====== [własne] Semantic Maps - Use Case ======

===== Zespół =====

  * Olgierd Grodzki

===== Opis =====

===== Wymagania =====

  * wykorzystać ontologię [[pl:dydaktyka:wshop:prv:2014:semanticmaps:start#listy_pojec_i_relacji|semanticmaps]]

  //(C) - koncept, (I) - instancja
  Obiekt (C)
     | --- Beacon (C)
     |       | --- beacon1 (I)
     |       | --- beacon2 (I)
     |       | --- beacon3 (I)
     |       | --- beacon4 (I)
     |
     | --- POI (C)
             | --- krzesło (I)
             | --- stół (I)
             | --- komputer (I)
            ...

  * powiązanie obiektów z beaconami (przykład):
    * ''POI jest_przypisany_do exactly 1 Beacon'' (POI należy do 1 Beacona)
    * ''Beacon ma_przypisane only POI'' (do Beacona można przypisać tylko POI; 0 lub więcej)
  * POI ma tagi:
    * ''POI ma_tag only String'' (do POI można przypisać 0 lub więcej Stringów)


  * Wnioskowanie (propozycja):
    - na wejściu: aktualny Beacon
    - wyciągamy POI, które są do niego przypisane
    - wyciągamy tagi z tych POI
    - szukamy innych POI z takimi tagami
    - sprawdzamy do których Beaconów są przypisane znalezione POI
    - wyświetlamy te Beacony na mapce
===== Spotkania =====

==== 20141217 ====

Spotkanie organizacyjne

===== Projekt =====

==== Ontologia ====

Aby zrealizować postawione wymagania konieczne było zmodyfikowanie ontologii SemanticMaps. Do ontologii dodano następujące DatatypeProperty identyfikujące Beacona:

<code xml>
<owl:DatatypeProperty rdf:about="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#hasUUID">
    <rdf:type rdf:resource="&owl;FunctionalProperty"/>
    <rdfs:domain rdf:resource="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#Beacon"/>
    <rdfs:range rdf:resource="&xsd;string"/>
</owl:DatatypeProperty>
  
<owl:DatatypeProperty rdf:about="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#hasMajor">
    <rdf:type rdf:resource="&owl;FunctionalProperty"/>
    <rdfs:domain rdf:resource="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#Beacon"/>
    <rdfs:range rdf:resource="&xsd;positiveInteger"/>
</owl:DatatypeProperty>
  
<owl:DatatypeProperty rdf:about="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#hasMinor">
    <rdf:type rdf:resource="&owl;FunctionalProperty"/>
    <rdfs:domain rdf:resource="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#Beacon"/>
    <rdfs:range rdf:resource="&xsd;positiveInteger"/>
</owl:DatatypeProperty>
</code>

Dodano także następujące DatatypeProperty opisujące POI w kontekście tego projektu:

<code xml>
<owl:DatatypeProperty rdf:about="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#hasName">
    <rdf:type rdf:resource="&owl;FunctionalProperty"/>
    <rdfs:domain rdf:resource="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#POI"/>
    <rdfs:range rdf:resource="&xsd;string"/>
</owl:DatatypeProperty>
  
<owl:DatatypeProperty rdf:about="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#hasTag">
    <rdf:type rdf:resource="&owl;FunctionalProperty"/>
    <rdfs:domain rdf:resource="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#POI"/>
    <rdfs:range rdf:resource="&xsd;string"/>
</owl:DatatypeProperty>
</code>

Następnie zamodelowano powiązanie Beaconów z POI, zgodnie z wymaganiami stworzono relacje "w obie strony" przy pomocy następujących ObjectProperty:

<code xml>
<owl:ObjectProperty rdf:about="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#hasPOI">
    <rdf:type rdf:resource="&owl;FunctionalProperty"/>
    <rdfs:domain rdf:resource="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#Beacon"/>
    <rdfs:range rdf:resource="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#POI"/>
</owl:ObjectProperty>
  
<owl:ObjectProperty rdf:about="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#isAssignedToBeacon">
    <rdf:type rdf:resource="&owl;FunctionalProperty"/>
    <rdfs:domain rdf:resource="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#POI"/>
    <rdfs:range rdf:resource="http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#Beacon"/>
</owl:ObjectProperty>
</code>

Na koniec postanowiono stworzyć instancje. Ponieważ realizator projektu posiada tylko 2 beacony, stworzono 2 instancje klas Beacon i 2 instancje klas POI przypisane do odpowiednich beaconów:

<code xml>
<POI rdf:ID="POI1">
    <hasName rdf:datatype="&xsd;string">Old table</hasName>
    <hasTag rdf:datatype="&xsd;string">antique</hasTag>
    <isAssignedToBeacon rdf:resource="#Beacon1"/>
</POI>
  
<POI rdf:ID="POI2">
    <hasName rdf:datatype="&xsd;string">Old chair</hasName>
    <hasTag rdf:datatype="&xsd;string">antique</hasTag>
    <isAssignedToBeacon rdf:resource="#Beacon2"/>
</POI>
  
<Beacon rdf:ID="Beacon1">
    <hasUUID rdf:datatype="&xsd;string">F7826DA6-4FA2-4E98-8024-BC5B71E0893E</hasUUID>
    <hasMajor rdf:datatype="&xsd;positiveInteger">64903</hasMajor>
    <hasMinor rdf:datatype="&xsd;positiveInteger">35944</hasMinor>
    <hasPOI rdf:resource="#POI1"/>
</Beacon>
  
<Beacon rdf:ID="Beacon2">
    <hasUUID rdf:datatype="&xsd;string">F7826DA6-4FA2-4E98-8024-BC5B71E0893E</hasUUID>
    <hasMajor rdf:datatype="&xsd;positiveInteger">54294</hasMajor>
    <hasMinor rdf:datatype="&xsd;positiveInteger">26255</hasMinor>
    <hasPOI rdf:resource="#POI2"/>
</Beacon>
</code>

Zmodyfikowana w ten sposób ontologia znajduje się w pliku {{:pl:dydaktyka:semweb:2014:projects:concepts.owl.zip|}} i jest wykorzystywana na dalszych etapach projektu.

==== SPARQL ====

Aby "wyciągnąć" potrzebne informacje z ontologii wykorzystano SPARQL. Do testowania kwerend wykorzystano poznane na laboratorium narzędzie Twinkle.

Proces "wyciągania" informacji, przedstawiony w sekcji Wymagania w postaci kolejnych kroków, postanowiono podzielić na 2 etapy wraz z odpowiadającymi im kwerendami. Jako pierwszy etap przyjęto "wyciąganie" tagów z POI przypisanych do wejściowego beacona, a jako drugi "wyciąganie" danych beaconów które posiadają przypisane POI opisane "wyciągniętymi" wcześniej tagami. Przykładowa kwerenda realizująca pierwszy etap może być przedstawiona następująco:

<code>
PREFIX semmap: <http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#>

SELECT DISTINCT ?poitag
WHERE {
    ?b a semmap:Beacon.
    ?b semmap:hasUUID ?uuid.
    ?b semmap:hasMajor ?major.
    ?b semmap:hasMinor ?minor.
    FILTER (regex(?uuid, "F7826DA6-4FA2-4E98-8024-BC5B71E0893E") && ?major = 64903 && ?minor = 35944)
    ?b semmap:hasPOI ?poi.
    ?poi semmap:hasTag ?poitag.
}
</code>

Wykonanie tej kwerendy na zmodyfikowanej ontologii zwraca następujący wyniki:

<code>
--------------------------------------------------------
| poitag                                               |
========================================================
| "antique"^^<http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string> |
--------------------------------------------------------
</code>

Jest to wynik zgodny z oczekiwaniami i zgodny z przedstawioną modyfikacją ontologii. W drugim etapie zwrócone tagi są wykorzystywane do znalezienia beaconów zawierających POI opisane tymi tagami. Przykładowa kwerenda realizująca ten etap dla zwróconego tagu przedstawionego powyżej może być przedstawiona następująco:

<code>
PREFIX semmap: <http://www.semanticweb.org/agh/wshop/semanticmaps/Concepts#>

SELECT DISTINCT ?uuid ?major ?minor
WHERE {
    ?p a semmap:POI.
    ?p semmap:hasName ?poiname.
    ?p semmap:hasTag ?poitag
    FILTER (regex(?poitag, "antique"))
    ?p semmap:isAssignedToBeacon ?b.
    ?b semmap:hasUUID ?uuid.
    ?b semmap:hasMajor ?major.
    ?b semmap:hasMinor ?minor.
}
</code>

Wykonanie tej kwerendy na zmodyfikowanej ontologii zwraca następujący wyniki:

<code>
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| uuid                                                                              | major                                                       | minor                                                       |
=================================================================================================================================================================================================================
| "F7826DA6-4FA2-4E98-8024-BC5B71E0893E"^^<http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string> | "54294"^^<http://www.w3.org/2001/XMLSchema#positiveInteger> | "26255"^^<http://www.w3.org/2001/XMLSchema#positiveInteger> |
| "F7826DA6-4FA2-4E98-8024-BC5B71E0893E"^^<http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string> | "64903"^^<http://www.w3.org/2001/XMLSchema#positiveInteger> | "35944"^^<http://www.w3.org/2001/XMLSchema#positiveInteger> |
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
</code>

Wynik również jest zgodny z oczekiwaniami i zgodny z przedstawioną modyfikacją ontologii. Jak widać, zwrócony został także wejściowy beacon, nie jest jednak problemem odrzucenie go w aplikacji wykorzystującej to rozwiązanie.

Dzięki przedstawionemu zestawowi dwóch kwerend SPARQL zrealizowane są wszystkie przedstawione w sekcji Wymagania kroki propozycji wnioskowania poza ostatnim.

==== Fuseki ====

Zgodnie z ustaleniami ze spotkania organizacyjnego praktyczne rozwiązanie postanowiono zaprojektować zgodnie z architekturą klient-serwer, z "wiedzą" w postaci ontologii dostępną na serwerze oraz aplikacją mobilną wysyłającą zapytania do tego serwera. Jako serwer wybrano Apache Jena Fuseki, wspierający RESTowy SPARQL. 

Integracja wypracowanego do tego etapu rozwiązania w postaci zamieszczonej ontologii z serwerem okazała się być trywialna i sprowadziła się do załadowania pliku owl przez Control Panel serwera w przeglądarce. Interfejs webowy serwera udostępnia także możliwość testowania kwerend SPARQL i zwracania ich w różnych formatach. Aby zweryfikować poprawną integrację postanowiono przetestować zamieszczone kwerendy na serwerze Fuseki.

Import zamieszczonej ontologii do Fuseki przebiegł pomyślnie:

{{:pl:dydaktyka:semweb:2014:projects:semmap_upload_success.png?250|}}

Wykonanie pierwszej kwerendy

{{:pl:dydaktyka:semweb:2014:projects:first_query_fuseki.png?650|}}

zwróciło następujący wynik (przedstawiony w JSON gdyż w ten sposób będzie realizowana komunikacja z klientem):

<code javascript>
{
  "head": {
    "vars": [ "poitag" ]
  } ,
  "results": {
    "bindings": [
      {
        "poitag": { "datatype": "http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string" , "type": "typed-literal" , "value": "antique" }
      }
    ]
  }
}
</code>

Jest to wynik zgodny z wynikiem otrzymanym z Twinkle. Wykonanie drugiej kwerendy

{{:pl:dydaktyka:semweb:2014:projects:second_query_fuseki.png?550|}}

zwróciło następujący wynik:

<code javascript>
{
  "head": {
    "vars": [ "uuid" , "major" , "minor" ]
  } ,
  "results": {
    "bindings": [
      {
        "uuid": { "datatype": "http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string" , "type": "typed-literal" , "value": "F7826DA6-4FA2-4E98-8024-BC5B71E0893E" } ,
        "major": { "datatype": "http://www.w3.org/2001/XMLSchema#positiveInteger" , "type": "typed-literal" , "value": "64903" } ,
        "minor": { "datatype": "http://www.w3.org/2001/XMLSchema#positiveInteger" , "type": "typed-literal" , "value": "35944" }
      } ,
      {
        "uuid": { "datatype": "http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string" , "type": "typed-literal" , "value": "F7826DA6-4FA2-4E98-8024-BC5B71E0893E" } ,
        "major": { "datatype": "http://www.w3.org/2001/XMLSchema#positiveInteger" , "type": "typed-literal" , "value": "54294" } ,
        "minor": { "datatype": "http://www.w3.org/2001/XMLSchema#positiveInteger" , "type": "typed-literal" , "value": "26255" }
      }
    ]
  }
}
</code>

Jest to wynik również zgodny z wynikiem otrzymanym z Twinkle. Dzięki temu ontologia zyskała dostęp w postaci SPARQL przez HTTP.

==== Aplikacja mobilna ====

Aplikacja mobilna komunikuje się z serwerem Fuseki za pomocą zamieszczonych kwerend SPARQL, uzupełnianych o rzeczywiste dane, przekazywanych jako parametry w [[http://en.wikipedia.org/wiki/Query_string|query string]]. Kwerendy budowane są za pomocą biblioteki [[https://bitbucket.org/rehei/sparql-java|sparql-java]], danymi uzupełnianymi są w przypadku pierwszej kwerendy uuid, major i minor rzeczywistego beacona, a przypadku drugiej kwerendy tag. 

Beacon wejściowym jest wybierany z listy dostępnych beaconów na podstawie RSSI - beacon o największej sile sygnału jest uznawany za najbliższy i podawany na wejście algorytmu. Odpowiedź serwera w postaci JSONa jest odczytywana ze strumienia i parsowana za pomocą klas z pakietu org.json dostępnego w API Androida. Na podstawie przeparsowanej odpowiedzi tworzona jest lista "podobnych" beaconów.

W warstwie prezentacji aplikacji najważniejszym elementem jest mapa. Mapy tworzone i wyświetlane są przy pomocy biblioteki [[https://bitbucket.org/sbobek/micromap|micromap]]. Wstępnie beacon najbliższy jest oznaczany na mapie większą, wyboldowaną czcionką a beacony "podobne" tą samą, większą czcionką ale nie wyboldowaną.

Prosty scenariusz wykorzystania rozwiązania można zobaczyć na nagraniu z aplikacji - {{:pl:dydaktyka:semweb:2014:projects:semmap_usecase1.zip|}}. Wyświetlona mapka przedstawia pokój realizatora projektu, eksperyment był wykonywany w pobliżu lewego górnego rogu mapki. Na początku nagrania wyświetlone są dane beaconów (uuid, major i minor), które można porównać z zamieszczoną ontologią. Następnie wykorzystana jest funkcja znajdowania najbliższego beacona, beacon znajdujący się w górze mapki zostaje poprawnie wybrany jako najbliższy i zaznaczony większą, wyboldowaną czcionką. Na koniec wykorzystana jest funkcja znajdowania beaconów "podobnych" - pierwsza kwerenda zostaje uzupełniona danymi najbliższego beacona, następuje komunikacja z serwerem, zwrócona zostaje jednoelementowa lista tagów zawierająca element "antique", druga kwerenda zostaje uzupełniona tagiem "antique", następuje komunikacja z serwerem, zwrócona zostaje dwuelementowa lista beaconów z której usunięty zostaje beacon wejściowy, pozostały beacon zostaje zaznaczony większą, niewyboldowaną czcionką.

Aktualnie zaimplementowany i przedstawiony na nagraniu sposób wykorzystania rozwiązania i wyświetlania beaconów na mapie jest jedynie wstępną propozycją, przydatną do zaprezentowania działania rozwiązania. Jest to jednak sposób mało praktyczny i mało atrakcyjny wizualnie, w ramach propozycji dalszych prac zaproponować można usprawnienie warstwy prezentacyjnej i UX rozwiązania.

===== Sprawozdanie =====

Projekt Gradle pluginu aware-beacons-v2 (branch semweb) - {{:pl:dydaktyka:semweb:2014:projects:aware-beacons-semweb.zip|}}

===== Materiały =====