Specification for process oriented applications tends to use languages that suffer from infinite, intractable or unpredictably irregular state spaces that thwart exhaustive searches by verification heuristics. However, conceptual schemas based on FOL, offer techniques for both integrating and verifying specifications in finite spaces. It is therefore of interest to transform process based specifications into conceptual schemata. Process oriented languages have an additional drawback in that reliable inputs to the integration of diverse specifications can result in unreliable outputs. This problem can more easily be addressed in a logic representation in which static and dynamic properties can be examined separately. The first part of the text describes a translation method from the process based language SDL, to first order logic. The usefulness of the method for industrial application has been demonstrated in an implementation. The method devised is sufficiently general for application to other languages with similar characteristics. Main contributions consist of: formalising the mapping of state transitions to event driven rules in dynamic entity-relationship schemas; analysing the complexity of various approaches to decomposing transitions; a conceptual representation of the source language that distinguishes meta- and object models of the source language and domain respectively. The second part of the text formally describes a framework for the integration of schemata that allows the exploration of their properties in relation to each other and to a set of integration assertions. The main contributions are the formal framework; an extension to conflicts between agents in a temporal action logic; complexity estimates for various integration properties. / QC 20101004

This thesis presents a new modelling method for information systems analysis and design, where the concept of service and the principles of service orientation are used for integrated modelling and reasoning about information systems architectures across organisational and technical systems boundaries. The concept of service enables cohesion of the intersubjective and objective modelling traditions by using a single type of diagram that facilitates detection of semantic inconsistency, incompleteness, ambiguity and discontinuity between the static and dynamic aspects of information systems specifications. The thesis is focused on three research topics, which are fundamental to the development of a new service-oriented modelling method. The first research topic concerns a pragmatic-driven specification of information systems. It clarifies answers to the research question: How can a conceptual modelling process be driven by pragmatic considerations? The second research topic provides a service-oriented modelling foundation for information systems analysis and design. It answers the research questions: How can the concept of service be used explicitly for the analysis and design of information systems and how can the static and dynamic aspects of information systems specifications be integrated at the conceptual level? The third research topic presents transition principles to implementation-specific design and answers the research question: How can service-oriented conceptual representations be aligned with implementation-specific design? The thesis contributes with a new knowledge to the area of conceptual modelling of information systems. The service-oriented modelling method consists of the modelling process, modelling language and techniques for the analysis and design of information systems on three levels of abstraction: pragmatic, semantic and syntactic. These three levels are necessary for a holistic understanding of enterprise architecture by stakeholders. The advantage of the service-oriented modelling method is that it can help to control traceability from information system design to original requirements. The method facilitates the semantic integration of the structural, behavioural and interactive aspects of information systems conceptual representations by using a single diagram type. The modelling language provides service-oriented constructs that are fundamental to building the major systems analysis patterns. The service-oriented modelling process contributes with seven steps of incremental design, which justifies various information systems components. The method provides the basis for a gradual and systematic way of modelling and an understanding of how pragmatic, semantic and logical information system requirements are linked together. The possibility to detect and eliminate undesirable characteristics of service-oriented diagrams can help to improve communication among stakeholders. Service-oriented specifications are computation-neutral and therefore they are more comprehensible for business analysis experts in comparison to implementation specific graphical representations of information systems. Finally, this thesis presents the challenges for future research, one of which is the development of the automated tools for the alignment of business models with implementation-specific information systems specifications.

La maîtrise de la contamination générée par temps de pluie en milieu urbain constitue un enjeu environnemental important pour limiter la dégradation des milieux aquatiques superficiels. Les outils de modélisation traditionnelle utilisés pour estimer les flux de polluants dans les eaux de ruissellement sont jugés insuffisants dans leur capacité à reproduire les dynamiques des polluants à l’exutoire. Cela est souvent lié au manque de connaissances précises sur les processus en jeu d’une part, et d’autre part aux difficultés d’acquérir des bases de données représentatives et en continu sur des sites réels. Cette thèse a donc pour objectif d’améliorer l’état de la modélisation de la qualité. Elle vise en particulier le développement d’un outil de modélisation conceptuelle de la qualité des eaux de ruissellement à l’échelle du quartier, à partir d’une compréhension approfondie des processus d'accumulation et de lessivage. La simulation des pollutogrammes de matières en suspension (MES) à l’avaloir du bassin versant routier avec les modèles conceptuels d’accumulation-lessivage montre la faible performance des modèles pour estimer les dynamiques d’émissions de MES pour des longues périodes ; la variabilité du processus d’accumulation est le responsable principal de l’inadéquation de ces modèles. L’évaluation de la contribution des retombées atmosphériques sèches à la contamination des eaux de ruissellement en hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) et métaux montrent que l’atmosphère ne joue qu’un rôle très mineur dans la contamination des eaux de ruissellement par ces substances. Ainsi le couplage des modèles atmosphériques, qui ne tiennent pas compte des émissions directes liées au trafic, avec les modèles de qualité de l’eau, ne semble pas très pertinent dans l’objectif d’améliorer la prédiction de la contamination des eaux pluviales à l’exutoire. L’investigation à la micro-échelle du mécanisme de lessivage montre que les particules fines sont les plus susceptibles d’être mobilisées par le ruissellement. Cette étude a été menée en utilisant un simulateur de pluie innovant qui présente les avantages d’être mobile et léger, et la possibilité d’avoir des enregistrements en ligne du débit et de la turbidité. Les nouvelles connaissances acquises sur les processus soulignent une grande variabilité qui remet en cause l'intérêt de leur modélisation avec des approches déterministes. Ces connaissances sont intégrées à l’échelle du quartier pour développer un outil de modélisation conceptuelle basé sur une approche stochastique d'estimation de la concentration moyenne de MES et des paramètres de qualité. Le modèle développé est intégré dans le modèle hydrologique URBS. L’application de ce modèle permet d’intégrer la variabilité spatiale et temporelle des émissions en distinguant les contributions de chaque occupation du sol. Les résultats sont prometteurs en termes d’estimation des niveaux de concentration de MES à l’exutoire du bassin versant et de réplication du comportement général de la dynamique de MES, cependant des améliorations peuvent être envisagés pour consolider l’approche et améliorer ses prédictions. La comparaison de ce modèle avec des approches de modélisation empirique globale, conceptuelle semi-distribuée et physique distribuée, montre qu’en termes de pouvoir prédictif et de fiabilité, l’approche URBS-stochastique en parallèle avec l’approche de modélisation physique distribuée sont les plus performantes. En termes de simplicité d’implémentation et d’ajustement entre les observations et les simulations, les approches de modélisation empirique globale et conceptuelle semi-distribuée sont les plus puissantes. A l’issue de cette comparaison, il est clair qu’il n’existe pas un modèle parfait qui couvre toutes les caractéristiques de la modélisation de la qualité des eaux de ruissellement. Le choix de l’approche de modélisation la plus appropriée doit se faire en fonction des objectifs attendus par le modélisateur / Urban runoff contamination is recognized as a major source of the deterioration of the quality of surface water. Commonly used stormwater quality models have poor performance in predicting the pollutant dynamics at the surface outlet, mainly due to the lack of precise knowledge on the governing processes and the difficulties of acquiring representative and continuous databases on real sites. The main purpose of this Ph.D. thesis is to improve the state of stormwater quality modeling. It aims in particular to develop a conceptual modeling tool for stormwater quality prediction at the scale of a city district catchment, based on a deep understanding of the build-up and the wash-off. The application of commonly used stormwater build-up/wash-off models to simulate the dynamics of total suspended solids (TSS) at the outlet of the road catchment suggests that the models poorly replicate the temporal variability of the TSS concentrations unless short periods are considered. The unpredictable nature of the accumulation is largely responsible for the model failure. The evaluation of the contribution of atmospheric dry deposition to stormwater loads for polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and metals shows that atmospheric deposition is not a major source of contaminants in stormwater runoff. Thus, linking the air and water compartment in a modeling chain to have more accurate estimates of pollutant loads in stormwater runoff may not be relevant unless the direct traffic emissions are accounted for. The investigation of the wash-off process on elementary surfaces shows that the fine particles are the most likely to be mobilized and transported during a rainfall event. Stormwater samples were collected for this study using an innovative rainfall simulator that allows continuous, on-site monitoring of instantaneous flow and turbidity measurements and that can be easily transported and used on real sites. The new knowledge acquired on the build-up and wash-off processes underlines the great variability of these processes and calls into question their modeling with deterministic approaches. Hence, this knowledge is incorporated into developing a new conceptual stormwater quality model based on the stochastic drawing of event mean concentrations (EMC) of TSS and water quality parameters. The model is integrated within the hydrological model URBS. The application of this approach accounts for the spatial and temporal variability of pollutant emissions by distinguishing the contributions of each land use separately. The obtained results are promising in terms of estimating the concentration levels of TSS at the outlet of the city district catchment and replicating the general behavior of the TSS dynamics. However, improvements can be envisaged to consolidate the approach and improve its predictions. Comparison of this model with global empirical, semi-distributed conceptual and distributed physical modeling approaches shows that in terms of predictive power and stability, the stochastic-URBS and the physically distributed approaches are the most efficient. However, in terms of ease of implementation and best fit between observations and simulations, the global empirical and semi-distributed conceptual modeling approaches are the most powerful. This comparison shows that the perfect model that covers all aspects of stormwater quality modeling does not exist. The choice of the most appropriate modeling approach should mainly be driven by modeling objectives

Neste trabalho e proposta a abordagem TempER-Tr, uma técnica de modelagem conceitual, fundamentada em rede de Petri, que integra a especificação das propriedades dinâmicas de um sistema a um modelo de dados temporal do tipo entidade relacionamento. Um modelo ou esquema conceitual descreve as propriedades identificadas de um sistema a ser desenvolvido. Estas propriedades podem ser classificadas em propriedades estáticas e propriedades dinâmicas As propriedades estáticas descrevem os estados que o sistema pode alcançar, enquanto que as propriedades dinâmicas descrevem as transições entre estes estados. A modelagem conceitual das propriedades estáticas é normalmente conhecida como modelagem de dados. A modelagem das propriedades dinâmicas é denominada de modelagem funcional ou comportamental. Mais especificamente, o modelo TempER-Tr é uma extensão de um trabalho anterior, conhecido como ER-Tr. No modelo ER-Tr, para descrever as propriedades estáticas de um sistema utiliza-se o modelo entidade-relacionamento convencional. No modelo TempER-Tr passa-se a adotar um modelo entidade-relacionamento temporal. Aliado a isto, uma nova linguagem de anotação, baseada em SQL, com mais poder de expressão é proposta. O modelo entidade-relacionamento convencional não possui dispositivos de modelagem capazes de especificar restrições que envolvam a associação dos objetos com o tempo, exigindo que isto se faca ao nível da modelagem das propriedades dinâmicas. Em um modelo entidade-relacionamento convencional, os conjuntos de entidades e relacionamentos apresentam apenas duas dimensões: a primeira refere-se as instâncias (linhas) e a segunda aos atributos (colunas). Em uma abordagem entidade relacionamento temporal, uma nova dimensão e acrescentada: o eixo temporal, possibilitando que as restrições temporais decorrentes da associação entre os objetos possam ser especificadas ao nível do modelo estático. Um requisito importante a ser preenchido por um modelo de dados temporal é permitir que em um mesmo diagrama seja possível associar objetos (entidades, relacionamentos ou atributos) temporalizados com objetos não temporalizados. lsto porque em sistemas de informação alguns dados precisam ser explicitamente referenciados ao tempo e outros não, ou porque não mudam com o tempo, ou porque é irrelevante ao usuário saber quando os fatos ocorreram. O modelo de dados temporal proposto neste trabalho, denominado TempER, pressupõe que todas as entidades, sejam elas temporalizadas ou não temporalizadas, apresentam uma "existência", ou seja, uma validade temporal. No caso das entidades temporalizadas esta existência é um subconjunto de pontos do eixo temporal. Em virtude disto são chamadas de entidades transitórias. Em relação as entidades não temporalizadas, e assumido que "existem sempre", ou seja, a sua validade temporal é constante, implícita e igual a todo o eixo temporal. Por isto são denominadas entidades perenes. Tanto as entidades transitórias quanto as entidades perenes, são focalizadas pelo modelo TempER através de duas perspectivas: uma intemporal e outra temporal. Através da perspectiva intemporal as entidades apresentam duas dimensões, semelhança do que ocorre em um modelo entidade-relacionamento convencional. Através da perspectiva temporal as entidades apresentam três dimensões, as duas convencionais e mais o tempo. Enquanto que o modelo de dados temporal descreve as propriedades estáticas de um sistema, o modelo comportamental, a outra face da abordagem TempER-Tr, focaliza as transações executadas no interior do sistema, em resposta a eventos que ocorrem no ambiente externo. Estas transações, quando efetivadas, provocam mudanças de estados no sistema. Entretanto, para estarem habilitadas a ocorrer, é necessário que um determinado conjunto de restrições dinâmicas sejam atendidas, o que se configura em um comportamento análogo ao de uma rede de Petri. O modelo TempER-Tr é completamente mapeável, inclusive o modelo de dados temporal, para a rede CEM, um tipo de rede de Petri de alto nível. Isto permite que a sua semântica seja formalmente especificada e possibilita o aproveitamento das características das redes de Petri. / This dissertation presents TempER-Tr approach. TempER-Tr is a conceptual modeling technique based on Petri nets that integrates the specification of the dynamic properties of system to a temporal entity-relationship data model. A model or conceptual schema describes the identified properties of a system. These properties can be classified into static and dynamic properties. The static properties describe the states that the system can reach, while the dynamic properties describe the transitions between the states. The conceptual modeling of the static properties is usually known as data modeling, while behavioral or functional modeling deals with dynamic properties. The TempER-Tr model is an extension of a model known as ER-Tr. In the ER-Tr model, the conventional entity-relationship model is used to describe the static properties of a system. In the TempER-Tr model, it is adopted a kind of temporal entityrelationship model. In addition, a new notation language is proposed, based on SQL, with more expression power. The conventional entity-relationship model doesn't provide tools to specify constraints that involve the association of objects with the time dimension, requiring that this have to be done at the dynamic properties modeling level. At the conventional entityrelationship model the entities and relationships sets present just two dimensions: the first one is related to the instance (lines) and the second to the attributes (columns). At a temporal entity-relationship approach, a new dimension is added: the time line. This way, the temporal constraints can be specified at the level of the static diagrams. An important requirement to be supplied by any temporal data model is the possibility to relate, into the same diagram, time-varying objects with time-invarying objects. This is due to the fact that in information systems some data need to be explicitly related to time and others don't, either because they don't change with time, or because users don't need to know when the facts occurred. • The temporal data model proposed in this work, nominated TempER, presupposes that all entities, being them time-varying or time-invarying, have an "existence", or a temporal validity. At the time-varying entities, named transitory entities, this existence is a subset of points from the time line. In time-invarying entities, named perennial entities, it is assumed that they "always exist", i.e., their temporal validity is constant, implicit, and equal to all points of the time line. Transitory entities, as much as perennial entities, are focused by the TempER model through two perspectives: a temporal perspective and a non-temporal perspective. Through the non-temporal perspective the entities present two dimensions - lines and columns - similar to a conventional entity-relationship model. Through the temporal perspective the entities present three dimensions: the two conventional dimensions and, in addition, the time dimension. While the temporal data model describes the static properties of a system, the behavioral model in the TempER-Tr approach focus the transactions that are executed by the system, in response to the events that occur at the external environment. A certain set of dynamic constraints must be attended so that transactions are enable to occur. This configures a behavior similar to a Petri net. The TempER-Tr model is completely mappeable, inclusive the temporal data model, to the CEM net, a kind of high level Petri net. This way, the semantic of TempER-Tr model is formally specified. In addition, the utilization of the characteristics of Petri nets is possible.

A integração de dados oriundos de fontes autônomas e heterogêneas ainda é um grande problema para diversas aplicações. Na indústria de petróleo e gás, uma grande quantidade de dados é gerada diariamente a partir de múltiplas fontes, tais como dados sísmicos, dados de poços, dados de perfuração, dados de transporte e dados de marketing. No entanto, estes dados são adquiridos através da aplicação de diferentes técnicas e representados em diferentes formatos e padrões. Assim, estes dados existem de formas estruturadas em banco de dados e de formas semi-estruturadas em planilhas e documentos, tais como relatórios e coleções multimídia. Para lidar com a heterogeneidade dos formatos de dados, a informação precisa ser padronizada e integrada em todos os sistemas, disciplinas e fronteiras organizacionais. Como resultado, este processo de integração permitirá uma melhor tomada de decisão dentro de colaborações, uma vez que dados de alta qualidade poderão ser acessados em tempo hábil. A indústria do petróleo depende do uso eficiente desses dados para a construção de modelos computacionais, a fim de simplificar a realidade geológica e para ajudar a compreende-la. Tal modelo, que contém objetos geológicos analisados por diferentes profissionais—geólogos, geofísicos e engenheiros — não representa a realidade propriamente dita, mas a conceitualização do especialista. Como resultado, os objetos geológicos modelados assumem representações semânticas distintas e complementares no apoio à tomada de decisões. Para manter os significados pretendidos originalmente, ontologias estão sendo usadas para explicitar a semântica dos modelos e para integrar os dados e arquivos gerados nas etapas da cadeia de exploração. A principal reivindicação deste trabalho é que a interoperabilidade entre modelos da terra construídos e manipulados por diferentes profissionais e sistemas pode ser alcançada evidenciando o significado dos objetos geológicos representados nos modelos. Nós mostramos que ontologias de domínio desenvolvidas com o apoio de conceitos teórico de ontologias de fundamentação demonstraram ser uma ferramenta adequada para esclarecer a semântica dos conceitos geológicos. Nós exemplificamos essa capacidade através da análise dos formatos de comunicação padrões mais utilizados na cadeia de modelagem (LAS, WITSML e RESQML), em busca de entidades semanticamente relacionadas com os conceitos geológicos descritos em ontologias de Geociências. Mostramos como as noções de identidade, rigidez, essencialidade e unidade, aplicadas a conceitos ontológicos, conduzem o modelador à definir mais precisamente os objetos geológicos no modelo. Ao tornar explícitas as propriedades de identidade dos objetos modelados, o modelador pode superar as ambiguidades da terminologia geológica. Ao fazer isso, explicitamos os objetos e propriedades relevantes que podem ser mapeados a partir de um modelo para outro, mesmo quando eles estão representados em diferentes nomes e formatos. / The integration of data issued from autonomous and heterogeneous sources is still a significant problem for an important number of applications. In the oil and gas industry, a large amount of data is generated every day from multiple sources such as seismic data, well data, drilling data, transportation data, and marketing data. However, these data are acquired by the application of different techniques and represented in different standards and formats. Thus, these data exist in a structured form in databases, and in semi-structured forms in spreadsheets and documents such as reports and multimedia collections. To deal with this large amount of information, as well as the heterogeneous data formats of the data, the information needs to be standardized and integrated across systems, disciplines and organizational boundaries. As a result, this information integration will enable better decision making within collaborations, once high quality data will be accessible timely. The petroleum industry depends on the efficient use of these data to the construction of computer models in order to simplify the geological reality and to help understanding it. Such a model, which contains geological objects analyzed by different professionals – geologists, geophysicists and engineers – does not represent the reality itself, but the expert’s conceptualization. As a result, the geological objects modeled assume distinct semantic representations and complementary in supporting decision-making. For keeping the original intended meanings, ontologies were used for expliciting the semantic of the models and for integrating the data and files generated in the various stages of the exploration chain. The major claim of this work is that interoperability among earth models built and manipulated by different professionals and systems can be achieved by making apparent the meaning of the geological objects represented in the models. We show that domain ontologies developed with support of theoretical background of foundational ontologies show to be an adequate tool to clarify the semantic of geology concepts. We exemplify this capability by analyzing the communication standard formats most used in the modeling chain (LAS,WITSML, and RESQML), searching for entities semantically related with the geological concepts described in ontologies for Geosciences. We show how the notions of identity, rigidity, essentiality and unity applied to ontological concepts lead the modeler to more precisely define the geological objects in the model. By making explicit the identity properties of the modeled objects, the modeler who applies data standards can overcome the ambiguities of the geological terminology. In doing that, we clarify which are the relevant objects and properties that can be mapped from one model to another, even when they are represented with different names and formats.

Neste trabalho e proposta a abordagem TempER-Tr, uma técnica de modelagem conceitual, fundamentada em rede de Petri, que integra a especificação das propriedades dinâmicas de um sistema a um modelo de dados temporal do tipo entidade relacionamento. Um modelo ou esquema conceitual descreve as propriedades identificadas de um sistema a ser desenvolvido. Estas propriedades podem ser classificadas em propriedades estáticas e propriedades dinâmicas As propriedades estáticas descrevem os estados que o sistema pode alcançar, enquanto que as propriedades dinâmicas descrevem as transições entre estes estados. A modelagem conceitual das propriedades estáticas é normalmente conhecida como modelagem de dados. A modelagem das propriedades dinâmicas é denominada de modelagem funcional ou comportamental. Mais especificamente, o modelo TempER-Tr é uma extensão de um trabalho anterior, conhecido como ER-Tr. No modelo ER-Tr, para descrever as propriedades estáticas de um sistema utiliza-se o modelo entidade-relacionamento convencional. No modelo TempER-Tr passa-se a adotar um modelo entidade-relacionamento temporal. Aliado a isto, uma nova linguagem de anotação, baseada em SQL, com mais poder de expressão é proposta. O modelo entidade-relacionamento convencional não possui dispositivos de modelagem capazes de especificar restrições que envolvam a associação dos objetos com o tempo, exigindo que isto se faca ao nível da modelagem das propriedades dinâmicas. Em um modelo entidade-relacionamento convencional, os conjuntos de entidades e relacionamentos apresentam apenas duas dimensões: a primeira refere-se as instâncias (linhas) e a segunda aos atributos (colunas). Em uma abordagem entidade relacionamento temporal, uma nova dimensão e acrescentada: o eixo temporal, possibilitando que as restrições temporais decorrentes da associação entre os objetos possam ser especificadas ao nível do modelo estático. Um requisito importante a ser preenchido por um modelo de dados temporal é permitir que em um mesmo diagrama seja possível associar objetos (entidades, relacionamentos ou atributos) temporalizados com objetos não temporalizados. lsto porque em sistemas de informação alguns dados precisam ser explicitamente referenciados ao tempo e outros não, ou porque não mudam com o tempo, ou porque é irrelevante ao usuário saber quando os fatos ocorreram. O modelo de dados temporal proposto neste trabalho, denominado TempER, pressupõe que todas as entidades, sejam elas temporalizadas ou não temporalizadas, apresentam uma "existência", ou seja, uma validade temporal. No caso das entidades temporalizadas esta existência é um subconjunto de pontos do eixo temporal. Em virtude disto são chamadas de entidades transitórias. Em relação as entidades não temporalizadas, e assumido que "existem sempre", ou seja, a sua validade temporal é constante, implícita e igual a todo o eixo temporal. Por isto são denominadas entidades perenes. Tanto as entidades transitórias quanto as entidades perenes, são focalizadas pelo modelo TempER através de duas perspectivas: uma intemporal e outra temporal. Através da perspectiva intemporal as entidades apresentam duas dimensões, semelhança do que ocorre em um modelo entidade-relacionamento convencional. Através da perspectiva temporal as entidades apresentam três dimensões, as duas convencionais e mais o tempo. Enquanto que o modelo de dados temporal descreve as propriedades estáticas de um sistema, o modelo comportamental, a outra face da abordagem TempER-Tr, focaliza as transações executadas no interior do sistema, em resposta a eventos que ocorrem no ambiente externo. Estas transações, quando efetivadas, provocam mudanças de estados no sistema. Entretanto, para estarem habilitadas a ocorrer, é necessário que um determinado conjunto de restrições dinâmicas sejam atendidas, o que se configura em um comportamento análogo ao de uma rede de Petri. O modelo TempER-Tr é completamente mapeável, inclusive o modelo de dados temporal, para a rede CEM, um tipo de rede de Petri de alto nível. Isto permite que a sua semântica seja formalmente especificada e possibilita o aproveitamento das características das redes de Petri. / This dissertation presents TempER-Tr approach. TempER-Tr is a conceptual modeling technique based on Petri nets that integrates the specification of the dynamic properties of system to a temporal entity-relationship data model. A model or conceptual schema describes the identified properties of a system. These properties can be classified into static and dynamic properties. The static properties describe the states that the system can reach, while the dynamic properties describe the transitions between the states. The conceptual modeling of the static properties is usually known as data modeling, while behavioral or functional modeling deals with dynamic properties. The TempER-Tr model is an extension of a model known as ER-Tr. In the ER-Tr model, the conventional entity-relationship model is used to describe the static properties of a system. In the TempER-Tr model, it is adopted a kind of temporal entityrelationship model. In addition, a new notation language is proposed, based on SQL, with more expression power. The conventional entity-relationship model doesn't provide tools to specify constraints that involve the association of objects with the time dimension, requiring that this have to be done at the dynamic properties modeling level. At the conventional entityrelationship model the entities and relationships sets present just two dimensions: the first one is related to the instance (lines) and the second to the attributes (columns). At a temporal entity-relationship approach, a new dimension is added: the time line. This way, the temporal constraints can be specified at the level of the static diagrams. An important requirement to be supplied by any temporal data model is the possibility to relate, into the same diagram, time-varying objects with time-invarying objects. This is due to the fact that in information systems some data need to be explicitly related to time and others don't, either because they don't change with time, or because users don't need to know when the facts occurred. • The temporal data model proposed in this work, nominated TempER, presupposes that all entities, being them time-varying or time-invarying, have an "existence", or a temporal validity. At the time-varying entities, named transitory entities, this existence is a subset of points from the time line. In time-invarying entities, named perennial entities, it is assumed that they "always exist", i.e., their temporal validity is constant, implicit, and equal to all points of the time line. Transitory entities, as much as perennial entities, are focused by the TempER model through two perspectives: a temporal perspective and a non-temporal perspective. Through the non-temporal perspective the entities present two dimensions - lines and columns - similar to a conventional entity-relationship model. Through the temporal perspective the entities present three dimensions: the two conventional dimensions and, in addition, the time dimension. While the temporal data model describes the static properties of a system, the behavioral model in the TempER-Tr approach focus the transactions that are executed by the system, in response to the events that occur at the external environment. A certain set of dynamic constraints must be attended so that transactions are enable to occur. This configures a behavior similar to a Petri net. The TempER-Tr model is completely mappeable, inclusive the temporal data model, to the CEM net, a kind of high level Petri net. This way, the semantic of TempER-Tr model is formally specified. In addition, the utilization of the characteristics of Petri nets is possible.

A integração de dados oriundos de fontes autônomas e heterogêneas ainda é um grande problema para diversas aplicações. Na indústria de petróleo e gás, uma grande quantidade de dados é gerada diariamente a partir de múltiplas fontes, tais como dados sísmicos, dados de poços, dados de perfuração, dados de transporte e dados de marketing. No entanto, estes dados são adquiridos através da aplicação de diferentes técnicas e representados em diferentes formatos e padrões. Assim, estes dados existem de formas estruturadas em banco de dados e de formas semi-estruturadas em planilhas e documentos, tais como relatórios e coleções multimídia. Para lidar com a heterogeneidade dos formatos de dados, a informação precisa ser padronizada e integrada em todos os sistemas, disciplinas e fronteiras organizacionais. Como resultado, este processo de integração permitirá uma melhor tomada de decisão dentro de colaborações, uma vez que dados de alta qualidade poderão ser acessados em tempo hábil. A indústria do petróleo depende do uso eficiente desses dados para a construção de modelos computacionais, a fim de simplificar a realidade geológica e para ajudar a compreende-la. Tal modelo, que contém objetos geológicos analisados por diferentes profissionais—geólogos, geofísicos e engenheiros — não representa a realidade propriamente dita, mas a conceitualização do especialista. Como resultado, os objetos geológicos modelados assumem representações semânticas distintas e complementares no apoio à tomada de decisões. Para manter os significados pretendidos originalmente, ontologias estão sendo usadas para explicitar a semântica dos modelos e para integrar os dados e arquivos gerados nas etapas da cadeia de exploração. A principal reivindicação deste trabalho é que a interoperabilidade entre modelos da terra construídos e manipulados por diferentes profissionais e sistemas pode ser alcançada evidenciando o significado dos objetos geológicos representados nos modelos. Nós mostramos que ontologias de domínio desenvolvidas com o apoio de conceitos teórico de ontologias de fundamentação demonstraram ser uma ferramenta adequada para esclarecer a semântica dos conceitos geológicos. Nós exemplificamos essa capacidade através da análise dos formatos de comunicação padrões mais utilizados na cadeia de modelagem (LAS, WITSML e RESQML), em busca de entidades semanticamente relacionadas com os conceitos geológicos descritos em ontologias de Geociências. Mostramos como as noções de identidade, rigidez, essencialidade e unidade, aplicadas a conceitos ontológicos, conduzem o modelador à definir mais precisamente os objetos geológicos no modelo. Ao tornar explícitas as propriedades de identidade dos objetos modelados, o modelador pode superar as ambiguidades da terminologia geológica. Ao fazer isso, explicitamos os objetos e propriedades relevantes que podem ser mapeados a partir de um modelo para outro, mesmo quando eles estão representados em diferentes nomes e formatos. / The integration of data issued from autonomous and heterogeneous sources is still a significant problem for an important number of applications. In the oil and gas industry, a large amount of data is generated every day from multiple sources such as seismic data, well data, drilling data, transportation data, and marketing data. However, these data are acquired by the application of different techniques and represented in different standards and formats. Thus, these data exist in a structured form in databases, and in semi-structured forms in spreadsheets and documents such as reports and multimedia collections. To deal with this large amount of information, as well as the heterogeneous data formats of the data, the information needs to be standardized and integrated across systems, disciplines and organizational boundaries. As a result, this information integration will enable better decision making within collaborations, once high quality data will be accessible timely. The petroleum industry depends on the efficient use of these data to the construction of computer models in order to simplify the geological reality and to help understanding it. Such a model, which contains geological objects analyzed by different professionals – geologists, geophysicists and engineers – does not represent the reality itself, but the expert’s conceptualization. As a result, the geological objects modeled assume distinct semantic representations and complementary in supporting decision-making. For keeping the original intended meanings, ontologies were used for expliciting the semantic of the models and for integrating the data and files generated in the various stages of the exploration chain. The major claim of this work is that interoperability among earth models built and manipulated by different professionals and systems can be achieved by making apparent the meaning of the geological objects represented in the models. We show that domain ontologies developed with support of theoretical background of foundational ontologies show to be an adequate tool to clarify the semantic of geology concepts. We exemplify this capability by analyzing the communication standard formats most used in the modeling chain (LAS,WITSML, and RESQML), searching for entities semantically related with the geological concepts described in ontologies for Geosciences. We show how the notions of identity, rigidity, essentiality and unity applied to ontological concepts lead the modeler to more precisely define the geological objects in the model. By making explicit the identity properties of the modeled objects, the modeler who applies data standards can overcome the ambiguities of the geological terminology. In doing that, we clarify which are the relevant objects and properties that can be mapped from one model to another, even when they are represented with different names and formats.

Neste trabalho e proposta a abordagem TempER-Tr, uma técnica de modelagem conceitual, fundamentada em rede de Petri, que integra a especificação das propriedades dinâmicas de um sistema a um modelo de dados temporal do tipo entidade relacionamento. Um modelo ou esquema conceitual descreve as propriedades identificadas de um sistema a ser desenvolvido. Estas propriedades podem ser classificadas em propriedades estáticas e propriedades dinâmicas As propriedades estáticas descrevem os estados que o sistema pode alcançar, enquanto que as propriedades dinâmicas descrevem as transições entre estes estados. A modelagem conceitual das propriedades estáticas é normalmente conhecida como modelagem de dados. A modelagem das propriedades dinâmicas é denominada de modelagem funcional ou comportamental. Mais especificamente, o modelo TempER-Tr é uma extensão de um trabalho anterior, conhecido como ER-Tr. No modelo ER-Tr, para descrever as propriedades estáticas de um sistema utiliza-se o modelo entidade-relacionamento convencional. No modelo TempER-Tr passa-se a adotar um modelo entidade-relacionamento temporal. Aliado a isto, uma nova linguagem de anotação, baseada em SQL, com mais poder de expressão é proposta. O modelo entidade-relacionamento convencional não possui dispositivos de modelagem capazes de especificar restrições que envolvam a associação dos objetos com o tempo, exigindo que isto se faca ao nível da modelagem das propriedades dinâmicas. Em um modelo entidade-relacionamento convencional, os conjuntos de entidades e relacionamentos apresentam apenas duas dimensões: a primeira refere-se as instâncias (linhas) e a segunda aos atributos (colunas). Em uma abordagem entidade relacionamento temporal, uma nova dimensão e acrescentada: o eixo temporal, possibilitando que as restrições temporais decorrentes da associação entre os objetos possam ser especificadas ao nível do modelo estático. Um requisito importante a ser preenchido por um modelo de dados temporal é permitir que em um mesmo diagrama seja possível associar objetos (entidades, relacionamentos ou atributos) temporalizados com objetos não temporalizados. lsto porque em sistemas de informação alguns dados precisam ser explicitamente referenciados ao tempo e outros não, ou porque não mudam com o tempo, ou porque é irrelevante ao usuário saber quando os fatos ocorreram. O modelo de dados temporal proposto neste trabalho, denominado TempER, pressupõe que todas as entidades, sejam elas temporalizadas ou não temporalizadas, apresentam uma "existência", ou seja, uma validade temporal. No caso das entidades temporalizadas esta existência é um subconjunto de pontos do eixo temporal. Em virtude disto são chamadas de entidades transitórias. Em relação as entidades não temporalizadas, e assumido que "existem sempre", ou seja, a sua validade temporal é constante, implícita e igual a todo o eixo temporal. Por isto são denominadas entidades perenes. Tanto as entidades transitórias quanto as entidades perenes, são focalizadas pelo modelo TempER através de duas perspectivas: uma intemporal e outra temporal. Através da perspectiva intemporal as entidades apresentam duas dimensões, semelhança do que ocorre em um modelo entidade-relacionamento convencional. Através da perspectiva temporal as entidades apresentam três dimensões, as duas convencionais e mais o tempo. Enquanto que o modelo de dados temporal descreve as propriedades estáticas de um sistema, o modelo comportamental, a outra face da abordagem TempER-Tr, focaliza as transações executadas no interior do sistema, em resposta a eventos que ocorrem no ambiente externo. Estas transações, quando efetivadas, provocam mudanças de estados no sistema. Entretanto, para estarem habilitadas a ocorrer, é necessário que um determinado conjunto de restrições dinâmicas sejam atendidas, o que se configura em um comportamento análogo ao de uma rede de Petri. O modelo TempER-Tr é completamente mapeável, inclusive o modelo de dados temporal, para a rede CEM, um tipo de rede de Petri de alto nível. Isto permite que a sua semântica seja formalmente especificada e possibilita o aproveitamento das características das redes de Petri. / This dissertation presents TempER-Tr approach. TempER-Tr is a conceptual modeling technique based on Petri nets that integrates the specification of the dynamic properties of system to a temporal entity-relationship data model. A model or conceptual schema describes the identified properties of a system. These properties can be classified into static and dynamic properties. The static properties describe the states that the system can reach, while the dynamic properties describe the transitions between the states. The conceptual modeling of the static properties is usually known as data modeling, while behavioral or functional modeling deals with dynamic properties. The TempER-Tr model is an extension of a model known as ER-Tr. In the ER-Tr model, the conventional entity-relationship model is used to describe the static properties of a system. In the TempER-Tr model, it is adopted a kind of temporal entityrelationship model. In addition, a new notation language is proposed, based on SQL, with more expression power. The conventional entity-relationship model doesn't provide tools to specify constraints that involve the association of objects with the time dimension, requiring that this have to be done at the dynamic properties modeling level. At the conventional entityrelationship model the entities and relationships sets present just two dimensions: the first one is related to the instance (lines) and the second to the attributes (columns). At a temporal entity-relationship approach, a new dimension is added: the time line. This way, the temporal constraints can be specified at the level of the static diagrams. An important requirement to be supplied by any temporal data model is the possibility to relate, into the same diagram, time-varying objects with time-invarying objects. This is due to the fact that in information systems some data need to be explicitly related to time and others don't, either because they don't change with time, or because users don't need to know when the facts occurred. • The temporal data model proposed in this work, nominated TempER, presupposes that all entities, being them time-varying or time-invarying, have an "existence", or a temporal validity. At the time-varying entities, named transitory entities, this existence is a subset of points from the time line. In time-invarying entities, named perennial entities, it is assumed that they "always exist", i.e., their temporal validity is constant, implicit, and equal to all points of the time line. Transitory entities, as much as perennial entities, are focused by the TempER model through two perspectives: a temporal perspective and a non-temporal perspective. Through the non-temporal perspective the entities present two dimensions - lines and columns - similar to a conventional entity-relationship model. Through the temporal perspective the entities present three dimensions: the two conventional dimensions and, in addition, the time dimension. While the temporal data model describes the static properties of a system, the behavioral model in the TempER-Tr approach focus the transactions that are executed by the system, in response to the events that occur at the external environment. A certain set of dynamic constraints must be attended so that transactions are enable to occur. This configures a behavior similar to a Petri net. The TempER-Tr model is completely mappeable, inclusive the temporal data model, to the CEM net, a kind of high level Petri net. This way, the semantic of TempER-Tr model is formally specified. In addition, the utilization of the characteristics of Petri nets is possible.

A integração de dados oriundos de fontes autônomas e heterogêneas ainda é um grande problema para diversas aplicações. Na indústria de petróleo e gás, uma grande quantidade de dados é gerada diariamente a partir de múltiplas fontes, tais como dados sísmicos, dados de poços, dados de perfuração, dados de transporte e dados de marketing. No entanto, estes dados são adquiridos através da aplicação de diferentes técnicas e representados em diferentes formatos e padrões. Assim, estes dados existem de formas estruturadas em banco de dados e de formas semi-estruturadas em planilhas e documentos, tais como relatórios e coleções multimídia. Para lidar com a heterogeneidade dos formatos de dados, a informação precisa ser padronizada e integrada em todos os sistemas, disciplinas e fronteiras organizacionais. Como resultado, este processo de integração permitirá uma melhor tomada de decisão dentro de colaborações, uma vez que dados de alta qualidade poderão ser acessados em tempo hábil. A indústria do petróleo depende do uso eficiente desses dados para a construção de modelos computacionais, a fim de simplificar a realidade geológica e para ajudar a compreende-la. Tal modelo, que contém objetos geológicos analisados por diferentes profissionais—geólogos, geofísicos e engenheiros — não representa a realidade propriamente dita, mas a conceitualização do especialista. Como resultado, os objetos geológicos modelados assumem representações semânticas distintas e complementares no apoio à tomada de decisões. Para manter os significados pretendidos originalmente, ontologias estão sendo usadas para explicitar a semântica dos modelos e para integrar os dados e arquivos gerados nas etapas da cadeia de exploração. A principal reivindicação deste trabalho é que a interoperabilidade entre modelos da terra construídos e manipulados por diferentes profissionais e sistemas pode ser alcançada evidenciando o significado dos objetos geológicos representados nos modelos. Nós mostramos que ontologias de domínio desenvolvidas com o apoio de conceitos teórico de ontologias de fundamentação demonstraram ser uma ferramenta adequada para esclarecer a semântica dos conceitos geológicos. Nós exemplificamos essa capacidade através da análise dos formatos de comunicação padrões mais utilizados na cadeia de modelagem (LAS, WITSML e RESQML), em busca de entidades semanticamente relacionadas com os conceitos geológicos descritos em ontologias de Geociências. Mostramos como as noções de identidade, rigidez, essencialidade e unidade, aplicadas a conceitos ontológicos, conduzem o modelador à definir mais precisamente os objetos geológicos no modelo. Ao tornar explícitas as propriedades de identidade dos objetos modelados, o modelador pode superar as ambiguidades da terminologia geológica. Ao fazer isso, explicitamos os objetos e propriedades relevantes que podem ser mapeados a partir de um modelo para outro, mesmo quando eles estão representados em diferentes nomes e formatos. / The integration of data issued from autonomous and heterogeneous sources is still a significant problem for an important number of applications. In the oil and gas industry, a large amount of data is generated every day from multiple sources such as seismic data, well data, drilling data, transportation data, and marketing data. However, these data are acquired by the application of different techniques and represented in different standards and formats. Thus, these data exist in a structured form in databases, and in semi-structured forms in spreadsheets and documents such as reports and multimedia collections. To deal with this large amount of information, as well as the heterogeneous data formats of the data, the information needs to be standardized and integrated across systems, disciplines and organizational boundaries. As a result, this information integration will enable better decision making within collaborations, once high quality data will be accessible timely. The petroleum industry depends on the efficient use of these data to the construction of computer models in order to simplify the geological reality and to help understanding it. Such a model, which contains geological objects analyzed by different professionals – geologists, geophysicists and engineers – does not represent the reality itself, but the expert’s conceptualization. As a result, the geological objects modeled assume distinct semantic representations and complementary in supporting decision-making. For keeping the original intended meanings, ontologies were used for expliciting the semantic of the models and for integrating the data and files generated in the various stages of the exploration chain. The major claim of this work is that interoperability among earth models built and manipulated by different professionals and systems can be achieved by making apparent the meaning of the geological objects represented in the models. We show that domain ontologies developed with support of theoretical background of foundational ontologies show to be an adequate tool to clarify the semantic of geology concepts. We exemplify this capability by analyzing the communication standard formats most used in the modeling chain (LAS,WITSML, and RESQML), searching for entities semantically related with the geological concepts described in ontologies for Geosciences. We show how the notions of identity, rigidity, essentiality and unity applied to ontological concepts lead the modeler to more precisely define the geological objects in the model. By making explicit the identity properties of the modeled objects, the modeler who applies data standards can overcome the ambiguities of the geological terminology. In doing that, we clarify which are the relevant objects and properties that can be mapped from one model to another, even when they are represented with different names and formats.

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