Systém MONDIS

Systém MONDIS dostupný on-line z tohoto webového portálu je softwarová aplikace založená na znalostní bázi. Jejím základem je ontologická reprezentace konkrétní problematiky z oblasti památkové péče, nazvaná Ontologie poškození a poruch památek. Tato ontologie obsahuje výslovný a formalizovaný popis výše uvedené problematiky včetně definice pojmů a vztahů.  Ontologie poškození a poruch památek umožňuje převedení znalostní báze z reálného světa do strojové podoby, tedy podoby „čitelné či srozumitelné" pro počítače včetně základních závislostí mezi poškozením nemovitého objektu a jeho popise, analýzou i možnými stavebními zásahy. Uvedené odvození z praktického prostředí ochrany nemovitých památek je ve skutečnosti rovněž potřebné pro zlepšení systematického a zároveň flexibilního uspořádání odborných znalostí tohoto oboru. Toto uspořádání by se mělo komplexně zabývat vzájemnými vztahy a spolupůsobením jednotlivých činitelů podstatných pro porozumění příčin poruch i problematice stavebních zásahů. Podpora takového způsobu uspořádání znalostí je ostatně i záměrem projektu MONDIS.

  

Systém MONDIS podporuje digitalizaci a vkládání různých typů dat včetně odborných zpráv, elektronických knih, článků i vědeckých prací. Na rozdíl od běžných databází je také schopný poskytovat počítačem podporované výstupy usnadňující interakci s uživatelem. Zároveň s tímto poskytuje uživatelům efektivně získat přesnější informace z dříve uložených dat. Výhodou systému MONDIS je rovněž možnost jeho dalšího rozšiřování i aktualizace "pracovního diagramu" podle úrovně znalostí obsažených v datech uložených odbornými uživateli. Dále taktéž umožňuje zpracování neúplných informaci bez nutnosti vyplnění všech důležitých dat. 

Potenciálním uživatelům poskytuje MONDIS dvě základní rozhraní určené pro vkládání (zadávání) a vyhledávání dat. 

Vkládání dat umožňující uživatelům vytvořit systémový záznam spočívá ve vložení informací v několika postupných krocích, které se vyznačují velkou variabilitou. Způsob zadávání je přitom obdobný jako u profesního uvažování. Rozlišujeme přitom dva typy záznamů, kterými jsou záznamy obecných znalostí a záznamy pocházející z případových studií. Prvně uvedený typ záznamu se týká "obecně platných pravidel" a slouží k vytvoření spojení mezi dvěmi pojmy v datovém modelu. Tyto pravidla vycházejí z dostupných odborných knih, prací a článků. Příkladem může být například informace, že "zdivo má velmi nízkou pevnost v tahu". Tato informace nám přitom poskytuje obecné pravidlo pro spojení či přiřazení "nízké pevnosti v tahu" k danému materiálu, tedy "zdivu". Jinak řečeno, ke zdivu je tímto přiřazena určitá kvalitativní charakteristika ve smyslu obecného měření pevnosti. Obecnost výše uvedeného tvrzení vyplývá ze skutečnosti, že takovýto výrok může být považován za platný pro každé zdivo.  Oproti tomuto záznamy případových studií poskytují konkrétní údaje, které nemohou být zobecňována. Tyto studie či pozorování nám ve skutečnosti poskytují pravidla pro vztahy mezi pojmy v rámci datového modelu. Příkladem může být například informace, že "v obvodovém zdivu konkrétní stavby Pražského hradu jsou trhliny o šiřce 2 mm, vzniklé v důsledku cyklického namání mrazem". Výše uvedené tvrzení o šířce trhlin 2 mm ve skutečnosti neplatí pro všechny trhliny a je proto specifické pouze pro tento zaznamenaný případ. Po celou dobu provádění záznamu je uživatel veden uživatelským rozhraním datového modelu za pomoci pokročile definovaného prostředí sémantického webu ("umělá intelligence") tvořeného formalizovanými vztahy a rovněž dříve uloženými informacemi.

Vyhledávání dat umožňuje prohlížení stávajících znalostí i záznamů, stejně jako pokročilé a počítačem podporované funkce poskytující výsledky nejlépe odpovídající dotazům uživatele.  Vztahy mezi pojmy formalizovanými v ontologickém datovém modelu umožňují přesné definování výsledků na základě souvisejících informací a se snahou maximalizovat pouze výstupy odpovídající daným souvislostem. Vyhledávání se zároveň za podpory počítače přizpůsobuje úrovni znalostí uživatele, přesněji úrovni jeho dotazů. Jako příklad lze uvést hledání informací o obecném projevu poškození, kterým je "biologické napadení". Vyhledávací zařízení uživateli poskytne výsledky tykající se prvků, na kterém bylo toto poškození dokumentováno, působení napadení, možné opravy atd. Pokud je však dotaz upřesněn uvedením dalších parametrů, např. "biologické napadení trámu hmyzem", přesnější jsou rovněž výsledky vyhledávání. To se projeví především jejich menším počtem s vyšší relevancí, tj. pokročilejší úrovní znalostí. Stejně jako v případě vládání jsou i funkce vyhledávání podporovány automatizovaným procesem rozhodování, které směřuje uživatelské dotazy k získání smysluplných informací. 

Výše uvedené jednoduché příklady na vkládání i vyhledávání dat velmi dobře ilustrují hlavní přednosti aplikací založených na ontologii, vhodné rovněž pro zpracování velkého objemu informací z řady odborných dispciplín. Totéž ostatně platí i pro ochranu kulturního dědictví, dosud postrádající dostatečné uspořádání odpovídajících znalostí a jejich dostupnosti pro neprofesionální uživatele.

Aktuální grafické rozhraní je založené na aplikaci OntoMind, která slouží pro vizuální zobrazení ontologického datového modelu a pro testování jeho funkci.  Finální podoba grafického uživatelského rozhraní (GUI) bude zpřístupněna později. 

Ontologie poškození a poruch památek

Co je ontologie?

Ontologie definuje soubor jedinců ve významu popisných prvků, pomocí kterých lze modelovat znalosti určitého oboru nebo problematiky. Kromě jedinců (reprezentantů) náleží obecně mezi popisné prvky třídy (soubory), atributy (vlastnosti) a vazby (vztahy mezi členy třídy). Definice popisných prvků zahrnuje informace o jejich významu a omezení jejich logického a odpovídajícího použití. Vzhledem k nezávislosti na datech nižší úrovně jsou ontologické datové modely užívány pro správu a propojení nestejnorodých databází. Umožňují přitom interoperabilitu (fungování, součinnost) mezi rozdílnými systémy a specifikaci rozhraní poskytujícího nezávislé avšak na znalostech založené služby. 

Ontologie sémantického webu jsou výhodné rovněž pro reprezentaci znalostí o kulturním dědictví a to hned z několika důvodů. Především umožňují přirozenou formou modelovat nekompletní a různorodé znalosti plynoucí rovněž ze samotné podstaty oboru či spíše oborů věnujících se kulturnímu dědictví. Ontologie rovněž pomáhají vyvarovat se nepřesnému nebo problematickému názvosloví v oblasti kulturního dědictví a to dokonce v situacích, kdy specialisté daného oboru užívají různé vlastní pojmenování pro označení stejných pojmů. Pomocí ontologického „mapování" je možné tyto rozdílné výrazy či odborné termíny snadno odlišit nebo naopak ztotožnit. Za třetí, ontologie sémantického webu mohou být publikovány ve formě odpovídající principům Linked Data (Mezi LOD diagram – The Linking Open Data cloud diagram byl zařazen např. PSH, což je Polytématický strukturovaný heslář vytvářený Národní technickou knihovnou). Tímto je podpořena snadná dohledatelnost pomocí vyhledávacích robotů, přičemž tato sémantizace (významovost) znalostí výrazně zvyšuje přesnost a relevanci výsledků vyhledávání. Kromě tohoto přispívají sémantické webové technologie rovněž k pokročilejšímu strojovému zpracování dat a mohou pozitivně ovlivnit hlavní cíle činností v oboru ochrany kulturního dědictví.  

Datový model MONDIS

Projekt MONDIS je zaměřen především na vývoj ontologického pracovního prostředí schopného koordinovat automatizované rozhodování týkající se dokumentace poškození nemovitých památek, rozbor příčin a následků i možných opatření nebo stavebních zásahů. Ontologie poškození a poruch památek (Blaško et Al., 2012) usiluje o vytvoření konceptuálního (pojmového) modelu, ve kterém budou formalizovány činitelé ovlivňující oblast kulturního dědictví a jejich vzájemné vztahy. Postup při vytváření výše uvedené ontologie spočívá ve třech rozdílných etapách. První představuje individualizaci náležitých parametrů, které jsou nezbytné pro dokumentaci poškození. Tyto parametry jsou ověřeny nebo převzaty z odborné literatury i mezinárodních standardů použivaných pro průzkumy stavebně-technického stavu památek, ať již se jedná o instrukce nebo formuláře určené k vyplnění či klasifikaci. Druhou etapu reprezentuje nalezení a ustanovení vztahů mezi jednotlivými faktory, odvozenými na základě odborných metodik i praxe. Třetí etapa má za úkol dílčí testování a ověřování správnosti i platnosti vyvíjené ontologie. Kromě interních porad k tomuto dochází i na veřejných seminářích.

Datový model zahrnuje níže uvedené části:

Stavební prvky a konstrukce (značeno zeleně) – popisná část umožňujcí přiřadit historickému objektu fyziální a funkční charakteristiky. Složité i běžné objekty mohou být popsány pomocí definování složených nebo jednotlivých konstrukcí v tomto pořadí (definováno jako rozpoznatelný a oddělitelný "celek" obsahující jednotlivé prvky). Konstrukční a funkční typy poskytují další informace týkající se únostnosti či odolnosti konstrukce a rozsahu funkčního využití. Stavební prvky a prvky, ze kterých jsou tyto dále složeny, mohou být definovány určením hierarchického uspořádání částí objektu (např. podlaha má jako dilčí prvek našlapnou vrstvu, a ta dále jednotlivá prkna). Ke každému prvku v hierarchii lze přitom přiřadit materiál, ze kterého je vyroben.  Popis stavby určují i další parametry, jako je funkce a časové zařazení. 

Události (značeno žlutě) – část individualizující (zachycující) výskyt událostí (příhod), které mohou ovlivnit podmínky v nichž se objekt nalézá (mají časové určení). Mezi tyto události náleží přírodní katastrofy, změny objektu a změny okolního prostředí objektu. Přírodní katastrofy jsou modelovány jako aktivování určitého rizika (např. riziko zemětřesení, povodní nebo sesuvu půdy). Změny objektu zahrnují všechny změny, které mohou mít významný dopad na stav objektu. Jmenovitě se jedná především o změny funkčního využití (např. usedlost nyní využívána jako museum), konstrukční změny (přidání, odstranění nebo nahrazení stavebního prvku), změna vlastníka (často je spojena s následnou přestavbou objektu) (vlivy události na fyzikální vlastnosti, např. změna pevnosti v ohybu vlivem stavebního zásahu nebo poškození, ke kterému na trámu došlo) s odpovídajícím projevem poruchy nebo poškození (trhlina, deformace, zřícení) a minulých (nevhodných nebo rušivých) stavebních zásahů (zesílení, čištění, renovace). Změny okolního prostředí objektu zahrnují změny týkající se geomorfologických a hydrogeologických poměrů v lokalitě stavby, stejně jako ostatních přírodních podmínek. 

Analýza poškození nebo poruch, opatření a stavební zásahy (značeno tmavě oranžově) – analytická a návrhová část úzce související s předchozí částí. Diagnostická (poznávací) fáze je ve skutečnosti reprezentována vzájemným působením událostí, procesů a mechanismů, činitelů a projevů poškození nebo poruch.  Události mohou vyvolat procesy a mechanismy vedoucí k poškození nebo poruše (na tyto odkazuje právě rámeček mechanismus). Mechanismus (např. ohyb, kapilární vzlínání) může zase vést k vytvoření skutečného nebo rozpoznatelného poškození (na toto odkazuje rámeček projev poškození) jako jsou trhliny, průby, úbytek materiálu atd. Původce děje jsou definovány jako faktory za jejichž působení mechanismus poškození nebo poruchy probíhá (např. teplota nebo voda). Opatření a stavební zásahy uvádějí jednotlivé akce prováděné za účelem předcházení nebo zamezení výše uvedených událostí (např. oplocení předcházející vandalismu), opravy projevu poruchy (např. vyplňování mezery vzniklé trhlinou), zastavení procesu nebo mechanismu (zesílení pro eliminaci deformace ohybem) a odstanění činitelů či snížení jejich vlivu (vložení vodotěsné izolace zabraňující pronikání a prosakování vody).

Vyhodnocení rizika (značeno růzově) – část reprezentující vzájemné působení mezi lokálním nebezpečím, odolností materiálu a hodnotou stavebního prvku. Tato část ontologie poskytuje užitečný přehled o možných opatření, která mohou pomoci určité nebezpečí zmírnit (např. preventivní opatření nestavební povahy). Ještě důležitější je však možnost zjištění, zda stupeň nebezpečí již předpokládá nebo dokonce vyžaduje stavební zásah nebo nikoliv. 

Hodnocení měření (značeno světle modře) – nezávislá část navrhovaná za účelem poskytnou možnost hodnocení rozsahu nějakého faktoru z datového modelu. Tato část ontologie slouží k dokumentování kvalitativně a/nebo kvantitativně měřitelných entit (označených v modelu ikonou "pravítka"). Jedná se především o údaje týkající se posuzovaných stavebních prvků (např. výška nebo tloušťka zdi), záznamech o poškození (např. šířka trhlin), měřítelných původců děje (např. napětí v pilíři, vlhkost zdiva) a rizika (např. výška těžiště objektu v seizmických oblastech).

Další tématické části zahrnují skupiny potřebné pro fungování datového modelu a jsou obvykle integrované z již existujících ontologií (např. časové entity, prostorové záležitosti). (množné číslo)

Kromě výše uvedeného je třeba zdůraznit, že každá skupina (třída) uvedená v modelu představuje vnitřní strukturu zvanou taxonomie. Taxonomie zahrnují hierarchické uspořádání termínů, které zlepšují vhodnou kategorizaci pojmů na základě výběru řídícího kritéria (např. taxonomie stěn na základě jejich konstrukčních vlastností). Taxonomie mohou být získány přímo z oborové literatury, jako jsou napříkal katalogy poškození a proruch (Snethlage, 2010).

Příklady dokumentace poškození a poruch

Následující příklady ukazují schopnost systému MONDIS zpracovat výběr různých dat pocházejících z analýzy poruch, průzkumů, zkoušek i dalších akcí zaměřených na prohloubení znalostí o památkových objektech. Všechny příklady byly modelovány ve zkušebním rozhraní OntoMind, které si můžete vyzkoušet na uvedené adrese (odkaz na OntoMind). Vývoj pokročilejšího nástroje schopného zároveň nabídnout uživatelsky přívětivější pracovní prostředí bude brzy zpřístupněn i na tomto portálu. 

Příklad#1

Dokumentace poškození zdiva zvonice, které bylo způsobeno seismickou činností. Záznam odpovídající modelu je následující:

POPIS OBJEKTU: stavební typ: věž; konstrukční typ: konzola; funkční typ: zvonice; material: zdivo; UDÁLOST:  doba vzniku: 1300; zemětřesení: 2012 – způsobilo → MECHANISMUS: rovinný mechanismus (smykové namáhání) – mající za následek → PROJEV POŠKOZENÍ: Trhlina — má miry (měrné vlastnosti) → KVANTITATIVNÍ MĚŘENÍ: (šířka) 4mm. Deduktivní zpracování těchto informací systémem umožňuje uživatelům získat například přehled o možných stavebních zásazích zaměřených na opravu projevu poškození (např. injektáž trhlin) nebo zabránění mechanismu (např. zvýšení smykové odolnosti konstrukce).

Je třeba poznamenat, že bez ohledu na postup modelování (tj. schémata použitá pro modelové vyjádření konkrétního případu) mají data stejný ontologický význam dokládající stabilitu samotného modelu. Informace jsou tedy nezávislé na pořadí vstupních dat.

Příklad#2

Případ zadávání výsledků z mechanických laboratorních zkoušek prováděných na vzorcích matly a výsledků fyzikálního posouzení cihel starého zdiva in situ (na místě samém).

    

Takovýto záznam může být modelován následujícím způsobem:

MATERIÁL ' Cihelné zdivo' je tvořeno (užítím vztahu "skládá se z") hydraulickou vápennou maltou a kusovým stavivem – cihlami. Vzorky malty (pro zjednodušení příkladu jsou ukázány pouze dvě měření) jsou zkoušeny na pevnost v ohybu a tlaku. Vzorek malty F1 "má kvantitativní míry", které nám ukazují výsledky jedné z ohybových zkoušek. Ta "má metodu hodnocení" která určuje provedení zkoušky laboratorní metoda zkoušení; "má měřitelnou kvantitativní charakteristiku" dovolující vkládat měřenou kvantitativní veličinu, v tomto případě pevnost v ohybu. Dále "má číselnou hodnotu" umožňující vložit konkrétní číselný údaj, v tomto případě 3.4 včetně "má jednotku měření" a "má měřítko měření" dovolující vložení jednotek - MPa a síly jako stupnice měření (tato třída je zvláště užitečná v případě předem definovaných kvalitativních stupnic, jako nízký, střední, vysoký). Řádek "má časovou entitu" uvádí datum zkoušky s rozdílným stupeň přesnosti (např.rok, měsíc a rok, přesné datum ve formáty dd/mm/rrrr).

Ve druhém měření malta "má kvantitativní miry" vzorku C1 se jedná o zkoušku pevnosti v tlaku. Tato část záznamu se vyznačuje obdobnou strukturou jako v předchozím případě určeném pro vzorek F1. Liší se tedy pouze v údajích týkajících se kvantitativní veličiny, v tomto případě pevnost v tlaku, výsledcích zkoušky (tzn. "má numerickou hodnotu") a datumu provedení zkoušky.

Při uvážení standartního postupu zkoušek může být vložený záznam tvořen opakováním modelovaných částí odpovídajících 3 měřením pevnosti v ohybu (vzorek F1, vzorek F2 a vzorek F3) a 6 měřením pevnosti v tlaku (vzorek C1, atd.).

Pálené cihly jsou hodnoceny in-situ, tedy na místě samém. Záznam obsahuje příklad kvalitativního hodnocení: vzorek cihly B1 "má kvalitativní miry", které nám ukazují výsledky místního šetření. To "má měřitelnou či poznatelnou kvalitativní charakteristiku" barvu a této odpovídající "popisnou hodnotu", tj. konkrétní odstín červené. Dále je uvedeno kvantitativní hodnocení (proč pod kvalitativním měřením) týkající se absorbce vlhkosti měřené přímo na stavbě (užitím vztahu "mám metodu hodnocení" metoda zkoušení in-situ). Uvedené hodnocení má stejnou strukturu jako další kvantitativní hodnocení, např. měření pevnosti malty. 

Příklad#3

Dokumentování stavebně-historického vývoje objektu schématicky znazorněného níže.  

UDÁLOSTI  Ke stavebnímu objektu jako "celku" jsou přiřazeny jeho jednotlivé části pomocí funkce "přidání stavby, přístavby či prvku". Začínáme přirozeně od původní stavby "zámku" (datováno → 1699), kterou tvořilo "přízemí" a jako dílčí část "věž" (zámek → měl přidánu část → původní konstrukci → tato konstrukce představovala → věž). Zvýšení přízemní stavby samotného zámku o „patro" je přidáno pomocí vztahu „má datování (dobu vzniku)" 1747/48. Následující fáze stavebně-historického vývoje objektu jako celku je popsána dalšími dvěmi stavebními změnami (událostmi) znamenajícími v tomto případě „přidání přístaveb" v dále uvedeném pořadí. Přístavba „východního křídla" a „západního křídla" (datováno → 1812) a přístavba „kaple" (datováno → 1816), mající jako samostatnou dílčí část přestavované „štítové průčelí" (datováno → 1897).