Ανάπτυξη οντολογίας για την φωτοερμηνευτική αναγνώριση των κατηγοριών τεχνητές επιφάνειες και αγροτικές περιοχές του Ευρωπαϊκού προγράμματος Corine Land Cover

Abstract

Σύμφωνα με το ευρωπαϊκό πρόγραμμα Corine Land Cover η επιφάνεια της γης καλύπτεται από έναν συγκεκριμένο αριθμό κατηγοριών κάλυψης/χρήσεως γης. Η κατηγοριοποίηση ακολουθεί μία ιεραρχία από τρία επίπεδα πηγαίνοντας από το πιο γενικό στο πιο ειδικό με κάθε επίπεδο να έχει συγκεκριμένα χαρακτηριστικά που το διαφοροποιούν από τα υπόλοιπα. Οι οντολογίες από την άλλη, έχουν ως στόχο την συγκέντρωση, καταγραφή, και αξιοποίηση της πληροφορίας μέσα από την δομή μίας βάσης όπου στοιχεία που ενυπάρχουν σε αυτές θα είναι σαφώς ορισμένα και οι σχέσεις που τα διέπουν θα είναι σαφείς και κατανοητές. Με απλά λόγια, οι οντολογίες μετατρέπουν την πληροφορία σε γνώση, η οποία είναι κατανοητή από τους ανθρώπους αλλά και από τους υπολογιστές. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι το πάντρεμα των οντολογιών με το Corine Land Cover ή διαφορετικά, η δόμηση μια οντολογίας όπου περιέχονται οι κατηγορίες κάλυψης/χρήσεως γης για τα τρία επίπεδα ιεραρχίας που έχουν οριστεί από το Corine Land Cover, με τις ιδιότητες που τις χαρακτηρίζουν αλλά και τις σχέσεις που τις συνδέουν μεταξύ τους. Έτσι κάποιος χρήστης, με στοιχειώδης γνώσεις φωτοερμηνείας, θα μπορεί, χρησιμοποιώντας τα πρότυπα σύνταξης των οντολογιών, να αντλήσει γνώση από την καταγεγραμμένη πληροφορία, είτε αντλώντας συμπεράσματα από αυτήν με βάση αποτελέσματα από συγκεκριμένα ερωτήματα προς την βάση γνώσης, είτε κατηγοριοποιώντας κάποιο στοιχείο από μία δορυφορική εικόνα, δημιουργώντας ένα δοκιμαστικό αντικείμενο και ορίζοντας τα χαρακτηριστικά του μέσα στο σύστημα βάσει των καθορισμένων προτύπων/τιμών που έχουν οριστεί. Ο τόμος αυτός χωρίστηκε σε τρία μέρη. Πιο συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στην Τεχνητή Νοημοσύνη και την Περιγραφική Λογική ενώ ακολουθεί εκτενής παρουσίαση των Οντολογιών και των χαρακτηριστικών τους. Ακολουθεί η παρουσίαση του συντάκτη οντολογιών Protégé, που είναι το πρόγραμμα που χρησιμοποιήθηκε για την δόμηση της βάσης γνώσης και αναλύονται τα κύρια χαρακτηριστικά του. Ακολούθως παρουσιάζονται οι κύριες συνιστώσες του Corine Land Cover και γίνεται αναφορά στα Φωτοερμηνευτικά κλειδιά και τα Φωτοαναγνωριστικά στοιχεία. Το κεφάλαιο κλείνει με την λεπτομερή παρουσία των κατηγοριών Τεχνητές επιφάνειες και Αγροτικές περιοχές που μελετήθηκαν στην παρούσα εργασία. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναπτύσσεται διεξοδικά η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε. Πιο αναλυτικά, παρουσιάζονται συγκεντρωτικοί πίνακες με όλα τα χαρακτηριστικά που εμπλούτισαν την βάση γνώσης και επίσης, αναλύονται περεταίρω όποια χαρακτηριστικά κρίθηκε απαραίτητο ότι πρέπει, προκειμένου να καταστεί πιο χρηστική και λειτουργική η διαδικασία από τρίτους. Τέλος, παρουσιάζονται παραδείγματα ώστε να φανούν οι δυνατότητες και η χρησιμότητα, σε πρώτο βαθμό της οντολογίας και σε δεύτερο, του προγράμματος. Στο τρίτο και τελευταίο κεφάλαιο, αναλύονται τα συμπεράσματα που αποκομίστηκαν και παρουσιάζονται οι προοπτικές της οντολογίας και της βάσης γνώσης που δημιουργήθηκε.

According to the European project Corine Land Cover the surface of the earth is covered by a specific number of classes that describe the land cover/use. The categorization follows a hierarchy of three levels going from the most general to the most specific with each level having specific characteristics that differentiate it from the rest. Ontologies on the other hand, aim at the collection, recording and exploitation of information from a structured database where elements inherent in this base, are clearly defined and the relationships that govern them will be clear and understandable. In other words, ontologies transform information into knowledge, which is understandable not only by humans but also by computers. The purpose of this thesis is to combine ontologies with Corine Land Cover or otherwise, to construct an ontology which contains the categories land cover/use for the three hierarchical levels that have set by the Corine Land Cover, with the properties that characterize and the relationships that link them together. So a user with a rudimentary knowledge about photointerpretation, will be able, by using the editing standards for ontologies, to derive knowledge from the recorded information, or drawing conclusions from results based on specific queries to the knowledge base or categorizing an item from one satellite picture, by creating a test object and defining characteristics in the system under the established standards/values that have set on it. The book is divided into three parts. More specifically, the first chapter refers to Artificial Intelligence and Description Logic followed by detailed presentation of Ontologies and their characteristics. Furthermore, it refers to the ontology editor Protégé, which is the program that was used to build the knowledge base and analyze the main characteristics. Then it presents the major components of Corine Land Cover and refers to Photointerpreter keys and Photoidentification elements. The chapter closes with presentation of the detailed categories of Artificial surfaces and Agricultural areas studied in this paper. The second chapter describes in detail the developed methodology. More specifically, tables, with all the features that have enriched the knowledge base are presented and also, any features that are considered to be necessary in order to make the process more usable and functional for the readers are further analyzed. Finally, examples are presented to show the capabilities and usefulness, not only of the ontology but also, of the program. In the third and final chapter the conclusions and the prospects are presented concern in the ontology created.