An Efficient Representation of General Qualitative Spatial Information Using Bintrees

In this paper we extend previous work on using bintrees as an efficient representation for qualitative information about spatial objects. Our approach represents each spatial object as a bintree satisfying the exact same qualitative relationships to other bintree representations as the corresponding spatial objects. We prove that such correct bintrees always exists and that they can be constructed as a sum of local representations, allowing a practically efficient construction. Our representation is both efficient, w.r.t. storage space and query time, and can represent many well-known qualitative relations, such as the relations in the Region Connection Calculus and Allen\u27s Interval Algebra

A Study In Monads

This thesis investigates both theory and applications of the monad in a functional setting. Monads are constructs simulating different types of computations, such as indeterminism, exception handling, stateful computations, IO, and much more, all in the functional paradigm. The thesis starts by defining the monad, and builds up the theory around it. Three large implementaional examples using monads are presented: One implementation of a small interpreter for lambda calculus with graph sharing, one framework for writing symmetric cryptographic algorithms, and one more theoretical construction of a catamorphism and comprehension based monadic query language. All of these examples uses combinations of several monads to form complex computations with a high level of expressiveness. Other related constructs are discussed, as well as a presentation of the foundation for monads in category theory. A new monad is also introduced, the Pair monad. This monad is a generalisation of the list monad, and simulates substitution in tree-like structures, such as lambda terms. Furthermore, the thesis makes an investigation into the Curry-Howard Correspondence with a first order lambda calculus extended with monads, called computational lambda calculus. This results in a sublogic of constructive S4 modal logic. The thesis also uses the Kripke semantic for this logic to deduce a Kripke semantic for type setting lambda terms in computational lambda calculus

Geological Multi-scenario Reasoning

In the oil and gas industry, during exploration prospect assessment, explorationists rely on ad hoc manual work practices and tools for developing and communicating multiple hypothetical geological scenarios of the prospect. This leaves them with little efficient means to make the fullest use of state of the art digital technologies to communicate and systematically compare and assess different hypothetical geological scenarios before deciding which scenario to pursue. In this paper, we present a formal framework for geological multi-scenario reasoning, a novel tool-based method for geologically oriented subsurface evaluation. The methodology applies formal methods and logic-based techniques to subsurface evaluation and expresses interpretive uncertainty as discrete scenarios with branches of potential alternatives. This framework consists of (i) a proto-scenario generator that takes user observations and geological evidence as input and generates semantically valid initial states based on formalized geological knowledge in first-order logic (ii) geological processes formalized as a rewrite theory that are executable in Maude. By applying geological rewrite rules onto the proto-scenarios, we are able to assist explorationists with multi-scenario generation and reasoning beyond human capacity

Vurdering av heterogenitet i lakselusindusert villfiskdødelighet innen produksjonsområder i 2020 og 2021

Denne rapporten belyser om utvandrende smolt av laks fra sårbare og viktige bestander har en avvikende høyere gjennomsnittlig lakselusindusert dødelighet enn gjennomsnittet for produksjonsområdet. Rapporten er utarbeidet av medlemmer av Ekspertgruppen for Trafikklyssystemet på oppdrag for styringsgruppen og Nærings- og fiskeridepartementet. Til sammenlikning vurderer hovedrapporten til ekspertgruppen hvert produksjonsområde som helhet (Vollset mfl. 2021). Å utføre slike heterogenitetsanalyser var blant anbefalingene til en ekspertgruppe som hadde til oppdrag å vurdere og gi råd om faglig vurdering av naturfaglige kriterier som kan brukes til å vekte laksebestander i Trafikklyssystemet (Thorstad mfl. 2021). Vurderingen gjøres for fire grupper av sårbare og viktige bestander: (1) bestander med dårlig eller svært dårlig tilstand etter delnormen “Gytebestandsmål og høstingspotensial” i Kvalitetsnormen for villaks, (2) bestander som er knyttet til nasjonale laksevassdrag, (3) bestander definert som små og/eller sårbare og (4) bestander under reetablering etter behandling mot sur nedbør eller parasitten Gyrodactylus salaris. Utvandrende smolt fra sårbare og viktige bestander er vurdert å ha en høyere kategori av lakselusindusert dødelighet enn produksjonsområdet som helhet i følgende tilfeller: - Bestander under reetablering i produksjonsområde 8 i 2020 og i produksjonsområde 11 i 2021 - Bestander i dårlig eller svært dårlig tilstand for gytebestandsmål og høstingspotensial i produksjonsområde 10 i 2020 og i produksjonsområder 9 og 10 i 2021 - Små og/eller sårbare bestander i produksjonsområder 8 og 10 i 2021 For hvert av disse syv tilfellene er usikkerheten i kategoriseringen stor. Gjennomsnittlig lakselusindusert dødelighet for hver av de andre gruppene av sårbare og viktige bestander er vurdert å være i samme kategori eller i en lavere kategori enn produksjonsområdet som helhet. Vi har også vurdert om usikkerheten til konklusjonene for sårbare og viktige bestander avviker fra usikkerheten til konklusjonen for produksjonsområdet som helhet. Dersom usikkerheten er mindre for sårbare og viktige bestander enn for produksjonsområdet som helhet, vil dette samlet sett kunne styrke tilliten til hovedkonklusjonen. Et slikt avvik i usikkerhet kan blant annet inntreffe hvis sårbare og viktige bestander er bedre dekket av observasjonsdata eller har lengre utvandringsruter enn flertallet av bestandene i produksjonsområdet. Usikkerheten for enkeltgrupper av sårbare og viktige bestander er vurdert til å være mindre enn for produksjonsområdet som helhet i åtte tilfeller. Dette gjelder blant annet for konklusjonen om høy lakselusindusert dødelighet i produksjonsområde 4 i 2021, der usikkerheten er liten til middels for tre grupper av sårbare og viktige bestander, mens usikkerheten er stor for produksjonsområdet som helhet. Usikkerheten for enkeltgrupper av sårbare og viktige bestander er vurdert til å være større enn for produksjonsområdet som helhet i 11 tilfeller. I flere produksjonsområder tydet dataene på betydelige geografiske forskjeller i lakselusindusert dødelighet samtidig som ingen av gruppene av sårbare og viktige bestander ble vurdert til å ha høyere gjennomsnittlig dødelighet enn produksjonsområdet som helhet. Årsaken er at de fleste gruppene av sårbare og viktige bestander er spredt over ulike deler av produksjonsområdet. Det kan være betydelig heterogenitet innen en gruppe av sårbare og viktige bestander samtidig som gjennomsnittet er på nivå med produksjonsområdet som helhet. Et eksempel er produksjonsområde 5 i 2020, der ingen av gruppene av sårbare og viktige bestander ble vurdert til å ha høyere lakselusindusert dødelighet enn produksjonsområdet som helhet (lav dødelighet med middels usikkerhet). Imidlertid vurderer vi det som sannsynlig at lakselusindusert dødelighet var i moderat kategori for smolt fra bestander i indre fjordstrøk på Sunnmøre, i den sørligste delen av produksjonsområdet. Dette inkluderer trolig også et nasjonalt laksevassdrag og flere bestander i dårlig eller svært dårlig tilstand for gytebestandsmål og høstingspotensial. Dette eksempelet tyder på en heterogenitet i produksjonsområdet som ikke blir plukket opp av heterogenitetsanalysen som de blir gjort i denne rapporten. Produksjonsområde 5 var ett av tre produksjonsområder der lakselusindusert dødelighet var vurdert til forskjellig kategori i 2020 og 2021. De andre var produksjonsområder 2 og 4. Det er spesielt interessant å få informasjon om det var sårbare og viktige bestander som skilte seg ut med høyere dødelighet i året med lavest dødelighet i toårsperioden (dvs. produksjonsområde 2 i 2021, produksjonsområde 4 i 2020 og produksjonsområde 5 i 2020). Eksempelet fra produksjonsområde 5 i 2020 viser at det trolig var geografiske områder med sårbare og viktige bestander som hadde høyere dødelighetskategori enn produksjonsområdet som helhet, selv om dette ikke ble fanget opp i hovedanalysene. Vi fant ikke et slikt mønster for produksjonsområde 2 i 2021 og produksjonsområde 4 i 2020. Til slutt brukes erfaringene fra analysene i denne rapporten til å skissere hvordan heterogeniteten i lakselusindusert dødelighet kan synliggjøres bedre i framtidig trafikklysarbeid

An Efficient Representation of Qualitative Spatial Information using Bintrees

We present a representation of spatial data that supports answering of qualitative queries (involving e.g. containment and overlap), using less time than numerical computations on coordinates, and less space than explicitly storing the relations. The representation is based on the well-known bintree indexing data structure, which we refine to provide exact answers instead of approximations. We have imple- mented the method, and tested it on several real-world datasets with promising results

Qualitatively Correct Bintrees With Roles

The concrete problem this paper addresses is the following: Given a set of objects with a spatial interpretation and a set of qualitative relations, construct a bintree representation that returns the same answers to queries with the given relations over the spatial objects. We have previously constructed both theory [8] and an implementation [9] for constructing such qualitatively correct bintrees, with promising results. However, our previous work has been restricted to the construction of bintree-representations that are correct only w.r.t. part-of and overlaps relationships. In this paper we will extend the theoretical foundation to allow for representations that are correct with respect to a more expressive set of relations

Reusable Ontology Modelling Patterns for Biodiversity Data with Reasonable Ontology Templates (OTTR)

The Norwegian Biodiversity Information Centre (NBIC) is currently building a traitbank for Norwegian species. The purpose of the NBIC TraitBank is to enhance sharing of traits and other information about species to support conservation actions and ecological research. The traitbank will cover a subset of traits for all multicellular species and taxa that are found in Norway. Observations of traits, collected through citizen science as well as by experts, are connected to the NBIC TraitBank ontology, forming a knowledge base. We have modeled TraitBank’s ontology in accordance with NBIC’s data management requirements, focusing on the domain knowledge necessary for ontology-based data integration of internal databases and queries specified by use cases. Our initial steps in ontology construction included outlining competency questions, which are natural language sentences expressing the questions system users expect an ontology to answer (Bezerra et al. 2013, Ren et al. 2014). The ontology for the TraitBank is populated using expert input (manual entry) and through harvesting of traits from existing internal databases at NBIC. We will present our experiences with implementing Reasonable Ontology Templates (OTTR) (Skjæveland et al. 2021) as the means for modeling the ontology and populating the TraitBank ontology. OTTR is a language for formally representing and instantiating ontology modeling patterns and is designed to support knowledge base construction and interaction at a higher level of abstraction. In the case of the TraitBank, ontology patterns are edited and published using a Semantic MediaWiki (SMW) extension for OTTR (FloSchroeder 2022), thereby providing a tool for the domain expert to work directly with templates. We build the TraitBank ontology by instantiating the templates directly in SMW as wiki pages. We argue that templates are an effective means to support the integration and use of digital biodiversity data in transparent ways, leading to successful collaboration and reuse of data. Following the "Don't repeat yourself" (DRY) principle of software development (Hunt and Thomas 1999), OTTR templates lend themselves well to easier ontology maintenance, allowing updates to occur through changes in individual template definitions rather than to repeated statements spread throughout the ontology. OTTR reshapes how domain experts work with ontologies and the data connected to the knowledge base, lifting the biodiversity expert away from dealing directly with logical axioms and Web Ontology Language (OWL). The template libraries have the power to improve international collaboration, making it easier to exchange and reuse specific templates and suggest improvements. Our templates include mappings to standards developed by Biodiversity Information Standards (TDWG) and biodiversity-related ontologies, linking to the international community. Use of OTTR supports the principles of Findable, Accessible, Interoperable, and Reusable (FAIR) data and demonstrates a new technology that can support the creation of an extensive online network of knowledge.Example: Scientific Name The NBIC uses Scientific Name as the main identifier and means to track a species. The OTTR template shown below captures the NBIC’s modelling pattern for Scientific Name. The signature of the template specifies the Internationalized Resource Identifier (IRI) of the template (adb-t:ScientificName), and six parameters (where ?iri is the 1st parameter). The parameters are used in the body of the template and define how instances of the template are expanded to Resource Description Framework (RDF) statements. Template instance expansion is done in a recursive manner, similar to many macro programming languages.With the OTTR template definition given in Fig. 1, a template instance can be expanded, as shown in the example for Metopa glacialis Fig. 2.The benefits of using the OTTR framework is that modeling patterns are explicitly represented as an OTTR template, allowing for instances of patterns to be compactly and consistently captured. The format of template instances lends itself to instantiation from tabular data sources like spreadsheets and databases

Practical Ontology Pattern Instantiation, Discovery, and Maintenance with Reasonable Ontology Templates

Reasonable Ontology Templates ( Open image in new window ) is a language for representing ontology modelling patterns in the form of parameterised ontologies. Ontology templates are simple and powerful abstractions useful for constructing, interacting with, and maintaining ontologies. With ontology templates, modelling patterns can be uniquely identified and encapsulated, broken down into convenient and manageable pieces, instantiated, and used as queries. Formal relations defined over templates support sophisticated maintenance tasks for sets of templates, such as revealing redundancies and suggesting new templates for representing implicit patterns. Ontology templates are designed for practical use; an Open image in new window vocabulary, convenient serialisation formats for the semantic web and for terse specification of template definitions and bulk instances are available, including an open source implementation for using templates. Our approach is successfully tested on a real-world large-scale ontology in the engineering domain

Geological Multi-scenario Reasoning

In the oil and gas industry, during exploration prospect assessment, explorationists rely on ad hoc manual work practices and tools for developing and communicating multiple hypothetical geological scenarios of the prospect. This leaves them with little efficient means to make the fullest use of state of the art digital technologies to communicate and systematically compare and assess different hypothetical geological scenarios before deciding which scenario to pursue. In this paper we present a formal framework for geological multi-scenario reasoning, a novel tool-based method for geologically oriented subsurface evaluation. The methodology applies formal methods and logic-based techniques to subsurface evaluation and expresses interpretive uncertainty as discrete scenarios with branches of potential alternatives. This framework consists of (i) a proto-scenario generator that takes user observations and geological evidence as input and generates semantically valid initial states based on formalized geological knowledge in first-order logic (ii) geological processes formalized as a rewrite theory that are executable in Maude. By applying geological rewrite rules onto the proto-scenarios, we are able to assist explorationists with multi-scenario generation and reasoning beyond human capacity

Produksjonsområdebasert vurdering av lakselusindusert villfiskdødelighet i 2022

I produksjonsområdeforskriften fra 2017 (Anon. 2017a) er kysten delt inn i 13 produksjonsområder (POer), hvor bærekraftsindikatorer skal bestemme hvor stor produksjon man skal tillate i oppdrettsanlegg. I forskriften står følgende: «Produksjonskapasiteten i produksjonsområder for akvakultur reguleres i samsvar med områdets miljømessige bærekraft. Påvirkningen fra akvakultur på miljøet overvåkes etter de til enhver tid gjeldende miljøindikatorene […]». I første omgang er effekten lakselus produsert i oppdrett har på vill laksefisk den eneste miljøindikator. Nærings og Fiskeridepartementet (NFD) har derfor oppnevnt en styringsgruppe som igjen har oppnevnt en ekspertgruppe bestående av 10 forskere som skal evaluere lusepåvirkning fra oppdrett på villfisk. Mandatet til ekspertgruppen er: «Ekspertgruppen skal hvert år gjøre en grundig naturfaglig vurdering av hvordan vill laksefisk påvirkes av lakselus i hvert enkelt produksjonsområde.» Årets rapport har flere vesentlige endringer som en konsekvens av anbefalinger fra den internasjonale evalueringskomiteens rapport (Eliassen mfl. 2021). De 4 viktigste endringene i årets rapport er: 1. Beskrivelse av hvordan ny kunnskap blir inkludert 2. Illustrering av sammenheng mellom modeller og observasjoner 3. Hvordan Ekspertgruppen estimerer og kommuniserer usikkerhet 4. Hvordan Ekspertgruppen kommer til en felles vurdering basert på resultatene Av disse fire er det det siste punktet som får størst påvirkning på hvordan resultatene blir kommunisert. Endringen fører til at man istedenfor å konkludere hvilken kategori av lakselusindusert villfiskdødelighet Ekspertgruppen mener er riktig kategori, rapporteres en sannsynlighetsfordeling av dødelighet basert på SHELF metoden (se kapittel 5 for detaljer). Oppsummert er kategoriene for lakselusindusert dødelighet for vill laksepostsmolt for 2022 som følger: (1) Høy i PO3 og PO4 (2) Moderat i PO2, PO5, PO6, PO7 og PO8 (3) Lav i PO1, PO9, PO10, PO11, PO12 og PO13 Vurderingene av usikkerhet er som følger: I PO3 var det sannsynlig at lakselusindusert villfiskdødelighet var over 30 %, usannsynlig at den var mellom 10 og 30 % og veldig usannsynlig at den var under 10 %. Etter den tidligere usikkerhetsdefinisjonen vurderes konklusjonen om at POet har høy lakselusindusert villfiskdødelighet til å ha middels usikkerhet. I PO4 var det mer sannsynlig enn ikke at lakselusindusert villfiskdødelighet var over 30 %, usannsynlig at den var mellom 10 og 30 % og veldig usannsynlig at den var under 10 %. Etter den tidligere usikkerhetsdefinisjonen vurderes konklusjonen om at POet har høy lakselusindusert villfiskdødelighet til å ha stor usikkerhet. I PO2, PO5, PO7 og PO8 var det mer sannsynlig enn ikke at lakselusindusert villfiskdødelighet var mellom 10 og 30 %, usannsynlig at den var under 10 % og usannsynlig at den var over 30 %. Etter den tidligere usikkerhetsdefinisjonen vurderes konklusjonen om at POene har moderat lakselusindusert villfiskdødelighet til å ha stor usikkerhet. I PO6 var det mer sannsynlig enn ikke at lakselusindusert villfiskdødelighet var mellom 10 og 30 %, mindre sannsynlig enn ikke at den var under 10 % og usannsynlig at den var over 30 %. Etter den tidligere usikkerhetsdefinisjonen vurderes konklusjonen om at POet har moderat lakselusindusert villfiskdødelighet til å ha stor usikkerhet. I PO9, PO10 og PO11 var det mer sannsynlig enn ikke at lakselusindusert villfiskdødelighet var under 10 %, mindre sannsynlig enn ikke at den var mellom 10 og 30 % og veldig usannsynlig at den var over 30 %. Etter den tidligere usikkerhetsdefinisjonen vurderes konklusjonen om at POene har lav lakselusindusert villfiskdødelighet til å ha stor usikkerhet. I PO12 var det sannsynlig at lakselusindusert villfiskdødelighet var under 10 %, usannsynlig at den var mellom 10 og 30 % og svært usannsynlig at den var over 30 %. Etter den tidligere usikkerhetsdefinisjonen vurderes konklusjonen om at POet har lav lakselusindusert villfiskdødelighet til ha liten usikkerhet. I PO1 var det veldig sannsynlig at lakselusindusert villfiskdødelighet var under 10 %, veldig usannsynlig at den var mellom 10 og 30 % og svært usannsynlig at den var over 30 %. Etter den tidligere usikkerhetsdefinisjonen vurderes konklusjonen om at POet har lav lakselusindusert villfiskdødelighet til å ha liten usikkerhet I PO13 var det svært sannsynlig at lakselusindusert villfiskdødelighet var under 10 %, svært usannsynlig at den var mellom 10 og 30 % og svært usannsynlig at den var over 30 %. Etter den tidligere usikkerhetsdefinisjonen vurderes konklusjonen om at POet har lav lakselusindusert villfiskdødelighet til ha liten usikkerhet. Fra og med 2020 er det i hvert PO også blitt inkludert en vurdering av hvordan smittepresset, altså antall produserte luselarver per time i hele produksjonsområdet, har variert gjennom årene og sesongen. Denne er presentert for å belyse hvordan smittepresset endrer seg i perioden etter overvåkning av laksesmolt avsluttes, når man forventer at sjøørret og sjørøye fremdeles oppholder seg i sjøen. Det er viktig å påpeke at det ikke er gjennomført en vurdering av lakselusindusert dødelighet for sjøørret eller sjørøye, ettersom det fremdeles er uklart hvilke kriterier man skal legge til grunn i slike vurderinger. Generelt øker smittepresset utover sommeren etter perioden smolten vandrer ut, med unntak av de nordligste POene (PO11-PO13). Det påpekes også at økningen i smittepress er spesielt høy i PO6 utover sensommeren. I mandatet påpekes det at «[r]apporten skal legge vekt på tilstanden knyttet til årets overvåkning, og samtidig se sammenhengen med foregående år og vurdere eventuelle trender.». I rapporten fra 2020 skrev vi et eget kapittel om vurderinger av trend. Dette kapittelet var i hovedsak en vurdering av hvordan mengden oppdrettsfisk eller totalt antall lus per areal har endret seg over tid. I 2022-rapporten repeterer vi ikke vurderingene, men har oppdatert figurene fra rapporten fra 2020. Vi konkluderer med at det ikke er store endringer i det generelle mønsteret vi så i 2020-rapporten, og at konklusjonen fra denne rapporten fremdeles er gjeldende. Det vil si at områder med høyt utslipp av lakselus fra oppdrett med jevne mellomrom vil ha høy kategori, men også at vurderingen av lakselusindusert villfiskdødelighet kan variere fra lav til høy avhengig av biologiske, fysiske og geografiske forhold. Ekspertgruppen påpeker også i år at det er økende smittepress i de nordlige områdene samtidig som det er flere produksjonsområder (PO8, PO9 og PO11) som har svært lite observasjonsdata av luseforekomster på villfisk. Ekspertgruppen er samstemt i sine konklusjoner