FORT : une théorie modulaire des relations ontologiques fondamentales pour représenter et raisonner sur la composition d'entités tangibles - observations du patrimoine culturel

FORT : a modular Foundational Ontological Relations Theory for representing and reasoning over the composition of tangible entities - observations from cultural heritage.

• Auteur / Autrice : Fatme Danash
• Direction : Danielle Ziébelin, Emilie Chalmin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 28/09/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique de Grenoble
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe de recherche Spatio-temporal information systems (Grenoble)
• Partenaire(s) de recherche : IDEX : IDEX
• Jury : Président / Présidente : Laurence Rivière Ciavaldini
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Beatrice Markhoff, Jérôme Euzenat, Emilio Maria Sanfilippo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Aussenac-Gilles, César A. González Pérez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Web sémantique

Ontologies (informatique)

Mots clés libres

Relations fondamentales

Représentation et raisonnement des connaissances

Ontologie appliquée

Sciences du patrimoine - Héritage culturel

Foundational relations

Knowledge representation and reasoning

Applied ontology

Patrimonial Sciences - Cultural heritage

Résumé

Pour établir un dialogue interdisciplinaire au sein d'un champ pluridisciplinaire (patrimoine culturel) autour d'entités patrimoniales transdisciplinaires, il faut dépasser l'hétérogénéité syntaxique et sémantique de leurs informations, systèmes et modèles, et parvenir à une compréhension partagée qui est la base d'une modèle commun formel.Les ontologies répondent à un tel problème en spécifiant explicitement une conceptualisation partagée, agissant comme un langage/modèle intermédiaire entre les différentes parties. Résoudre la sémantique d'un champ interdisciplinaire via un modèle partagé relève de la problématique de l'intégration des données sémantiques et permet une interopérabilité sémantique.L'objectif fondamental de cette thèse est de représenter et de modéliser la composition d'une entité tangible en général, et d'une entité tangible patrimoniale en particulier, en utilisant des relations ontologiques structurelles et spatiales fondamentales, au sein d'une ontologie globale en tant qu'approche ontologique appliquée Global-as-view.Nous proposons dans cette thèse une ontologie, nommée Théorie Fondamentale des Relations Ontologiques : FORT. La conceptualisation de FORT spécifie les relations indispensables pour atteindre les représentations voulues en identifiant la portée de l'ontologie comme modulaire l'une des relations fondamentales suivantes : dépendance, parité, localisation, appartenance et constitution, et leurs contraintes de règles. Le rendu logique de FORT explique l'ontologie à deux choix de spécification différents (expressivité et décidabilité) résultant en une double spécification (l'ontologie de référence FORT et l'ontologie légère FORT), et deux niveaux de formalisation (théorique et empirique).Pour mener à bien les travaux de la thèse, nous proposons une méthodologie d'ingénierie ontologique en six étapes :·La première étape consiste à spécifier (conceptuellement) et à formaliser (logiquement) les relations de FORT dans un langage formel hautement expressif et adéquat pour la formalisation des théories fondamentales : une formalisation en logique du premier ordre (FOL) de l'ontologie de référence FORT .·La deuxième étape consiste à analyser les relations de FORT en présence d'autres théories fondamentales qui englobent les relations fondamentales, démontrant la nouveauté de FORT. Aussi, pour valider FORT en le sérialisant dans un autre langage formel, démontrant cette cohérence : une sérialisation en Logique Commune (CLIF) de l'ontologie de référence FORT.·La troisième étape consiste à extraire un fragment décidable secondaire de la formalisation d'origine qui garantit les services de calcul souhaitables et à traduire la formalisation FOL en un langage de représentation et de raisonnement des connaissances décidable, mais expressif : une formalisation SROIQ Description Logic de l'ontologie légère FORT.·La quatrième étape consiste à concevoir la pratique de l'ontologie secondaire dans le Web sémantique en utilisant les technologies et les normes du Web sémantique et à implémenter les boîtes en T de la formalisation SROIQ dans un modèle ontologique du Web sémantique : une implémentation OWL2-DL de l'ontologie légère FORT .·La cinquième consiste à lier l'ontologie aux modèles de domaine, en important FORT en tant qu'ontologie relationnelle dans les modèles utilisateur, et en remplissant le graphe FORT RDF à l'aide de données provenant de modèles locaux, sur la base de plusieurs scénarios de population possibles. Ainsi, démontrant l'applicabilité de FORT.· La sixième étape consiste à explorer le graphe RDF en utilisant la sémantique de FORT pour visualiser les données et naviguer à travers différentes sources de données pour déduire de nouvelles données basées sur plusieurs scénarios de navigation possibles. Ainsi, démontrant la commodité de FORT.

To establish an interdisciplinary dialogue within a multidisciplinary field (Cultural heritage) around cross-disciplinary patrimonial entities, we need to overcome the syntactic and semantic heterogeneity of their information, systems, and models, and arrive at a shared understanding which is the basis for a formal common model.Ontologies address such a problem by explicitly specifying a shared conceptualization, acting as an intermediate language/model between the different parties. Resolving the semantics of an interdisciplinary field via a shared model falls under the problem of semantic data integration and allows for semantic interoperability.The fundamental objective of this thesis is to represent and model the composition of a tangible entity in general, and a patrimonial tangible entity in particular, using foundational ontological structural and spatial relations, within a global ontology as Global-as-view applied ontological approach.This objective motivates for two points: (1) acquiring several foundational ontological, both structural and spatial, relations that enable understanding the composition of a tangible entity within a formal language of relations, and (2) modeling the composition of a tangible entity as a complex structure using the formal language, within an ontology that enables representing and navigating this structure for preservation and restoration purposes.We propose in this thesis an ontology, named the Foundational Ontological Relations Theory: FORT. The conceptualization of FORT specifies the indispensable relations for achieving the intended representations by identifying the scope of the ontology as modular one of the following foundational relations: dependence, parthood, location, membership, and constitution, and their rule constraints. The logical rendering of FORT explicates the ontology at two different specification choices (expressivity and decidability) resulting in a two-folded specification (the FORT reference ontology and the FORT lightweight ontology), and two formalization levels (theoretically and empirically).To carry out the work of the thesis, we propose an ontology engineering methodology of six steps:·The first step is to specify (conceptually) and formalize (logically) the relations of FORT in a highly-expressive formal language that is adequate for the formalization of foundational theories: a first-order logic (FOL) formalization of the FORT reference ontology.·The second step is to analyze the relations of FORT in the presence of other foundational theories that encompass foundational relations, demonstrating the novelty of FORT. Also, to validate FORT by serializing it in another formal language, demonstrating this consistency: a Common Logic (CLIF) serialization of the FORT reference ontology.·The third step is to extract a secondary decidable fragment from the original formalization that guarantees desirable computational services and translate the FOL-formalization into a decidable, yet expressive, knowledge representation and reasoning language: an SROIQ Description Logic formalization of the FORT lightweight ontology.·The fourth step is to design the practice of the secondary ontology in the semantic web using semantic web technologies and standards and implement the T-boxes of the SROIQ formalization into a semantic web ontological model: an OWL2-DL implementation of the FORT lightweight ontology.·The fifth is to link the ontology to domain models, by importing FORT as a relation ontology into user models, and populating the FORT RDF graph using data from local models, based on several possible population scenarios. Thus, demonstrating the applicability of FORT.· The sixth step is to explore the RDF graph using FORT’s semantics to visualize data and navigate through different data sources to infer new data based on several possible navigation scenarios. Thus, demonstrating the convenience of FORT.