[論文レビュー] OntoWind: An Improved and Extended Wind Energy Ontology

Dilek Küçük, Doğan Küçük|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2018

Semantic Web and Ontologies参考文献 12被引用数 13

ひとこと要約

本稿では、前回の半自動生成版（WONT）を改善するために構造的再編成、概念・属性・インスタンスの拡張を施した、公開可能な拡張版の風力エネルギー用オントロジー「OntoWind」を提示する。向上したオントロジーは、意味的分類タスクにおける性能を向上させ、風力エネルギー関連の学術論文を識別する際、93.4%の正確性を達成し、前回のバージョン（81.3%）を顕著に上回る。さらに、再生可能エネルギー情報検索を目的とした概念的Webベースの意味的ポータルに統合されている。

ABSTRACT

Ontologies are critical sources of semantic information for many application domains. Hence, there are ontologies proposed and utilized for domains such as medicine, chemical engineering, and electrical energy. In this paper, we present an improved and extended version of a wind energy ontology previously proposed. First, the ontology is restructured to increase its understandability and coverage. Secondly, it is enriched with new concepts, crisp/fuzzy attributes, and instances to increase its usability in semantic applications regarding wind energy. The ultimate ontology is utilized within a Web-based semantic portal application for wind energy, in order to showcase its contribution in a genuine application. Hence, the current study is a significant to wind and thereby renewable energy informatics, with the presented publicly-available wind energy ontology and the implemented proof-of-concept system.

研究の動機と目的

• 風力エネルギーインフォマティクス分野におけるドメイン特化型オントロジーの限られた利用可能性と使いやすさを改善すること。
• 既存の半自動的に生成された風力エネルギー用オントロジー（WONT）の理解しやすさ、カバー範囲、実用的有用性を向上させること。
• 意味的相互運用性と再生可能エネルギー応用分野における知識共有を支援する、公開可能な拡張オントロジーを構築すること。
• 機能的なWebベースの意味的ポータルに統合することで、向上したオントロジーの実世界での有用性を実証すること。
• 他の再生可能エネルギー分野における今後のオントロジー構築および統一された意味的システムへの統合の基盤を築くこと。

提案手法

• 一般概念と特定概念の明確な階層を確立するために、トップダウンアプローチを用いて元のWONTオントロジーを再構築した。
• ドメイン特化概念、クリップス属性およびファジー属性、具体的インスタンスの追加により、表現力と使いやすさを向上させた。
• プロトコルエディタ（Protégé）を用い、標準化されたオントロジー開発手法に従って、一貫性と品質を確保した。
• 向上したオントロジー（OntoWind）をWebベースの意味的ポータルアプリケーションに統合し、情報検索における実世界の有用性を実証した。
• 91篇の学術論文を対象にしたテキスト分類タスクを用いて、OntoWindベースとWONTベースの分類器を比較して、オントロジーの性能を評価した。
• ポータル内で関連する学術論文を自動抽出・表示し、オントロジーを用いて意味的フィルタリングと検索をガイドした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 既存の半自動的に生成された風力エネルギー用オントロジーを、構造、カバー範囲、使いやすさの観点からどのように改善できるか。
• RQ2 向上したオントロジー（OntoWind）は、その前身（WONT）と比較して、意味的分類タスクにおける性能をどの程度向上させるか。
• RQ3 再構築および拡張されたオントロジーは、風力エネルギー向けの知識ポータルのような実世界の意味的応用を効果的に支援できるか。
• RQ4 クリップス属性およびファジー属性、新たな概念、インスタンスの追加が、情報検索におけるオントロジーの実用的有用性に与える影響は何か。
• RQ5 OntoWindベースの分類器の性能は、WONTベースの分類器と比較して、ドメイン特化論文分類タスクにおいてどの程度優れているか。

主な発見

• OntoWindベースの分類器は、風力エネルギー関連の学術論文を識別する際、93.4%の正確性を達成した。これは、WONTベースの分類器（81.3%）を顕著に上回る結果である。
• OntoWindベースのシステムは、誤検出（偽陽性）を4件に抑え、WONTベースのシステム（15件）よりも精度が高かった。
• 向上したオントロジー構造と拡張された概念カバー範囲が、意味的分類タスクにおける性能向上に直接寄与した。
• OntoWindのWebベースの意味的ポータルへの統合により、風力エネルギー関連の学術論文の検索と整理における実用的有用性が明確に示された。
• OntoWindを用いて自動抽出された学術論文を表示するポータルプロトタイプは、再生可能エネルギー分野における意味的知識管理の実用的プロトタイプとして機能している。
• 本研究は、特にカバー範囲と構造の向上を含むオントロジー工学の改善が、下流の意味的応用において測定可能な向上をもたらすことを確認した。