[pt] Com a evolução da Web atual para a Web Semântica, acredita- se que as informações disponíveis estarão estruturadas de forma a permitir o processamento automático de seu conteúdo por máquinas. Além do processamento individual, deseja-se uma melhor troca de informações entre aplicações Web. Para estes propósitos, são necessários mecanismos que garantam a interoperabilidade semântica, i.e., identificação e compatibilidade de informações. Neste sentido, ontologias são utilizadas como um recurso para disponibilizar um vocabulário estruturado e livre de ambigüidades. Ontologias fornecem um padrão bem definido para a estruturação da informação e promovem um formalismo passível de processamento automático. Neste trabalho, propomos uma estratégia para interoperabilidade de ontologias. O Componente para Alinhamento Taxonômico de Ontologias - CATO, resultado da implementação desta estratégia proposta, alinha automaticamente as taxonomias de ontologias comparadas. O alinhamento realizado é obtido em três etapas executadas seqüencialmente. A primeira etapa compara lexicalmente os conceitos das ontologias entradas e usa um mecanismo de poda estrutural dos conceitos associados como condição de parada. A segunda etapa compara estruturalmente as hierarquias das ontologias identificando as similaridades entre suas sub-árvores comuns. A terceira etapa refina os resultados da etapa anterior classificando os conceitos identificados como similares em bem similares ou pouco similares, de acordo com um percentual de similaridade prédefinido. / [en] With the Web evolving towards a Semantic Web, it is believed that the available information will be presented in a meaningful way to allow machines to automatically process its content. Besides the individual processing, a better information exchange among Web applications is desired. For this purpose, mechanisms are called for guarantee the semantic interoperability, that is, the identification and compatibility of information. In this direction, ontologies are used as one resource to make available a structured vocabulary, free of ambiguities. Ontologies provide a well-defined standard to structure the information and to promote formalism for automatic processing. In this work, we propose one strategy for ontology interoperability. The Ontology Taxonomic Alignment Component - CATO, which is the result of the implementation of this proposed strategy, provides an automatic taxonomic ontologies alignment. In this way, the alignment is obtained by a three-step process. The first step is the lexical comparison between the concepts from the entries ontologies. It uses a trimming mechanism of the related associated concepts as a stop condition. The second step is the structural comparison of the ontologies structures used to identify the similarities between common sub-trees. The third step refines the results of the previous step, classifying the similar identified concepts as very similar or little similar, according to a pre-defined similarity measurement.

[ES] Internet de las Cosas (IoT) es un paradigma tecnológico que está transformando y revolucionando el mundo en el cual vivimos, liderando la transformación digital y generando enormes posibilidades desde el punto de vista tecnológico que pueden solucionar grandes problemas y retos en nuestra sociedad y efectuar cambios profundos en nuestra economía e industria, y transformar nuestra vida cotidiana . Sin embargo, para poder obtener estos grandes beneficios y explotar todo su potencial todavía hace falta abordar y resolver grandes retos tecnológicos asociados. La interoperabilidad es el mayor reto tecnológico del paradigma IoT, conjuntamente con la seguridad, a causa de la vasta heterogeneidad inherente del universo IoT a todos los niveles y la falta de una estandarización global aceptada de facto capaz de alinear sus diferentes elementos y aspectos, que actualmente no se considera viable conseguir. La capacidad de elementos y sistemas de comunicarse y compartir información de manera efectiva entre ellos habilita intercambios de información relevante, coordinación o cooperación entre sí y sinergias. La fragmentación de la información de sistemas IoT y falta inherente de interoperabilidad en este paradigma causa graves problemas económicos y tecnológicos, e impide las sinergias entre sistemas. Se considera que la carencia de interoperabilidad es el mayor obstáculo para la formación de un ecosistema global de IoT, un hito en la transformación digital, puesto que impide la integración horizontal de mercados verticales y deja una gran fragmentación entre los sistemas basados en información obtenida con la tecnología IoT. IoT, uno de los paradigmas o habilitadores clave de la transformación digital, está enormemente limitada por carencias de interoperabilidad, que impiden su crecimiento, evolución y despliegue de todo su potencial. Es absolutamente crítico resolver el problema de falta intrínseca de interoperabilidad entre plataformas IoT para poder avanzar tecnológicamente hacia el Internet del Futuro, la Nueva Generación de IoT y la digitalización del mundo. La habilitación de la interoperabilidad entre sistemas y a lo largo de los sistemas, para conseguir un ecosistema interconexionado global, es un reto complejo y de múltiples facetas. Entre ellas, la interoperabilidad semántica, que implica el entendimiento completo, automático y sin ambigüedades de la información compartida entre sistemas, es singularmente compleja de obtener entre plataformas IoT a causa de la alta heterogeneidad entre sus modelos de información. En esta tesis se abarca el estudio, diseño, especificación, implementación y validación de habilitadores digitales (herramientas tecnológicas que promueven la digitalización del mundo) para establecer interoperabilidad en IoT en diferentes niveles (técnico, sintáctico, semántico) con especial enfoque en la interoperabilidad semántica entre plataformas heterogéneas, uno de los retos técnicos más complejos actualmente en IoT. También se abordan en el estudio y construcción de estos habilitadores temas a resolver de Internet del Futuro y la Nueva Generación de Internet de las Cosas. / [CA] Internet de les Coses (IoT) és un paradigma tecnològic que està transformant i revolucionant el món en el qual vivim, liderant la transformació digital i generant enormes possibilitats des del punt de vista tecnològic que poden solucionar grans problemes i reptes en la nostra societat i efectuar canvis profunds en la nostra economia i indústria, i transformar la nostra vida quotidiana. No obstant això, per a poder obtindre aquests grans beneficis i explotar tot el seu potencial encara fa falta abordar i resoldre grans reptes tecnològics associats. La interoperabilitat és el major repte tecnològic del paradigma IoT, conjuntament amb la seguretat, a causa de la vasta heterogeneïtat inherent de l'univers IoT a tots els nivells i la falta d'una estandardització global acceptada de facto capaç d'alinear els seus diferents elements i aspectes, que actualment no es considera viable aconseguir. La capacitat d'elements i sistemes de comunicar-se i compartir informació de manera efectiva entre ells habilita intercanvis d'informació rellevant, coordinació o cooperació entre si i sinergies. La fragmentació de la informació de sistemes IoT i falta inherent d'interoperabilitat en aquest paradigma causa greus problemes econòmics i tecnològics, i impedeix les sinergies entre sistemes. Es considera que la manca d'interoperabilitat és el major obstacle per a la formació d'un ecosistema global de IoT, una fita en la transformació digital, ja que impedeix la integració horitzontal de mercats verticals i deixa una gran fragmentació entre els sistemes basats en informació obtinguda amb la tecnologia IoT. La IoT, un dels paradigmes o habilitadors clau de la transformació digital, està enormement limitada per manques d'interoperabilitat, que impedeixen el seu creixement, evolució i desplegament de tot el seu potencial. És absolutament crític resoldre el problema de falta intrínseca d'interoperabilitat entre plataformes IoT per a poder avançar tecnològicament cap a la Internet del Futur, la Nova Generació de IoT i la digitalització del món. L'habilitació de la interoperabilitat entre sistemes i al llarg dels sistemes, per a aconseguir un ecosistema interconnectat global, és un repte complex i de múltiples facetes. Entre elles, la interoperabilitat semàntica, que implica l'enteniment complet, automàtic i sense ambigüitats de la informació compartida entre sistemes, és singularment complexa d'obtindre entre plataformes IoT a causa de l'alta heterogeneïtat entre els seus models d'informació. En aquesta tesi s'abasta l'estudi, disseny, especificació, implementació i validació d'habilitadors digitals (eines tecnològiques que promouen la digitalització del món) per a establir interoperabilitat en IoT en diferents nivells (tècnic, sintàctic, semàntic) amb especial enfocament en la interoperabilitat semàntica entre plataformes heterogènies, un dels reptes tècnics més complexos actualment en IoT. També s'aborden en l'estudi i construcció d'aquests habilitadors temes a resoldre d'Internet del Futur i la Nova Generació d'Internet de les Coses. / [EN] The Internet of Things (IoT) is a technological paradigm that is transforming and revolutionising the world we live in, leading the digital transformation and generating enormous technological possibilities that could solve major challenges in our society, effect profound changes in our economy and industry and transform our daily lives. However, in order to realise these great benefits and exploit IoT's full potential, there are major associated technological challenges to be addressed and solved. Interoperability is the biggest technological challenge of the IoT paradigm, together with security, because of the vast inherent heterogeneity in IoT at all levels and the lack of a de facto global standard capable of aligning its different elements and aspects, which is currently not considered feasible to achieve. The ability of elements and systems to communicate and share information effectively with each other enables exchanges of relevant information, coordination or cooperation with each other and synergies. The fragmentation of information in IoT systems and inherent lack of interoperability in this paradigm causes serious economic and technological problems, and prevents synergies between systems. The lack of interoperability is considered to be the biggest obstacle to the formation of a global IoT ecosystem, a milestone in the digital transformation, as it prevents horizontal integration of vertical markets and leaves a large fragmentation between systems based on IoT-derived information. IoT, one of the key paradigms or enablers of digital transformation, is severely constrained by interoperability gaps, which impede its growth, evolution and deployment of its full potential. It is absolutely critical to solve the problem of intrinsic lack of interoperability between IoT platforms in order to move technologically towards the Future Internet, the Next Generation IoT and the digitisation of the world. The enablement of interoperability between and across systems to achieve a globally interconnected ecosystem is a complex and multi-faceted challenge. Among them, semantic interoperability, which implies an automatic unambiguous understanding of the information shared between systems, is hardly feasible between IoT platforms due to the high heterogeneity of information models. This thesis covers the study, design, specification, implementation and validation of digital enablers to establish IoT interoperability at different levels (technical, syntactic, semantic) with special focus on semantic interoperability between heterogeneous platforms, one of the most complex technical challenges currently in IoT. The study and construction of these enablers also address issues to solve in the Future Internet and the Next Generation of the Internet of Things. / González Usach, R. (2022). Diseño, especificación, implementación y validación de habilitadores digitales para la interoperabilidad de plataformas de Internet de las cosas (IoT) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181643 / TESIS

The evolution of IoT has revolutionized industrial automation. Industrial devices at every level such as field devices, control devices, enterprise level devices etc., are connected to the Internet, where they can be accessed easily. It has significantly changed the way applications are developed on the industrial automation systems. It led to the paradigm shift where novel IoT application development tools such as Node-RED can be used to develop complex industrial applications as IoT orchestrations. However, in the current state, these applications are bound strictly to devices from specific vendors and ecosystems. They cannot be re-used with devices from other vendors and platforms, since the applications are not semantically interoperable. For this purpose, it is desirable to use platform-independent, vendor-neutral application templates for common automation tasks. However, in the current state in Node-RED such reusable and interoperable application templates cannot be developed. The interoperability problem at the data level can be addressed in IoT, using Semantic Web (SW) technologies. However, for an industrial engineer or an IoT application developer, SW technologies are not very easy to use. In order to enable efficient use of SW technologies to create interoperable IoT applications, novel IoT tools are required. For this purpose, in this paper we propose a novel semantic extension to the widely used Node-RED tool by introducing semantic definitions such as iot.schema.org semantic models into Node-RED. The tool guides a non-expert in semantic technologies such as a device vendor, a machine builder to configure the semantics of a device consistently. Moreover, it also enables an engineer, IoT application developer to design and develop semantically interoperable IoT applications with minimal effort. Our approach accelerates the application development process by introducing novel semantic application templates called Recipes in Node-RED. Using Recipes, complex application development tasks such as skill matching between Recipes and existing things can be automated.We will present the approach to perform automated skill matching on the Cloud or on the Edge of an automation system. We performed quantitative and qualitative evaluation of our approach to test the feasibility and scalability of the approach in real world scenarios. The results of the evaluation are presented and discussed in the paper. / Die Entwicklung des Internet der Dinge (IoT) hat die industrielle Automatisierung revolutioniert. Industrielle Geräte auf allen Ebenen wie Feldgeräte, Steuergeräte, Geräte auf Unternehmensebene usw. sind mit dem Internet verbunden, wodurch problemlos auf sie zugegriffen werden kann. Es hat die Art und Weise, wie Anwendungen auf industriellen Automatisierungssystemen entwickelt werden, deutlich verändert. Es führte zum Paradigmenwechsel, wo neuartige IoT Anwendungsentwicklungstools, wie Node-RED, verwendet werden können, um komplexe industrielle Anwendungen als IoT-Orchestrierungen zu entwickeln. Aktuell sind diese Anwendungen jedoch ausschließlich an Geräte bestimmter Anbieter und Ökosysteme gebunden. Sie können nicht mit Geräten anderer Anbieter und Plattformen verbunden werden, da die Anwendungen nicht semantisch interoperabel sind. Daher ist es wünschenswert, plattformunabhängige, herstellerneutrale Anwendungsvorlagen für allgemeine Automatisierungsaufgaben zu verwenden. Im aktuellen Status von Node-RED können solche wiederverwendbaren und interoperablen Anwendungsvorlagen jedoch nicht entwickelt werden. Diese Interoperabilitätsprobleme auf Datenebene können im IoT mithilfe von Semantic Web (SW) -Technologien behoben werden. Für Ingenieure oder Entwickler von IoT-Anwendungen sind SW-Technologien nicht sehr einfach zu verwenden. Zur Erstellung interoperabler IoT-Anwendungen sind daher neuartige IoT-Tools erforderlich. Zu diesem Zweck schlagen wir eine neuartige semantische Erweiterung des weit verbreiteten Node-RED-Tools vor, indem wir semantische Definitionen wie iot.schema.org in die semantischen Modelle von NODE-Red einführen. Das Tool leitet einen Gerätehersteller oder Maschinebauer, die keine Experten in semantische Technologien sind, an um die Semantik eines Geräts konsistent zu konfigurieren. Darüber hinaus ermöglicht es auch einem Ingenieur oder IoT-Anwendungsentwickler, semantische, interoperable IoT-Anwendungen mit minimalem Aufwand zu entwerfen und entwicklen Unser Ansatz beschleunigt die Anwendungsentwicklungsprozesse durch Einführung neuartiger semantischer Anwendungsvorlagen namens Rezepte für Node-RED. Durch die Verwendung von Rezepten können komplexe Anwendungsentwicklungsaufgaben wie das Abgleichen von Funktionen zwischen Rezepten und vorhandenen Strukturen automatisiert werden. Wir demonstrieren Skill-Matching in der Cloud oder am Industrial Edge eines Automatisierungssystems. Wir haben dafür quantitative und qualitative Bewertung unseres Ansatzes durchgeführt, um die Machbarkeit und Skalierbarkeit des Ansatzes in realen Szenarien zu testen. Die Ergebnisse der Bewertung werden in dieser Arbeit vorgestellt und diskutiert.

In healthcare, vulnerable populations that are using medications with a narrow therapeutic index and wide interpatient PK/PD (pharmacokinetic/pharmacodynamic modelling) variability are increasing. As such, variable dosage regimens may result in severe therapeutic failures or adverse drug reactions (ADR). Improved monitoring of patient response to medication and personalization of treatment is therefore warranted. Precision dosing aims to individualize drug regimens for each patient based on independent factors obtained from a patient’s clinical records. Personalization of dosing increases the accuracy and efficiency of medication delivery. This can be achieved through utilizing the wide range of Electronic Health Records (EHR) contain the patients’ medical history, diagnoses, laboratory test results, demographics, treatment plans, biomarker data; information that can be exploited to generate a patient-specific treatment regimen. For example, Fast Healthcare Interoperability Resources (FHIR) is an existing healthcare standard that provides a framework on which semantic exchange of meaningful clinical information can be developed such as using an ontology as a decision support tool to achieve precision medicine. The purpose of this thesis is to make an investigation of the feasibility of interoperability in EHR and propose an ontology framework for precision dosing using currently existing health standards. The methodology involved carrying out of semi-structured interviews from professionals in relevant areas of expertise and document analysis of already existent literature, a precision dosing ontology framework is developed. Results show key tenants for an ontology framework and drugs and their covariates. The thesis therefore advances to investigate how data requirements in EHR systems, IT platforms, implementation, and integration of Model Imposed Precision Dosing (MIPD) and recommendations have been evaluated to cater to interoperability. With modern healthcare striving for personalized healthcare, precision medicine would offer an improved therapeutic experience for a patient.

Els datasets geogràfics representen la realitat mitjançant un conjunt d'entitats temàtiques que sovint no estan definides d'una manera precisa i que diferents persones poden entendre de diferents formes. La integració d'informació geogràfica provinent de diverses fonts presenta un important repte des del punt de vista semàntic. En aquesta tesi es proposa una solució a aquest problema basada en la definició d'un marc semàntic el nucli del qual és una ontologia que representa els conceptes temàtics en un repositori de datasets, així com les relacions entre aquests conceptes. També es proposa un mètode semi-automàtic per fusionar les ontologies d'aplicació dels datasets en el repositori. El marc semàntic permet també la definició de serveis semàntics, en concret la integració en un nou dataset d'informació temàtica provinent de diverses fonts. Finalment, el marc semàntic i els seus serveis s'utilitzaran en un sistema d'indexació i recuperació d'elements multimèdia geo-referenciats a partir del seu contingut geogràfic temàtic. / Los datasets geográficos representan la realidad mediante un conjunto de entidades temáticas que a menudo no están definidas de una manera precisa y que diferentes sujetos pueden entender de distintas formas. La integración de información geográfica proveniente de diversas fuentes presenta un importante reto desde el punto de vista semántico. En esta tesis se propone una solución a este problema basada en la definición de un marco semántico cuyo núcleo es una ontología que representa los conceptos temáticos en un repositorio de datasets, así como las relaciones entre dichos conceptos. También se propone un método semi-automático para fusionar las ontologías de aplicación de los datasets en el repositorio. El marco semántico permite además la definición de servicios semánticos, en concreto la integración en un nuevo dataset de información temática proveniente de diversas fuentes. Finalmente, el marco semántico y sus servicios se utilizarán en un sistema de indexación y recuperación de elementos multimedia geo-referenciados a partir de su contenido geográfico temático. / Geographic datasets represent reality through a set of thematic entities that are often not precisely defined and that may be understood in different ways by different subjects. Integrating geographic information from diverse datasets presents an important challenge from the semantic point of view. A solution to this problem is proposed in this thesis based on the definition of a semantic framework whose core is an ontology that represents the thematic concepts in a repository of datasets as well as their relations. A semi-automatic method is also proposed to merge the application ontologies of the datasets in the repository. The semantic framework supports the definition of semantic services, particularly the integration of the thematic information from diverse datasets in a new one. Finally, the semantic framework and its services have been used in the context of indexing and retrieving geo-referenced multimedia elements based on their thematic geographic content.

[ES] La consistencia de los datos de la HCE, como dimensión de la calidad, se considera un requisito esencial para la mejora de la prestación de la asistencia sanitaria, los procesos de toma de decisiones clínicas y la promoción de la investigación clínica. En este contexto, la cooperación entre la información y los modelos de dominio se considera esencial en la literatura, pero la comunidad científica no la ha abordado adecuadamente hasta la fecha. La contribución principal de esta tesis es el desarrollo de métodos y herramientas para la inclusión de expresiones de enlaces terminológicos en reglas de consistencia. Las contribuciones específicas son: - Definición de un método para ejecutar ECs sobre una base de datos de SNOMED CT orientada a grafos. - Definición de métodos para simplificar ECs antes y después de su ejecución, y su validación semántica conforme al Machine Readable Concept Model de SNOMED CT (MRCM). - Definición de un método para visualizar, explorar dinámicamente, comprender y validar subconjuntos de SNOMED CT. - Desarrollo de SNQuery, una plataforma que ejecuta, simplifica y valida ECs y visualiza los subconjuntos resultantes. - Definición de EHRules, un lenguaje de expresiones basado en el openEHR Expression Language para la especificación de reglas de consistencia en arquetipos, incluido el enlace terminológico de contenido, con el fin de enriquecer los arquetipos con conocimiento del dominio. - Definición de un método para ejecutar las expresiones de EHRules con el fin de validar la consistencia de los datos de la HCE mediante la ejecución de dichas expresiones sobre instancias de datos de pacientes. Nuestro objetivo es que estas contribuciones ayuden a mejorar la calidad de la HCE, ya que proporcionan métodos y herramientas para la validación y mejora de la consistencia de los datos de la HCE. Pretendemos, además, mediante la definición de enlaces de contenido entre modelos de información y terminologías clínicas, elevar el nivel de interoperabilidad semántica, para lo cual la definición de enlaces terminológicos es crucial. / [CA] La consistència de les dades de la HCE, com a dimensió de la qualitat, es considera un requisit essencial per a la millora de la prestació de l'assistència sanitària, els processos de presa de decisions clíniques i la promoció de la investigació clínica. En aquest context, la cooperació entre la informació i els models de domini es considera essencial en la literatura, però la comunitat científica no l'ha abordada adequadament fins hui. La contribució principal d'aquesta tesi és el desenvolupament de mètodes i ferramentes per a la inclusió d'expressions d'enllaços terminològics en regles de consistència. Les contribucions específiques són: - Definició d'un mètode per a executar ECs sobre una base de dades de SNOMED CT orientada a grafs. - Definició de mètodes per a simplificar ECs abans i després de la seua execució, i la seua validació semàntica conforme al Machine Readable Concept Model de SNOMED CT (MRCM). - Definició d'un mètode per a visualitzar, explorar dinàmicament, comprendre i validar subconjunts de SNOMED CT. - Desenvolupament de SNQuery, una plataforma que executa, simplifica i valida ECs i visualitza els subconjunts resultants. - Definició de EHRules, un llenguatge d'expressions basat en l'openEHR Expression Language per a l'especificació de regles de consistència en arquetips, inclòs l'enllaç terminològic de contingut, amb la finalitat d'enriquir els arquetips amb coneixement del domini. - Definició d'un mètode per a executar les expressions de EHRules amb la finalitat de validar la consistència de les dades de la HCE mitjançant l'execució d'aquestes expressions sobre instàncies de dades de pacients. El nostre objectiu és que aquestes contribucions ajuden a millorar la qualitat de la HCE, ja que proporcionen mètodes i ferramentes per a la validació i millora de la consistència de les dades de la HCE. Pretenem, a més, mitjançant la definició d'enllaços de contingut entre models d'informació i terminologies clíniques, elevar el nivell d'interoperabilitat semàntica, per a la qual cosa la definició d'enllaços terminològics és crucial. / [EN] Consistency of EHR data, as a dimension of quality, is considered an essential requirement to the improvement of healthcare delivery, clinical decision-making processes, and the promotion of clinical research. In this context, cooperation between information and domain models has been considered essential in the literature, but it has not been adequately addressed by the scientific community to date. The main contribution of this thesis is the development of methods and tools for the inclusion of terminology binding expressions in consistency rules. Specific contributions are: - Definition of a method to execute ECs over a SNOMED CT graph-oriented database. - Definition of methods to simplify ECs before and after its execution and semantic validation according to the SNOMED CT Machine Readable Concept Model (MRCM). - Definition of a method to visualize, dynamically explore, understand and validate SNOMED CT subsets. - Development of SNQuery, an execution platform that executes, simplifies and validates ECs, and visualizes the resulting subsets. - Definition of EHRules, an expression language based on the openEHR Expression Language for the specification of consistency expressions in archetypes, including value set bindings, in order to enrich archetypes with domain knowledge. - Definition of a method to execute EHRules expressions in order to validate the consistency of EHR data by executing such rules over patient data instances. Our objective is that these contributions help to enhance the quality of EHR, as they provide methods and tools for the validation and enhancement of the EHR data consistency. We also intend, by defining value set bindings between information models and clinical terminologies, to raise the level of semantic interoperability, for which the definition of terminological bindings is crucial. / This thesis was partially funded by Ministerio de Economía y Competitividad, “Doctorados Industriales”, grant DIN2018-009951, and by Universitat Politècnica de València, “Formación de Personal Investigador” (FPI-UPV). / Giménez Solano, VM. (2021). Enrichment of Archetypes with Domain Knowledge to Enhance the Consistency of Electronic Health Records [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/180082 / TESIS