Representaci

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Representación Ontológica de Objetos Geográficos
basadas en Descripciones Semánticas
Centro de Investigación en Computación, IPN
Miguel Jesús Torres Ruiz
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Contenido

• Motivación
• Objetivos
• Introducción
• Justificación del tema
• Estado del arte
• Metodología propuesta
• Posibles aportaciones

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Motivación (1)

• Muchos problemas relacionados con datos
  geo-espaciales están centralizados en
• Intercambio de datos geo-espaciales
• Representación formal de datos geo-espaciales
• Integración de datos geo-espaciales
• Heterogeneidad semántica
• Procesamiento de objetos geo-espaciales
  imprecisos
• Interoperabilidad semántica entre datos espaciales

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Motivación (2)

• La investigación está enfocada en el
  procesamiento de datos geo-espaciales imprecisos
• Haciendo uso de ontologías
• Buscar una representación alternativa de los
  datos geo-espaciales
• Proporcionar descripciones de objetos geográficos
  en mapas vectoriales cartográficos.
• Solucionar en forma parcial la integración y el
  intercambio de datos geo-espaciales.

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Motivación (3)

• Existen diversas fuentes de imprecisión
• Diferentes escalas
• Diversos niveles de resolución
• Características atributivas y espaciales y
  temporales
• Geo-información incompleta
• Entre otras
• Importante considerar representaciones
  alternativas para los objetos geográficos
• Independientes de la naturaleza imprecisa de los
  datos geo-espaciales.

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Objetivo (1)

• Definir la semántica espacial para la correcta
  representación de los objetos geográficos
• Por medio de una ontología espacial, la cual será
  generada a partir de las propiedades y relaciones
  que componen a un sistema de objetos geográficos
  en particular y,
• Sirva para generar una descripción compuesta por
  operadores o esquemas conceptuales que
  representen a un conjunto de entidades
  geográficas de acuerdo a un contexto específico.

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Objetivo (2)

• Particulares
• Proponer y formalizar una definición de semántica
  espacial, la cual pueda aplicarse a la correcta
  representación de los objetos espaciales.
• Definir una ontología base que proporcione los
  conceptos básicos de las primitivas de
  representación espacial, por medio de sus
  propiedades y relaciones.
• Analizar las relaciones y propiedades que
  componen a un sistema de objetos espacial, de
  acuerdo con los estándares que proporciona el
  INEGI para un caso de estudio en particular.

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Objetivo (3)

• Particulares
• Describir las propiedades y relaciones para
  definir el conocimiento a priori de un sistema de
  objetos espacial a partir del caso de estudio
  (mapas topográficos).
• Diseñar un mecanismo de interacción automático
  y/o semi-automático que permita hacer
  descripciones semánticas de los objetos
  geográficos a partir de una ontología espacial
  (geo-ontología).
• Diseñar un mecanismo que permita medir el
  contenido semántico de las descripciones
  generadas.

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Introducción (1)

• Bases de Datos Geográficas no exploran la
  semántica de los datos geo-espaciales.
• Problemas en la representación de los datos.
• Problemas en la integración de geo-información.
• Problemas de intercambio de datos geo-espaciales.
• Qué se busca?
• Una representación formal alternativa de los
  datos geo-espaciales.
• Proporcionar mecanismos de integración de
  geo-información.
• Intercambio transparente de datos geo-espaciales.

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Introducción (2)

• Cómo lograrlo?
• Generando una ontología espacial (base).
• Por medio del conocimiento a priori de los datos
  espaciales.
• De esta forma generar descripciones que permitan
  conocer el contenido semántico y una
  representación alternativa
• Obtenido por las propiedades, relaciones y
  funciones de los objetos geográficos en un
  contexto determinado.
• Definimos conocimiento a priori como
• El conocimiento previo y registrado que se tiene
  sobre los objetos geográficos (datos espaciales),
  ya sea por medio de la experiencia humana
  (expertos en el área) o por un conjunto de
  especificaciones explícitas (estándares generados
  por INEGI).

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Introducción (3)
Ciudad de México
Inconsistencias en el cálculo de los límites
Entidad dinámica
Límite Objeto geográfico impreciso
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Introducción (4)
Fuentes de datos diversas y dispersas
Control de crecimiento urbano
GIS Sitio 1
Dificultades en la integración
GIS Sitio 2

GIS Sitio n
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Introducción (5)

• Consideramos dos conceptos espaciales de una
  posible ontología
• Lago
• Límite definido por un compromiso en términos de
  la escala de presentación
• Parcela
• Producto de convenciones sociales establecidas,
  su existencia depende de un contrato legal

Objeto Fiat
Representación Geométrica Polígono
Objeto Bona Fide
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Introducción (6)

• En resumen
• Se intenta introducir una estructura basada en
  una ontología, la cual permitirá integrar y
  representar la geo-información de acuerdo con su
  semántica.
• Se propone que la integración de datos
  geo-espaciales se realice a través de las
  propiedades, relaciones y funciones que envuelven
  a los objetos geográficos y que definen su
  semántica.
• La cual puede ser obtenida por medio de una
  descripción a partir de una ontología base y en
  un contexto específico.

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Justificación del tema (1)

• Hoy en día, las tendencias actuales en el área de
  la Geocomputación se enfocan en el desarrollo de
  herramientas GIS inteligentes.
• Línea de investigación
• Análisis y Síntesis Semántica Asociativa de
  Datos espaciales
• Área de aplicación
• Correcta representación de objetos geográficos
  por medio de su semántica, haciendo uso de una
  ontología espacial para generar una descripción
  que refleje la semántica de los datos espaciales
  bajo un contexto determinado.
• No existen trabajos orientados a
• Representar datos geoespaciales con base en sus
• Propiedades, relaciones y funciones por medio de
  una ontología base que envuelva estas
  componentes.
• Diseño e implementación física de los datos
  geoespaciales.

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Estado del arte (1)

• Rodríguez et al., 1999
• Técnica de valoración de concordancias con base
  en la similitud semántica entre objetos
  espaciales.
• Egenhofer et al., 1997
• Conocimiento geográfico Geografía ingenua.
• Guarino et al., 2000
• Ontología es un sistema lógico formal, introduce
  el término de Ontology-Driven Information
  Systems.
• Nunes, 1991
• Puntualiza que el primer paso en la construcción
  de GIS de nueva generación sería
• Creación de una colección y especificación
  sistemática de las entidades geográficas, sus
  propiedades y relaciones

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Estado del arte (2)

• Smith et al.,1998
• Afirma que las ontologías juegan un rol esencial
  en la construcción de GIS
• Permiten el establecimiento de correspondencias e
  interrelaciones entre los diferentes dominios de
  entidades y relaciones espaciales.
• Frank, 1997
• Piensa que el uso de ontologías contribuirán a
• Mejores SI evitando problemas como
• Inconsistencias entre ontologías implícitamente
  embebidas en GIS (usuarios y modeladores).
• Conflictos entre conceptos ontológicos y la
  implementación de aplicaciones geográficas.

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Estado del arte (3)

• Fonseca, 2001
• Propone una estructura para el desarrollo de
  aplicaciones geográficas utilizando ontologías
• La estructura de trabajo basada en ontologías
  para la integración de datos espaciales.
• Integrar ontologías con enlaces a fuentes de
  geo-información por medio de su significado.
• Realizar la integración por niveles
• Formal, dominio y de aplicación.

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Estado del arte (4)

• Las ontologías son clasificadas de acuerdo con su
  dependencia sobre una tarea específica o punto de
  vista
• Ontologías de alto nivel
• Describen conceptos muy generales.
• i.e. una teoría de partes y formas y su relación
  con la topología llamada mereotopología.
• Ontologías de dominio
• Describen el vocabulario relacionado a un dominio
  genérico.
• i.e. percepción remota, planeación urbana.
• Ontologías de tarea
• Describen una tarea o actividad.
• Interpretación de una imagen, valoración de la
  contaminación.
• Ontologías de aplicación
• Describen conceptos dependiendo de su dominio
  particular y de su tarea y son usualmente una
  especialización.
• Representan las necesidades de los usuarios con
  respecto a una aplicación específica.
• i.e. hacer una valoración de la abundancia de
  langostas en el Golfo de Maine, usando imágenes
  de satélite.

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Metodología propuesta (1)

• Problemática
• Geocomputación se enfoca principalmente en
  encontrar nuevos mecanismos alternativos para
  representar la geo-información
• Adecuada representación de objetos geográficos
  desde su entrada hasta su visualización para
  procesamientos subsecuentes.
• Información no representada en forma adecuada,
  genera ambigüedades.
• Información imprecisa, heterogénea y dispersa.
• No se cuentan con herramientas para explorar las
  propiedades, relaciones y funciones esenciales de
  los datos espaciales.
• No existen mecanismos para definir, representar y
  describir la semántica de los mapas de acuerdo a
  sus propiedades, relaciones y funciones.

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Metodología propuesta (2)

• Se busca
• Encontrar una definición formal para la semántica
  espacial o la semántica de los mapas,
  considerando
• Un conjunto suficiente de propiedades, relaciones
  y funciones que determinen el comportamiento de
  los objetos geográficos,
• Para describir su semántica por medio de una
  ontología espacial.
• Se busca realizar una conceptualización de los
  datos para mejorar los mecanismos de
  representación, integración y descripción de los
  mapas
• Evitando ambigüedades en la medida de lo posible
  para mapas topográficos.

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Metodología propuesta (3)

• Hipótesis
• Un modelo que genera descripciones espaciales a
  partir de una ontología espacial, proporciona la
  semántica espacial de un sistema de objetos
  geográficos (mapa), de acuerdo con un contexto
  específico.
• Denominado Modelo de descripción y
  procesamiento semántico asociativo para datos
  espaciales.

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Metodología propuesta (4)
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Metodología propuesta (5)

• Se propone definir dos términos nuevos en la
  ontología
• Conceptos terminales (CT)
• Son aquellos que no utilizan otros conceptos para
  definir su significado (pueden estar definidos
  por valores simples).
• Conceptos no terminales (CN)
• Estos definen su significado basándose en otros
  conceptos, los cuales pueden ser CT o CN.
• Las relaciones involucradas en la ontología hasta
  el momento serían
• has (G)
• is-a (F)

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Metodología propuesta (9)
CN relación CT HWY is-a Linear Object Fw3
Intersecta Hw2
26
Gracias!

• Miguel Torres
• mtorres_at_cic.ipn.mx
• miguel.torres.ruiz_at_gmail.com
• www.geosco.org