CC BY
18Ученые записки Таврического национального университета имени В.И.Вернадского Серия «География». Том 26 (65). 2013 г. № 1, С. 127-135.
УДК 004.9+ 528
ОНТОЛОГ1ЧНИЙ 1НТЕРФЕЙС ЯК ЗАС1Б ПРЕДСТАВЛЕННЯ 1НФОРМАЦ1ЙНИХ РЕСУРС1В В Г1С-СЕРЕДОВИЩ1
Попова М. А.1, Стрижак О. €.2
Институт телекомушкацш i глобального тформацшного простору НАН УкраХни, КиХв,
УкраХна
2Нащональний центр «Мала академiя наук Украти», КиХв, УкраХна
E-mail: pma1701@gmail.com1, sae953@gmail.com2
У стата автори розглядають питання розробки та застосування онтолопчиого штерфейсу як ефективного засобу забезпечення процеЫв штеграцп розподшених шформацшних ресурЫв та систем на основi використання семантичних властивостей та подання шформацп в наочиш легкодоступнiй формi з метою створення та використання шформацшних систем в ПС-середовищь Ключовi слова: онтолопя, онтологiчний iнтерфейс, мережевий граф
ВСТУП
Сприйняття та тзнання навколишнього св1ту вимагають розвитку вщповщних метод1в i засоб1в, серед яких видшяються геошформацшш системи, як можуть застосовуватися в широкому спек^ завдань, пов'язаних з анатзом i прогнозом явищ i подiй навколишнього св^у, з осмисленням i видiленням головних факторiв i причин, а також ix можливих наслiдкiв, з плануванням стратегiчних рiшень i поточних наслщюв дiй [1]. В свою чергу, розвиток геошформацшних систем пов'язаний з необхщшстю спiльноï обробки об'eмiв просторово! i непросторово! iнформацiï, складнiшиx процешв обробки взаемозв'язано! рiзноплановоï iнформацiï, ïï iнтеграцiï й взаeмодiï з шшими рiзними за призначенням системами. Додатковi вимоги знаходження кращих рiшень, зручносп, продуктивностi, надiйностi i вартостi також вимагають розробки i розвитку адекватних моделей.
Швидке зростання обсягу шформаци, необxiднiсть ïï бiльш якiсноï обробки та засвоення потребують використання методiв добування iнформацiï та перетворення ïï в таку форму, з якою буде зручшше працювати пiзнiше. Головна мета такого перетворення - можливють анатзу «хаотичной» iнформацiï за допомогою стандартних методiв обробки даних. Бшьш специфiчною метою е виявлення лопчних закономiрностей мiж описаними поняттями. Представлена належним чином iнформацiя дозволяе побачити ri додатковi приxованi закономiрностi, яю не вдаеться виявити iншими методами.
Таким чином, актуальною е задача щентифшаци, тдтримки i управлiння просторовими зв'язками мiж топологiчними об'ектами реального св^у, створення нових об'ектiв, зв'язюв, ув'язування нових атрибутiв, що вiзуалiзуються у виглядi «дружнього штерфейсу».
Аналiз останшх дослiджень i публiкацiй. З огляду на анатз сучасних методiв та засобiв представлення iнформацiйниx ресуршв в ГIС-середовищi [7] можна
зробити висновок про те, що широко застосовуваним е об'ектний шдхщ, при якому предметна прикладна область представляеться у виглядi сукупност об'ектiв, якi взаемодiють мiж собою за допомогою передачi повiдомлень.
Розповсюджене використання ПК створило основу для широкого застосування об'ектно-орiентованого пiдходу в практищ проектування i програмування шформацшних систем. Зазначена методологiя орiентована перш за все на подолання складносп, пов'язано! з розробкою програмних засобiв, на створення великих складних систем, колективну !х розробку, подальший активний супровщ при експлуатацп i регулярш модифшаци.
Ефективним засобом представлення та систематизаци шформацп е онтологи, як використовуються для формально! специфшаци понять i вiдносин, якi, в свою чергу, характеризують певну предметну область. Перевагою онтологш як способу представлення шформацп е !х формальна структура, яка спрощуе комп'ютерну обробку [6].
Будучи аналогом поняттю «модель», онтолопя служить засобом комушкацп мiж розробником i користувачем.
Використання онтологи ефективне пiд час пошуку i об'еднання шформацп з рiзних джерел i середовищ, представлення та штерпретацп шформацп в процесi прийняття ршень.
Онтологiчний пiдхiд забезпечуе зв'язнiсть шформацшних ресуршв та дозволяе гнучко працювати з контекстами.
Тому доцшьним вважаеться використання компонент формування та управлшня iнформацiйними системами, прикладами яких е онтолопчш середовища Protege-2000, Ontolingua i Chimaera.
МЕТА СТАТТ1
Розробка онтолопчного iнтерфейсу для пiдвищення ефективносп пiдтримки прийняття рiшень користувачiв Г1С, що включають науково-методичнi засади та сучасш iнформацiйнi технологи, якi забезпечують створення та використання формалiзованоl шформацшно! системи в конкретних предметних галузях.
ВИКЛАД ОСНОВНОГО МАТЕР1АЛУ
На сьогодшшнш день iнформацiйнi ресурси, що використовуються в процес прийняття рiшень, е розподшеними. Сучаснi мережнi технологи та широке розповсюдження Internet надають можливють доступу та використання цих ресуршв шляхом об'еднання територiально розподiлених джерел шформацп такого роду. Онтологiчний штерфейс дозволяе вiзуалiзувати результат процесiв штеграцп та агрегацп розподiлених iнформацiйних ресурав у процесi оргашзацп взаемодн користувачiв у легкодоступнiй наочнiй формi.
Комп'ютерна онтологiя предметное o6Macmi - це:
• iерархiчна структура сюнченно! множини понять, що описують задану предметну область (ПдО);
• структурою е онтограф, вершинами якого е поняття, а дугами - семантичш вiдношення мiж ними;
• поняття i вщношення iнтерпретуються вiдповiдно до загальнозначущих функцш iнтерпретацiï, взятих з електронних джерел знань задано! ПдО;
• визначення понять i вiдношень виконуеться на основi аксiом i обмежень (правил) ïx областi д1!;
• юнуе засiб формального опису онтографу;
• функцп iнтерпретацiï та аксiоми описаш в нотацiï формально! теорiï. Онтолопя визначае загальновживанi, семантично значущi «понятшш одиницi
шформацп», якими оперують дослщники i розробники iнформацiйниx систем. На вiдмiну вiд iнформацiï, закодовано1' в алгоритмах, онтолопя забезпечуе ïï ушфшоване i багаторазове використання рiзними групами дослщниюв, на рiзниx комп'ютерних платформах шд час вирiшення рiзниx задач.
Онтолопя деяко1' ПдО в загальному випадку формально представляеться Т. А. Гавриловою та Ф. В. Хорошевським в [2] впорядкованою трiйкою:
О = <Х, R, F>, (1)
де X, R, F - кiнцевi множини вiдповiдно: X - концешгв (понять, термiнiв) предметно!' областц R - вiдношень мiж ними;
F - функцш штерпретацп (визначень) Xта/або R.
Видшяемо 5 титв онтологiй:
X = 0, R = 0, F = 0 - неструктурований текст;
X ф 0, R = 0, F ф 0 - глосарш;
X ф 0, R ф 0, F = 0 - таксономiя;
X ф 0, R = 0, F = 0 - проста онтолопя;
Xф 0, R ф 0, F ф 0 - активна онтолопя.
Активна онтологiя (R ф 0, F ф 0) - це така онтолопя, в якш множини концешгв та концептуальних вщношень максимально повш, а до функцш штерпретацп додаються аксюми, визначення та обмеження. Опис вих компонент представлений деякою формальною мовою, яка доступна для ix iнтерпретацiï комп' ютером.
О = <X, R, F, A (D, Rs)>, (2)
де Х = [х1, х2, ... ,хг-, ... ,х„}, i = 1, n, n = Card X - сюнченна множина концештв (понять-об'ектiв) заданоï ПдО;
R = (R;, R2, ... ,R, ... ,R«}, R i X1 x X2 x...x Xn, k = 1, m, m= Card R - множина концептуальних вiдношень мiж ними;
F: XxR - скiнченна множина функцш штерпретацп, заданих на концептах i/або вiдношенняx;
A - скiнченна множина аксюм, яка складаеться з множини визначень D\ i множини обмежень Rslt для поняття X. Визначення записуються у виглядi тотожно ютинних висловлювань, якi можуть бути взяп, зокрема, з тлумачних словникiв ПдО. В них можуть бути зазначеш додатковi взаемозв'язки понять Xt з поняттями
Xj . В множит обмежень Rsi можуть бути задаш обмеження на iнтерпретацiю вщповщних понять Xi.;
D - множина додаткових визначень понять;
Rs - множина обмежень, що визначають область ди понятiйних структур.
Розглянемо множину обмежень та множину додаткових визначень.
D - множина додаткових визначень
D = XxRxRs
Rs - множина обмежень
Rs=RxR,
Rs - може бути розглянуто як замикання вiдношень R,
R - множина властивостей, яю можуть характеризувати елементи множини R.
Оскшьки будь-яке шформацшне середовище являе собою складну систему управлшня взаемодiею користувачiв з шформацшною системою, користувачiв мiж собою, а також е засобом штеграци розподшених iнформацiйних ресурсiв i процешв, дамо визначення шформацшно! системи.
1нформацшна система - сукупнiсть органiзацiйних i технiчних засобiв для збереження та обробки шформацп з метою забезпечення iнформацiйних потреб користувачiв.
Системними компонентами е:
- типи даних, як iнтерпретують процеси;
- процедури, яю обробляють вiдповiднi типи даних;
- джерела, яю визначають безпосередньо типи даних та задають !х значення;
- споживачi чи фiксуючi пристро!.
Iнформацiйна система розглядаеться через множину представниюв.
Представник - задача, яка може бути виршена за допомогою iнформацiйноl системи.
Задача проблемно! ситуацil з набором заданих цiлей може бути представлена у виглядi кортежу
T = <K, K*, Aim>, (3)
K - модель ПдО, яка вщображае проблемну ситуащю;
K - кортеж сташв ПдО, якi актуалiзуються на кожному кроцi досягнення цшей;
K* = <Ко, Кь ... ... ,КП>, (4)
Aim = FxR - набiр цiлей.
Таким чином, онтолог!чний iнтерфейс мае вигляд:
I = <K, K*, FxR, X, R, F, A, (XxRxRs, R+ xR)>, (5)
I = <K, K*, Aim, X, R, F, A, (D, Rs)>, (6)
Онтолог1чний ттерфейс — зааб зручно! взаемодil користувача з шформацшною системою, призначеною для виршення множини задач проблемно! ситуаци шляхом використання активно! онтологi!.
I = <T, O>, (7)
Формально технолопчний базис формування онтологiчного штерфейсу визначаеться навантаженим дводольним графом.
G = (Vi о V2, E), (8)
де V1 П V2 = 0, вершини з V1 розмiченi iменами предикатiв, а вершини з V2 -iменами аргуменпв;
Е - множина дуг (ребер). Дуги графа з'еднують вершини, помiченi iменами предикатiв, з вершинами, помiченими iменами аргументiв.
Вершини з множини Vi називаються вузлами-предикатами, вершини з -вузлами V2 - концептами, а самi предикати - концептуальними предикатами.
Висловлювання формуеться на основi композицiï вершин, iнцидентниx до одного ребра.
Алгоритм формування:
1. Визначаеться перша вершина ^ва або права) за напрямком вiдношення, якщо воно не комутативне;
2. Обираеться лiва/права вершина та шцидентне ребро;
3. Обираеться праваМва вершина з iнцидентним ребром, яке мае лiву/праву вершину;
4. Дводольний граф визначаеться як висловлювання;
Обчислюеться значения висловлювання: ютиншсть - вершини включаються до множини об'екпв штерфейсу, хибшсть - вершини не входять до ще1' множини.
Алгоритм формування об'екпв онтологiчного iнтерфейсу як множини ютинних висловлювань може бути представлений у загальному виглядi нормального алгоритму Маркова.
Вiзуалiзацiя iнформацiï у виглядi iерарxiчного графу допомагае користувачевi:
• швидко знаходити потрiбний елемент в iерарxiï;
• розумiти зв'язок елемента з контекстом;
• забезпечувати можливють прямого доступу до шформаци при вершинах.
Мережевий граф може виступати не лише засобом оргашзацп шформаци.
Розширюючи його традицшш функцiï завдяки вщображенню у виглядi онтологiчного штерфейсу, граф можна перетворити на середовище, в якому забезпечуеться активна робота з розподшеними iнформацiйними ресурсами.
Побудова компонент онтологИ'. Найбшьш iстотним компонентом концептуально!' моделi ПдО е множина понять задано!' предметно].' обласп. Деяю твердження, безпосередньо пов'язанi з побудовою мережевого графу ПдО.
Вс поняття (або концепти) подiляються на ряд клашв (за семантичною залежнiстю).
• Залежно вiд вiдображения виду або роду предме^в - на видовi й родовi поняття.
• Залежно вщ вiдображения частини або цiлого предме^в - на поняття-частини i поняття-цш.
• Залежно вiд кшькосп вiдображуваниx предметiв - на одиничш i загальнi поняття.
• Залежно вщ вiдображения предмета або властивостi, абстрагованого вщ предмета, - на конкретш поняття i абстрактнi поняття.
Онтолопя ПдО - це концептуальна модель реального св^у i ïï поняття повинш вiдображати цю реальнiсть.
Побудова множини об'екпв вважасться найбшьш важливим моментом при розробщ онтологи ПдО. За основу множини елеменпв може бути взятий повний список термшв, в якому вказано:
- чим е кожен термш - поняттям-класом предметiв або конкретним поняттям;
- можливi суттевi вщношення з iншими термiнами зi списку для кожного термша;
- можливi iстотнi властивостi понять.
В геошформацшних системах класи об'ектiв онтологи складають шари тематично! карти, а самi об'екти, якi входять до вщповщного класу, е об'ектами шару. Завдяки об'еднанню рiзних типiв баз даних в онтологи ПдО атрибути об'екпв можуть бути представлеш не лише у табличному вигляд^ а й у текстовому, а також у виглядi гшерпосилань на розподiленi в мережi iнформацiйнi ресурси.
Розглянемо приклад онтолопчного iнтерфейсу на фрагментi ПдО з мшералоги.
За кристало-хiмiчною класифшащею мiнерали подiляються на кiлька клашв (наприклад, силiкати, фосфати, сульфати, оксиди i гiдроксиди тощо). Кожен клас включае в себе множину мiнералiв-представникiв даного класу. Онтологiчна модель ПдО набувае вигляду мережевого графу, де об'ект-клас представлеш на рис.1.
Вигляд онтолопчного штерфейсу фрагменту мережевого графу класу мiнералiв оксиди та пдроксиди представлений на рис. 2. 1нтерфейс складаеться з графiчного зображення представника класу мiнералiв та спливаючого вшна, в якому мiститься iнформацiя про назву мшералу, його хiмiчну формулу, а також можуть бути
ОКСИДИ ТА ПДРОКСИДИ
Рис. 1. Фрагмент мережевого графу. Клас оксиди та пдроксиди.
представленi гiперпосилання на додаткову iнформацiю (зображення, вiдео-, аудiо файли, мультимедшш данi тощо).
Рис. 2. Фрагмент онтолопчного iнтерфейсу. Клас оксиди та пдроксиди.
На картi класи онтологп представленi у виглядi тематичних шарiв, а мiнерали об'eктiв, яю утворюють певний шар (рис. 3).
Карта минерале
Т и К КМ Е N I 5 г А N С
о г- йеруеитсяп^
вивШсм А
/ ЧШАОтУО
Ч» /—ч
Выберите шаблон для создания объекта
МОНОКРИСТАПИ ТА М1НЕРАЛЬН1АГР! V ОКСИДИ ТА ПДРОКСИДИ
ы^аА \
Вложения
У объекта имеется вложение: {1)
\/ Д^г-
\ ГЛГ' ЯЩ /
1,А ? С Н А N I
Магтигоу...|од ■ 51,78 КБ
Выберите файл для ал ожения
улго Л : 1 \
, 1 ЕМЫиВ! к /
Ш Показать атрибуты
Рис. 3. Фрагмент тема тично! карти (активний шар «Оксиди та пдроксиди»).
Атрибутивна шформащя про об'екти онтологи, наведена в граф^ вщображаеться на карп у виглядi вкладень. Тобто кожна вершина графу мае власну «базу даних», що мютить iнформацiю (текст, фото-, вiдео-, аудюфайли, гiперпосилання), необхiдну для грунтовного ознайомлення з обраним об'ектом, i може поповнюватися надбаннями та пошуковими запитами користувачiв Г1С.
ВИСНОВКИ
Отже, використання онтолопчного тдходу до класифшаци, систематизаци та використання iнформацiйних ресурсiв в ГIС-середовищi та онтологiчного iнтерфейсу для вiзуалiзацil штеграцп розподiлених iнформацiйних моделей та систем на основi використання семантичних властивостей дае можливiсть кожному користувачевi виявляти принципово новi взаемозв'язки, яю ранiше не були вщом^ сприяе змiщенню акцентiв iз пасивних методiв пошуку, орiентованих на передачу шформацп, до ширшого застосування активних методiв аналiзу проблем i пошуку ршень, спiвпрацi користувачiв та розробниюв тощо.
Список лiтератури
1. Берталанфи Людвиг Фон. Общая теория систем: обзор проблем и результатов/ Берталанфи Людвиг Фон // Системные исследования. - М.: Наука, 1969. - С. 30-54.
2. Гаврилова Т.А. Базы знаний интеллектуальных систем / Т.А. Гаврилова, В.Ф. Хорошевский. -СПб.: Питер, 2001. - 384 с.
3. ДеМерс М.Н. Географические информационные системы. Основы / М.Н. ДеМерс; пер. с англ. - М.: Дата+, 1999.- 491 с.
4. 1щук О. О. Просторовий анал1з i моделювання в Г1С: Навчальний поЫбник / О. О.1щук, М. М. Коржнев, О. Е. Кошляков; за ред. акад. Д.М.Гродзинського. - К.: Видавничо-пол1граф1чний центр "Кшвський ушверситет", 2003.- 200 с.
5. Объектно-ориентированная методология [Electronic Resource] - URL: http ://belani.narod. ru/3/OOM. htm
6. Палагин А.В. Системная интеграция средств компьютерной техники / А.В. Палагин, Ю.С. Яковлев. - Винница: УН1ВЕРСУМ, 2005. - 680 с.
7. Joseph K. Berry. Beyond Mapping III. Understanding Spatial Patterns and Relationships - BASIS Press, 2007, 227 p. [Electronic Resource] - URL: http://www.innovativegis.com/basis/ MapAnalysis/]
Попова М. А. Онтологический интерфейс как средство представления информационных ресурсов в ГИС-среде / М.А. Попова, А.Е. Стрижак // Ученые записки Таврического национального университета имени В.И. Вернадского. Серия: География. - 2013. - Т. 26 (65). - № 1- С. 127-135. Разработка и применение онтологического интерфейса как эффективного средства обеспечения процессов интеграции распределенных информационных ресурсов и систем на основе использования семантических свойств и представления информации в наглядной легкодоступной форме, что обеспечивает создание и использование формализованной системы знаний в конкретных предметных областях.
Ключевые слова: онтология, онтологический интерфейс, сетевой граф.
ONTOLOGICAL INTERFACE AS A MEANS OF PRESENTING INFORMATION
RESOURCES IN THE GIS Popova M.1, Stryzhak O.2
1The Institute of Telecommunications and Global Information Space of the National Academy of
Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine
2The National Center "Minor Academy of Sciences of Ukraine", Kyiv, Ukraine
E-mail: pma1701@gmail.com1, sae953@gmail.com2
The rapid growth of information, the need to better quality of processing and learning methods require the use of data mining and converting it into a form which is more convenient to work later. The main goal of this transformation is to analyze "chaotic" information using standard methods of data processing. A specific aim is to identify the logical relationships between concepts described. Information presented properly allows you to see the additional hidden patterns that cannot detect by other methods.
Thus, the actual problem is the identification, support and management of spatial topological relationships between real-world objects, create new objects, links, linking new attributes are visualized as a "friendly interface".
Effective means of presenting and ordering information ontology is used for formal specification of concepts and relationships, which in turn characterize a particular subject area. The advantage of ontologies as a way of presenting information is their formal structure that facilitates computer processing.
Using ontology effective at finding and combining information from different sources and media, presentation and interpretation of information in the decision making process.
Ontological approach provides connectivity information resources and allows the flexibility to work out of context.
Ontological interface allows visualizing the results of a process of integration and aggregation of distributed information resources in the process of co-users in an easily accessible visual form.
In geographic information systems ontology object classes are thematic map layers and the objects that are part of the class, is the object layer. By combining different types of databases in the ontology object attributes can be presented not only in tabular form, but also in the text, as well as hyperlinks to the distributed network information resources.
Keywords: ontology, ontological interface, network graph.
References
1. Joseph K. Berry. Beyond Mapping III. Understanding Spatial Patterns and Relationships - BASIS Press, 2007, 227 p. [Electronic Resource] . - URL: http://www.innovativegis.com/basis/ MapAnalysis/]
2. Michael DeMers, Ann Johnson, Karen Kemp, Ann Taylor Luck, Brandon Plewe, and Elizabeth Wentz. - Geographic Information Science & Technology. Body of Knowledge [Electronic Resource] - URL: http://www.ucgis.org
nocmynuna e peda^uw 03.05.2013 s.
