Nutzung von Ontologien zur Informationsstrukturierung im Themenpark Umwelt Claudia Greceanu1, Clemens Düpmeier1, Renate Ebel2 1Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Angewandte Informatik (IAI) 2Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg (LUBW) Workshop des Arbeitskreises Umweltdatenbanken/Umweltinformationssysteme 2008 „Schwerpunkt Wissensmanagement“ 05. / 06. Juni 2008 in Dessau-Roßlau Mein Name ist Claudia Greceanu ich bin vom IAI wir sind für die Entwicklung des TP zuständig Mein Beitrag behandelt die <Titel> Der TP ist _das_ baden-württembergische UIS für die breite Öffentlichkeit → Zunächst möchte ich Ihnen eine kurze Übersicht der Gliederung des Vortrags geben

Übersicht Motivation Nutzung von Ontologien im Themenpark Umwelt Fazit und Ausblick Motivation für Ontologien geben Ontologiekonzept im TP, dessen Grundlagen vorstellen Zusammenfassend möchte ich ein Fazit ziehen und einen Ausblick geben → Überleitung?

Motivation Web-basierte Umweltinformationssysteme für die breite Öffentlichkeit stellen besondere Anforderungen Umweltsachdaten müssen mit „leicht verständlichen“ Erklärungen (multimedial) verknüpft werden Enger geographischer Bezug zu Baden-Württemberg Querbezug zu anderen Themen (Umweltpolitik, Kulturhistorie …) Für diese Verknüpfbarkeit wird semantikreiches Strukturierungskonzept benötigt um breite Öffentlichkeit als Zielgruppe erreichen, Umweltsachverhalte vermitteln, Umwelt- bzw. Bodenbewusstsein fördern regionaler Bezug der Inhalte, inhaltlicher Querbezug zu anderen Themen wie Umweltpolitik, Umweltthemen, Kulturhistorie etc. ansprechende Darstellung, Multimedia-Elemente Einbindung vorhandener Materialien bzw. ohnehin zu erstellender Materialien, da meist fachliche Informationen, didaktische Anpassung nötig Möglichkeit gesucht, kleinere Infobestandteile (textuelle Beschreibungsseiten, Multimediaelemente) und ihre Verknüpfung miteinander in einer semantikreichen Art und Weise zu beschreiben um Verknüpfbarkeit der Themenparkinhalte mit anderen Informationen (geobasierten, Sachdaten aus Sachdatensystemen UIS) zu gewährleisten → Das zugrunde liegende Web-Framework und Content-Management-System WebGenesis verfügt über ein solches integriertes Ontologie-Datenmodell

Ontologie-Konzept von WebGenesis® an OWL (Web Ontology Language) angelehnt Vererbungshierarchie von Begrifflichkeiten (Konzepte) einfache Informationsattribute (DatatypeProperties) und Beziehungen zwischen Konzepten (ObjectProperties) Objekt-Eigenschaften: potentielle Beziehungen zwischen Konzepten (definiert v. Systembetreiberseite) Relationen: explizite Beziehung zwischen zwei Objekten (definiert durch Autor) Angelehnt an Web Ontology Language, dem Standard für Ontologien des World Wide Web Consortiums (W3C) ermöglicht Erstellern von Webanwendungen, unstrukturierten Informationen wie multimedialen Texten semantische Strukturinformationen auf Basis eines Ontologiemodells zuzuordnen. den Konzepten können einfache Informationsattribute (DatatypeProperties, Datentyp-Eigenschaften) sowie Beziehungen zwischen Konzepten (ObjectProperties, Objekt-Egenschaften) zugeordnet werden Datentyp-Eigenschaft: Relation zwischen Objekt und Datentypen; erweiterte Metadaten zur Abbildung von Attributen Objekt-Eigenschaft: Relation zwischen Objekten (in WebGenesis bidirektional navigierbar) Ontologien, Konzepte und Objekt-Eigenschaften ohne Programmierung in Autorenumgebung anlegbar, typischerweise vordefiniert von Systembetreiberseite Autoren legen konkrete Individuen implizit an sowie Relationen/Beziehungen zwischen Individuen beim Einfüllen von Informationen Relation ist Unterobjekt der jeweiligen Objekt-Eigenschaft → Wie wurde das Ontologiemodell im TP umgesetzt?

Grobe Gliederung der Themenpark-Ontologie generische Konzepte wiederverwendbare Seitenbestandteile zur Informations-strukturierung z. B. Beschreibungsteil, -seite, Medienelement (Bild, Video) fachspezifische Konzepte Umweltobjekte wie Moor, Geotop, Schutzgebiet spezifische Metadaten je nach Konzeptklasse FFC, OAC, OID (genormte Schlüsselattribute UIS BW für Umweltobjekte) Längen- und Breitengrad Autor- und Copyrightangaben Konzeptarten flexibel verknüpfbar Ontologiekonzept besteht aus zwei ganz unterschiedliche Konzeptarten ffc: Fachführungscode oac: Objektartencode oid: Objektidentifikator Längen- und Breitengrad: für Erlebnisorte und für Medienelemente mit Ortsbezug (Bilder und Videos) Autor- und Copyrightangaben: für Medienelemente Konzeptarten nicht nur über Hierarchie (Video ist ein Medienelement) sondern auch über Objekt-Eigenschaften verknüpfbar: Bsp.: Themenpark-Eintrag (z. B. Geotop)   verwendet   Medienelement → Aufgrund der Ontologie werden verschiedene Navigationsstrukturen dynamisch erzeugt 5

übergeordnete Hauptnavigation (Zugänge) Themenpark-Module übergeordnete Hauptnavigation (Zugänge) Karte Informationsobjekt Slideshow (Medien- elemente) Medien-element (Bild, Video) Unter-navigation hier wird ein typisches Layout im TP dargestellt verschiedene Zugänge: Unsere Umwelt (Fachobjekte, Landschaftselemente) Umweltthemen (übergreifende Themen, Umweltplan) Umwelt beobachten (Beobachtungsinstrumente) Umwelt erleben (ausgewählte Objekte, Erlebnisorte) Module, festgelegte Struktur für alle Webseiten im TP, je nach Bedarf des Zugangs leicht abgeändert fachliche Gliederung generiert Hauptnavigation Unternavigation fasst Beschreibungsteile zusammen → wie das im Einzelnen funktioniert, erläutere ich im Folgenden (generische Konzepte) Haupt-navigation Suche

Generische Konzepte generische Konzepte und dere Abhängigkeiten Grafik angelehnt an UML-Notation, kein UML-Klassendiagramm, Kardinalitäten nicht angegeben z. B. ist ein Geotop ein Themenpark-Eintrag, also ein Informationsobjekt vom Konzept Geotop, enthält zusätzlich Beschreibungsteile, verwendet Medienelement, verwendet Slideshow → Nachfolgend möchte ich Ihnen die grafische Ansicht der fachspezifischen Konzepte zeigen Themenpark-Eintrag   enthält zusätzlich   Beschreibungsteil invers: ist Beschreibungsteil von 7

Fachspezifische Konzepte im Zugang „Unsere Umwelt“ Gliederungsstruktur für Zugang „Unsere Umwelt“ Ein Fachobjekt wie Geotop ist ein fachlicher Bestandteil einer räuml. Gliederungseinheit (Geolog. Formation) RGE bestehen aus Landschaftselementen RGE gehört zu Landschaftselement-Kategorie Landsch.Kategorie gehört zu Zugang Unsere Umwelt → Wie werden Ontologien im TP genutzt? Stichwort Verknüpfbarkeit: Räumliche Gliederungseinheit   besteht aus   Landschaftselement Landschaftselement-Kategorie   wird untergliedert in   Räumliche Gliederungseinheit invers: gehört zu Unsere Umwelt   enthält als   Landschaftselement-Kategorie invers: gehört zu Zugang 8

Flexible Verknüpfbarkeit von Konzepten Bsp. A in zwei Kontexten verwendet Bsp. kann dabei Text, Slideshow, Medienelement(e) enthalten Templates werten die Relationen aus, bauen die Informationsseiten sowie Navigation auf → Anhand eines konkreten Beispiels präsentiere ich nun die grafische Darstellung eines Informationsobjektes und dessen Beziehungen

Beispiel „Eisinger Loch“ (1) am Beispiel des Geotops „Eisinger Loch“ innerhalb der Geologischen Formation des Muschelkalks soll der Zusammenbau von Informationsbausteinen zu einer Webseite samt Navigation erläutert werden auch hier wieder Grafik angelehnt an UML-Notation eines Objektdiagramms Geotop besteht aus mehreren Beschreibungsteilen, diese können wiederum aus mehreren Beschreibungsseiten bestehen, also noch feiner unterteilt werden Beschreibungsteilen wird je nach Konzeptklasse eine inhaltliche Klassifikation zugeordnet, dadurch semantische Einordnung von Informationen (hier vor Ort, Kulturgeschichte, Entstehung) Zuordnung der Beschreibungsteile erfolgt über Objekt-Eigenschaft Themenpark-Eintrag (hier Geotop)   enthält zusätzlich   Beschreibungsteil → Dasselbe Beispiel nun als Screenshot

Beispiel „Eisinger Loch“ (2) generierte Präsentationssicht mit Hauptnavigation im Kopfbereich und in linker Spalte sowie Unternavigation in rechter Spalte links: fachspezifische Einordnung Navigation basierend auf vorgegebene Verknüpfungsart der fachspezifischen Konzepte für Umweltobjekte mit Raumbezug im Zugang „Unsere Umwelt“ ist der Kartenservice der LUBW integriert durch die vom Autor ausgefüllten spezifischen Metadaten ffc, oac und oid werden automatisch zwei Links „Karte des Gebietes“ sowie „Fachliche Details“ generiert diese gewähren dem Nutzer über eine serviceorientierte Schnittstelle den Zugriff auf die Fachkarte des Gebietes und auf die Sachdaten → der nächste Screenshot zeigt den Zugriff auf die Fachkarte http://www.themenpark-umwelt.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/6335/?path=4422;6277;6293

Beispiel „Eisinger Loch“ (3) → der nächste Screenshot zeigt den Zugriff auf die Sachdaten

Beispiel „Eisinger Loch“ (4) → Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Nutzung von Ontologien im TP viele Vorteile bietet

Trennung von Ablage und Präsentation von Inhalten Autorenumgebung Objekte werden standardmäßig über Verzeichnisse organisiert Objekte sind Konzepten der Ontologie zugeordnet Präsentationsebene Navigationsstruktur beruht nur auf Relationen der Ontologie unabhängig von physikalischer Lage der Inhaltsobjekte Informationsobjekte in unterschiedlichen inhaltlichen Kontexten mehrfach nutzbar und flexibel kombinierbar strikte Trennung zw. logischen Organisationsstrukturen der Autoren (Inhaltsablage) und Navigationsstrukturen/inhaltlichen Beziehungsstrukturen auf Präsentationsebene Objekte über Beziehungen wie „Räumliche Gliederungseinheit   besteht aus   Landschaftselement“ verknüpft solche Relationen bauen dann die üblichen hierarchisch-baumartigen Navigationsstrukturen auf schnelle Auffindbarkeit von Elementen, die von anderen Autoren angelegt wurden, um sie verknüpfen zu können → An einem Beispiel soll die mehrfache Nutzung eines Informationsobjekts in verschiedenen Kontexten dargestellt werden

Fazit und Ausblick Vorteile Nachteile Ausblick konsistente und semantische Navigationsstruktur Wiederverwendbarkeit bestimmter Informationsobjekte Verknüpfung von unstrukturierten mit strukturierten (Fach-)Daten Nachteile Verknüpfung zwischen Objekten bildet keinen Baum mehrdeutige Navigationsstrukturen möglich Potenzial der Ontologien im Themenpark nicht völlig ausgeschöpft – kein volles OWL-Modell in WebGenesis® Ausblick Möglichkeiten im algorithmischen Bereich UIS-weites Ontologiekonzept einheitliche Navigation, Autoren können sich innerhalb der Autorenumgebung „austoben“, was Organisation der Dateiablage angeht, auf der Präsentationsseite wird aber alles einheitlich dargestellt. Wiederverwendbarkeit, auch von Elementen anderer Autoren (Feedback: man profitiert vom reichhaltigen Fundus) wesentlicher Aspekt ist die Verknüpfung der unstrukturierten Daten (Texte, Bilder, …) mit den strukturierten Daten (Geo- und Sachdaten) eher NACHTEILIG zu bewerten ist, dass durch Wiederverwendbarkeit mehrdeutige Navigationsstrukturen möglich werden, macht Programmierung komplizierter dennoch hat sich die Nutzung des Ontologiekonzepts im TP so bewährt, dass ein solches Konzept auch im Fachdokumentenmanagement im UIS BW (FADO, Nachfolgesystem der XfaWeb-Familie) angewendet wird noch kann im TP das Potenzial der Ontologien nicht komplett ausgenutzt werden, liegt z. T. an WebGenesis, dessen Ontologie-Zusatzdienst nicht als volles OWL-Modell unter Einschluss eines Reasoners implementiert wurde mit Reasoner könnten Schlussfolgerungen gezogen und neue Objekte automatisch angelegt werden → manuelle Pflege der Ontologie im TP Ausblick: räumliche Bezüge zwischen TP-Objekten können durch GIS-Berechnungen z. B. zur räumlichen Nähe abgeleitet werden und automatisch über Beziehung „befindet sich in der Nähe von“ in die Ontologie eingepflegt werden durch semantische Attributierung von Informationen im gesamten UIS BW basierend auf einem UIS-weiten Ontologiekonzept könnten automatisch Beziehungen von Fachobjekten im Themenpark mit Informationseinheiten anderer Systeme z. B. über einen semantischen Crawler aufgebaut werden → Hiermit bin ich am Ende meines Vortrags, ich bedanke mich herzlich für Ihre Aufmerksamkeit!

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Den Themenpark finden Sie unter http://www.themenpark-umwelt.baden-wuerttemberg.de/