Uma ontologia para o suporte na identificação de foraminíferos. An ontology to support in the identification of foraminifera

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1 SEMINÁRIO DE PESQUISA EM ONTOLOGIA NO BRASIL 11 e 12 de Agosto Universidade Federal Fluminense Departamento de Ciência da Informação Niterói Rio de Janeiro Brasil Esta comunicação está sendo submetida sob o Tema 3 Aplicações com enfoque em Ontologias Uma ontologia para o suporte na identificação de foraminíferos An ontology to support in the identification of foraminifera Roberto Alves Gueleri (Graduando em Ciências da Computação / IGCE / UNESP Rio Claro / [Bolsista do Programa de Formação de Recursos Humanos em Geologia e Ciências Ambientais para o Setor de Petróleo e Gás e de Biocombustíveis PRH-05 (MCT/FINEP/ANP)], r.a.gueleri@gmail.com) Ivan Rizzo Guilherme (DEMAC / IGCE / UNESP, ivan@rc.unesp.br) Décio Luis Semensatto Junior (Pesquisador Visitante do PRH-05 / IGCE / UNESP, semensattojr@gmail.com) Simone das Graças Domingues (Departamento de Computação / FC / UNESP, simone@fc.unesp.br) Resumo: com a ascensão da Web Semântica, é notável hoje que os sistemas computacionais devem se adequar a este novo modelo. Este trabalho apresenta o desenvolvimento da ontologia do Foram Finder, um sistema de apoio à identificação de espécies de foraminíferos. É baseado nos conceitos da Web Semântica, por isso adota ontologias como sua base de conhecimento. Dentro deste paradigma, este trabalho lida com os problemas e processos envolvidos na concepção, construção e utilização de ontologias. Emprega a linguagem OWL e tecnologias como: Java, JSF e OWL API. Palavras-chave: ontologia. web semântica. foraminíferos. inteligência artificial. base de conhecimento. Abstract: with the rise of Semantic Web, it's remarkable today that the computer systems should be suitable for this new model. This paper presents the development of the ontology of Foram Finder, a support system for identification of species of foraminifera. It's based on the Semantic Web concepts, so it adopts ontologies as its knowledge base. Within this paradigm, this work deals with the issues and processes involved in the design, construction and use of ontologies. It employs the OWL language and technologies such as Java, JSF and OWL API. Keywords: ontology. semantic web. foraminifera. artificial intelligence. knowledge base.

2 1. Introdução Foraminíferos são protozoários sarcodinos dotados de carapaça, ou teca, Ordem Foraminiferida Eichwald, Na década de 20 surgiu interesse da indústria do petróleo pelos foraminíferos, ao serem desenvolvidas técnicas de correlação entre os estratos perfurados por poços de exploração. Atualmente, foraminíferos são utilizados no setor de petróleo e gás como a mais importante ferramenta bioestratigráfica, servindo para a datação de rochas, correlação de sedimentos e reconstruções paleoecológicas. Além disso, tem sido desenvolvida sua aplicação voltada à área de ciências ambientais, principalmente para o desenvolvimento de modelos ambientais, compreensão da circulação hidrodinâmica e monitoramento da poluição (SEMENSATTO-JR, 2006). Embora exista hoje farta informação sobre a sistemática de foraminíferos, ela se encontra dispersa numa literatura que dificulta consultas rápidas, eficientes e sistematizadas. Torna-se necessário, portanto, o desenvolvimento de um sistema computacional que dê suporte ao pesquisador na tarefa de identificação de espécies. Assim, este trabalho apresenta o desenvolvimento da ontologia utilizada no Foram Finder, um sistema capaz de auxiliar profissionais no processo de classificação de espécies de foraminíferos. Trata-se de um sistema a ser disponível na Web, acessível a pesquisadores do mundo inteiro. Inicialmente, sua ontologia conterá espécies de foraminíferos de manguezais e marismas brasileiros, permitindo sua futura ampliação. O Foram Finder deverá estar adequado aos conceitos da Web Semântica, uma vez que esta nova Web surge para estender o poder da Web atual, atribuindo significado ao imenso volume de dados hoje existente (BREITMAN, 2005; FENSEL et al., 2003). Disto decorre o uso de ontologias para a base de conhecimento do Foram Finder, mais especificamente ontologias para a Web. Estas ontologias estarão escritas em OWL Web Ontology Language (W3C). A aplicação emprega a linguagem Java e tecnologia JavaServer Faces JSF para sua implementação, onde a aplicação juntamente com as ontologias estarão localizadas num servidor que disponibilizará os recursos na Web. Para a manipulação das ontologias, será utilizada a OWL API, uma biblioteca de classes Java para interfaceamento entre aplicações e ontologias. 2. Metodologia de Desenvolvimento Uma ontologia é construída segundo critérios e deve estar em conformidade com padrões adotados em outras ontologias, não somente na linguagem utilizada, mas também na metodologia empregada em sua construção. Isto é imprescindível para uma

3 eficiente integração entre os diferentes domínios. A metodologia utilizada na elaboração desta ontologia consiste de alguns processos fundamentais (GÓMEZ-PÉREZ, FÉRNANDEZ- LÓPEZ e CORCHO, 2005: ): 1. Estudo do contexto da aplicação: primeiramente deve-se conhecer o objetivo da aplicação e sua abrangência, para então definir o tipo de ontologia a ser utilizada. Este trabalho adota essencialmente uma ontologia de domínio o domínio dos foraminíferos. Sua estrutura deve harmonizar duas necessidades: permitir evidentemente os mecanismos de consulta desejados e ser suficientemente genérica para permitir a usabilidade da ontologia por outras aplicações. Deseja-se também torná-la disponível na Web, integrando-a com outras ontologias. 2. Levantamento dos conceitos relevantes ao domínio: cria-se um glossário contendo os termos relevantes ao estudo dos foraminíferos. Este levantamento é baseado na compilação de informações contidas na literatura especializada. Aqui, adota-se a estratégia middle-out, onde parte-se de termos essenciais, que depois são especializados ou generalizados conforme a necessidade (GOMÉZ-PÉREZ, FÉRNANDEZ-LÓPEZ e CORCHO, 2005: ). 3. Implementação da ontologia: realizados os passos anteriores, escolhe-se uma linguagem para representação da ontologia, neste caso, OWL. Para facilitar a implementação, utiliza-se neste trabalho o Protégé, um programa que oferece um ambiente amigável para construção de ontologias em OWL. 4. Integração com outras ontologias: uma ontologia não tem muito poder caso não se relacione com outras. Como a Web Semântica é também baseada na integração de dados e sistemas, deve-se procurar por outras ontologias de domínios próximos ao deste trabalho, assim como por alguma ontologia de topo, para então contextualizar a presente ontologia de foraminíferos. 5. Avaliação da ontologia: por fim, verifica-se a consistência da base de conhecimento. Uma série de testes será realizada, simulando consultas e analisando os resultados obtidos. Raciocinadores poderão também ser utilizados. 6. Documentação: como em qualquer projeto de software, uma boa documentação é imprescindível. Isto facilita a compreensão por outras pessoas, permitindo a manutenção e ampliação da ontologia e do próprio sistema que a utiliza. Vale ressaltar que as etapas citadas não são independentes entre si, e não necessariamente seguem a ordem em que foram apresentadas. Como exemplo, já no levantamento de conceitos relevantes pode-se buscar por termos existentes em outras

4 ontologias, visando a integração, assim como parte da documentação pode ser realizada a cada avanço. Pode-se, também, construir uma ontologia essencial, contendo apenas os conceitos centrais do domínio, segundo os processos citados, para só então ir gradativamente adicionando novos termos na ontologia. 3. Ontologia dos Foraminíferos Na verdade, a base de conhecimento do Foram Finder é modularizada, ou seja, composta por um conjunto de ontologias. A seguir, uma figura representando as ontologias e como se relacionam na atual configuração, seguida pela descrição de cada uma: As ontologias do Foram Finder e seus relacionamentos. Conceitos gerais (GeneralConcepts.owl): representa conceitos necessários que não se enquadram nas outras ontologias. Atributos morfológicos (MorphologicalAttributes.owl): define as classes representativas dos conceitos característicos dos foraminíferos, como forma da teca, arranjo das câmaras e posição da abertura. Indivíduos de atributos morfológicos (MorphologicalAttributesIndividuals.owl): representa as ocorrências de cada atributo. Para a classe arranjo das câmaras existem, por exemplo, as ocorrências unisserial, estreptoespiral ou planoespiral. Taxonomia (Taxonomy.owl): define as classes dos níveis taxonômicos de Lineu, como espécie, gênero e família. Indivíduos da taxonomia (TaxonomyIndividuals.owl): aqui são instanciadas todas as espécies de foraminíferos, atribuindo suas respectivas características. São instanciados também os grupos taxonômicos superiores de cada espécie.

5 Aplicação (Application.owl): ontologia responsável pela comunicação entre os objetos Java do programa e as ontologias representativas do domínio de foraminíferos. Esta ontologia, além de identificar as classes representativas das espécies e dos atributos morfológicos, guia o programa através das propriedades utilizadas na classificação dos foraminíferos. Nota-se, porém, que conceitos gerais e aplicação não correspondem a ontologias de domínio, como os próprios nomes sugerem. Tendo em vista a associação com outras ontologias, percebe-se também que diversos elementos das ontologias citadas poderão referenciar elementos de ontologias externas, dentre as quais estão outras ontologias de domínio e alguma ontologia de topo. A divisão entre ontologias de indivíduos e ontologias representando as classes e propriedades foi necessária para que diferentes grupos de espécies ou atributos não necessitem situar numa mesma ontologia. Foraminíferos de diferentes ecossistemas podem se localizar em diferentes ontologias de indivíduos, compartilhando a ontologia que descreve características comuns aos foraminíferos. É importante ressaltar que a ontologia utilizada no Foram Finder, cujo desenvolvimento encontra-se em andamento, não visa somente a classificação de foraminíferos, justificando ainda mais o uso de ontologias como sua base de conhecimento. Sua estrutura permitirá a ampliação para outros grupos de organismos. Permitirá também integração com outras áreas do conhecimento, auxiliando a inferência de informações cujo contexto envolva o domínio de foraminíferos. Referências bibliográficas BREITMAN, Karin Koogan. Web Semântica: a internet do futuro. Rio de Janeiro: LTC, p. FENSEL, Dieter et al. Spinning the Semantic Web: bringing the world wide web to its full potential. Cambridge: MIT Press, p. GÓMEZ-PÉREZ, Asunción; FERNÁNDEZ-LÓPEZ, Mariano; CORCHO, Oscar. Ontological Engineering: with examples from the areas of knowledge management, e-commerce and the semantic web. London: Springer-Verlag, p. SEMENSATTO-JR., D.L. O sistema estuarino do delta do Rio São Francisco (SE): análise ambiental com base no estudo de foraminíferos e tecamebas. 2006, 223 f. Tese (Doutorado em Geociências e Meio Ambiente) Instituto de Geociências e Ciências Extas, Universidade Estadual Paulista, Rio Claro, W3C World Wide Web Consortium. Disponível em: < Acesso em: 8 jun