Uma Ontologia Baseada em um Meta-Modelo Orientado a Objetos para Descrição de Domínios e Problemas de Planejamento da Área Espacial. Rodrigo Rocha Silva rrochas@gmail.com Mauricio Gonçalves Vieira Ferreira mauricio@ccs.inpe.br Nandamudi Lankalapalli Vijaykumar vijay@lac.inpe.br Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE Laboratório Associado de Computação e Matemática Aplicada - LAC Centro de Controle de Satélites -CCS

Satélites Brasileiros: 2010-2020 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 CBERS-3 CBERS-4 CBERS-5 CBERS-6 Amazônia-1 Lattes-1 GPM-BR Amazônia-2 Lattes-2 SABIA-2 CBERS SABIA MAPSAR Plataforma Multi-missão GEO Met BR Geostac. 2

INPE: DOS DADOS AO CONHECIMENTO SATÉLITES Observação da terra e do universo SISTEMAS DE SOLO Controle de satélites, recepção e distribuição de dados espaciais GERAÇÃO DE CONHECIMENTO P&D em Espaço e Ambiente ACESSO AO CONHECIMENTO Produtos inovadores e singulares para a sociedade 3

Introdução O CCS é o responsável, no INPE, pelas tarefas de monitoramento e controle em órbita de satélites; Tarefa estratégica: Planejamento das atividades operacionais envolvidas; Automatização do controle de satélites. Artificial Intelligence Planning and Scheduling;

Introdução Engenharia de Conhecimento passou a ter uma grande importância na concepção dos problemas da área espacial; Especificação; Modelagem; Análise; Classificação dos domínios e problemas de planejamento; Criar uma Ontologia para descrever domínios e problemas de planejamento?

Motivação Competição Internacional de Planejamento (IPC) disponibilizou a linguagem PDDL em 1998; Bacchus em 2003 fez a seguinte critica à versão 2.1 da PDDL: “A PDDL 2.1 é um padrão muito útil para a competição de planejamento, mas o seu design não considera apropriadamente a questão da modelagem do domínio. Não seria muito recomendável usá-lo para especificar ou modelar domínios de planejamento fora do contexto da competição. O campo de planejamento em IA precisa explorar diferentes abordagens e precisa estar mais próximo efetivamente da modelagem e utilização de todos os diversos avanços que temos em domínios de planejamento.”

AIPS, Modelagens e Ontologia no INPE

Motivação “Não importa o quão eficientes ou poderosas são as técnicas e mecanismos de planejamento, elas são tão boas quanto o conhecimento do domínio que é fornecido a elas. Se o modelo do domínio fornecido é falho, o resultado da aplicação das técnicas será também falho” (MCCLUSKEY, 2006)

Linguagens de Modelagem de Domínios A representação de problemas de planejamento – estados, ações e objetivos – deve tornar possível a criação de algoritmos de planejamento para tirar proveito da estrutura lógica do problema. Stuart Russel

AIPS, Modelagens e Ontologia no INPE #include "language.h" RASSO_domain OperatingModes {normal, privileged, giving}; RASSO_domain ExperimentID {ex_1, ex_2, ex_3, ex_4, ex_5}; RASSO_type Experiment { ExperimentID id; OperatingModes mode; } Experiment exp1, exp2, exp3, exp4, exp5; RASSO_action (AllocateMemory) when_planning condition(exp1.mode == normal); //effects of the action in the current state //have to be described here when_running //time-tagged command(s) related to the action here action_success;

Engenharia do conhecimento para AIPS Modelo de domínio Modelo de domínio + Representações de Problemas => plano; Engenharia de conhecimento e Planejamento – estreito relacionamento;

Processo de Planejamento

Objetivo do Trabalho Criar uma ontologia baseada em meta-modelo orientado a objetos genérico o suficiente para a descrição de qualquer domínio de planejamento; Permitir maior flexibilidade nas definições do domínio através da componentização do modelo; Ser amplo representando uma grande variedade de problemas, mas restritivo o bastante para permitir que algoritmos eficientes operem sobre ele; Facilitar o correto mapeamento dos dados de entrada necessários para a geração da definição de domínios; Facilitar a entrada de dados através de interfaces amigáveis; Armazenamento e reaproveitamento de conhecimento;

KPlanOO Meta-ontologias, também chamadas de Ontologias Genéricas ou Ontologias Fundamentais, que são reutilizáveis (ou aplicáveis) em diferentes domínios. Ontologias de domínio são reutilizáveis em um dado domínio provendo vocabulários sobre os conceitos dentro de um domínio e seus relacionamentos, sobre as atividades que envolvem este domínio e sobre as teorias e princípios elementares que governam aquele domínio. Ontologias de aplicações que contêm o conhecimento necessário para modelar situações específicas de uma tarefa em um domínio particular.

KPlanOO Foi desenvolvido, utilizando a OO como metodologia, baseando-se na generalização das propriedades estruturais do domínio da AIPS, chegando assim um modelo estruturado de classes que se relacionam de forma que estabeleçam conceitos e métricas fortes para a modelagem deste domínio.

KPlanOO

KPlanOO

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Conclusão Automatizar as operações de satélites operados pelo INPE; AIPS para os sistemas de operação de satélites; KPlanOO, ferramenta para descrição e modelagem de domínios de AIPS; Auxiliar a geração de planos para operações espaciais; Representação do conhecimento do domínio de planejamento; Mapeamento dos dados de entrada necessários para a geração da definição do domínio; Construção de interfaces amigáveis; Validação e reuso de descrições de domínios e problemas;