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    A communication platform demonstrator for new generation railway traffic management systems: Testing and validation

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    Current rail traffic management and control systems cannot be easily upgraded to the new needs and challenges of modern railway systems because they do not offer interoperable data structures and standardized communication interfaces. To meet this need, the Horizon 2020 Shift2Rail OPTIMA project has developed a communication platform for testing and validating the new generation of traffic management systems (TMS), whose main innovative features are the interoperability of the data structures used, standardization of communications, continuous access to real-time and persistent data from heterogeneous data sources, modularity of components and scalability of the platform. This paper presents the main components, their functions and characteristics, then describes the testing and validation of the platform, even when federated with other innovative TMS modules developed in separate projects. The successful validation of the system has confirmed the achievement of the objectives set and allowed a new set of objectives to be defined for the reference platform for the railway TMS/Traffic Control systems

    Pristup specifikaciji i generisanju proizvodnih procesa zasnovan na inženjerstvu vođenom modelima

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    In this thesis, we present an approach to the production process specification and generation based on the model-driven paradigm, with the goal to increase the flexibility of factories and respond to the challenges that emerged in the era of Industry 4.0 more efficiently. To formally specify production processes and their variations in the Industry 4.0 environment, we created a novel domain-specific modeling language, whose models are machine-readable. The created language can be used to model production processes that can be independent of any production system, enabling process models to be used in different production systems, and process models used for the specific production system. To automatically transform production process models dependent on the specific production system into instructions that are to be executed by production system resources, we created an instruction generator. Also, we created generators for different manufacturing documentation, which automatically transform production process models into manufacturing documents of different types. The proposed approach, domain-specific modeling language, and software solution contribute to introducing factories into the digital transformation process. As factories must rapidly adapt to new products and their variations in the era of Industry 4.0, production must be dynamically led and instructions must be automatically sent to factory resources, depending on products that are to be created on the shop floor. The proposed approach contributes to the creation of such a dynamic environment in contemporary factories, as it allows to automatically generate instructions from process models and send them to resources for execution. Additionally, as there are numerous different products and their variations, keeping the required manufacturing documentation up to date becomes challenging, which can be done automatically by using the proposed approach and thus significantly lower process designers' time.У овој дисертацији представљен је приступ спецификацији и генерисању производних процеса заснован на инжењерству вођеном моделима, у циљу повећања флексибилности постројења у фабрикама и ефикаснијег разрешавања изазова који се појављују у ери Индустрије 4.0. За потребе формалне спецификације производних процеса и њихових варијација у амбијенту Индустрије 4.0, креиран је нови наменски језик, чије моделе рачунар може да обради на аутоматизован начин. Креирани језик има могућност моделовања производних процеса који могу бити независни од производних система и тиме употребљени у различитим постројењима или фабрикама, али и производних процеса који су специфични за одређени систем. Како би моделе производних процеса зависних од конкретног производног система било могуће на аутоматизован начин трансформисати у инструкције које ресурси производног система извршавају, креиран је генератор инструкција. Такође су креирани и генератори техничке документације, који на аутоматизован начин трансформишу моделе производних процеса у документе различитих типова. Употребом предложеног приступа, наменског језика и софтверског решења доприноси се увођењу фабрика у процес дигиталне трансформације. Како фабрике у ери Индустрије 4.0 морају брзо да се прилагоде новим производима и њиховим варијацијама, неопходно је динамички водити производњу и на аутоматизован начин слати инструкције ресурсима у фабрици, у зависности од производа који се креирају у конкретном постројењу. Тиме што је у предложеном приступу могуће из модела процеса аутоматизовано генерисати инструкције и послати их ресурсима, доприноси се креирању једног динамичког окружења у савременим фабрикама. Додатно, услед великог броја различитих производа и њихових варијација, постаје изазовно одржавати неопходну техничку документацију, што је у предложеном приступу могуће урадити на аутоматизован начин и тиме значајно уштедети време пројектаната процеса.U ovoj disertaciji predstavljen je pristup specifikaciji i generisanju proizvodnih procesa zasnovan na inženjerstvu vođenom modelima, u cilju povećanja fleksibilnosti postrojenja u fabrikama i efikasnijeg razrešavanja izazova koji se pojavljuju u eri Industrije 4.0. Za potrebe formalne specifikacije proizvodnih procesa i njihovih varijacija u ambijentu Industrije 4.0, kreiran je novi namenski jezik, čije modele računar može da obradi na automatizovan način. Kreirani jezik ima mogućnost modelovanja proizvodnih procesa koji mogu biti nezavisni od proizvodnih sistema i time upotrebljeni u različitim postrojenjima ili fabrikama, ali i proizvodnih procesa koji su specifični za određeni sistem. Kako bi modele proizvodnih procesa zavisnih od konkretnog proizvodnog sistema bilo moguće na automatizovan način transformisati u instrukcije koje resursi proizvodnog sistema izvršavaju, kreiran je generator instrukcija. Takođe su kreirani i generatori tehničke dokumentacije, koji na automatizovan način transformišu modele proizvodnih procesa u dokumente različitih tipova. Upotrebom predloženog pristupa, namenskog jezika i softverskog rešenja doprinosi se uvođenju fabrika u proces digitalne transformacije. Kako fabrike u eri Industrije 4.0 moraju brzo da se prilagode novim proizvodima i njihovim varijacijama, neophodno je dinamički voditi proizvodnju i na automatizovan način slati instrukcije resursima u fabrici, u zavisnosti od proizvoda koji se kreiraju u konkretnom postrojenju. Time što je u predloženom pristupu moguće iz modela procesa automatizovano generisati instrukcije i poslati ih resursima, doprinosi se kreiranju jednog dinamičkog okruženja u savremenim fabrikama. Dodatno, usled velikog broja različitih proizvoda i njihovih varijacija, postaje izazovno održavati neophodnu tehničku dokumentaciju, što je u predloženom pristupu moguće uraditi na automatizovan način i time značajno uštedeti vreme projektanata procesa

    Semantics, Ontology and Explanation

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    The terms 'semantics' and 'ontology' are increasingly appearing together with 'explanation', not only in the scientific literature, but also in organizational communication. However, all of these terms are also being significantly overloaded. In this paper, we discuss their strong relation under particular interpretations. Specifically, we discuss a notion of explanation termed ontological unpacking, which aims at explaining symbolic domain descriptions (conceptual models, knowledge graphs, logical specifications) by revealing their ontological commitment in terms of their assumed truthmakers, i.e., the entities in one's ontology that make the propositions in those descriptions true. To illustrate this idea, we employ an ontological theory of relations to explain (by revealing the hidden semantics of) a very simple symbolic model encoded in the standard modeling language UML. We also discuss the essential role played by ontology-driven conceptual models (resulting from this form of explanation processes) in properly supporting semantic interoperability tasks. Finally, we discuss the relation between ontological unpacking and other forms of explanation in philosophy and science, as well as in the area of Artificial Intelligence

    Current and Future Challenges in Knowledge Representation and Reasoning

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    Knowledge Representation and Reasoning is a central, longstanding, and active area of Artificial Intelligence. Over the years it has evolved significantly; more recently it has been challenged and complemented by research in areas such as machine learning and reasoning under uncertainty. In July 2022 a Dagstuhl Perspectives workshop was held on Knowledge Representation and Reasoning. The goal of the workshop was to describe the state of the art in the field, including its relation with other areas, its shortcomings and strengths, together with recommendations for future progress. We developed this manifesto based on the presentations, panels, working groups, and discussions that took place at the Dagstuhl Workshop. It is a declaration of our views on Knowledge Representation: its origins, goals, milestones, and current foci; its relation to other disciplines, especially to Artificial Intelligence; and on its challenges, along with key priorities for the next decade

    Rethink Digital Health Innovation: Understanding Socio-Technical Interoperability as Guiding Concept

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    Diese Dissertation sucht nach einem theoretischem Grundgerüst, um komplexe, digitale Gesundheitsinnovationen so zu entwickeln, dass sie bessere Erfolgsaussichten haben, auch in der alltäglichen Versorgungspraxis anzukommen. Denn obwohl es weder am Bedarf von noch an Ideen für digitale Gesundheitsinnovationen mangelt, bleibt die Flut an erfolgreich in der Praxis etablierten Lösungen leider aus. Dieser unzureichende Diffusionserfolg einer entwickelten Lösung - gern auch als Pilotitis pathologisiert - offenbart sich insbesondere dann, wenn die geplante Innovation mit größeren Ambitionen und Komplexität verbunden ist. Dem geübten Kritiker werden sofort ketzerische Gegenfragen in den Sinn kommen. Beispielsweise was denn unter komplexen, digitalen Gesundheitsinnovationen verstanden werden soll und ob es überhaupt möglich ist, eine universale Lösungsformel zu finden, die eine erfolgreiche Diffusion digitaler Gesundheitsinnovationen garantieren kann. Beide Fragen sind nicht nur berechtigt, sondern münden letztlich auch in zwei Forschungsstränge, welchen ich mich in dieser Dissertation explizit widme. In einem ersten Block erarbeite ich eine Abgrenzung jener digitalen Gesundheitsinnovationen, welche derzeit in Literatur und Praxis besondere Aufmerksamkeit aufgrund ihres hohen Potentials zur Versorgungsverbesserung und ihrer resultierenden Komplexität gewidmet ist. Genauer gesagt untersuche ich dominante Zielstellungen und welche Herausforderung mit ihnen einhergehen. Innerhalb der Arbeiten in diesem Forschungsstrang kristallisieren sich vier Zielstellungen heraus: 1. die Unterstützung kontinuierlicher, gemeinschaftlicher Versorgungsprozesse über diverse Leistungserbringer (auch als inter-organisationale Versorgungspfade bekannt); 2. die aktive Einbeziehung der Patient:innen in ihre Versorgungsprozesse (auch als Patient Empowerment oder Patient Engagement bekannt); 3. die Stärkung der sektoren-übergreifenden Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Versorgungpraxis bis hin zu lernenden Gesundheitssystemen und 4. die Etablierung daten-zentrierter Wertschöpfung für das Gesundheitswesen aufgrund steigender bzgl. Verfügbarkeit valider Daten, neuen Verarbeitungsmethoden (Stichwort Künstliche Intelligenz) sowie den zahlreichen Nutzungsmöglichkeiten. Im Fokus dieser Dissertation stehen daher weniger die autarken, klar abgrenzbaren Innovationen (bspw. eine Symptomtagebuch-App zur Beschwerdedokumentation). Vielmehr adressiert diese Doktorarbeit jene Innovationsvorhaben, welche eine oder mehrere der o.g. Zielstellung verfolgen, ein weiteres technologisches Puzzleteil in komplexe Informationssystemlandschaften hinzufügen und somit im Zusammenspiel mit diversen weiteren IT-Systemen zur Verbesserung der Gesundheitsversorgung und/ oder ihrer Organisation beitragen. In der Auseinandersetzung mit diesen Zielstellungen und verbundenen Herausforderungen der Systementwicklung rückte das Problem fragmentierter IT-Systemlandschaften des Gesundheitswesens in den Mittelpunkt. Darunter wird der unerfreuliche Zustand verstanden, dass unterschiedliche Informations- und Anwendungssysteme nicht wie gewünscht miteinander interagieren können. So kommt es zu Unterbrechungen von Informationsflüssen und Versorgungsprozessen, welche anderweitig durch fehleranfällige Zusatzaufwände (bspw. Doppeldokumentation) aufgefangen werden müssen. Um diesen Einschränkungen der Effektivität und Effizienz zu begegnen, müssen eben jene IT-System-Silos abgebaut werden. Alle o.g. Zielstellungen ordnen sich dieser defragmentierenden Wirkung unter, in dem sie 1. verschiedene Leistungserbringer, 2. Versorgungsteams und Patient:innen, 3. Wissenschaft und Versorgung oder 4. diverse Datenquellen und moderne Auswertungstechnologien zusammenführen wollen. Doch nun kommt es zu einem komplexen Ringschluss. Einerseits suchen die in dieser Arbeit thematisierten digitalen Gesundheitsinnovationen Wege zur Defragmentierung der Informationssystemlandschaften. Andererseits ist ihre eingeschränkte Erfolgsquote u.a. in eben jener bestehenden Fragmentierung begründet, die sie aufzulösen suchen. Mit diesem Erkenntnisgewinn eröffnet sich der zweite Forschungsstrang dieser Arbeit, der sich mit der Eigenschaft der 'Interoperabilität' intensiv auseinandersetzt. Er untersucht, wie diese Eigenschaft eine zentrale Rolle für Innovationsvorhaben in der Digital Health Domäne einnehmen soll. Denn Interoperabilität beschreibt, vereinfacht ausgedrückt, die Fähigkeit von zwei oder mehreren Systemen miteinander gemeinsame Aufgaben zu erfüllen. Sie repräsentiert somit das Kernanliegen der identifizierten Zielstellungen und ist Dreh- und Angelpunkt, wenn eine entwickelte Lösung in eine konkrete Zielumgebung integriert werden soll. Von einem technisch-dominierten Blickwinkel aus betrachtet, geht es hierbei um die Gewährleistung von validen, performanten und sicheren Kommunikationsszenarien, sodass die o.g. Informationsflussbrüche zwischen technischen Teilsystemen abgebaut werden. Ein rein technisches Interoperabilitätsverständnis genügt jedoch nicht, um die Vielfalt an Diffusionsbarrieren von digitalen Gesundheitsinnovationen zu umfassen. Denn beispielsweise das Fehlen adäquater Vergütungsoptionen innerhalb der gesetzlichen Rahmenbedingungen oder eine mangelhafte Passfähigkeit für den bestimmten Versorgungsprozess sind keine rein technischen Probleme. Vielmehr kommt hier eine Grundhaltung der Wirtschaftsinformatik zum Tragen, die Informationssysteme - auch die des Gesundheitswesens - als sozio-technische Systeme begreift und dabei Technologie stets im Zusammenhang mit Menschen, die sie nutzen, von ihr beeinflusst werden oder sie organisieren, betrachtet. Soll eine digitale Gesundheitsinnovation, die einen Mehrwert gemäß der o.g. Zielstellungen verspricht, in eine existierende Informationssystemlandschaft der Gesundheitsversorgung integriert werden, so muss sie aus technischen sowie nicht-technischen Gesichtspunkten 'interoperabel' sein. Zwar ist die Notwendigkeit von Interoperabilität in der Wissenschaft, Politik und Praxis bekannt und auch positive Bewegungen der Domäne hin zu mehr Interoperabilität sind zu verspüren. Jedoch dominiert dabei einerseits ein technisches Verständnis und andererseits bleibt das Potential dieser Eigenschaft als Leitmotiv für das Innovationsmanagement bislang weitestgehend ungenutzt. An genau dieser Stelle knüpft nun der Hauptbeitrag dieser Doktorarbeit an, in dem sie eine sozio-technische Konzeptualisierung und Kontextualisierung von Interoperabilität für künftige digitale Gesundheitsinnovationen vorschlägt. Literatur- und expertenbasiert wird ein Rahmenwerk erarbeitet - das Digital Health Innovation Interoperability Framework - das insbesondere Innovatoren und Innovationsfördernde dabei unterstützen soll, die Diffusionswahrscheinlichkeit in die Praxis zu erhöhen. Nun sind mit diesem Framework viele Erkenntnisse und Botschaften verbunden, die ich für diesen Prolog wie folgt zusammenfassen möchte: 1. Um die Entwicklung digitaler Gesundheitsinnovationen bestmöglich auf eine erfolgreiche Integration in eine bestimmte Zielumgebung auszurichten, sind die Realisierung eines neuartigen Wertversprechens sowie die Gewährleistung sozio-technischer Interoperabilität die zwei zusammenhängenden Hauptaufgaben eines Innovationsprozesses. 2. Die Gewährleistung von Interoperabilität ist eine aktiv zu verantwortende Managementaufgabe und wird durch projektspezifische Bedingungen sowie von externen und internen Dynamiken beeinflusst. 3. Sozio-technische Interoperabilität im Kontext digitaler Gesundheitsinnovationen kann über sieben, interdependente Ebenen definiert werden: Politische und regulatorische Bedingungen; Vertragsbedingungen; Versorgungs- und Geschäftsprozesse; Nutzung; Information; Anwendungen; IT-Infrastruktur. 4. Um Interoperabilität auf jeder dieser Ebenen zu gewährleisten, sind Strategien differenziert zu definieren, welche auf einem Kontinuum zwischen Kompatibilitätsanforderungen aufseiten der Innovation und der Motivation von Anpassungen aufseiten der Zielumgebung verortet werden können. 5. Das Streben nach mehr Interoperabilität fördert sowohl den nachhaltigen Erfolg der einzelnen digitalen Gesundheitsinnovation als auch die Defragmentierung existierender Informationssystemlandschaften und trägt somit zur Verbesserung des Gesundheitswesens bei. Zugegeben: die letzte dieser fünf Botschaften trägt eher die Färbung einer Überzeugung, als dass sie ein Ergebnis wissenschaftlicher Beweisführung ist. Dennoch empfinde ich diese, wenn auch persönliche Erkenntnis als Maxim der Domäne, der ich mich zugehörig fühle - der IT-Systementwicklung des Gesundheitswesens

    A BIM - GIS Integrated Information Model Using Semantic Web and RDF Graph Databases

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    In recent years, 3D virtual indoor and outdoor urban modelling has become an essential geospatial information framework for civil and engineering applications such as emergency response, evacuation planning, and facility management. Building multi-sourced and multi-scale 3D urban models are in high demand among architects, engineers, and construction professionals to achieve these tasks and provide relevant information to decision support systems. Spatial modelling technologies such as Building Information Modelling (BIM) and Geographical Information Systems (GIS) are frequently used to meet such high demands. However, sharing data and information between these two domains is still challenging. At the same time, the semantic or syntactic strategies for inter-communication between BIM and GIS do not fully provide rich semantic and geometric information exchange of BIM into GIS or vice-versa. This research study proposes a novel approach for integrating BIM and GIS using semantic web technologies and Resources Description Framework (RDF) graph databases. The suggested solution's originality and novelty come from combining the advantages of integrating BIM and GIS models into a semantically unified data model using a semantic framework and ontology engineering approaches. The new model will be named Integrated Geospatial Information Model (IGIM). It is constructed through three stages. The first stage requires BIMRDF and GISRDF graphs generation from BIM and GIS datasets. Then graph integration from BIM and GIS semantic models creates IGIMRDF. Lastly, the information from IGIMRDF unified graph is filtered using a graph query language and graph data analytics tools. The linkage between BIMRDF and GISRDF is completed through SPARQL endpoints defined by queries using elements and entity classes with similar or complementary information from properties, relationships, and geometries from an ontology-matching process during model construction. The resulting model (or sub-model) can be managed in a graph database system and used in the backend as a data-tier serving web services feeding a front-tier domain-oriented application. A case study was designed, developed, and tested using the semantic integrated information model for validating the newly proposed solution, architecture, and performance

    A comparative analysis of good enterprise data management practices:insights from literature and artificial intelligence perspectives for business efficiency and effectiveness

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    Abstract. This thesis presents a comparative analysis of enterprise data management practices based on literature and artificial intelligence (AI) perspectives, focusing on their impact on data quality, business efficiency, and effectiveness. It employs a systematic research methodology comprising of a literature review, an AI-based examination of current practices using ChatGPT, and a comparative analysis of findings. The study highlights the importance of robust data governance, high data quality, data integration, and security, alongside the transformative potential of AI. The limitations revolve around the primarily qualitative nature of the study and potential restrictions in the generalizability of the findings. However, the thesis offers valuable insights and recommendations for enterprises to optimize their data management strategies, underscoring the enhancement potential of AI in traditional practices. The research contributes to scientific discourse in information systems, data science, and business management

    Smart object-oriented access control: Distributed access control for the Internet of Things

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    Ensuring that data and devices are secure is of critical importance to information technology. While access control has held a key role in traditional computer security, its role in the evolving Internet of Things is less clear. In particular, the access control literature has suggested that new challenges, such as multi-user controls, fine-grained controls, and dynamic controls, prompt a foundational re-thinking of access control. We analyse these challenges, finding instead that the main foundational challenge posed by the Internet of Things involves decentralization: accurately describing access control in Internet of Things environments (e.g., the Smart Home) requires a new model of multiple, independent access control systems. To address this challenge, we propose a meta-model (i.e., a model of models): Smart Object-Oriented Access Control (SOOAC). This model is an extension of the XACML framework, built from principles relating to modularity adapted from object-oriented programming and design. SOOAC draws attention to a new class of problem involving the resolution of policy conflicts that emerge from the interaction of smart devices in the home. Contrary to traditional (local) policy conflicts, these global policy conflicts emerge when contradictory policies exist across multiple access control systems. We give a running example of a global policy conflict involving transitive access. To automatically avoid global policy conflicts before they arise, we extend SOOAC with a recursive algorithm through which devices communicate access requests before allowing or denying access themselves. This algorithm ensures that both individual devices and the collective smart home are secure. We implement SOOAC within a prototype smart home and assess its validity in terms of effectiveness and efficiency. Our analysis shows that SOOAC is successful at avoiding policy conflicts before they emerge, in real time. Finally, we explore improvements that can be made to SOOAC and suggest directions for future work

    A Process Model for Continuous Public Service Improvement: Demonstrated in Local Government Context for Smart Cities.

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    The new era of the smart city is accompanied by Information and Communication Technology (ICT) and many other technologies to improve the quality of life for the citizen of the modern city, that in turn, has brought immense opportunities as well as challenges for government and organizations. Local authorities of the cities provide multiple services across different domains to the citizens (e.g. transport, health, environment, housing, etc.). Citizens are involved during different stages of smart city services and provide their feedback across those domains. Existing smart city initiatives provide various technological platforms for gathering citizens’ feedback to provide improved quality of services to them. Even though technological developments have resulted in a higher degree of digitalization, there is a need for improvement in the services provided by municipalities. There are multiple engagement platforms to obtain citizens’ feedback for the improvement of smart city services and to transform public services. However, limited studies consider the challenges faced by practitioners at the local level during the incorporation of those feedback for further service improvement. As a result, city services fail to fulfil the need of citizens and do not meet the goals set by existing engagement platforms. Technology-oriented solutions in the public sector domain require a logical and structured approach for the transformation of public services and digitalization. Enterprise Architecture (EA) can provide this structured approach to transform public services by providing a medium to manage change, and to respond to the need of multiple stakeholders including citizens. Thus, this research proposes a process model based on the guidelines of EA and the collaboration with practitioners that would assist local authorities to provide improved services to the citizens and fulfil their needs
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