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Uma Ontologia Baseada em um Meta-Modelo Orientado a Objetos para
Descrição de Domínios e Problemas de Planejamento da Área Espacial.
Rodrigo Rocha [email protected]
Mauricio Gonçalves Vieira Ferreira [email protected]
Nandamudi Lankalapalli Vijaykumar [email protected]
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE
Laboratório Associado de Computação e Matemática Aplicada - LAC
Centro de Controle de Satélites -CCS
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21 de Setembro de 2009
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2II Seminário de Pesquisa em Ontologia no Brasil – IME / Rio de Janeiro - RJ
Satélites Brasileiros: 2010-2020
202
0
201
6
201
4
CBERS-5
GPM-BR
201
2
Lattes-1
201
1
CBERS-4
201
0
Amazônia-1
CBERS-3
201
3
201
5
Amazônia-2
201
8
CBERS-6
201
7
Lattes-2
201
9
MAPSAR
GEO Met BR
PlataformaMulti-missão
Geostac.
CBERSSABIA
SABIA-2
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3II Seminário de Pesquisa em Ontologia no Brasil – IME / Rio de Janeiro - RJ
INPE: DOS DADOS AO CONHECIMENTO
SATÉLITESObservação da terra e do universo
SISTEMAS DE SOLO
Controle de satélites, recepçãoe distribuição de dados espaciais
GERAÇÃO DE CONHECIMENTO
P&D em Espaço e Ambiente
ACESSO AO CONHECIMENTO
Produtos inovadores e singulares para a sociedade
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4II Seminário de Pesquisa em Ontologia no Brasil – IME / Rio de Janeiro - RJ
Introdução• O CCS é o responsável, no INPE, pelas tarefas de
monitoramento e controle em órbita de satélites;
• Tarefa estratégica: Planejamento das atividades operacionais envolvidas;
• Automatização do controle de satélites.
• Artificial Intelligence Planning and Scheduling;
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5II Seminário de Pesquisa em Ontologia no Brasil – IME / Rio de Janeiro - RJ
Introdução• Engenharia de Conhecimento passou a ter uma grande
importância na concepção dos problemas da área espacial;
• Especificação;
• Modelagem;
• Análise;
• Classificação dos domínios e problemas de planejamento;
• Criar uma Ontologia para descrever domínios e problemas de planejamento?
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6II Seminário de Pesquisa em Ontologia no Brasil – IME / Rio de Janeiro - RJ
Motivação• Competição Internacional de Planejamento (IPC)
disponibilizou a linguagem PDDL em 1998;
• Bacchus em 2003 fez a seguinte critica à versão 2.1 da PDDL:
“A PDDL 2.1 é um padrão muito útil para a competição de planejamento, mas o seu design não considera apropriadamente a questão da modelagem do domínio. Não seria muito recomendável usá-lo para especificar ou modelar domínios de planejamento fora do contexto da competição. O campo de planejamento em IA precisa explorar diferentes abordagens e precisa estar mais próximo efetivamente da modelagem e utilização de todos os diversos avanços que temos em domínios de planejamento.”
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AIPS, Modelagens e Ontologia no INPE
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8II Seminário de Pesquisa em Ontologia no Brasil – IME / Rio de Janeiro - RJ
Motivação
“Não importa o quão eficientes ou poderosas são as técnicas e mecanismos de planejamento, elas são tão boas quanto o conhecimento do domínio que é fornecido a elas. Se o modelo do domínio fornecido é falho, o resultado da aplicação das técnicas será também falho” (MCCLUSKEY, 2006)
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Linguagens de Modelagem de Domínios A representação de problemas de
planejamento – estados, ações e objetivos – deve tornar possível a
criação de algoritmos de planejamento para tirar proveito da estrutura lógica
do problema.
Stuart Russel
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AIPS, Modelagens e Ontologia no INPE#include "language.h"
RASSO_domain OperatingModes {normal, privileged, giving};RASSO_domain ExperimentID {ex_1, ex_2, ex_3, ex_4, ex_5};
RASSO_type Experiment{
ExperimentID id;OperatingModes mode;
}
Experiment exp1, exp2, exp3, exp4, exp5;
RASSO_action (AllocateMemory){
when_planning{
condition(exp1.mode == normal);
//effects of the action in the current state
//have to be described here}
when_running{
//time-tagged command(s) related to the action here
}
action_success;}
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11II Seminário de Pesquisa em Ontologia no Brasil – IME / Rio de Janeiro - RJ
Engenharia do conhecimento para AIPS
• Modelo de domínio
• Modelo de domínio + Representações de Problemas => plano;
• Engenharia de conhecimento e Planejamento – estreito relacionamento;
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12II Seminário de Pesquisa em Ontologia no Brasil – IME / Rio de Janeiro - RJ
Processo de Planejamento
Estado Inicial
Ação A Ação BAção C
Estado N_A1
Ação A
Esta
doN
_A2
Estado B_1
Ação BAção C
Ação A
Ação CAção A
Esta
do B
_2
Objetivo
Pré-Condições
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13II Seminário de Pesquisa em Ontologia no Brasil – IME / Rio de Janeiro - RJ
Objetivo do Trabalho• Criar uma ontologia baseada em meta-modelo orientado a
objetos genérico o suficiente para a descrição de qualquer domínio de planejamento;
• Permitir maior flexibilidade nas definições do domínio através da componentização do modelo;
• Ser amplo representando uma grande variedade de problemas, mas restritivo o bastante para permitir que algoritmos eficientes operem sobre ele;
• Facilitar o correto mapeamento dos dados de entrada necessários para a geração da definição de domínios;
• Facilitar a entrada de dados através de interfaces amigáveis;
• Armazenamento e reaproveitamento de conhecimento;
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14II Seminário de Pesquisa em Ontologia no Brasil – IME / Rio de Janeiro - RJ
KPlanOO• Meta-ontologias, também chamadas de Ontologias Genéricas ou
Ontologias Fundamentais, que são reutilizáveis (ou aplicáveis) em diferentes domínios.
• Ontologias de domínio são reutilizáveis em um dado domínio provendo vocabulários sobre os conceitos dentro de um domínio e seus relacionamentos, sobre as atividades que envolvem este domínio e sobre as teorias e princípios elementares que governam aquele domínio.
• Ontologias de aplicações que contêm o conhecimento necessário para modelar situações específicas de uma tarefa em um domínio particular.
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KPlanOO• Foi desenvolvido, utilizando a OO como
metodologia, baseando-se na generalização das propriedades estruturais do domínio da AIPS, chegando assim um modelo estruturado de classes que se relacionam de forma que estabeleçam conceitos e métricas fortes para a modelagem deste domínio.
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KPlanOO
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KPlanOO
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22II Seminário de Pesquisa em Ontologia no Brasil – IME / Rio de Janeiro - RJ
Conclusão• Automatizar as operações de satélites operados pelo INPE;
• AIPS para os sistemas de operação de satélites;
• KPlanOO, ferramenta para descrição e modelagem de domínios de AIPS;
• Auxiliar a geração de planos para operações espaciais;
• Representação do conhecimento do domínio de planejamento;
• Mapeamento dos dados de entrada necessários para a geração da definição do domínio;
• Construção de interfaces amigáveis;
• Validação e reuso de descrições de domínios e problemas;