Compatibilização semântica entre o modelo de dados do openstreetmap e a especificação técnica para estruturação de dados geoespaciais vetoriais (ET-EDGV)

Abstract

Resumo: Em virtude do baixo investimento em cartografia no Brasil, o mapeamento topográfico oficial cobre o território de modo desigual entre as pequenas e médias escalas, além de estar muitas vezes desatualizado. Em contrapartida, o mapeamento colaborativo de plataformas como o OpenStreetMap (OSM) produz e disponibiliza dados geoespaciais atualizados e abertos. Desse modo, o mapeamento colaborativo se apresenta como uma alternativa relevante para atualização e completude do mapeamento topográfico oficial. Entretanto, alcançar a interoperabilidade entre dados e sistemas de geoinformação não é uma tarefa trivial devido à complexidade das informações geoespaciais e pelas várias formas através das quais ela pode ser modelada, podendo haver incompatibilidade em nível sintático e/ou semântico. Sob o aspecto semântico, é necessário garantir que os conceitos e significados dos termos de cada um dos elementos e feições sejam definidos e compartilhados adequadamente para que não haja comprometimento da qualidade das informações. Um modelo conceitual fornece uma descrição coerente e sistemática do conteúdo e organização de um conjunto de dados. Esse schema inclui a definição do significado das feições e demais componentes, primordiais para o intercâmbio semântico entre diferentes bancos de dados. Desse modo, a definição de um modelo conceitual, conduz a um caminho para suplantar o desafio da interoperabilidade em nível semântico. Contudo, a falta de modelos conceituais comuns implica em problemas na troca de dados entre as organizações. Sendo assim, para que seja possível integrar o banco de dados do mapeamento colaborativo do OSM ao banco de dados do mapeamento topográfico oficial brasileiro é necessário realizar uma compatibilização semântica entre os modelos conceituais de ambos os mapeamentos. Nesse contexto, o uso de ontologias auxilia nesta questão fornecendo ferramentas para obter melhor entendimento do universo geográfico, bem como, facilitar a troca de informações entre diferentes grupos de especialistas e usuários na manipulação das entidades geográficas pelos sistemas de informações geoespaciais. As ontologias e os modelos conceituais fazem uso dos mesmos elementos conceituais e semânticos para promover a interoperabilidade entre os sistemas. Utilizando então, as ontologias de cada um dos mapeamentos, foi proposto um método híbrido de alinhamento semântico entre elas baseado em corpus e em conhecimento, o qual produziu uma terceira ontologia e uma base de conhecimento que permite conectar os bancos de dados do mapeamento oficial brasileiro e do OSM, bem como gerar novas ferramentas de inteligência artificial e sistemas baseados em conhecimento. Os resultados demonstraram que o alinhamento semântico é eficaz para as feições no nível básico de abstração, e que nos casos cujo nível de detalhamento e abstração é maior, é necessária a análise de contexto local e propósito de uso dos dados na classificação final dos dados. Concluiu-se que a integração dos dados do OpenStreetMap aos dados do mapeamento topográfico oficial brasileiro se mostrou promissora e que algumas categorias de informações podem ser mais facilmente integradas do que outras devido a questões legais e de categorização das feições. Palavras-chave: integração entre bancos de dados geoespaciais. alinhamento semântico. mapeamento topográfico oficial brasileiro. OpenStreetMap. ET-EDGV 3.0. modelo conceitual. Ontologia. alinhamento entre ontologias. base de conhecimento. inteligência coletiva. mapeamento colaborativo. VGI.

Abstract: Due to the low investment in cartography in Brazil, the official topographic mapping covers the territory unevenly between small and medium scales, in addition to being often outdated. In contrast, collaborative mapping of platforms such as OpenStreetMap (OSM) produces and provides updated and open geospatial data. Thus, collaborative mapping presents itself as a relevant alternative for updating and completing the official topographic mapping. However, achieving interoperability between data and geoinformation systems is not a trivial task due to the complexity of geospatial information and the various ways in which it can be modeled, with incompatibility at a syntactic and / or semantic level. Under the semantic aspect, it is necessary to ensure that the concepts and meanings of the terms of each of the elements and features are properly defined and shared so that there is no compromise in the quality of the information. A conceptual model provides a coherent and systematic description of the content and organization of a dataset. This schema includes the definition of the meaning of features and other components, which are essential for the semantic exchange between different databases. In this way, the definition of a conceptual model, leads to a way to overcome the challenge of interoperability at the semantic level. However, the lack of common conceptual models implies problems in the exchange of data between organizations. Therefore, in order to be able to integrate the OSM collaborative mapping database to the official Brazilian topographic mapping database, it is necessary to perform a semantic compatibility between the conceptual models of both mappings. In this context, the use of ontologies assists in this issue by providing tools to obtain a better understanding of the geographic universe, as well as, facilitating the exchange of information between different groups of specialists and users in the manipulation of geographic entities by geospatial information systems. Ontologies and conceptual models make use of the same conceptual and semantic elements to promote interoperability between systems. Using then, the ontologies of each of the mappings, a hybrid method of semantic alignment between them, based on corpus and knowledge was proposed, which produced a third ontology and a knowledge base that allows to connect the databases of the official Brazilian mapping and OSM, as well as generating new artificial intelligence tools and knowledge-based systems. The results showed that semantic alignment is effective for features at the basic level of abstraction, and that in cases where the level of detail and abstraction is higher, it is necessary to analyze the local context and purpose of using the data in the final classification of the data. It was concluded that the integration of OpenStreetMap data with data from the official Brazilian topographic mapping proved to be promising and that some categories of information can be more easily integrated than others due to legal and categorization issues. Keywords: integration between geospatial datasets. semantic alignment. Brazilian official topographic mapping. OpenStreetMap. ET-EDGV 3.0. conceptual models. Ontologies. alignment between ontologies. knowledge base. collective intelligence. collaborative mapping. volunteered geographic information (VGI).