship is poised to benefit immensely from the emerging modular software frameworks that support deep and finely grained investigations of digital texts. Humanities research centers, such as the Brown University Women Writers Project, have invested substantially in enriching bodies of literary texts with semantic and structural information, using XML formats such as the Text Encoding Initiative (TEI). Recent innovations in scholarly software design offer opportunities to exploit the semantic depth of TEI collections by creating new tools for textual analysis and collaboration. To this end, the Brown University Scholarly Technology Group (STG) and the Brown University Women Writers Project (WWP) propose a new effort to create a prototype suite of software tools to explore TEI encoded texts in the new Software Environment for the Advancement of Scholarly Research (SEASR)

Aide à la conception de workflows personnalisés : application à la prise en charge à domicile

Aujourd'hui, les TIC sont reconnues comme un élément inéluctable pour améliorer les pratiques et les usages du secteur de la santé et particulièrement celui de la PAD. Cependant, malgré tout l'engouement et les avancés accomplies dans ce domaine, un problème de coordination et de continuité des soins personnalisés aux patients subsiste toujours. Un système de gestion de workflow semble approprié pour assurer cette coordination de la PAD. Toutefois, les caractéristiques des processus de la PAD, que nous avons identifié, compliquent la conception de ce workflow. En effet, le processus de la PAD a la particularité d'être un processus, personnalisé pour chaque patient, collaboratif évoluant dans un environnement très dynamique et incertain avec une forte contrainte temporelle. Dans le but d'améliorer la coordination en tenant compte des caractéristiques des processus de la PAD, nous avons proposé une approche de conception d'un workflow personnalisé basé sur les modèles de connaissances et guidée par une approche dirigée par les modèles. Cette approche préconise l'utilisation d'ontologies du domaine de la PAD et du BPMN dans un processus de transformations qui aboutit à la conception d'un workflow personnalisé pour un patient donnée selon son profil. Les travaux développés dans ce mémoire présentent une partie de cette approche qui consiste à construire un processus BPMN personnalisé. Les contributions, que nous y exposons sont : premièrement, la conception d'une ontologie du domaine de la PAD. Cette ontologie inclut : le profil patient (pathologie, entourage, environnement,...), l'aspect organisationnel de la PAD (le rôle de chaque intervenant) et le traitement ou les interventions nécessaires pour chaque pathologie. Deuxièmement une proposition de règles de correspondances entre les termes du domaine de la PAD et du BPMN. Finalement des requêtes permettant la conception d'un processus BPMN personnalisé. Cette approche a été testée sur un cas d'étude de la PAD qui montre son bon fonctionnement.Today, ICT is recognized as a requirement to improve the practices of the health sector and particularly the home care area. However, despite all the advances accomplished in this field, a problem of coordination and continuity of personalized care remains. A workflow management system seems appropriate to ensure the coordination of home care. However, the characteristics of the home care processes complicate the design of the workflow. Indeed, the processes of home care need to be customized for each patient, collaborative, evolving in a very dynamic and uncertain environment with a strong time constraint. In order to improve the coordination taking into account the characteristics of the home care process, we propose an approach to design a custom workflow models based on knowledge and guided by a model driven approach. This approach advocates the use of ontologies in the field of home care and BPMN into a process of transformation that leads to the design of a custom workflow for a given patient according to his profile. The work developed in this thesis are part of this approach is to build a customized BPMN process. Contributions are: first, the design of an ontology for home care. This ontology includes: patient profile (pathology, environment, ...), the organizational aspect of the home care (the role of each actor) and the treatment or interventions necessary for each pathology. Secondly, a proposal of correspondence rules between the terms in the field of home care and BPMN. Finally queries are performed to design a customized BPMN process. This approach has been tested on a significative case study

SOMWeb: Supporting a Distributed Clinical Community of Practice Using Semantic Web Technologies

This thesis concerns supporting the collaboration and knowledge sharing of distributed clinicians of oral medicine, a sub-discipline of dentistry. The Swedish Oral Medicine Network (SOMNet) holds monthly telephone conferences where a group of clinicians discuss interesting and difficult cases, which distinguishes it from one-to-one teleconsultations. SOMNet can be seen as a distributed community of practice, that is, a group of people sharing a concern and who interact regularly to extend their individual and collective expertise. Related to this, several topics need further investigation: How can geographically distributed clinical collaboration be characterized? What is appropriate functionality for a Web-based system supporting such collaborations? What are the impacts of such systems on collaboration? Further, Semantic Web technologies, such as the Web Ontology Language (OWL), have been proposed as a means of enhancing knowledge sharing. What are benefits and limitations of using these technologies to encode domain knowledge in oral medicine and to support clinical collaboration, and what practical issues face developers? The developed system, SOMWeb, focuses on functionality for meetings and structured cases, and has been regularly used for three years. Interviews, observations, a questionnaire, system log analysis, and case analysis were used to study SOMNet's collaboration and identify system impacts. The documentation of the forms of collaboration in SOMNet can serve as a model for other groups of clinicians wishing to establish a distributed collaboration. SOMNet's meetings provide a necessary rhythm for the community and the cases give context to the clinicians' learning which point toward that the centrality of meetings and cases in a tool will benefit collaboration. Impacts on SOMNet's collaboration include enabling the participation of a wider range of clinics. Factors influencing this are the more accessible submission process as well as the increased tangibility of the collaboration. The thesis also provides recommendations for developers of systems supporting clinical collaboration and knowledge sharing. The use of OWL in examination descriptions has enabled reasoning over cases in the system to provide improved case browsing. At the same time, limitations were found in using OWL for examination templates. Based on the lessons learned in this development, the thesis provides recommendations for using Semantic Web technologies, which can be of value for other developers and to guide future research

Towards ontological foundations of research information systems

Despite continuous advancements in information system technologies it is still not simple to receive relevant answers to Science-related queries. Getting answers requires a gathering of information from heterogeneous systems, and the volume of responses that semantically do not match with the queried intensions overwhelms users. W3C initiatives with extensions such as the Semantic Web and the Linked Open Data Web introduced important technologies to overcome the issues of semantics and access by promoting standard representation formats – formal ontologies – for information integration. These are inherent in architectural system styles, where increased openness challenges the traditional closed-world and often adhocly designed systems. However, technology on its own is not meaningful and the information systems community is increasingly becoming aware of foundations and their importance with guiding system analyses and conceptual design processes towards sustainable and more integrative information systems. As a contribution, this work develops a formal ontology FERON – Field-extensible Research Ontology – following the foundations as introduced by Mario Bunge and applied to information systems design by Wand and Weber, i.e. Bunge- Wand-Weber (BWW). Nevertheless, FERON is not aimed at the modelling of an information system as such, but at the description of a perceived world – the substantial things – that an information system ought to be able to model. FERON is a formal description of the Research domain – a formal ontology according to latest technological standards. Language Technology was chosen as a subdomain to demonstrate its field extensibility. The formal FERON ontology results from a hybrid modelling approach; it was first described top-down based on a many years activity of the author and then fine-tuned bottom-up through a comprehensive analysis and re-use of openly available descriptions and standards. The entire FERON design process was accompanied by an awareness of architectural system levels and system implementation styles, but was at first aimed at a human domain understanding, which according to the General Definition of Information (GDI) is achievable through well-formed meaningful data.Trotz kontinuierlich verbesserter Informationssystemtechnologien ist es nicht einfach möglich, relevante Antworten auf forschungsverwandte Suchanfragen zu erhalten. Dies liegt unter anderem daran, dass Informationen in verschiedenen Systemen bereitgestellt werden, und dass die Beschreibung der bereitgestellten Informationen nicht mit den Beschreibungen der gestellten Fragen übereinstimmen. Neuere Technologien wie das Semantische Web oder Linked Open Data ermöglichen zwar verbesserte Beschreibungen und Zugriffe – jedoch sind die Technologien an sich auch nicht bedeutungsvoll. Weitergehende, fundierende Ansätze zur Beschreibung von Informationenen finden daher zunehmend Anerkennung und Zuspruch in der wissenschaftlichen Gemeinde, diese beinflussen konsequenterweise die Systemanalyse sowie das Systemdesign. Die vorliegende Arbeit entwickelt eine formale Ontologie einer Forschungswelt die disziplinenübergreifend skaliert, namentlich FERON – Field-extensible Research Ontology, basierend auf den Ansätzen der Bunge-Wand-Weber (BWW) Ontologie. Der Titel der Arbeit “Towards Ontological Foundations of Research Information Systems” übersetzt: „Zur ontologischen Fundierung von Forschungsinformationssystemen“. Im Titel ist ontologisch zuallererst im philosophischen Sinne zu verstehen, und nicht zu verwechseln mit der dann resultierenden Ontologie im technologischen Sinne einer formalen Beschreibung der wahrgenommenen Forschungswelt – namentlich FERON. Eine Klärung der Begriffe Ontologie, Konzept, Entität, Daten und Information zum Verständnis der vorliegenden Arbeit wird in Kapitel 2.5 versucht, ein Verständnis wurde als kritisch für die Qualität der resultierenden formalen Ontologie FERON, aber auch als hilfreich für den Leser vorweggenommen, insbesondere weil die genannten Begriffe über Disziplinen hinweg oftmals sehr unterschiedlich wahrgenommen werden. Die Analyse und Modellierung von FERON basiert auf der Bedeutung dieser grundlegenden Begriffe wie die philosophische und wissenschaftliche Literatur verschiedener Disziplinen sie belegt. Die vorliegende Arbeit entwickelt FERON, und modelliert eine Welt der Forschung in disziplinenübergreifender Weise mittels neuester technologischer Standards – formal in RDF/OWL. Die fachspezifische Erweiterbarkeit ist durch Eingliederung von Beschreibungen des Gebietes Sprachtechnologie demonstriert. Die Modellierung wurde durchgehend von der Theorie Mario Bunges begleitet, welche Wand und Weber für eine Anwendung während der Systemanalyse und Systemgestaltung interpretierten und welche im Kapitel 3.1.1 vorgestellt wird. Die Idee ist als Bunge-Wand-Weber Ontologie (BWW) zunehmend bekannt und demgemäße ontologische Ansichten sind teilweise in formalen Beschreibungssprachen und Werkzeugen eingebunden, und damit bei der Modellierung explizit nutzbar. Neben BWW werden kurz die Fundierungsansätze von DOLCE, SUMO und Cyc vorgestellt und deren Relevanz für FERON verdeutlicht. Eine fehlende Fundierung in der Disziplin Informationssysteme wurde lange Zeit als wesentliche Ursache für die vermisste wissenschaftliche Akzeptanz der Disziplin betrachtet; größtenteils wurden Informationssysteme pragmatisch und adhoc entwickelt und skalierten daher nicht konsistent. Zunehmend wird jedoch eine theoretische und insbesondere die ontologische Fundierung von Informationssystemen als wertvoll anerkannt – von der Idee bis hin zur Implementierung aber auch während der Umgestaltungsphasen. Konzepte fundierter Informationssysteme im funktional-technischen Sinne sind als modellgetriebene Architektur bekannt und werden hier durch die Ansätze von Zachmann und Scheer verdeutlicht. In der kurzen Geschichte IT-basierter Informationssysteme wurden phasenweise immer wieder strukturell unterschiedliche Modelle angewandt. Diese werden daher im Kapitel 3.2 Modellierungsgrammatiken untersucht und deren Unterschiede dargestellt – namentlich das Entity-Relationship-Modell, semantische Netzwerke, das relationale Modell, hierarchische Modelle und objekt-orientierte Modelle. Darüberhinaus sind insbesondere formale Ontologien durch die Web Standardisierungsaktivitäten und W3C Empfehlungen ein rasant wachsendes Segment, verstärkt durch politische Entscheidungen für offene Daten und implizierend offene Systeme. Im Vergleich zu traditionellen und weitestgehend geschlossenen sogenannten closed-world Systemen sind hinsichtlich der Modellierung bestimmte Aspekte zu beachten. Diese unterliegen im Gegensatz zu offenen Systemen dem Paradigma des kompletten Wissens und sind sozusagen vorschreibend; im System aktuell nicht vorhandene Information wird als nicht existent interpretiert. Dahingegen gehen offene open-world Systeme davon aus, dass nicht vorhandene Information aktuell unbekannt ist – und die bekannte Information nicht vorschreibt sondern beschreibt. Weitere Unterschiede die es bezüglich der Modellierung zu beachten gilt, befassen sich mit zeitlich geprägten Verknüpfungen – über sogenannte Links oder Relationships – aber auch mit Entitäten und deren Identitäten. Da FERON keine Ontologie eines Informationssystems selbst modelliert, sondern eine Welt für eine mögliche Umsetzung in einem Informationssystem bechreibt sind weitergehende Modellierungsaspekte in Kapitel 3.3 lediglich erklärt und es wird auf Beispiele verwiesen. In der vorliegenden Arbeit wird keine explizite Anwendung empfohlen, weil ein Informationssystem immer derjenigen Form entsprechen sollte, welche einer bestimmten Funktion folgt, und weil die Vorwegnahme von Funktionen eine Dimension darstellt die weit über das Maß der vorliegenden Arbeit hinaus geht. FERON beschreibt eine Welt der Forschung; vorhandene Modellierungsansätze von Forschungsinformationssystemem werden mit Kapitel 4.1 den Ansätzen verwandter Arten gegenübergestellt – nämlich, wissenschaftlichen Repositorien, Datenrepositorien, Digitalen Bibliotheken, Digitalen Archiven und Lehre Systemen. Die untersuchten Modelle offenbaren neben inhaltlichen Unterschieden auch die Verschiedenheit der Modellierungsansätze von z.B. Referenzmodellen gegenüber formalen Datenmodellen oder offenen Weltbeschreibungen, und damit auch die einhergehende Schwierigkeit von Integration. Insbesondere formale Ontologien erlauben über die traditionellen Ansätze hinweg, automatische Schlußfolgerungen und Beweisführungen, welche jedoch hier nicht weitergehend erörtert werden. FERON war von Anfang an für den menschlichen Leser konzipiert, wenn auch formal beschrieben. Der Modellierungsansatz in FERON ist hybrid und wird in Kapitel 7 erläutert. Eine hybride Modellierung war möglich durch eine mehr als zehn-jährige Erfahrung und Tätigkeit der Autorin in diesem Bereich, auch belegt durch zahlreiche Peer-Review Publikationen. Der erste Entwurf von FERON erfolgte demgemäß zuallererst im Top-Down Verfahren (Figure 29), bevor mittels umfassender Analyse (dokumentiert in den Kapiteln 5 und 6) von verfügbaren Domänenbeschreibungen sukszessive eine Bottom-Up Anpassung von FERON vorgenommen wurde (Figure 68), welche bereits standardisierte und bereits definierte Beschreibungen und Eigenschaften wenn möglich integrierte (Figure 67). FERON ist eine ontologisch fundierte, formale Beschreibung – eine formale Ontologie – einer Forschungswelt zur vereinfachten, konsistenten Umsetzung von standardisierten, integrativen Forschungsinformationssystemen oder Fachinformationssystemen. Substantielle Entitäten wurden grundsätzlich erkannt, und deren Eigenschaften sowie Verknüpfungen formal beschrieben (Kapitel 7): Ressource unterschieden nach Nicht-Informations-Ressource und Informations-Ressource. Erstere unterscheidet nach Agent (Person, Organisationseinheit), Aktivität (Methode, Projekt, Bildung, Ereignis), Förderung (Programm, Einkommen), Messung und Infrastruktur (Werkzeug, Dienst, Einrichtung), zweitere nach Publikation, Literatur, Produkt (Daten), Wissensorganisationssystem, auch bekannt als KOS (Knowledge Organisation System), wie in der im Dokument integrierten Graphik (Figure 1) demonstriert. Kapitel 7 präsentiert FERON und dessen formale Einbindung von übergreifenden Eigenschaften wie Sprache, Zeit, Geographie, zeitlich geprägte Verknüpfung, ontologische Verpflichtung, Namensraum, Klasse, Eigenschaft, funktionales Schema, Entität und Identität. Seine inherente Struktur erlaubt eine einfache Disziplinen- oder Domänenerweiterung. Die Sprachtechnologie (englisch: Language Technology – abgekürzt LT) wird als Gebiet zur Demonstration der Erweiterung von FERON formal eingebunden, und mit Kapitel 6 insbesondere seine substantiell fach-spezifischen Entitäten wie Methode, Projekt, Daten, Service, Infrastruktur, Messung, aber auch KOS untersucht. Eine Erweiterung der Ontologie FERON für explizit-funktionale Anforderungen an ein Informationssystem, oder für weitergehende disziplinen-spezifische Eigenschaften, z.B. einer linguistisch verbesserten Anwendung für sprachtechnologische Weiterverarbeitung, ist möglich, erfordert jedoch tiefergehendes Fachwissen. Ziel der Arbeit war es zuallererst, das Verständnis für die Domäne Forschung zu verbessern – mit weiterreichendem Blick auf eine allgemeine integrative system-technische Entwicklung zur Verbesserung von Informationszugriff und Informationsqualität. Daneben wurden historische, gesellschaftliche aber auch politische Faktoren beobachtet, welche helfen, die wachsenden Anforderungen jenseits der Technologie zu bewältigen. FERON ist als formales Model FERON.owl valide und wird mit der vorliegenden Arbeit sozusagen als Template zur weiteren Befüllung bereitgestellt. Darauf basierend sind formale Restriktionen sowie disziplinen-spezifische und terminologische Erweiterungen direkt möglich. Daten-Instanzen wie in den präsentierten Beispielen sind mittels FERON.pprj verfügbar