A qualitative calculus for moving point objects constrained by networks

Field: Computer Science (Physical Sciences)

Continu bewegende objecten vormen een belangrijk studieobject in een groot aantal domeinen. Enkele voorbeelden zijn: een bioloog die het verplaatsinggedrag van een kudde dieren wil bestuderen, een verkeersplanner die de bewegingen van auto’s wil volgen en een sportwetenschapper die de onderlinge interacties van voetballers tijdens een wedstrijd wil analyseren. Vanuit geometrisch standpunt, concentreren de meeste toepassingen zich op de positionele beweging van het voorwerp zelf waardoor bewegende objecten meestal tot punten worden vereenvoudigd. De recente evoluties in diverse plaatsbepalingstechnieken (GPS, GSM, ...) laten toe grote hoeveelheden dergelijke bewegende puntobjecten op te meten en op te slaan. Er is al heel wat onderzoek verricht in het genereren, indexeren, en modelleren en bevragen van bewegende objecten in tijdruimtelijke databanken. Redeneren over de relaties tussen bewegende puntobjecten echter vormt nog maar sinds kort het voorwerp van onderzoek, vooral het redeneren binnen een kwalitatief kader. Nieuwe technieken binnen informatiesystemen, zoals Geografische Informatiesystemen (GIS), zouden echter veel meer kwalitatieve methodes moeten hanteren. Aangezien mensen verkiezen te communiceren in kwalitatieve termen, zouden dergelijke systemen dichter komen bij de manier waarop informatie wordt meegedeeld. Wat GIS betreft, passen deze ideeën volledig binnen het onderzoeksdomein van de Naïeve Geografie (Naive Geography). Door hun populariteit, wordt een GIS niet alleen meer door domeinspecialisten gebruikt (b.v. Google Earth, systemen voor autonavigatie). Het gebruik van kwalitatieve methodes binnen informatiesystemen zou de toegankelijkheid moeten verzekeren voor een brede waaier gebruikers. Aangezien redeneren over bewegingen een belangrijk onderdeel vormt van het alledaagse menselijke kennisvermogen, is er een duidelijke behoefte om een kwalitatieve ‘bewegingscalculus’ te ontwikkelen. In het domein van kwalitatief ruimtelijk redeneren is Mereotopologie het meest onderzochte studiegebied. Volgens het 9-Intersectie Model (9-Intersection Model) echter zijn er slechts twee triviale topologische relaties tussen twee puntobjecten: de objecten zijn ofwel co-incident ofwel disjunct. Aangezien bewegende objecten in de realiteit meestal niet samenvallen, en topologische modellen geen verder onderscheid kunnen maken tussen disjuncte objecten, zijn deze calculi in het geval van bewegende puntobjecten niet expressief genoeg. Een typisch voorbeeld is het geval waar twee vliegtuigen zich in een gescheiden relatie bevinden. Het is noodzakelijk om te weten of deze beide vliegtuigen in deze relatie kunnen blijven, zoniet kunnen de gevolgen catastrofaal zijn. De Kwalitatieve Traject Calculus (Qualitative Trajectory Calculus: QTC), geïntroduceerd door Van de Weghe, is op dit vlak expressiever. QTC beschrijft en redeneert over kwalitatieve relaties tussen disjuncte continu bewegende puntobjecten. In Van de Weghe, worden twee soorten QTC geïntroduceerd. De basiscalculus (QTC-Basic: QTCB) beschrijft de onderlinge relaties tussen bewegende puntobjecten met behulp van afstandsvergelijkingen, terwijl QTC-Dubbel Kruis (QTC-Double Cross: QTCC) de relaties beschrijft via een referentieframe bestaande uit drie referentielijnen in de vorm van een dubbel kruis. Moreira et al. maken een onderscheid tussen twee soorten bewegende objecten: voorwerpen die in de vrije ruimte kunnen bewegen (b.v. een vogel die door de lucht vliegt) en voorwerpen die in hun bewegingsvrijheid beperkt worden (b.v. een trein kan enkel op het spoorwegnetwerk bewegen). Een groot aantal bewegingen worden duidelijk begrensd door een netwerk (binnenschepen kunnen enkel varen op kanalen en sommige rivieren, auto’s rijden op straatnetwerken, enz.). Daarom is de hoofddoelstelling van dit proefschrift het uitbreiden van de QTC theorie naar objecten die enkel op netwerken kunnen bewegen. Met andere woorden, het doel is een kwalitatieve calculus op te stellen die het mogelijk maakt om relaties tussen bewegende puntobjecten die enkel op netwerken kunnen bewegen te beschrijven en te onderzoeken: De Kwalitative Traject Caculus op Netwerken (QTCN). Een tweede doelstelling bestaat erin om een eerste aanzet te geven tot de taalkundige en cognitieve bruikbaarheid en geschiktheid van QTC.