Efficient management for geospatial and temporal data using ontology-based data access techniques

Abstract

In this thesis, we propose an Ontology-based Data Access (OBDA) approach for accessing geospatial data stored in geospatial relational databases, using the OGC standard GeoSPARQL and R2RML or OBDA mappings. We introduce extensions to an existing SPARQL-to-SQL translation method to support GeoSPARQL features. We describe the implementation of our approach in the system Ontop-spatial, an extension of the OBDA system Ontop for creating virtual geospatial RDF graphs on top of geospatial relational databases. Ontop-spatial is the first geospatial OBDA system and outperforms state-of-the-art geospatial RDF stores. We also show how to answer queries with temporal operators in the OBDA framework, by utilizing the framework stRDF and the query language stSPARQL which we extend with some new features. Next, we extend the data sources supported by Ontop-spatial going beyond relational database management systems, and we present our OBDA solutions for creating virtual RDF graphs on top of various web data sources (e.g., HTML tables, Web APIs) using ontologies and mappings. We compared the performance of our approach with a related implementation and evaluation results showed that not only does Ontop-spatial support more functionalities (e.g., more data sources, more simple workflow), but it also achieves better performance. Last, we describe how the work described in this thesis is applied in real-world application scenarios.

Στα πλαίσια αυτής της διδακτορικής διατριβής, προτείνουμε μια λύση βασισμένη στην ανάκτηση πληροφορίας με χρήση οντολογιών και αντιστοιχίσεων για την επερώτηση δεδομένων πάνω από γεωχωρικές σχεσιακές βάσεις δεδομένων. Επεκτείνουμε τεχνικές επανεγγραφής GeoSPARQL ερωτημάτων σε SQL ώστε η αποτίμηση των επερωτήσεων να γίνεται εξολοκλήρου στο γεωχωρικό σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων. Επίσης, εισαγάγουμε επιπλέον λειτουργικότητα στη χρονική συνιστώσα του μοντέλου δεδομένων stRDF και της γλώσσας επερωτήσεων stSPARQL, προκειμένου να διευκολυνθεί η υποστήριξη χρονικών τελεστών σε συστήματα OBDA. Στη συνέχεια, επεκτείνουμε τις παραπάνω μεθόδους με την υποστήριξη διαφορετικών πηγών δεδομένων πέρα από σχεσιακές βάσεις και παρουσιάζουμε μια OBDA προσέγγιση που επιτρέπει τη δημιουργία εικονικών RDF γράφων πάνω από δεδομένα που βρίσκονται διαθέσιμα στο διαδίκτυο σε διάφορες μορφές (πχ. HTML πίνακες, web διεπαφές), με χρήση οντολογιών και αντιστοιχίσεων. Συγκρίναμε την απόδοση του συστήματός μας με ένα σχετικό σύστημα και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι πέραν του ότι το σύστημά μας παρέχει μεγαλύτερη λειτουργικότητα (πχ. υποστηρίζει περισσότερα είδη πηγών δεδομένων, περιλαμβάνει απλούστερες διαδικασίες) και εξασφαλίζει καλύτερη απόδοση. Τέλος, παρουσιάζουμε την εφαρμογή των μεθόδων και συστημάτων που περιγράφονται στη διατριβή σε πραγματικά σενάρια χρήσης.