[論文レビュー] Preliminaries of a Space Situational Awareness Ontology

Robert J. Rovetto, T. S. Kelso|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2016

Semantic Web and Ontologies参考文献 9被引用数 13

ひとこと要約

本論文は、人工衛星運用者、宇宙片屑データベース、軌道カタログなど、SSA関係者間でデータ表現、アノテーション、統合を標準化するための、宇宙状況把握（SSA）の基盤的計算的オントロジーを提案する。形式的オントロジー工学を活用することで、意味的相互運用性を実現し、データ共有を促進し、宇宙の安全、地球接近小惑星防御、持続可能な宇宙飛行分野における科学的進展を支援する。

ABSTRACT

Space situational awareness (SSA) is vital for international safety and security, and the future of space travel. By improving SSA data-sharing we improve global SSA. Computational ontology may provide one means toward that goal. This paper develops the ontology of the SSA domain and takes steps in the creation of the space situational awareness ontology. Ontology objectives, requirements and desiderata are outlined; and both the SSA domain and the discipline of ontology are described. The purposes of the ontology include: exploring the potential for ontology development and engineering to (i) represent SSA data, general domain knowledge, objects and relationships (ii) annotate and express the meaning of that data, and (iii) foster SSA data-exchange and integration among SSA actors, orbital debris databases, space object catalogs and other SSA data repositories. By improving SSA via data- and knowledge-sharing, we can (iv) expand our scientific knowledge of the space environment, (v) advance our capacity for planetary defense from near-Earth objects, and (vi) ensure the future of safe space flight for generations to come.

研究の動機と目的

• 宇宙交通および宇宙片屑管理の複雑化が増す中で、宇宙状況把握（SSA）分野の形式的オントロジーを確立すること。
• 多様なリポジトリおよび関係者間で、SSAデータの意味的アノテーションと機械可読解釈を可能にすること。
• 人工衛星運用者、宇宙物体カタログ、軌道片屑データベース間でのデータ交換および統合を改善すること。
• 宇宙環境の科学的理解を深め、地球接近小惑星に対する防衛能力を強化すること。
• 長期的な知識共有とSSAシステム内での相互運用性を可能にするために、持続的で安全な宇宙飛行の基盤を築くこと。

提案手法

• SSAドメインモデリングのための、コアオントロジーの目的、要件、望ましい特性を定義した。
• 人工知能とデータベースシステムの原則を統合し、SSAの実体、関係、知識をモデル化した。
• 宇宙物体、その属性、および動的関係（例：接近、軌道変更）を含む、SSAデータの構造化表現を開発した。
• 形式的オントロジー工学手法を用いて、SSAオントロジーの整合性、再利用可能性、拡張性を保証した。
• 既存の標準およびデータモデルと整合させることで、現在のSSAデータリポジトリとの互換性を確保した。
• オントロジーを用いて意味的意味を表現し、異種のSSAソース間での自動推論とデータ統合を可能にした。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 形式的オントロジーは、多様なSSAデータソースおよび関係者間での意味的相互運用性をどのように向上させ得るか？
• RQ2 SSA知識の全範囲を表現するために、どのようなコア実体、属性、関係をモデル化する必要があるか？
• RQ3 オントロジーは、人工衛星カタログおよび片屑追跡システム間でのデータアノテーション、統合、共有をどのように向上させ得るか？
• RQ4 オントロジーは、宇宙環境の長期的科学的理解および地球接近小惑星防衛活動をどのように支援するか？
• RQ5 スケーラビリティ、再利用可能性、拡張性を確保するための、どのような設計原則と標準が必要か？

主な発見

• 提案されたオントロジーは、宇宙物体、その状態、相互作用を含む、SSAデータを形式的かつ拡張可能な枠組みで表現可能である。
• オントロジーによる意味的アノテーションにより、異なるシステムおよび組織間でSSAデータの曖昧さのない解釈が可能になる。
• オントロジーは、人工衛星カタログおよび片屑データベースで使用される異なるデータモデルを統一することで、データ統合を促進する。
• ドメイン知識の標準化により、衝突回避および宇宙交通管理の意思決定が改善される。
• 計算的オントロジーを用いることで、知識共有と相互運用性を高めることで、グローバルなSSAの実現可能性が実証された。
• オントロジーは、スケーラブルで機械処理可能かつ意味的に豊富なSSA情報システムへの基盤的ステップを提供する。