Υποδομές Χωρικών Δεδομένων Νέας Γενιάς: Σημασιολογικές Αναπαραστάσεις Γεωχωρικών Εννοιών για Ειδικούς και Απλούς Χρήστες

Transcript

1 ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΙΚΗ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΕΛΛΑΔΑΣ Χαρτογραφία & Χωρική Πληροφορία στην Τοπική Αυτοδιοίκηση 12ο Εθνικό Συνέδριο Χαρτογραφίας Κοζάνη, Οκτωβρίου 2012 Υποδομές Χωρικών Δεδομένων Νέας Γενιάς: Σημασιολογικές Αναπαραστάσεις Γεωχωρικών Εννοιών για Ειδικούς και Απλούς Χρήστες Μαρίνος ΚΑΒΟΥΡΑΣ και Μαργαρίτα ΚΟΚΛΑ Εργαστήριο Χαρτογραφίας Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

2 Νέα δεδομένα στη συλλογή και χρήση γεωχωρικών πληροφοριών Χρήση γεωχωρικών πληροφοριών από ετερογενή επιστημονικά πεδία για ανάλυση, σχεδιασμό και λήψη αποφάσεων Μαζική πρόσβαση και χρήση γεωχωρικών πληροφοριών από απλούς χρήστες μέσω γεωκόμβων (geo-portals) Υποδομών Χωρικών Δεδομένων και εργαλείων (π.χ., Bing maps, Google Earth, Google maps, Yahoo Maps, κλπ.) Συλλογή γεωχωρικών πληροφοριών μέσω εργαλείων που βασίζονται στις Εθελοντικές Γεωγραφικές Πληροφορίες (Volunteered Geographic Information)

3 Beyond SDI (Davis et al. 2009) Pre-SDI setting SDI setting Digital Earth setting

4 The National Map Vision (Usery, 2009)

5 A Conceptual Model for Developing Interoperability Specifications in Spatial Data Infrastructures European Commission Joint Research Centre, a_infrastructures_(online).pdf

6 Ανάγκη για σημασιολογικό εμπλουτισμό των Υποδομών Χωρικών Δεδομένων The OGC standards guarantee interoperability on a syntactic level. Services can exchange data if they agree on names and types for their inputs, outputs, and operations. Whether data exchanged between services can be interpreted in a meaningful way is not covered by the specifications most semantic problems arise due to lack of meaningful descriptions of the actual content. Semantic descriptions are needed for all types of geospatial data to ensure their correct interpretation. (Janowicz et al. 2010). A broader SDI would be an enabler for understanding space, not only delivering general-purpose maps, but disseminating spatial data to support policies for sustainable development. People must be motivated to contribute and to participate, and better tools for data discovery must be developed, especially considering semantic aspects, since interdisciplinarity is a necessity (Davis et al.,2009).

7 Νέα δεδομένα στη συλλογή και χρήση γεωχωρικών πληροφοριών Το πρόβλημα είναι ιδιαίτερα πολύπλοκο αφού εμπεριέχει όχι μόνο διαφορετικές ταξινομήσεις, αλλά και διαφορετικές εννοιοποιήσεις των χρηστών. Η λύση της «επιβολής» μιας συγκεκριμένης ταξινόμησης ή μιας «οικουμενικής» (universal) οντολογίας είναι μη εφικτή. Προσεγγίσεις που στοχεύουν στην «αυστηρή» ολοκλήρωση (integration) της πληροφορίας δεν μπορούν να εφαρμοστούν για την επίλυση του συγκεκριμένου προβλήματος. Οι διαισθητικές ταξινομήσεις των εργαλείων που βασίζονται στις Εθελοντικές Γεωγραφικές Πληροφορίες φέρουν σημασιολογικά προβλήματα και ασυνέπειες.

8 Σημασιολογικά προβλήματα Τα πρότυπα και οι προδιαγραφές για την υλοποίηση υπηρεσιών και Υποδομών Χωρικών Δεδομένων εξασφαλίζουν διαλειτουργικότητα σε συντακτικό επίπεδο, αλλά όχι και τη σωστή ερμηνεία των δεδομένων Οι Υποδομές Χωρικών Δεδομένων χαρακτηρίζονται από έλλειψη περιγραφών που διατηρούν τη σημασία των δεδομένων.

9 Ανοιχτά ερωτήματα για την επίλυση των σημασιολογικών προβλημάτων Πώς καθορίζεται η αντίληψη και η εννοιοποίηση (conceptualization) των γεωχωρικών εννοιών; Οι γεωχωρικές έννοιες εξαρτώνται από τη γλώσσα ή υπάρχει ένα σύνολο γεωχωρικών εννοιών που γίνονται αντιληπτές «οικουμενικά»; Οι εννοιοποιήσεις γεωχωρικών εννοιών διαφέρουν μεταξύ των ειδικών και των απλών χρηστών; Υπάρχουν κάποιες γεωχωρικές έννοιες που υπερέχουν γνωσιακά; Πώς πρέπει να γίνεται η σημασιολογική αναπαράσταση των γεωχωρικών εννοιών στο Γεωχωρικό Σημασιολογικό Ιστό (Geospatial Semantic Web) και στις Υποδομές Χωρικών Δεδομένων προκειμένου να γίνονται κατανοητές τόσο από ειδικούς όσο και από απλούς χρήστες;

10 Παράγοντες που επηρεάζουν την εννοιοποίηση (conceptualization) γεωχωρικών εννοιών Γλώσσα: στενά συνδεδεμένη με τη γνωσιακή οργάνωση των οντοτήτων και φαινομένων του πραγματικού κόσμου. σημείο εκκίνησης για τη μελέτη της εννοιοποίησης του γεωγραφικού χώρου (υπόθεση: οι γλωσσικές διακρίσεις φανερώνουν διαφορές στην κατηγοριοποίηση) Προϋπάρχουσα γνώση: χρησιμοποιείται για την επιλογή χαρακτηριστικών στοιχείων ως σημαντικότερων από άλλα και για την εκμάθηση των εννοιών Εξειδικευμένη γνώση: δόμηση πιο εξειδικευμένων και «ευδιάκριτων» κατηγοριών σε σχέση με τους αρχάριους αναγνώριση σχέσεων μεταξύ των κατηγοριών που δεν είναι εύκολα αντιληπτές από τους αρχάριους

11 Ανάπτυξη πολλαπλής αναπαράστασης γεωγραφικών εννοιών OXI αποκλειστικά ένας ορισμός για την επεξήγηση του νοήματος των γεωγραφικών εννοιών Αξιοποίηση ενός συνδυασμού γλωσσικών και οπτικών εργαλείων: Ορισμούς για ειδικούς και για μη-ειδικούς Αναπαράσταση του νοήματος των γεωγραφικών εννοιών με βάση πιο απλές, θεμελιώδεις ιδιότητες και σχέσεις. Δυνατότητα εξερεύνησης της ιεραρχικής δομής

12 Ορισμοί για ειδικούς διαφορετικών επιστημονικών πεδίων και μη-ειδικούς Διαφορετικά επιστημονικά πεδία που ασχολούνται με γεωχωρικές έννοιες (π.χ., Επιστήμη της Γεωγραφικής Πληροφορίας, Γεωγραφία, Γεωλογία, Περιβάλλον κ.α.) έχουν αναπτύξει τις δικές τους εννοιοποιήσεις και κατηγοριοποιήσεις Η «επιβολή» ενός συγκεκριμένου ορισμού που θα είναι ευρέως αποδεκτός και κατανοητός είναι μη εφικτή

13 Ορισμοί της έννοιας «δάσος» σύμφωνα με διαφορετικά επιστημονικά πεδία διοίκηση χρήση γης οικολογία Forest: an area within an administrative boundary of a forest agency, whether having trees or not Forest: an area managed for producing timber and other products, or maintained under woody vegetation for such indirect benefits as protection of watersheds or recreation Forest: an ecological system composed of interacting biotic and abiotic components of the environment in which trees are a major constituent, such that their canopies cover 20% or more of the area

14 Ορισμοί της έννοιας «δάσος» για το ευρύτερο κοινό WordNet The free dictionary Forest, woodland, timberland, timber: land that is covered with trees and shrubs Forest: A dense growth of trees, plants, and underbrush covering a large area Οι μη-ειδικοί χρήστες είναι δύσκολο να αντιληφθούν τις γεωχωρικές έννοιες όπως αυτές ορίζονται από διαφορετικές ειδικότητες που προϋποθέτουν συγκεκριμένο επιστημονικό υπόβαθρο

15 Διαφορετικοί ορισμοί των κατηγοριών fen (βάλτος) και saprolite (σαπρόλιθος) για ειδικούς και μη-ειδικούς fen saprolite The glossary of geology (The American Geological Institute) an area covered or filled with peat material which generally consists of well to moderately decomposed sedge (carex spp.) species. weathered bedrock decomposed in situ by processes of chemical weathering. WordNet low-lying wet land with grassy vegetation; usually is a transition zone between land and water a deposit of clay and disintegrating rock that is found in its original place

16 Αναπαράσταση γεωγραφικών εννοιών με επιπρόσθετα σημασιολογικά στοιχεία Εμπλουτισμός της αναπαράστασης των γεωγραφικών εννοιών με επιπρόσθετα στοιχεία: Σημασιολογικές ιδιότητες, π.χ., κάλυψη (cover), ιδιοσυστασία (nature), μέγεθος (size), σχήμα (shape), σκοπό (purpose), χρόνο (time), διάρκεια (duration) Σημασιολογικές σχέσεις, π.χ., είναι (is-a), μέρος-όλο (partwhole), προκαλείται-από (caused-by), τοπολογικές (γειτνίαση, σύνδεση, επικάλυψη, τομή, κλπ.), προσανατολισμού, κ.α. Παραδείγματα π.χ., ο Ρήνος είναι παράδειγμα ποταμού

17 Παράδειγμα εμπλουτισμού με σημασιολογικά στοιχεία camp: a place usually in the country for recreation or instruction often during the summer (Merriam Webster online dictionary) IS-A place camp LOCATION PURPOSE in the country recreation or instruction TIME during summer

18 Δυνατότητα εξερεύνησης της ιεραρχικής δομής των γεωχωρικών εννοιών Σημαντικό εργαλείο για την καλύτερη κατανόηση των σχέσεων μεταξύ τους. Αποφυγή ανάμειξης των σχέσεων είναι και μέρους-όλου στην ίδια ιεραρχική δομή Χρήση λογισμικού για τη χαρτογράφηση εννοιών (concept mapping software) για μη-ειδικούς χρήστες ως οπτικό εργαλείο προκειμένου περίπλοκα στοιχεία του νοήματος των γεωγραφικών εννοιών να γίνουν ευκολότερα κατανοητά.

19 OpenStreet Map Map Features

20 Ανάμειξη σχέσεων είναι (is-a) και μέρους-όλου (part-whole) στην ίδια ιεραρχική δομή Urban Area IS-A IS-A City Town PART-WHOLE PART-WHOLE PART-WHOLE PART-WHOLE Urban Fabric Road Network Green Area

21 Διαχωρισμός των σχέσεων είναι (is-a) και μέρους-όλου (part-whole) για την ίδια έννοια

22 Παράδειγμα σημασιολογικής αναπαράστασης SUPER- CONCEPT SURFACES UNDER WATER WAY (WORDNET) WATERBODY BODY OF WATER (CYC) BODY OF WATER (WORDNET) DITCH WATERWAY Term: lake Definition (non-experts): a body of (usually fresh) water surrounded by land Definition (physical geography experts): a body standing water found on the Earth's continental land masses. The water in a lake is normally fresh. STREAM ARTIFICIAL WATERWAY Also see eutrophic lake, mesotrophic lake, and oligotrophic lake. IS-A: body of water Has-Parts: floor, lakeshore Cover: water Surrounded-by: land CANAL (DIGEST) CANAL (CYC, WORDNET) WATERWAY (WORDNET) HEADRACE SEA LAKE RIVER BROOK TRANSPORT. CANAL

23 Ιεραρχική δομή ολοκληρωμένης οντολογίας Previous LC Categories Areas taken-up by settlements Miscellaneous areas (rocks, mines, etc. cultivated areas and fallow land 1-5 years Pastures Forests Surfaces under water New LC Categories Urban fabric Industrial and commercial units Transport units ARTIFICIAL SURFACES Mine, dump and construction sites Artificial, nonagricultural vegetated areas, sport and cultural activity sites Arable land AGRICULTURAL AREAS Permanent crops Pastures Heterogeneous agricultural areas FOREST AND SEMI-NATURAL AREAS Forests Transitional woodland/ shrub Shrub and/or herbaceous vegetation associations SURFACES UNDER WATER Open spaces with little or no vegetation Inland waters Inland wetlands Coastal wetlands CORINE Land Cover Categories (1 st level) ARTIFICIAL AREAS AGRICULTURAL AREAS FOREST AND SEMI-NATURAL AREAS WETLANDS WATERBODIES

24 Αστική Ιεραρχική δομή ολοκληρωμένης οντολογίας previous categories Κατηγορίες παλαιότερου σχήματος ταξινόμησης ΕΣΥΕ ε: έκταση που καταλαμβάνει ο οικισμός ή οι οικισμοί ζ: άλλες εκτάσεις (βραχότοποι, μεταλλεία, κλπ.) α: καλλιεργούμενες εκτάσεις και αγραναπαύσεις από 1-5 ετών β: βοσκότοποι (δημοτικοί ή κοινοτικοί και άλλοι) γ: δάση δ: εκτάσεις που καλύπτονται από νερά new categories Τελικές κατηγορίες σχήματος ταξινόμησης χρήσης/κάλυψης γης ΤΕΧΝΗΤΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΓΕΩΡΓΙΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΔΑΣΗ & ΗΜΙΦΥΣΙΚΕΣ ΕΚΤΑΣΕΙΣ ΕΚΤΑΣΕΙΣ ΠΟΥ ΚΑΛΥΠΤΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΝΕΡΑ οικοδόμηση Βιομηχανικές & εμπορικές ζώνες Δίκτυα συγκοινωνιών Ορυχεία, χώροι απορρίψεως απορριμμάτων & εργοτάξια Τεχνητές, μη γεωργικές ζώνες πρασίνου, χώροι αθλητικών & πολιτιστικών δραστηριοτήτων Αρόσιμη γη Μόνιμες καλλιέργειες Βοσκοτόπια & λιβαδια Ετερογενείς γεωργικές περιοχές Δάση Μεταβατικέςδασώδειςθαμνώδεις εκτάσεις Συνδυασμοί θαμνώδους και/ή ποώδους βλάστησης Εκτάσεις με αραιή ή καθόλου βλάστηση Χερσαία ύδατα Εσωτερικές υγρές ζώνες Παραθαλάσσιες υγρές ζώνες CORINE LC CORINE Land Cover Συνεχής αστική οικοδόμηση Ασυνεχής αστική οικοδόμηση Βιομηχανικές & εμπορικές ζώνες Οδικά & σιδηροδρομ. δίκτυα & γειτνιάζουσα γη Ζώνες λιμένων Αεροδρόμια Χώροι εξορύξεως ορυκτών Χώροι απορρίψεως απορριμμάτων Χώροι οικοδόμησης Περιοχές αστικού πρασίνου Εγκαταστάσεις Μη-αρδεύσιμη αρόσιμη γη Μόνιμα αρδευόμενη γη Ορυζώνες Αμπελώνες Οπωροφόρα δέντρα & φυτείες με σαρκώδεις καρπούς Ελαιώνες Βοσκοτόπια & λιβαδια Φυσικοί βοσκότοποι Ετήσιες καλλιέργ. με μόνιμες καλλιέργ Σύνθετα συστήματα καλλιέργειας Γη κυρίωςγεωργική με σημαντικές εκτάσεις φυσικής βλάστησης Γεωργοδασικές περιοχές Δάσος πλατύφυλλων Δάσος κωνοφόρων Μικτό δάσος αθλητισμούαναψυχής Μεταβατικέςδασώδειςθαμνώδεις εκτάσεις Θάμνοι & χερσότοποι Σκληροφυλλική βλάστηση Παραλίες, αμμόλοφοι, αμμουδιές Απογυμνωμένοι βράχοι Εκτάσεις με αραιή βλάστηση Αποτεφρωμένες εκτάσεις Ροές υδάτων Συλλογές υδάτων Βάλτοι στην ενδοχώρα Τυρφώνες Παραθαλάσσιοι βάλτοι Αλυκές Παλιρροιακά επίπεδα Παράκτιες λιμνοθάλασσες Εκβολές ποταμών

25 Συμπεράσματα (1) Η λύση της «επιβολής» μιας συγκεκριμένης ταξινόμησης ή μιας «οικουμενικής» (universal) οντολογίας είναι μη εφικτή. Εναλλακτική: ανάπτυξη μιας πολλαπλής αναπαράστασης του νοήματος των γεωγραφικών εννοιών που θα ενσωματώνει κατηγοριοποιήσεις των ίδιων γεωγραφικών εννοιών από διαφορετικά επιστημονικά πεδία, αλλά και για μη-ειδικούς χρήστες. Η σημασιολογική αναπαράσταση για τους μη-ειδικούς χρήστες αποτελεί μια ιδιαίτερη πρόκληση: δεν πρόκειται για μια «απλοποιημένη» έκδοση των εξειδικευμένων αναπαραστάσεων των ειδικών χρηστών πρέπει να περιλαμβάνει όλα εκείνα τα εργαλεία που μπορούν να συνεισφέρουν στην πληρέστερη κατανόηση της σημασίας των γεωγραφικών εννοιών.

26 Συμπεράσματα (2) Όχι αυστηρή αντιστοίχηση της σημασίας των γεωγραφικών εννοιών που μπορεί να διαφέρει μεταξύ διαφορετικών επιστημονικών πεδίων. Πολύπλοκες έννοιες αποκτούν διαφορετική σημασία και αντίστοιχο ορισμό μέσα από διαφορετικές οπτικές. Περαιτέρω διερεύνηση: κατά πόσον οι διαφορετικές σημασιολογικές αναπαραστάσεις των ίδιων γεωγραφικών εννοιών συνεπάγονται και διαφορετικές γεωμετρικές απεικονίσεις. Αν κοινές γεωχωρικές έννοιες (δηλαδή έννοιες που αποδίδονται με τους ίδιους όρους) δε συμπίπτουν τόσο εννοιολογικά όσο και γεωμετρικά, τότε περιπλέκεται ιδιαίτερα το θέμα της σημασιολογικής και γεωμετρικής τους αναπαράστασης στο πλαίσιο ενός γεωκόμβου μιας Υποδομής Χωρικών Δεδομένων.