[논문 리뷰] An Energy Ontology for Global City Indicators (ISO 37120)

Alanna Komisar, Mark S. Fox|arXiv (Cornell University)|2017. 01. 01.

Semantic Web and Ontologies참고 문헌 7인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 도시 지표인 ISO 37120의 에너지 지표를 위한 공식적이고 의미 웹 기반의 온톨로지(ontology)를 제안하여 기계로 읽을 수 있고 계산적으로 정밀한 정의 및 데이터 유도 과정을 가능하게 한다. 에너지, 건물, 서비스 분야의 전문 온톨로지를 통합함으로써 인구당 전기 사용량 및 접근률과 같은 도시 에너지 성과 지표의 자동 검증 및 분석을 가능하게 한다.

ABSTRACT

To create tomorrow's smarter cities, today's initiatives will need to create measurable improvements. However, a city is a complex system and measuring its performance generates a breadth of issues. Specifically, determining what criteria should be measured, how indications should be defined, and how should the identified indicators be derived. This working paper is one in series that addresses the creation of a Semantic Web based representation of the 17 different themes of ISO 37120 indicators as part of the larger PolisGnosis Project (Fox, 2017). We define a standard ontology for representing general knowledge for the Energy Theme indicators, and for representing both the definition and data used to derive the Energy indicators.

연구 동기 및 목표

• 도시 지표 보고의 투명성과 재현 가능성이 부족한 문제를 해결하기 위해 지표 정의 및 데이터 유도 과정을 공식화하기 위해.
• 표준화되고 계산 가능한 표현 방식을 사용하여 도시 성과의 종단적 및 횡단적 분석을 자동화하기 위해.
• ISO 37120 표준 내 에너지 지표를 위한 재사용 가능하고 확장 가능한 온톨로지 프레임워크를 구축하기 위해.
• 의미 웹 표준을 통해 도시 에너지 데이터의 공개적 검증성과 상호운용성을 지원하기 위해.

제안 방법

• 의미 웹 표준(OWL, RDF, RDFS)에 기반한 도메인 전문 에너지 온톨로지를 개발한다.
• 글로벌 도시 지표(GCI) 온톨로지에 에너지, 건물, 서비스 제공자 분야의 전문 개념을 통합한다.
• ISO 37120:7 에너지 지표를 OWL을 사용한 공식적이고 계산적으로 정밀한 기술로 정의한다.
• SPARQL 쿼리를 사용하여 능력 질문을 검증하고 온톨로지 상에서 자동 추론의 가능성을 입증한다.
• 지표의 데이터 기원, 단위, 측정 과정, 소유 구조를 모델링한다.
• 온톨로지 모델(OM)과 지오-의미 건물 온톨로지(gcibo)를 활용하여 물리적 및 행정 데이터를 표현한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 ISO 37120 에너지 지표를 어떻게 공식적으로 표현할 수 있을까? 이는 계산 정밀성과 일관성을 보장하기 위해 필요하다.
• RQ2 기본 데이터에서 에너지 지표 값의 유도를 모델링하기 위해 필요한 의미 구조는 무엇인가?
• RQ3 이 온톨로지가 ISO 37120 정의와 일치하는 지표의 일관성에 대해 자동 검증을 지원할 수 있는가?
• RQ4 데이터 기원, 단위, 소유 구조를 어떻게 모델링할 수 있을까? 이를 통해 지표의 공개적 검증을 가능하게 하기 위해.
• RQ5 이 온톨로지는 종단적 및 횡단적 도시 성과 분석을 모두 지원할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 에너지 온톨로지는 총 인구당 주거용 전기 사용량 및 정식 서비스 이용 가능 인구 비율과 같은 핵심 ISO 37120:7 지표를 성공적으로 모델링하였다.
• SPARQL 쿼리 결과, 온톨로지가 정의된 모든 능력 질문(사실적, 정의 일관성, 내부 일관성 검사 포함)에 답할 수 있음을 확인하였다.
• 온톨로지가 핵심 값의 자동 유도를 가능하게 하였으며, 토론토의 총 주거용 에너지 사용량은 연간 50.73억 kWh였고, 건물 바닥면적의 90%가 주거용이었다.
• 도시 인구는 공식적으로 2,615,000명으로 표현되었으며, 공식 자료원에서의 데이터 기원 추적 가능성이 있었다.
• 온톨로지는 서비스 제공자(예: 토론토 하이드로) 및 관련 서비스 계정과 건물의 식별을 지원하였다.
• 이 프레임워크는 지표 정의 및 데이터에 대한 기계 추론을 가능하게 하여 자동화되고 투명한 도시 성과 분석의 길을 열었다.