departamento de informática ontologías para servicios web semánticos de información de tráfico

366 Pages·2005·5.6 MB·Spanish

DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA

ONTOLOGÍAS PARA SERVICIOS WEB SEMÁNTICOS DE
INFORMACIÓN DE TRÁFICO: DESCRIPCIÓN Y
HERRAMIENTAS DE EXPLOTACIÓN

JOSÉ JAVIER SAMPER ZAPATER

UNIVERSITAT DE VALENCIA
Servei de Publicacions
2005
Aquesta Tesi Doctoral va ser presentada a Valencia el día 5 de
Juliol de 2005 davant un tribunal format per:

- D. Gregorio Martín Quetglás
- D. Jesús V. Albert Blanco
- D. José Llorens Sánchez
- D. Luis Amable García Fernández
- D. Martín Llamas Nistal

Va ser dirigida per:
D. Juan José Martínez Durá
D. Eduardo Carrillo Zambrabo

©Copyright: Servei de Publicacions
José Javier Samper Zapater

Depòsit legal:
I.S.B.N.:84-370-6270-5
Edita: Universitat de València
Servei de Publicacions
C/ Artes Gráficas, 13 bajo
46010 València
Spain
Telèfon: 963864115
UNIVERSITAT DE VALÈNCIA
DEPARTAMENT D´ INFORMÀTICA

OONNTTOOLLOOGGÍÍAASS PPAARRAA SSEERRVVIICCIIOOSS WWEEBB
SSEEMMÁÁNNTTIICCOOSS DDEE IINNFFOORRMMAACCIIÓÓNN DDEE TTRRÁÁFFIICCOO::
DDEESSCCRRIIPPCCIIÓÓNN YY HHEERRRRAAMMIIEENNTTAASS DDEE
EEXXPPLLOOTTAACCIIÓÓNN

TESIS DOCTORAL

Presentada por:
D. José Javier Samper Zapater

Dirigida por:
Dr. Juan José Martínez Durá
Dr. Eduardo Carrillo Zambrano
Valencia, 2005

A mis padres y resto de familia, en especial a Raquel y mi hijo Carlos,
por ese tiempo que no pude estar con ellos.
A mis amigos.

"El sueño detrás de la Web es un espacio común en el que nos comunicamos compartiendo
información. Su universalidad es esencial: el hecho de que un enlace de hipertexto pueda
apuntar a cualquier cosa, sea personal, local o global, sea un borrador o algo definitivo. Hay
una segunda parte del sueño, que consiste en nuestras interacciones en línea, trabajar, vivir
en sociedad y jugar. Podemos usar los ordenadores para analizar esas interacciones,
encontrarle el sentido a lo que estamos haciendo, donde encajamos y como podemos
trabajar mejor juntos. Con el flujo dramático de material de todo tipo que sufre la Web a
partir de los 90's, la primera parte del sueño está cumplida. La segunda parte todavía no se
cumple, pero hay signos y planes que nos hacen confiar. La gran necesidad de información
acerca de información, para ayudarnos a categorizar, ordenar, pagar, y poseer información
está derivando en lenguajes diseñados para que la Web sea procesada por máquinas, más
que por gente. La Web de documentos legibles por humanos se está mezclando con la Web
de datos entendibles por máquinas. El potencial de la mezcla de humanos y máquinas
trabajando juntos puede ser inmenso.”

(“The World Wide Web: A very short personal history”, Tim Berners-Lee, 1998)

ÍÍNNDDIICCEE GGEENNEERRAALL

ÍÍNNDDIICCEE DDEE FFIIGGUURRAASS.............................................................................................................................V
ÍÍNNDDIICCEE DDEE TTAABBLLAASS.............................................................................................................................IX
AAGGRRAADDEECCIIMMIIEENNTTOOSS...........................................................................................................................XI
RREESSUUMMEENN............................................................................................................................................XIII

SSEECCCCIIÓÓNN II:: IINNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNN...........................................................- 1 -
CCAAPPÍÍTTUULLOO 11
IINNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNN:: AAPPRROOXXIIMMAACCIIÓÓNN AALL PPRROOBBLLEEMMAA..............................................................- 3 -
1.1 INTRODUCCIÓN.......................................................................................................................- 3 -
1.2 MOTIVACIÓN............................................................................................................................- 4 -
1.3 PROBLEMÁTICA EN TRÁFICO.............................................................................................- 5 -
1.4 UNA PRIMERA ALTERNATIVA.............................................................................................- 6 -
1.5 PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN.......................................................................................- 8 -
1.6 ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA.....................................................................................- 8 -
CCAAPPÍÍTTUULLOO 22
OOBBJJEETTIIVVOOSS YY MMEETTOODDOOLLOOGGÍÍAA.....................................................................................................- 11 -
2.1 OBJETIVO GENERAL............................................................................................................- 11 -
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS...................................................................................................- 11 -
2.3 METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN..............................................................................- 12 -

SSEECCCCIIÓÓNN IIII:: FFUUNNDDAAMMEENNTTOOSS TTEEÓÓRRIICCOOSS,, TTEECCNNOOLLOOGGÍÍAASS YY EESSTTAADDOO
DDEELL AARRTTEE........................................................................................15
CCAAPPÍÍTTUULLOO 33
SSIISSTTEEMMAASS IINNTTEELLIIGGEENNTTEESS DDEE TTRRAANNSSPPOORRTTEE..........................................................................- 17 -
3.1 RESUMEN.................................................................................................................................- 17 -
3.2 CONCEPTO DE ITS.................................................................................................................- 17 -
3.3 NORMALIZACIÓN ISO..........................................................................................................- 19 -
3.3.1 Categorización de Servicios. Definiciones..........................................................................- 20 -
3.3.2 Uso de XML en los estándares ITS.....................................................................................- 23 -
3.3.3 Estrategia para una estandarización de Servicios Web......................................................- 23 -
3.4 LENGUAJES DE MARCADO EN EL ÁMBITO DE TRÁFICO VIAL...............................- 23 -
3.5 PROGRAMA TEMPO. PROGRAMA ITS, DOMINIOS DE APLICACIÓN......................- 25 -
3.6 PROYECTOS EURO-REGIONALES: ARTS Y SERTI.......................................................- 26 -
3.6.1 Antecedentes de los proyectos ARTS y SERTI....................................................................- 26 -
3.6.2 Actividades de trabajo........................................................................................................- 27 -
3.7 DIFUSIÓN DE INFORMACIÓN DE TRÁFICO. EL USUARIO DE LA RED VIARIA....- 28 -
3.8 CONCLUSIONES.....................................................................................................................- 33 -
CCAAPPÍÍTTUULLOO 44
RRUUTTAA CCOONNCCEEPPTTUUAALL HHAACCIIAA EELL DDEESSAARRRROOLLLLOO DDEE SSEERRVVIICCIIOOSS WWEEBB SSEEMMÁÁNNTTIICCOOSS....- 35 -
4.1 RESUMEN.................................................................................................................................- 35 -
4.2 INTRODUCCIÓN.....................................................................................................................- 35 -
i
4.3 REPRESENTACIÓN DEL CONOCIMIENTO......................................................................- 37 -
4.3.1 Ontologías...........................................................................................................................- 38 -
4.3.2 Inferencia y mecanismos de razonamiento.........................................................................- 49 -
4.3.3 Bases de Conocimiento DL vs. Bases de Datos Relacionales.............................................- 52 -
4.4 SISTEMAS MULTIAGENTE (SMA)......................................................................................- 54 -
4.4.1 Conceptos Básicos..............................................................................................................- 54 -
4.4.2 Componentes de un sistema multiagente............................................................................- 55 -
4.4.3 Clasificación de los agentes en un sistema de agentes cooperativos (SMA)......................- 58 -
4.4.4 Estado actual de las tecnologías de agentes.......................................................................- 59 -
4.4.5 JADE (Java Agent Development Framework)....................................................................- 60 -
4.5 WEB SEMÁNTICA...................................................................................................................- 61 -
4.5.1 Estructura de Capas de la Web Semántica.........................................................................- 62 -
4.5.2 Lenguajes de marcado ontológico......................................................................................- 64 -
4.5.3 Editores de ontologías........................................................................................................- 73 -
4.5.4 Sistemas de almacenamiento..............................................................................................- 74 -
4.5.5 Razonadores........................................................................................................................- 75 -
4.5.6 Lenguajes de reglas............................................................................................................- 77 -
4.5.7 Lenguajes de consultas.......................................................................................................- 78 -
4.6 SERVICIOS WEB.....................................................................................................................- 81 -
4.6.1. Arquitectura de los Servicios Web.....................................................................................- 82 -
4.6.2. Tecnologías y Estándares de Servicios Web......................................................................- 85 -
4.7 CONCEPTO DE SERVICIO WEB SEMÁNTICO.................................................................- 87 -
4.7.1 Tareas asociadas a una ontología de descripción de servicio............................................- 89 -
4.7.2 Evolución tecnológica hacia Servicios Web Semánticos....................................................- 90 -
4.7.3 Arquitecturas para diseño conceptual de SWS...................................................................- 93 -
4.7.4 Ontologías para la descripción de servicios Web: DAML-S (OWL-S)...............................- 94 -
4.7.5 Limitaciones de los estándares...........................................................................................- 97 -
4.7.6 Concepto de emparejamiento semántico.............................................................................- 98 -
4.8 CONCLUSIONES...................................................................................................................- 106 -

SSEECCCCIIÓÓNN IIIIII:: PPRROOPPUUEESSTTAASS YY CCOONNTTRRIIBBUUCCIIOONNEESS........................- 111 -
CCAAPPÍÍTTUULLOO 55
PPRROOCCEESSOO SSEEGGUUIIDDOO EENN LLAA BBÚÚSSQQUUEEDDAA DDEE LLAA SSOOLLUUCCIIÓÓNN AA LLAA PPRROOBBLLEEMMÁÁTTIICCAA.......- 113 -
CCAAPPÍÍTTUULLOO 66
MMOODDEELLAADDOO OONNTTOOLLÓÓGGIICCOO DDEE EELLEEMMEENNTTOOSS DDEE IINNFFOORRMMAACCIIÓÓNN DDEE TTRRÁÁFFIICCOO VVIIAALL- 121
-
6.1 RESUMEN...............................................................................................................................- 121 -
6.2. INTRODUCCIÓN: PLANTEAMIENTO DE LA PROBLEMÁTICA..............................- 121 -
6.3. ONTOLOGÍAS EN TRÁFICO..............................................................................................- 124 -
6.3.1 ¿Por qué se necesitan ontologías de tráfico?...................................................................- 124 -
6.4 INFRAESTRUCTURA CONCEPTUAL...............................................................................- 126 -
6.5. MODELADO DE LA INFORMACIÓN DE TRÁFICO......................................................- 129 -
6.5.1 Metodologías y métodos existentes...................................................................................- 129 -
6.5.2 De ER a modelo semántico formal....................................................................................- 130 -
6.6 DESARROLLO DE LA ONTOLOGÍA.................................................................................- 136 -
6.6.1 Fuentes de información utilizadas....................................................................................- 136 -
6.6.2 Diferentes aspectos a tener en cuenta en la especificación..............................................- 137 -
6.7 MODELADO FORMAL.........................................................................................................- 145 -
6.7.1 TBox: modelando términos y relaciones...........................................................................- 146 -
6.7.2 Versatilidad y reutilización de ontologías........................................................................- 154 -
6.7.3 ABox: modelando estados específicos del mundo.............................................................- 158 -
6.8 CONCLUSIONES...................................................................................................................- 162 -
CCAAPPÍÍTTUULLOO 77
EEXXTTEENNSSIIÓÓNN DDEE AALLGGOORRIITTMMOOSS DDEE EEMMPPAARREEJJAAMMIIEENNTTOO DDEE SSEERRVVIICCIIOOSS WWEEBB
SSEEMMÁÁNNTTIICCOOSS...................................................................................................................................- 165 -
ii