Modellierung und Verifikation von Eisenbahn-Infrastrukturen mit semantischen Technologien

Lodemann, Michael

Diese Arbeit zeigt, wie semantische Technologien (Sprachen und Werkzeuge) genutzt werden können, um Eisenbahn-Infrastrukturen zu modellieren und zu verifizieren. Dazu wurde ein semantisches Domänen-Modell entworfen und implementiert, das sowohl die Elemente von Eisenbahn-Infrastrukturen und deren Eigenschaften als auch die Beziehungen dieser Elemente untereinander darstellen kann. Zur Modellierung wurde die Web Ontology Language (OWL) in Kombination mit der Semantic Web Rule Language (SWRL) verwendet. Im Rahmen der Arbeit wurden Planungsrichtlinien von Eisenbahn-Infrastrukturen analysiert und exemplarisch in SWRL formalisiert. So wurde es ermöglicht, konkrete Eisenbahn-Infrastruktur-Planungsdaten in Instanzen des semantischen Domänenmodells zu transformieren, um diese Instanzen hinsichtlich ihrer Konformität mit Planungsrichtlinien zu verifizieren. Dieser Prozess wird anhand mehrerer Beispiele veranschaulicht. Ein weiterer Teil der Arbeit befasst sich mit einem Verfahren, mit dem Eisenbahn-Ingenieure bei der Suche nach Fehlern in Planungsdaten unterstützt werden können. Während OWL- und SWRL-Reasoner lediglich eine allgemeine Eingrenzung von Fehlern im zu verifizierenden Modell ermöglichen, wird durch Verwendung des in dieser Arbeit vorgestellten Konzepts der Semantic Constraints eine Eingrenzung auf konkrete fehlerhafte Axiome in Bezug auf die modellierten Planungsrichtlinien realisiert. Das Konzept basiert auf der Regelsprache SWRL und ermöglicht die Formulierung von Bedingungen, die dazu verwendet werden, Eisenbahn-Infrastruktur-Elemente in Form von OWL-Individuen zu überprüfen. Verstoßen einzelne Individuen gegen eine Bedingung, wird diese systematisch reduziert, um die Ursachen für den Verstoß gegen die Bedingung und die damit zusammenhängende Planungsrichtlinie zu ermitteln. In der Diskussion wird die Vergleichbarkeit des vorgestellten Ansatzes mit aktuell verwendeten XML-basierten Verfahren untersucht. Die Arbeit schließt mit einem Ausblick auf mögliche Weiterentwicklungen der vorgestellten Verfahren ab.

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Lodemann, Michael: Modellierung und Verifikation von Eisenbahn-Infrastrukturen mit semantischen Technologien. 2014.

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