[论文解读] 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 13

一句话总结

本文提出了一套用于空间态势感知（SSA）的基础计算本体，以标准化跨SSA利益相关方（包括卫星运营商、空间碎片数据库和轨道目录）的数据表示、注释与集成。通过利用形式化本体工程，该工作实现了语义互操作性，增强了数据共享，并支持了空间安全、行星防御及可持续空间飞行的科学进步。

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.

研究动机与目标

• 为空间态势感知（SSA）领域建立一个正式本体，以应对日益复杂的空间交通与碎片管理挑战。
• 实现对不同数据存储库和参与方之间SSA数据的语义注释与机器可读解释。
• 改善卫星运营商、空间物体目录与轨道碎片数据库之间的数据交换与集成。
• 支持对空间环境的科学理解，并增强对近地天体的行星防御能力。
• 通过实现SSA系统中长期知识共享与互操作性，为可持续、安全的空间飞行奠定基础。

提出的方法

• 定义了SSA领域建模的核心本体目标、需求与期望特性。
• 整合了人工智能与数据库系统的原则，以建模SSA实体、关系与知识。
• 开发了SSA数据的结构化表示，包括空间物体、其属性以及动态关系（例如接近事件、机动操作）。
• 采用形式化本体工程技术，确保SSA本体的一致性、可重用性与可扩展性。
• 将本体与现有标准和数据模型对齐，以确保与当前SSA数据仓库的兼容性。
• 利用本体表达语义含义，实现在异构SSA数据源之间的自动推理与数据集成。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过正式本体提升多样化SSA数据源与利益相关方之间的语义互操作性？
• RQ2 为全面表示SSA知识范围，必须建模的核心实体、属性与关系是什么？
• RQ3 本体在何种方式下可增强卫星目录与碎片追踪系统之间数据的注释、集成与共享？
• RQ4 本体如何支持对空间环境的长期科学理解以及行星防御工作的推进？
• RQ5 为确保SSA本体的可扩展性、可重用性与可扩展性，需要哪些设计原则与标准？

主要发现

• 所提出的本体为表示SSA数据（包括空间物体、其状态与交互）提供了一个正式且可扩展的框架。
• 通过本体进行语义注释，可在不同系统与组织之间实现对SSA数据的无歧义解释。
• 本体通过统一卫星目录与碎片数据库中使用的异构数据模型，促进了数据集成。
• 通过标准化领域知识，本体支持了在碰撞规避与空间交通管理方面的改进决策。
• 本工作证明了利用计算本体通过知识共享与互操作性提升全球SSA的可行性。
• 本体为构建可扩展、机器可处理且语义丰富的SSA信息系统奠定了基础。