An Ontological Framework for Implementing Soft Mobility Knowledge Model in Urban Areas

Abstract

هذه الدراسة عبارة عن أطروحة دكتوراه ساهمت في مجال التخطيط والتصميم والسياسة الحضرية لا سيما في مجال التنقل والنقل. كثيرًا ما يتم تكليف خبراء النقل والمؤسسات الحكومية بإجراء البحوث النظرية والتطبيقية من أجل تطوير وتحسين أداء أنظمة النقل الوطنية الخاصة بهم. يعد تخطيط التنقل مجالًا واسعًا يعتمد على بيانات من تخصصات علمية متعددة. عند التخطيط للتنقل من المهم تبني منظور شامل يأخذ في الاعتبار الجوانب المختلفة المتعلقة بالتنقل السهل. اليوم يعد التنقل السهل (مثل المشي والدراجات الهوائية) شكلاً أساسيًا من أشكال التنقل الحضري المستدام حيث إنه يوفر الطاقة، ويحسن الصحة، ويوفر خيارات نقل ميسورة ومرنة، ويقلل من الازدحام المروري، ويحسن العلاقات والاندماج الاجتماعي، ويعزز إمكانية الوصول، ويجدد الحياة في المساحات العامة، ويدعم السياحة، ويقلل من الانبعاثات الضارة. لكي يكون التنقل السهل فعال في بيئة حضرية يجب أن يكون مترابط ونظيري. بالإضافة إلى ذلك مطلوب عملية أو نظام دعم القرار لإدارة العناصر الحضرية وعناصر نظام التنقل السهل مثل التكاليف العامة للبنية التحتية، والتكاليف العامة للصيانة، والحوافز العامة المحتملة للدراجات الهوائية أو الدراجات الكهربائية، والتكاليف الخاصة لشراء وسائل التنقل، والتكاليف الخاصة للوقت، والنمذجة. في الحقيقة هناك حاجة إلى علم الوجود (الأنطولوجيات) الشامل والدقيق لعملية النمذجة وأنظمة دعم القرار. علم الوجود مناسب تمامًا لمواجهة تحديات تعقيد النظام والبيانات غير المنظمة بشكل جيد. يركز استخدام مناهج تطوير علم الوجود في المقام الأول على تحديد المفاهيم التي يمكن تفسيرها آليًا والعلاقات بين هذه المفاهيم في مجالها. يوفر ذلك فوائد كبيرة للعديد من التخصصات العلمية بما في ذلك التنقل والنقل. كما أن هنالك آخرون تابعوا أهداف إنشاء ومشاركة مفاهيم المجال بهدف السماح لخبراء المجال بإعادة استخدام معرفة المجال، وتمكين الباحثين من تحليل معرفة المجال والتعبير عن افتراضاته، ومساعدة الأفراد ووكلاء البرمجيات في فهم بنية مفاهيم المجال. وبالرغم من ذلك إلا أننا نجد نقصا في الاهتمام البحثي في مجال تخطيط التنقل للتنقل السهل. تم نشر عدد قليل من تطوير المشاريع الوجودية المتعلقة بالحركة اللينة منذ عام 2002. من أجل ذلك الغرض استخدمت هذه الدراسة مناهج تطوير علم الوجود لإنشاء نموذج معرفي للتنقل السهل في الويب الدلالي لتوفير معلومات واضحة ومبسطة وأساسية للمخططين والمهندسين والمشغلين في مجالات التنقل والنقل على جميع مستويات الحكومة والإدارة لتحقيق الاستدامة في قرارات التنقل الحضري. ركزت هذه الدراسة على العناصر الأساسية للعلاقة المكانية والتي تتكون من البنية التحتية للتنقل السهل، والشبكات للتنقل السهل، والأنماط للتنقل السهل، والتدفقات للتنقل السهل، ينصب تركيزها فقط على المشي وركوب الدراجات. تم اعتماد وتنفيذ المراحل التالية للدراسة: تحديد الهدف والنطاق، وجمع المعلومات واستخراجها، والهيكلة الأولية، وإضفاء الطابع الرسمي، والنشر، والتقييم. كما تم اختيار منهجية بسيطة لهندسة المعرفة مبنية على برنامج بروتيجيه "Protégé" وهي طريقة تم الاستشهاد بها على نطاق واسع لتطوير علم الوجود. أدى ذلك إلى تطوير نموذج معرفة شامل للتنقل الناعم باعتباره علم الوجود الثقيل في لغة أنطولوجيا الويب "OWL". تم تحديد العديد من مفاهيم العناصر المكانية الأساسية وحالاتها، وتم توضيح عدد قليل من حيث تحديد كيفية تصرفهم. أخيرًا وفر النموذج أيضًا تمثيلًا بيانيا للتنقل السهل والوصول التلقائي إلى البيانات القائمة على علم التنقل السهل. سوف يستفيد المهتمون بالتخطيط والتصميم والسياسة في المناطق الحضرية وخاصة التنقل والنقل من هذه الدراسة.

This study is a doctoral dissertation. It contributes to the field of urban planning, design, and policy, particularly in the field of mobility and transportation. Transport experts and governing institutions are frequently tasked with conducting theoretical and empirical research in order to develop and improve the performance of their national transport systems. Mobility planning is a broad field that relies on data from multiple scientific disciplines. When planning mobility, it is important to adopt a holistic perspective, one that considers different aspects related to soft mobility. Today, soft mobility is an essential form of sustainable urban mobility. It saves energy, improves health, provides affordable and flexible transport options, decreases traffic congestion, improves interpersonal relations and social inclusion, enhances accessibility, regenerates public space, supports tourism, and reduces harmful emissions. For soft mobility to be effective in an urban setting, it must be interconnected and isotopic. In addition, to manage urban elements and soft mobility system elements, such as public costs of infrastructure, public costs of maintenance, possible public incentives for electrical bikes or scooters, private costs of purchasing means of mobility, and private costs of time, a modeling process or decision support system is required. For this purpose, ontologies are well-suited to addressing the challenges of system complexity and loosely organized data. The use of ontology development approaches focuses primarily on defining machine-interpretable concepts and the relationships between these concepts in their domain. It provides substantial benefits to numerous scientific disciplines, including mobility and transportation. In addition, others pursue the objectives of creating and sharing domain concepts, allowing domain experts to reuse domain knowledge, enabling domain researchers to analyze domain knowledge and express domain assumptions, and assisting individuals and software agents in understanding the structure of domain concepts. Nonetheless, there is a lack of research interest in the mobility planning domain of soft mobility. A handful of developing ontological projects pertaining to soft mobility have been published since 2002. However, an exhaustive and precise ontology is needed for the modeling process and for decision support systems. Thus, this study used ontology development approaches to create a knowledge model for soft mobility in Semantic Web to provide explicit, simplified, and essential information for planners, engineers, and operators in mobility and transportation fields at all levels of government and administration to make sustainable urban mobility decisions. In terms of scope, this study focused on fundamental elements of spatial relationship, consisting of soft mobility infrastructure, networks, modes, and flows. Its focus is only on walking and cycling. The following phases were planned and implemented: objective and scope definition, information collection and extraction, initial structuring, formalization, deployment, and evaluation. In addition, a Simple knowledge-engineering methodology based on Protégé was selected, a widely cited method for ontology development. In the end, a comprehensive soft mobility knowledge model was developed as a heavyweight ontology in OWL. A multitude of its fundamental spatial elements concepts and instances were defined, and a few were clarified in terms of defining how they behave. Finally, the model also provides a graphical representation of soft mobility and automatic access to soft mobility ontology-based data. Those interested in urban planning, design, and policy, particularly mobility and transportation, will profit from this study.