OntoWEDSS - An Ontology-based Environmental Decision-Support System for the management of Wastewater treatment plants

by Ceccaroni, Luigi

Resumen Las contribuciones de esta tesis unen dos disciplinas: ciencias ambientales (específicamente, gestión de aguas residuales) e informática (específicamente, inteligencia artificial). El tratamiento de aguas residuales como disciplina opera utilizando un rango de diferentes enfoques y métodos que incluye: control automático on-line, modelado numérico o no-numérico, razonamiento basado en reglas, razonamiento basado en casos, soporte a la decisión y planificación. La tesis caracteriza una aplicación interdisciplinaria de técnicas de inteligencia artificial a sistemas de soporte a la decisión en el dominio ambiental. El diseño de la arquitectura de esta aplicación, el sistema OntoWEDSS, aumenta los sistemas híbridos de razonamiento ya existentes (razonamiento basado en reglas y basado en casos) con una ontología de dominio para la gestión de plantas de tratamiento de aguas residuales. La integración de la ontología WaWO, de nueva creación, proporciona a OntoWEDSS una mayor flexibilidad en la capacidad de gestión. La construcción del sistema de soporte a la decisión OntoWEDSS se basa en el estudio de un caso específico, pero el sistema resulta también es de interés general puesto que la arquitectura basada en ontologías puede aplicarse a cualquier planta de tratamiento de aguas residuales y, a un nivel apropiado de abstracción, a otros dominios ambientales. El sistema OntoWEDSS mejora la diagnosis del estado de la planta de tratamiento, proporciona soporte a la resolución de complejos problemas relacionados con aguas residuales, y facilita el modelado del conocimiento y su reutilización mediante la ontología WaWO. En particular, la investigación ha alcanzado los siguientes objetivos: (1) la mejora del modelado de la información sobre procesos de tratamiento de aguas residuales y la clarificación de parte de la confusión existente en la terminología relacionada, (2) la incorporación de conocimiento microbiológico (referente al proceso del tratamiento y modelado mediante una ontología) dentro del proceso de razonamiento, (3) la creación de un sistema de soporte a la decisión con tres estratos (percepción, diagnosis y soporte a la decisión) que combina conocimiento mediante una novedosa integración entre KBSs y ontologías, proporcionando mejores resultados, (4) la eliminación de obstáculos existentes en el razonamiento, hallada utilizando el nuevo conocimiento microbiológico codificado en la estructura jerárquica y las relaciones de la ontología, (5) la representación de relaciones causa-efecto, debido a la implementación de un conjunto de relaciones que permiten a la ontología deducir automáticamente la respuesta a cuestiones sobre el dominio de aguas residuales. OntoWEDSS está implementada en el lenguaje de programación LISP, usando el software Allegro Common LISP. Se ha llevado a cabo una evaluación enfocada del sistema, basada en la valoración de la capacidad de respuesta a situaciones problemáticas específicas, obteniéndose buenos resultados.