Title
Application of semantic web techniques in data warehouse and business intelligence systems
Author
Antunes, António Lorvão Ferreira
Summary
pt
Devido `a sua formaliza¸c˜ao semˆantica e qualidades de inferˆencia, as t´ecnicas da Web
Semˆantica (SW), como as ontologias, s˜ao utilizadas nos sistemas de informa¸c˜ao para fazer
face `a necessidade crescente de partilha e reutiliza¸c˜ao de dados e conhecimento em v´arias
´areas de investiga¸c˜ao. A integra¸c˜ao de artefactos baseados no conhecimento em sistemas
de apoio `a decis˜ao (DSS), como os sistemas de Data Warehouse e Business Intelligence
(DW/BI), pode fornecer novas fontes de informa¸c˜ao, permitir novas capacidades anal´ıticas
e melhorar o processo de tomada de decis˜ao.
Esta tese de doutoramento segue uma Metodologia de Investiga¸c˜ao Design Science,
com uma solu¸c˜ao centrada em objectivos, compreendendo quatro itera¸c˜oes de desenho e
desenvolvimento e propondo seis artefactos. A principal contribui¸c˜ao ´e o desenho e desenvolvimento
do artefato Integration Framework, que permite a representa¸c˜ao, a explora¸c˜ao
e a valida¸c˜ao de informa¸c˜ao espec´ıfica de dom´ınio, como a estrat´egia, em ambientes de
BI. A representa¸c˜ao e explora¸c˜ao de conhecimento espec´ıfico do dom´ınio, incluindo os
seus conceitos e rela¸c˜oes, ´e assegurada atrav´es da conce¸c˜ao e desenvolvimento de duas ontologias.
A primeira ontologia ´e dedicada ao dom´ınio das estruturas de engenharia civil,
enquanto a segunda se foca nos elementos da estrat´egia e nas suas rela¸c˜oes, seguindo
uma abordagem de Balanced Scorecard. A demonstra¸c˜ao e a avalia¸c˜ao dos artefactos da
investiga¸c˜ao s˜ao realizadas em dois estudos de casos reais: um centrado na integra¸c˜ao
entre Building Information Modeling (BIM) e os Sistemas de Gest˜ao de Activos (AMS),
e outro na an´alise da estrat´egia possibilitada pelo DW/BI.
A Integration Framework permite que o DSS seja enriquecido com dados de fontes
externas. Os dados de outras fontes, tais como sistemas operacionais ou documentos (por
exemplo, relat´orios estrat´egicos), s˜ao formalizados e integrados semanticamente com o
DSS, fornecendo conhecimento adicional que pode ser utilizado por qualquer aplica¸c˜ao de
BI para melhorar o processo de tomada de decis˜ao.
Ao n´ıvel estrat´egico, a integra¸c˜ao de t´ecnicas de SW em sistemas DW/BI refor¸ca a
an´alise de desempenho, fornecendo contexto estrat´egico ao ambiente de BI e permitindo
o apuramento autom´atico de valores de indicadores de desempenho. Estas melhorias
aumentam a eficiˆencia, a fiabilidade e a conveniˆencia (no momento certo) da tomada de
decis˜ao, proporcionando aos gestores um ambiente anal´ıtico, baseado em dados, para a
tomada de decis˜ao alinhada com a estrat´egia organizacional.
Palavras-chave: Data Warehouse; Business Intelligence; Sistemas de Apoio `a Decis˜ao;
Web Semˆantica; Ontologias; Building Information Modeling (BIM); Gest˜ao de Activos;
Balanced Scorecard; Gest˜ao da Estrat´egia; Integra¸c˜ao Semˆantica.
en
Due to their semantic formalization and inference qualities, Semantic Web (SW) techniques,
such as ontologies, are used in Information Systems to cope with the growing
need for sharing and reusing of data and knowledge in various research areas. Integrating
knowledge-based artifacts into Decision Support Systems (DSS), such as Data Warehouse
and Business Intelligence (DW/BI) systems, can provide new sources of information, enable
new analytical capabilities, and enrich the decision-making process.
This doctoral thesis follows a Design Science Research Methodology, with an objectivecentered
solution, comprising four design and development iterations and proposing six
artifacts. The main contribution is the design and development of the Integration Framework
artifact, enabling the representation, exploration, and validation of domain-specific
information, such as strategy, in BI environments. The representation and exploration of
domain-specific knowledge, including its concepts and relationships, is ensured through
the design and development of two ontologies. The first ontology is dedicated to the domain
of civil engineering structures, while the second focuses on the elements of strategy
and their relationships, following a Balanced Scorecard approach. The demonstration and
evaluation of research artifacts are conducted in two real-world case studies: one focusing
on the integration between Building Information Modeling (BIM) and Asset Management
Systems (AMS), and another on DW/BI enabled strategy analysis.
The Integration Framework enables the DSS to be enriched with data from external
sources. Data from other sources, such as operational systems or documents (e.g., strategy
reports), is formalized and semantically integrated with the DSS, providing additional
knowledge that can be used by any BI application to enhance the decision-making process.
At the strategic level, the integration of SW techniques in DW/BI systems enriches
performance analysis by providing strategic context to the BI environment and enabling
the automatic retrieval of performance indicator values. These improvements increase the
efficiency, reliability and timeliness (at the right time) of decision-making, providing managers
with an analytical and data-driven environment for their decision-making aligned
with the organizational strategy.