Contribution des services dirigés par l’ontologie pour l’interopérabilité de la gestion opérationnelle multi-acteurs des situations des crises

La gestion opérationnelle de situations de crise nécessite, selon l’importance et l’étendue de la crise, la mobilisation rapide et la coordination des différents services de secours. Malheureusement, cette coordination interservices est un exercice très délicat du fait de la diversité des acteurs intervenant sur le terrain et de l’hétérogénéité des différentes organisations. Aujourd’hui, il y a un manque de coordination, l’information n’est que très peu partagée entre les acteurs opérationnels et la communication n’est pas formalisée. Ces inconvénients conduisent au dysfonctionnement des réponses aux situations de crise. Afin de mieux répondre aux situations de crise, nous proposons POLARISC, une plateforme interopérable de coordination interservices pour la gestion opérationnelle de catastrophes visualisant en temps réel le théâtre des opérations. L’objectif de POLARISC est d’aider à la décision quel que soit le niveau de commandement. Pour atteindre ces objectifs, le premier enjeu de cette thèse est de garantir une interopérabilité sémantique entre les différents acteurs métiers pour assurer l’échange et le partage des informations. À cet égard, l’idée est de formaliser sémantiquement les connaissances des acteurs métiers de la gestion opérationnelle à l’aide des ontologies. En effet, nous proposons une approche fédérée qui représente les données, les services, les processus et les métiers de chaque acteur. Nous avons modélisé les connaissances des acteurs de secours en développant une ontologie modulaire (POLARISCO) comportant un module ontologique pour chaque acteur de secours et intégré ces derniers pour proposer un vocabulaire partagé. L’utilisation des ontologies de haut niveaux et des ontologies intermédiaires, respectivement « Basic Formel Ontology » et « Common Core Ontologies », facilitent l’intégration de ces modules et de leurs mappings. Le deuxième enjeu est d’exploiter ces ontologies afin de diminuer l’ambigüité et d’éviter la mal interprétation des informations échangées. Par conséquent, nous proposons un service de messagerie appelé PROMES transformant sémantiquement le message envoyé par un acteur émetteur selon le module ontologique de l’acteur destinataire. En effet, PROMES se base sur l’ontologie POLARISCO et sert à enrichir sémantiquement le message pour éviter tout type d’ambiguïté. Le fonctionnement de PROMES est basé principalement sur deux algorithmes ; un algorithme de transformation textuelle, et par la suite, un algorithme de transformation sémantique. Ainsi, nous avons instancié l’ontologie POLARISCO avec des données réelles de la réponse aux attaques terroristes de Paris en 2015 afin d’évaluer l’ontologie et le service de messagerie. Le troisième et dernier enjeu est de proposer un service d’aide à la décision multicritère qui permet de proposer des stratégies d’évacuation des victimes après le lancement du plan blanc. L’objectif est de trouver les structures hospitalières les plus adaptées à l’état de la victime. Le choix de l’hôpital le plus approprié dépend de la durée du transport, et surtout de la disponibilité des ressources matérielles et humaines, de façon à prendre en charge les victimes le plus rapide que possible. Notre étude comprend deux étapes : la première étape consiste à développer un module ontologique qui associe à chaque pathologie les ressources indispensables pour une meilleure prise en charge des victimes selon leurs états. La deuxième étape consiste à développer un algorithme qui permet de vérifier la disponibilité des ressources nécessaires, calculer le temps d’attente pour que la victime soit prise en charge dans chaque hôpital et par la suite choisir l’hôpital le plus appropri

A modular ontology for semantically enhanced interoperability in operational disaster response

Up to now, the world has witnessed how inadequate communication capabilities can adversely affect disaster response efforts. There are various Emergency Responders (ERs) that potentially must work together towards a successful resolution of the disaster. However, the different terminologies and technical vocabularies that are being exchanged between the ERs may lead to a misunderstanding and lack of semantic integrity. Yet, understanding the semantics of the exchanged data is one of the major challenges. The purpose of this work is to define the complex knowledge of the ERs by proposing a common and modular ontology shared by all the stakeholders so as to come up with a common shared vocabulary in order to ensure semantic interoperability between ERs. In this paper, we present POLARISCO and we discuss how it was developed using Basic Formal Ontology as an upperlevel ontology and Common Core Ontology as a mid-level ontology to define each module

Semantic coupling of path planning and a primitive action of a task plan for the simulation of manipulation tasks in a virtual 3D environment

This work deals with the simulation of complex manipulation tasks in virtual environments. Validating such complex tasks, possibly to be performed under strong geometric constraints, requires considering task and path planning jointly. The contribution of this work focuses on using task-related information at the path planning level. We propose an ontology-based approach to a) model the 3D environment where the simulated task is executed, based on an original multi-level environment model involving higher abstraction level data than the purely geometric models traditionally used, and b) automatically define path planning queries for the primitive ctions of a task plan, together with task-related geometric constraints on these queries. This approach allows the improvement of the state of the art from two points of view. First, our joint task and path planning approach allows the improvement of path planning through better semantic control of the path planning process. Second, if compared to hard-coded geometric constraints, the proposed ontology-based approach introduces a more flexible ay of defining geometric constraints through an inference process, and can be adapted to different applications of manipulation tasks

PROMES: An ontology‐based messaging service for semantically interoperable information exchange during disaster response

Disaster response requires the cooperation of multiple emergency responder organizations (EROs). However, after‐action reports relating to large‐scale disasters identity communication difficulties among EROs as a major hindrance to collaboration. On the one hand, the use of two‐radio communication, based on multiple orthogonal frequencies and uneven coverage, has been shown to degrade inter‐organization communication. On the other hand, because they reflect different areas of expertise, EROs use differing terminologies, which are difficult to reconcile. These issues lead to ambiguities, misunderstandings, and inefficient exchange of data and information among those involved, which can impede the response process and slow decision making. We, therefore, hypothesize that promoting semantic interoperability across ERO information systems might improve information exchange among stakeholders and thereby allow a more coherent response to the disaster. We propose an ontology‐based messaging service on the basis of the Emergency Data Exchange Language (EDXL) standards. The parties involved will continue to use the terminologies to which they are accustomed, but the system will resolve inconsistencies and thereby enhance mutual understanding among EROs by ensuring semantic translation of the exchanged information. The evaluation of the semantic translation demonstrated the effectiveness and accuracy of the proposed service

An ontological approach to enhancing information sharing in disaster response

Managing complex disaster situations is a challenging task because of the large number of actors involved and the critical nature of the events themselves. In particular, the different terminologies and technical vocabularies that are being exchanged among Emergency Responders may lead to misunderstandings. Maintaining a shared semantics for exchanged data is a major challenge. To help to overcome these issues, we elaborate a modular suite of ontologies called POLARISCO that formalizes the complex knowledge of the ERs. Such a shared vocabulary resolves inconsistent terminologies and promotes semantic interoperability among ERs. In this work, we discuss developing POLARISCO as an extension of Basic Formal Ontology and the Common Core Ontologies. We conclude by presenting a real use-case to check the efficiency and applicability of the proposed ontology

A Semantics-Based Common Operational Command System for Multiagency Disaster Response

Disaster response is a highly collaborative and critical process that requires the involvement of multiple emergency responders (ERs), ideally working together under a unified command, to enable a rapid and effective operational response. Following the 9/11 and 11/13 terrorist attacks and the devastation of hurricanes Katrina and Rita, it is apparent that inadequate communication and a lack of interoperability among the ERs engaged on-site can adversely affect disaster response efforts. Within this context, we present a scenario-based terrorism case study to highlight the challenges of operational disaster command and response. In this article, which is based on the French emergency response doctrine, we outline a semantics-based common operational command system that is designed to guarantee an efficient information flow among ERs. Our focus is on offering to all ERs, a real-time operational picture of the situation in order to enable multilevel coordination among firefighters, police, healthcare units, public authorities, and other stakeholders. Our approach consolidates information to promote timely sharing of data among ERs. The proposed system is based on an ontology that has been developed to represent the different types of knowledge on the part of ERs, providing a shared vocabulary that covers a variety of interoperability concerns

Ontology-driven multicriteria decision support for victim evacuation

Abstract In light of the complexity of unfolding disasters, the diversity of rapidly evolving events, the enormous amount of generated information, and the huge pool of casualties, emergency responders (ERs) may be overwhelmed and in consequence poor decisions may be made. In fact, the possibility of transporting the wounded victims to one of several hospitals and the dynamic changes in healthcare resource availability make the decision process more complex. To tackle this problem, we propose a multicriteria decision support service, based on the Analytic Hierarchy Process (AHP) method, that aims to avoid overcrowding and outpacing the capacity of a hospital to effectively provide the best care to victims by finding out the most appropriate hospital that meets the victims’ needs. The proposed approach searches for the most appropriate healthcare institution that can effectively deal with the victims’ needs by considering the availability of the needed resources in the hospital, the victim’s wait time to receive the healthcare, and the transfer time that represents the hospital proximity to the disaster site. The evaluation and validation results showed that the assignment of hospitals was done successfully considering the needs of each victim and without overwhelming any single hospital

Contribution des services dirigés par l’ontologie pour l’interopérabilité de la gestion opérationnelle multi-acteurs des situations des crises

La gestion opérationnelle de situations de crise nécessite, selon l’importance et l’étendue de la crise, la mobilisation rapide et la coordination des différents services de secours. Malheureusement, cette coordination interservices est un exercice très délicat du fait de la diversité des acteurs intervenant sur le terrain et de l’hétérogénéité des différentes organisations. Aujourd’hui, il y a un manque de coordination, l’information n’est que très peu partagée entre les acteurs opérationnels et la communication n’est pas formalisée. Ces inconvénients conduisent au dysfonctionnement des réponses aux situations de crise. Afin de mieux répondre aux situations de crise, nous proposons POLARISC, une plateforme interopérable de coordination interservices pour la gestion opérationnelle de catastrophes visualisant en temps réel le théâtre des opérations. L’objectif de POLARISC est d’aider à la décision quel que soit le niveau de commandement. Pour atteindre ces objectifs, le premier enjeu de cette thèse est de garantir une interopérabilité sémantique entre les différents acteurs métiers pour assurer l’échange et le partage des informations. À cet égard, l’idée est de formaliser sémantiquement les connaissances des acteurs métiers de la gestion opérationnelle à l’aide des ontologies. En effet, nous proposons une approche fédérée qui représente les données, les services, les processus et les métiers de chaque acteur. Nous avons modélisé les connaissances des acteurs de secours en développant une ontologie modulaire (POLARISCO) comportant un module ontologique pour chaque acteur de secours et intégré ces derniers pour proposer un vocabulaire partagé. L’utilisation des ontologies de haut niveaux et des ontologies intermédiaires, respectivement « Basic Formel Ontology » et « Common Core Ontologies », facilitent l’intégration de ces modules et de leurs mappings. Le deuxième enjeu est d’exploiter ces ontologies afin de diminuer l’ambigüité et d’éviter la mal interprétation des informations échangées. Par conséquent, nous proposons un service de messagerie appelé PROMES transformant sémantiquement le message envoyé par un acteur émetteur selon le module ontologique de l’acteur destinataire. En effet, PROMES se base sur l’ontologie POLARISCO et sert à enrichir sémantiquement le message pour éviter tout type d’ambiguïté. Le fonctionnement de PROMES est basé principalement sur deux algorithmes ; un algorithme de transformation textuelle, et par la suite, un algorithme de transformation sémantique. Ainsi, nous avons instancié l’ontologie POLARISCO avec des données réelles de la réponse aux attaques terroristes de Paris en 2015 afin d’évaluer l’ontologie et le service de messagerie. Le troisième et dernier enjeu est de proposer un service d’aide à la décision multicritère qui permet de proposer des stratégies d’évacuation des victimes après le lancement du plan blanc. L’objectif est de trouver les structures hospitalières les plus adaptées à l’état de la victime. Le choix de l’hôpital le plus approprié dépend de la durée du transport, et surtout de la disponibilité des ressources matérielles et humaines, de façon à prendre en charge les victimes le plus rapide que possible. Notre étude comprend deux étapes : la première étape consiste à développer un module ontologique qui associe à chaque pathologie les ressources indispensables pour une meilleure prise en charge des victimes selon leurs états. La deuxième étape consiste à développer un algorithme qui permet de vérifier la disponibilité des ressources nécessaires, calculer le temps d’attente pour que la victime soit prise en charge dans chaque hôpital et par la suite choisir l’hôpital le plus appropriéDisaster response is a highly collaborative and critical process that requires the involvement of multiple emergency responders (ERs) ideally working together under a unified command to enable a rapid and effective operational response. It is a challenging task mainly because of the heterogeneity of the involved stakeholders and the critical nature of such event. Various ERs from different organizations must work together toward a successful resolution of the disaster. According to ERs reports and feedbacks, it is apparent that inadequate communication and a lack of information sharing among the ERs engaged on-site can adversely affect disaster response efforts. Within this context, we propose POLARISC, an interoperable inter-services software solution for reliable and timely information sharing for the operational management of large-scale disasters. The focus is on offering to all ERs a real-time operation picture of the situation in order to ensure effective collaboration and coordination among stakeholders. Accordingly, the first objective of this work is to capture the semantics of ERs knowledge. To do so, we propose an ontology that defines the knowledge of French emergency response doctrine, providing a shared vocabulary that covers a variety of interoperability concerns including data, services, processes, and business of each stakeholder. Because the diversity of ERs’ vocabularies was bound, naturally, to complicate the design of the ontology, we adopted the principle of modularization. The idea is to develop separate ontological modules, one for each stakeholder. Furthermore, we used the upper-level ontology Basic Formal Ontology, as well as the suite of Common Core Ontologies, which serve as a suite of mid-level ontologies for our ontology modules. The use of upper-level ontologies facilitates the alignment among the different ontological modules and promotes data interoperability. Once the modular ontology POLARISCO is developed, we defined the mapping between the different modules. One strong point of the adopted ontological approach is that POLARISCO is tested by means of real data and validated by stakeholders and emergency experts. The second objective is to exploit the proposed ontology in order to guarantee a shared and semantically unambiguous information exchange across ERs. To do so, we propose an ontologybased messaging service, namely PROMES, performing the semantic translation of the information to be exchanged. Each stakeholder will receive the message according to his own vocabulary and with his own semantics. The semantic transformation of the message is based on the mapping that exists among stakeholders modules as defined in POLARISCO. PROMES is based on two algorithms; a textual transformation algorithm and then a semantic transformation algorithm. Using PROMES, it becomes possible for two ERs from different organizations to communicate meaningfully and with less ambiguity. To evaluate the proposed approach, POLARISCO is instantiated using real data of the 11/13 Paris terrorist attacks. The third and final objective is to propose a multi-criteria decision support service that supports ERs during victims’ evacuation. The aim is to find the most appropriate healthcare institution according to the victims’ states. The selection of the hospital depends, on the transport time, and on the availability of the needed resources including materials and staff. To do so, we propose, first, an ontological module that associates to each pathology the needed resources. Then, we propose an algorithm to check the availability of those resources, calculate the waiting time to receive medical care in each hospital, and then select the most appropriate hospital

An Ontological Approach to Enhancing Information Sharing in Disaster Response

Managing complex disaster situations is a challenging task because of the large number of actors involved and the critical nature of the events themselves. In particular, the different terminologies and technical vocabularies that are being exchanged among Emergency Responders (ERs) may lead to misunderstandings. Maintaining a shared semantics for exchanged data is a major challenge. To help to overcome these issues, we elaborate a modular suite of ontologies called POLARISCO that formalizes the complex knowledge of the ERs. Such a shared vocabulary resolves inconsistent terminologies and promotes semantic interoperability among ERs. In this work, we discuss developing POLARISCO as an extension of Basic Formal Ontology (BFO) and the Common Core Ontologies (CCO). We conclude by presenting a real use-case to check the efficiency and applicability of the proposed ontology

UN SYSTÈME SOCIO-CYBER PHYSIQUE BASÉ SUR UN RÉSEAU-INFOCENTRÉ POUR LA COLLECTE MOBILE DE SANG

International audienceLa collecte du sang est organisée par des centres de transfusion sanguine (CTSs) dont l'objectif est de recueillir la quantité de sang nécessaire pour répondre à la demande. Actuellement, les quantités de poches de sang collectées au niveau d'un centre de transfusion sanguine (CTS) restent insuffisantes face à l'importance de la demande. Pour y faire face, certains CTSs, en collaboration avec des associations, ont souvent recours à la collecte mobile du don de sang qui offre l'avantage d'augmenter les niveaux de collecte de sang pour arriver à satisfaire les besoins nationaux, de par la diversité des emplacements qui permet d'être le plus proche possible de la population, et des quantités de sang qui peuvent être collectées. Toutefois certains paramètres doivent être considérés dans ce processus de collecte qui reste traditionnel et non digitalisé, ce qui peut limiter la prise de décision dans le choix des différents emplacements du centre mobile, mais aussi dans la connaissance de la capacité de ses ressources et du temps d'attente parfois trop long pour les donneurs de sang. Dans cet article, nous proposons une nouvelle méthodologie qui consiste à digitaliser le processus de collecte mobile, à rendre le système plus intelligent pour une meilleure planification de la collecte en se basant sur un système socio-cyber physique (CPSS) qui s'inspire de l'approche réseau infocentré (centric network). Le défi à travers cette méthodologie est de rendre le processus de décision plus intelligent en ce qui concerne le choix des éventuels emplacements de collecte, et le partage de l'information avec les donneurs potentiels