Smart Campus based on Linked Data PhD thesis Barnabás Szász Supervisor: Dr. András Micsik UNIVERSITY OF DEBRECEN Doctoral School of Informatics Debrecen, 2019 Okos egyetemi szolgáltatásokat megalapozó kapcsolt adathalmazok Egyetemi doktori (PhD) értekezés Szász Barnabás Témavezető: Dr. Micsik András DEBRECENI EGYETEM Természettudományi és Informatikai Doktori Tanács Informatikai Tudományok Doktori Iskola Debrecen, 2019 Ezen értekezést a Debreceni Egyetem Természettudományi Doktori Tanács a Informatikai Tudományok Doktori Iskola Elméleti számítástudomány, adatvédelem és kriptográfia doktori programja keretében készítettem a Debreceni Egyetem természettudományi doktori (PhD) fokozatának elnyerése céljából. Nyilatkozom arról, hogy a tézisekben leírt eredmények nem képezik más PhD disszertáció részét. Debrecen, 2019. ………………………… a jelölt aláírása Tanúsítom, hogy Szász Barnabás doktorjelölt 2014-2019 között a fent megnevezett Doktori Iskola Elméleti számítástudomány, adatvédelem és kriptográfia doktori programjának keretében irányításommal végezte munkáját. Az értekezésben foglalt eredményekhez a jelölt önálló alkotó tevékenységével meghatározóan hozzájárult. Nyilatkozom továbbá arról, hogy a tézisekben leírt eredmények nem képezik más PhD disszertáció részét. Az értekezés elfogadását javasolom. Debrecen, 2019. ………………………… a témavezető aláírása OKOS EGYETEMI SZOLGÁLTATÁSOKAT MEGALAPOZÓ KAPCSOLT ADATHALMAZOK SMART CAMPUS BASED ON LINKED DATA Értekezés a doktori (Ph.D.) fokozat megszerzése érdekében Írta: Szász Barnabás okleveles Programtervező Matematikus Készült a Debreceni Egyetem Informatikai Tudományok Doktori Iskolája (Elméleti számítástudomány, adatvédelem és kriptográfia Doktori program programja) keretében Témavezetők: Dr. Micsik András Dr. Bognár Katalin A doktori szigorlati bizottság: elnök: ………………………… ………………………… tagok: ………………………… ………………………… ………………………… ………………………… A doktori szigorlat időpontja: ………………………… Az értekezés bírálói: ………………………… ………………………… ………………………… ………………………… A bírálóbizottság: elnök: ………………………… ………………………… tagok: ………………………… ………………………… ………………………… ………………………… ………………………… ………………………… ………………………… ………………………… Az értekezés védésének időpontja: ……………… … . Table of Content 1 Introduction .............................................................................................. 1 1.1 Research objective and contributions .............................................. 2 1.2 Thesis structure ................................................................................ 7 2 Basic concepts and definitions ................................................................. 8 2.1 Semantic Web .................................................................................. 8 2.2 SPARQL .......................................................................................... 9 2.3 SPARQL UPDATE protocol ......................................................... 11 2.4 Ontologies ...................................................................................... 12 2.5 Linked Data .................................................................................... 15 3 Linked Data Enrichment with Self-Unfolding URIs ............................. 18 3.1 Linked Data Enrichment ................................................................ 19 3.2 Use cases ........................................................................................ 21 3.3 Generic scenarios ........................................................................... 24 3.4 Implementation .............................................................................. 26 3.5 Conclusion ..................................................................................... 32 4 The OLOUD Ontology .......................................................................... 34 4.1 Introduction .................................................................................... 34 4.2 Linked Data consumption use cases .............................................. 37 4.3 Ontologies for education ................................................................ 39 4.4 Methodology .................................................................................. 47 4.5 Integration with other ontologies ................................................... 49 4.6 Ontology description ...................................................................... 50 4.7 Example data .................................................................................. 53 4.8 Conclusions .................................................................................... 57 5 The iLOC Ontology ............................................................................... 58 5.1 Modeling Indoor Spaces with Ontologies ...................................... 58 5.2 Ontology specification ................................................................... 60 5.3 Integration with other ontologies ................................................... 64 5.4 Extension points ............................................................................. 65 5.5 Conclusion ..................................................................................... 66 6 Indoor Navigation with distributed Linked Data ................................... 67 6.1 Graph route-finding tools ............................................................... 67 6.2 The iLOC ontology in use .............................................................. 70 6.3 Navigation ...................................................................................... 71 6.4 Finding and navigating to a specific nearby POI ........................... 75 6.5 Query Performance ........................................................................ 76 6.6 Conclusion ..................................................................................... 77 7 Indoor modeling best practices with iLOC ............................................ 78 7.1 Indoor modeling approaches .......................................................... 78 7.2 Indoor modeling with iLOC ........................................................... 78 7.3 The Óbuda University use case ...................................................... 84 7.4 Patient navigation in hospitals ....................................................... 86 7.5 The Budapest Airport Terminal use case ....................................... 88 7.6 Conclusion ..................................................................................... 89 8 Summary ................................................................................................ 90 8.1 Summary of the work ..................................................................... 90 8.2 Future work .................................................................................... 93 8.3 Conclusion ..................................................................................... 93 9 Összefoglalás ......................................................................................... 94 9.1 Kutatási eredmények ...................................................................... 94 Appendix A. ................................................................................................. 101 Appendix B. ................................................................................................. 106 SPARQL examples .................................................................................. 106 Appendix C. ................................................................................................. 110 Ontology for Indoor Navigation .............................................................. 110 OLOUD: Ontology for Linked Open University Data ............................ 115 Appendix D. ................................................................................................. 120 A List of papers of the author and citations to them ................................ 120 References .................................................................................................... 123 Figures Figure 1: The Semantic Web Layer Cake ........................................................ 8 Figure 2: The size of the Linked Open Data cloud in 2018 ........................... 17 Figure 3: Major concepts in the Hungarian higher education ........................ 35 Figure 4: Overview of the main classes and properties in OLOUD .............. 50 Figure 5: Extract of the dataset in the Lodmilla browser ............................... 55 Figure 6: The overview of the iLOC ontology .............................................. 61 Figure 7: The topological model .................................................................... 70 Figure 8: Modeling building structure in iLOC ............................................. 72 Figure 9: iLOC POI network example ........................................................... 73 Figure 10: Modeling indoor routes with the RouteSection and RouteConstraint classes ................................................................................. 74 Figure 11: Hallway entities on the third floor ................................................ 81 Figure 12: POI-hub in Hallway entity 360a ................................................... 82 Figure 13: Connecting POI-hubs on the third floor ....................................... 83 Figure 14: Screenshot of a mobile indoor navigation application developed for the Óbuda University ............................................................................... 85 Figure 15: Example routes modelled within