Vista de conceptos

El caso de estudio es la información medioambiental y la contaminación producida por el hombre. Dado que no se encontró una ontología específica en el área de la contaminación medioambiental, se decidió establecer claramente las variables y contextos que serán utilizados, tomando como base el libro de Mendiburu [91], en el cual hace una explicación muy detallada de lo que supone la información medioambiental y su contaminación, así como sistemas para automatizarla.

Se realizó un mapa conceptual (diseño de ontologías con IHMC CMAPS Tools18) del modelo medioambiental, el cual se presenta los principales elementos en las Figura 22 y Figura 23. El modelo conceptual está dividido en dos partes:

 La primera, es el concepto de medio ambiente, el cual está relacionado con el ecosistema y este a su vez con todos los seres vivos y no vivos (biocenosis) que interactúan en un biotipo. El biotipo relaciona las condiciones medibles de: la tierra (Edafotopo), el agua (Hidrotopo) y el aire (Climátopo). Así cada tipo tiene variables medibles como: la calidad del aire, humedad, magnetismo, presión atmosférica y demás variables que caracterizan un clima de una región particular. Al biotipo se le ha relacionado información del área de impacto con el fin de poder

18 _{El software y la especificación de creación de ontologías con COE se pueden descargar de http://cmap.ihmc.us/download/, accedido el} 01/08/2013

relacionarlo posicionalmente con los sensores y también un Bioma, el cual servirá para alinear por este concepto la ontología ENVO19_{, la cual posee el mismo}

concepto (Biome) como una de las raíces de la misma y la caracteriza de manera experta. El ecosistema mismo puede tener unas alteraciones ambientales causadas principalmente por las actividades humanas que hacen que cambie sus componentes y equilibrio.

 La segunda, corresponde al concepto de contaminación (Figura 23) y todas las formas de contaminación de los ecosistemas. Esta contaminación puede ser producida por el hombre o por la naturaleza y se conoce como contaminación ambiental, ésta contaminación se produce por seis tipos de contaminación: agua, aire, suelo, sonora, visual y térmica. A cada tipo de contaminación se le ha desglosado los principales agentes contaminantes y a algunos como el agua y suelo los tipos de alteraciones producidas. Estos elementos terminan en eventos físicos, químicos, mecánicos que son posibles de medir a través de sensores. Los cuales se esperan encontrar en las consultas que se realicen a las bases de datos de servidores IoT. Finalmente, la contaminación ambiental puede producir un daño ambiental en el cual se relacionan las preocupaciones actuales más importantes de lo que ocurre a nivel ambiental en el mundo como: administración de residuos sólidos, deterioro de la capa de ozono, efecto invernadero y lluvia ácida.

En las figuras Figura 22 y Figura 23, se omiten otros conceptos y subconceptos como los otros tipos de contaminación: suelo, agua, sonora, térmica y visual que también se modelaron en la ontología. Para una revisión detallada del modelo conceptual se puede consultar en la página Web del proyecto20_{. Finalmente, el valor de referencia}

es representado con un modelo que permite capturar los valores de referencia de las variables ambientales y de contaminación ambiental que se pueden relacionar a cierto ecosistema y así poder realizar procesos automáticos de alertas tempranas cuando los sensores presenten mediciones por fuera de los rangos establecidos y permitidos.

19 _{Consorcio para la creación de ontologías medioambientales: http://www.environmentontology.org/Browse-EnvO, consultado 01/07/2013.} Proponen la ontología ENVO.

Figura 22. Modelo conceptual del Biotipo

Figura 23. Modelo Conceptual de contaminación del Aire

Posteriormente se hizo la importación y alineación de la ontología en el área medioambiental ENVO desarrollada por expertos. La alineación se realizó por el método de equivalencia de conceptos [86, 87]:

1. El concepto Bioma corresponde con el concepto (Biome) de ENVO conectando el biotipo a biome y creando una clase equivalente a “bioma” del modelo conceptual. El Biome es un concepto raíz de la ontología ENVO y este desarrolla todos los conceptos relacionados por expertos al medioambiente, caracterizando de mejor forma el biotipo.

2. El concepto Ambiente corresponde con el concepto (Habitat) de ENVO. Este concepto desarrolla todos los tipos de hábitat disponibles en la ontología y clasificados de forma experta.

3. Los niveles de materiales del ambiente y las características ambientales están asociadas a los biomas. A través de ellos, se puede encontrar más información de los biotipos relacionados a determinados Biomas.

4. Finalmente, la condición ambiental (environmental condition) permite clasificar los biomas en categorías mayores, los cuales facilitan la interpretación del tipo de hábitat. También se pueden llegar a estos a través del Biome.

El principal aporte de la ontología desarrollada es la modelización correspondiente a la contaminación del medio ambiente y los posibles sensores que se pueden relacionar en cada elemento contaminante. Adicionalmente, se relacionan al Biotipo sensores que pueden caracterizarse y se pueden definir medidas normalizadas, que posteriormente se pueden comparar con las medidas reales.

Para utilizar la ontología denominada AWS [90] , se alineo la clase SensingDevice relacionándola al Biotipo para medir cada una de las siguientes características, con sus respectivos sensores a través de estrategia de clases equivalentes:

 Humidity = Humedad

 Atmosferic Pressure = Presión Atmosférica  Radiation = Radiación Solar

 Temperature = Temperatura  Wind = Viento

 Precipitation = Precipitación

Con el fin de poder utilizar la ontología en diferentes idiomas (español e inglés), se utilizaron anotaciones tipo “Label [Language: es]” y “Label [Language: en]” en cada

concepto de la ontología. Esto permitió que el índice clasifique la información en los dos idiomas facilitando las búsquedas. De esta forma, se puede extender la ontología a otros idiomas si es necesario.

Cuando se hizo la exploración inicial de sensores conectados con información medioambiental en Colombia, se encontró muy pocos sensores que pudiesen ser reutilizados para el caso de estudio particular. La mayoría de sensores se encontraban en Norte América y Europa, por lo tanto se decidió crear un conjunto de sensores virtuales con el fin de simular estaciones de medición medioambiental distribuidas en tres regiones de Colombia, teniendo en cuenta la normatividad vigente, con el fin de que en un futuro, permita instalar las estaciones físicas o tener acceso a las actuales del IDEAM, lo que llevaría a que sólo se implementara la interfaz de envío de datos al servidor, adicionando al proyecto de Sensores Virtuales los siguientes conceptos a la ontología:

 Monóxido de Carbono = CO. Se adiciona etiqueta.

 Partículas Suspendidas Totales = PST. Se crea el individuo de la clase “Agentes contaminantes” y se agrega una etiqueta con el acrónimo.

 Material Partículado Menor a 10 micrómetros = MP10

 Óxido de Azufre = SO2. Se crea una etiqueta con el acrónimo SO2.  Óxidos de Nitrógeno = NO2. Se crea una etiqueta con el acrónimo NO2.

 Ozono = Ozone = O3. Aunque el ozono no es un agente contaminante, se ha adicionado a esta clase con el fin de tomar sus mediciones, como lo establece la norma colombiana de Sistemas de Calidad del Aire.

Posteriormente, se decidió utilizar el servicio de GEONAMES con la finalidad de caracterizar los lugares (ciudades) e identificarlos geoespacialmente, asegurando una correcta referenciación de dichos sitios lo más cercanos a la realidad espacial.

Después de las alineaciones se construyó la ontología que se utilizó para anotar los documentos de los dispositivos o sensores que se encuentre en el servidor IoT para su posterior indexación. Esta ontología fue utilizada en esta primera versión con propósitos de anotar semánticamente los documentos analizados del servidor IoT, para que posteriormente se indexen y realizar la consulta. En el momento de la consulta también fue utilizada la ontología para realizar una expansión de dicha consulta de usuario y así guiar mejor el proceso de búsqueda. Inicialmente la ontología no será usada para instanciar sensores y razonar sobre la misma, esta opción se deja para la segunda versión del proyecto o trabajo futuro.

La ontología finalmente se implementó en OWL utilizando la herramienta Protégé. Las características en general son las presentadas en el modelo conceptual presentado en párrafos anteriores. Las estadísticas de la ontología construida se presentan a continuación21_{: Total Number of Classes: 418, Total Number of Datatype Properties:}

2, Total Number of Object Properties: 89, Total Number of Annotation Properties: 16, Total Number of Individuals: 229.