Ontology Services for Knowledge Organization Systems

Abstract

Ontologies and other knowledge organization systems, such as controlled vocabularies, can be used to enhance the findability of information. By describing the contents of documents using a shared, harmonized terminology, information systems can provide efficient search and browsing functionalities for the contents. Explicit descriptive metadata aims to solve some of the prevailing issues in full text search in many search engines, including the processing of synonyms and homonyms. The use of ontologies as domain models enables the machine-processability of contents, semantic reasoning, information integration, and other intelligent ways of processing the data. The utilization of knowledge organization systems in content indexing and information retrieval can be facilitated by providing automated tools for their efficient use. This thesis studies and presents novel methods and systems for publishing and using knowledge organization systems as ontology services. The research is conducted by designing and evaluating prototype systems that support the use of ontologies in real-life use cases. The research follows the principles of the design science and action research methodologies. The presented ONKI system provides user interface components and application programming interfaces that can be integrated into external applications to enable ontology-based workflows. The features of the system are based on analyzing the needs of the main user groups of ontologies. The common functionalities identified in ontology-based workflows include concept search, browsing, and selection. The thesis presents the Linked Open Ontology cloud approach for managing and publishing a set of interlinked ontologies in an ontology service. The system enables the users to use multiple ontologies as a single, interoperable, cross-domain representation instead of individual ontologies. For facilitating the simultaneous use of ontologies published in different ontology repositories, the Normalized Ontology Repository approach is presented. As a use case of managing and publishing a semantically rich knowledge organization system as an ontology, the thesis presents the Taxon Meta-Ontology model for biological nomenclatures and classifications. The model supports the representation of changes and differing opinions of taxonomic concepts. The ONKI system and the ontologies developed using the methods presented in this thesis have been provided as a living lab service http://onki.fi, which has been run since 2008. The service provides tools and support for the users of ontologies, including content indexers, information searchers, ontology developers, and application developers.

Ontologioita ja muita tietämyksen järjestämisen menetelmiä, kuten kontrolloituja sanastoja, voidaan käyttää tiedon löytämisen parantamiseksi. Kun dokumenttien sisällöt kuvaillaan käyttämällä jaettua, yhtenäistettyä terminologiaa, tietojärjestelmät voivat tarjota tehokkaita haku- ja selaustoiminnallisuuksia sisältöihin. Eksplisiittisesti esitetty, kuvaileva metatieto pyrkii ratkaisemaan monien hakukoneiden käyttämän kokotekstihaun ongelmia, kuten synonyymien ja homonyymien huomioimisen. Ontologioiden käyttäminen käsitemalleina mahdollistaa sisältöjen koneellisen käsittelyn, semanttisen päättelyn, tiedon integroinnin ja muita älykkäitä menetelmiä. Tietämyksen järjestämisen menetelmien hyödyntämistä sisältöjen indeksoinnissa ja haussa voidaan helpottaa tarjoamalla käyttäjille automatisoituja työkaluja niiden tehokkaaseen käyttämiseen. Tässä väitöskirjassa tutkitaan ja esitetään uudenlaisia menetelmiä ja järjestelmiä tietämyksen järjestämisen menetelmien julkaisemiseksi ontologiapalveluina. Tutkimus on toteutettu suunnittelemalla ja arvioimalla prototyyppijärjestelmiä, jotka edistävät ontologioiden käyttämistä todellisissa käyttötapauksissa. Tutkimus nojautuu suunnittelutieteen ja toimintatutkimuksen metodologioiden periaatteisiin. Työssä esitetty ONKI-järjestelmä tarjoaa käyttöliittymäkomponentteja ja ohjelmallisia rajapintoja, jotka voidaan integroida ulkoisiin sovelluksiin ontologiaperustaisten työnkulkujen mahdollistamiseksi. Järjestelmän ominaisuudet on toteutettu perustuen ontologioiden keskeisten käyttäjäryhmien tarpeiden selvittämiseen. Ontologiaperustaisista työnkuluista tunnistettuja yleisiä toiminnallisuuksia ovat käsitteen haku, selailu ja valinta. Tässä työssä esitetään linkitetyn avoimen ontologiapilven menetelmä toisiinsa linkitettyjen ontologioiden ylläpitämiseen ja julkaisemiseen ontologiapalvelussa. Järjestelmän avulla käyttäjät voivat käyttää useita ontologioita yhtenä, yhteentoimivana, alat yhdistävänä kokonaisuutena erillisten ontologioiden sijaan. Eri ontologiapalveluissa julkaistujen ontologioiden samanaikaisen käytön helpottamiseksi esitetään normalisoidun ontologiapalvelun menetelmä. Käyttötapauksena semanttisesti rikkaan tietämyksen järjestämisen menetelmän ylläpitämisestä ja julkaisemisesta työssä esitetään biologisten nimistöjen ja luokitusten taksonominen ontologiamalli. Malli mahdollistaa taksonomisten käsitteiden muutosten ja toisistaan poikkeavien näkemysten esittämisen. ONKI-järjestelmä ja työssä esitetyillä menetelmillä kehitetyt ontologiat ovat olleet käytettävissä living lab -palvelussa http://onki.fi, joka on ollut toiminnassa vuodesta 2008 lähtien. Palvelu tarjoaa työkaluja ja tukea ontologioiden käyttäjille, kuten tiedon indeksoijille, hakijoille, ontologioiden kehittäjille ja sovelluskehittäjille.