Dissertation (PhD) [to english version]

Proefschrift

PRECEDENT-GEBASEERDE SYSTEMEN

Samenvatting

Technische Universiteit Delft,
2 juni 1998

1 Introductie (inleiding & vraagstelling)
2 Kennisdomein (veiligheid & gebouwde omgeving)
3 Discours analyse (analyse teksten over veiligheid)
4 Argumentatie & representatie (kennis opgeslagen in tekst)
5 Afbeelding & representatie (kennis opgeslagen in beeld)
6 Demonstratie (van het systeem PREDORE)
7 Conclusie (toekomstschets)


1 Introductie (inleiding & vraagstelling)

Is het mogelijk om (stede)bouwkundige kennis in een zogenaamde kennis-gebaseerde computerapplicatie onder te brengen? Deze vraag is onderzocht voor een subdomein van (stede)bouwkundige kennis, namelijk 'situationele criminaliteitspreventie', in het bijzonder de relatie tussen gebouwde omgeving en veilig heid.
Het kennisdomein en de praktische reikwijdte van veel systemen uit de jaren tachtig is bescheiden gebleven. Dit heeft te maken met de regel-gebaseerde werking van deze systemen. Regels zijn minder goed in staat om de ambigue concepten en de onvoorspelbare context van het gekozen kennisdomein vast te leggen.
Onderzocht is in hoeverre tekortkomingen die kleven aan regel- gebaseerde toepassingen mogelijk te ondervangen zijn met casus-, of precedent-gebaseerde toepassingen (ook wel aangeduid als 'case-based' systemen).
Het disambigueren van de probleemsituatie, alsmede het afwegen van verschillende aspecten met betrekking tot die context of het bouwwerk zelf, vertegenwoordigen tezamen de opgave die bij beslissingsondersteuning moet worden opgelost. De vraagstelling luidt daarom als volgt: hoe is een precedent-gebaseerd systeem te ontwikkelen dat adequaat kan omgaan met het probleem van disambiguering en afweging?

[terug]

2 Kennisdomein (veiligheid & gebouwde omgeving)

Veiligheid en criminaliteitspreventie worden in Nederland sinds de jaren tachtig in verband gebracht met stedebouwkundige en bouwtechnische kwesties. Er is een nieuw, bouwkundig georinteerd kennisdomein ontstaan. Men veronderstelt dat de kwaliteit van de gebouwde omgeving in belangrijke mate van invloed is op het ontstaan van criminaliteit en gevoelens van onveiligheid. De veiligheid kan worden vergroot: door het uitvoeren van (stede)bouwkundige, technische en sociale ingrepen enerzijds en het treffen van organisatorische maatregelen anderzijds is het mogelijk om de criminaliteit terug te brengen en het gevoel van veiligheid te verbeteren.
Controlelijsten kunnen het kennisdomein samenvatten, maar incorporeren onvoldoende expertise. Lijsten zijn nauwelijks in staat om de context te disambigueren. Bovendien geven ze geen uitsluitsel over de wijze waarop de verschillende controlepunten (en onderliggende vuistregels) tegen elkaar afgewogen moeten worden.

Een precedent kan daarentegen worden opgevat als een documentatie van een complete situatie (bestaand of ontworpen). Het omvat kennis en informatie over zowel de context als het object zelf. Bovendien representeert het een bepaalde oplossing; het ontworpen of reeds bestaande object is de uitkomst van een proces waarin verschillende aspecten - met betrekking tot de context en het object zelf - tegen elkaar afgewogen zijn. Zo is het aspect veiligheid afgewogen tegen andere aspecten. Ook is bepaald hoe het object zich tot zijn context verhoudt.
Er zijn voor deze studie twee precedenten, respectievelijk binnen de categorieën openbaar domein (OR) en woningbouw (WB), geselecteerd. Deze keuze garandeert dat de huidige (stede)bouwkundige praktijk voldoende representatief in het onderzoek wordt opgenomen.

[terug]

3 Discours analyse (analyse teksten over veiligheid)

Het genereren van domeinspecifieke principes vormt een geschikte methode voor kennisacquisitie. Hierbij kan semantische discoursanalyse als analysetechniek gebruikt worden om op empirische wijze domeinprincipes (in de vorm van tekst) te eliciteren en te reconstrueren als een gestructureerd, voor het kennisdomein specifiek betoog. Bij twee tekstfragmenten (betrekking hebbend op precedent OR) is deze techniek met succes toegepast.
De semantische discoursanalyse brengt echter onvoldoende de argumentatie in beeld die ten grondslag ligt aan het betoog uit de beide tekstfragmenten. Voor een adequate representatie van domeinkennis is het echter wel noodzakelijk deze argumentatie te expliciteren.

[terug]

4 Argumentatie & representatie (kennisopgeslagen in tekst)

Het model van Toulmin biedt een schema waarin de status van verschillende componenten van een domeinspecifieke argumenta tie in hun systematische samenhang worden gerepresenteerd. Het model biedt de mogelijkheid de relaties tussen de verschil lende concepten weer te geven als argumentatieve beschrijvingen.
De toepassingsmogelijkheden van het model zijn onderzocht aan de hand van het woningbouwprecedent WB. Toulmins model biedt een algemeen kader waarbinnen het praktisch en/of vakinhoudelijk redeneren kan worden gerepresenteerd. Applicatie is in beginsel mogelijk op het gebied van kennisrepresentatie. Het model kan gebruikt worden om de domeinkennis, in de vorm van een precedent, te documenteren.

[terug]

5 Afbeelding & representatie (kennis opgeslagen in beeld)

Het (stede)bouwkundig kennisdomein, en daarmee ook de veilig heidsaspecten van de gebouwde omgeving, is behalve in tekst ook in visueel materiaal gematerialiseerd, zoals tekeningen. Bovendien kan dit materiaal in het denken (analyseren, ontwerpen, etc.) van domeinexperts een belangrijke rol spelen. Er is een met domeinspecifieke tekstuele argumentatie vergelijkbare (re)constructie noodzakelijk teneinde informatie en kennis uit de afbeelding te modelleren. Verschillende typen symboolsystemen kunnen verschillende aspecten van de gebouwde omgeving (visueel) representeren. Het hangt af van het aspect matig gebruik en de context of een bepaald systeem te prefereren is boven een ander systeem van representatie.
Er zijn ten minste vijf aspecten relevant, namelijk: de biologisch waargenomen, of fotorealistische werkelijkheid, de fysieke werkelijkheid, de territoriale zonering (qua gebruik en status), de ruimtelijke structuur, of syntax, en ten slotte zowel de fysieke als de visuele relaties. Deze aspecten corresponderen met vijf representaties: de fotografische, de bouwkundige/topografische, de schematische, de syntactische en de topologische representatie. Elke representatie wordt telkens toegepast op vier niveaus van ruimtelijke organisatie. Met behulp van de zogenaamde TCC-methodiek (topografische criminaliteitscodering) blijkt het verder mogelijk om het zesde aspect, veiligheid zelf, expliciet te maken in een visuele representatie. De zes aspecten en hun representaties vormen het raamwerk van de te ontwikkelen beeldrepresentatie voor het systeem PREDORE (PREcedent DOcumentatie en REgistratie).

[terug]

6 Demonstratie (van het systeem PREDORE)

'Case-based reasoning'-systemen (CBR-systemen) kunnen hun gebruikers ondersteunen bij het nemen van beslissingen. Op vergelijkbare wijze kan daarom een precedent-gebaseerd systeem de individuele politiefunctionaris ondersteunen. PREDORE is een CBR-systeem. De precedenten in dit systeem voorzien de politiële adviseur en eventuele andere gebruikers, zoals architecten en bestuurders, van gegevens, informatie en kennis op basis waarvan zij zich een oordeel kunnen vormen.
Behalve voor beslissingsondersteuning kan PREDORE gebruikt worden voor onderwijs, onderzoek en gegevensopslag. De beslissingsondersteunende functie van dit systeem is in de eerste plaats bedoeld voor evaluerende werkzaamheden van politiefunctionarissen, maar ook voor die van ontwerpers, managers en bestuurders.
De gegevens-, informatie- en kennisstructuur van PREDORE omvat een hypermedia-module en een relationele database die tezamen het materiaal leveren waaruit de precedenten worden opgebouwd. Elk precedent is geëndexeerd en kan op verschillende manieren worden opgevraagd en bekeken.

[terug]

7 Conclusie (toekomstschets)

Het is in beginsel mogelijk om een precedent-gebaseerd systeem te ontwikkelen dat adequaat kan omgaan met het probleem van disambiguering en afweging. De onderzoeksresultaten wijzen uit dat (stede)bouwkundige kennis kan worden ondergebracht in een kennis-gebaseerde computerapplicatie. Feitelijk wordt van het geselecteerde kennisdomein gebruikgemaakt; bovendien kan het worden gedocumenteerd met behulp van precedenten.
Het gebruik van het systeem PREDORE is te evalueren met behulp van drie technieken. In toekomstig onderzoek kan worden nagegaan of het domein ervan uit te breiden is met andere subdomeinen van veiligheid. Vervolgonderzoek zou gericht kunnen zijn op de vraag of ook andere (stede)bouwkundige kennisdomeinen in een precedent-gebaseerd systeem zoals PREDORE zijn onder te brengen.
Verder is op een groot aantal precedenten gebaseerd empirisch onderzoek denkbaar naar het verband tussen eigenschappen van de gebouwde omgeving enerzijds en het gebruik c.q. de veiligheid anderzijds.
Thematische selectie van precedenten met behulp van controle lijsten of normbladen vertegenwoordigt een eventuele toekomstige toepassing. Een tweede mogelijkheid is de koppeling van PREDORE aan een GIS. In een derde toepassing worden de reeds beschikbare representaties enigszins aangepast en technisch omgezet naar HTML-documenten ten behoeve van een internetversie van PREDORE.

[terug]

Dissertation (PhD)

PRECEDENT-BASED SYSTEMS

Summary

University of Technology Delft,
Netherlands
June 2nd 1998

1 Introduction (preface & problem)
2 Knowledge domain (safety & built environment)
3 Discourse analysis (text analysis on safety)
4 Argumentation & representation (knowledge stored as text)
5 Image & representation (knowledge stored as image)
6 Demonstration (of the system PREDORE)
7 Conclusion (sketch of future)


1 Introduction (preface & problem)

Can knowledge of architecture and urban planning be incorporated in a so-called knowledge-based computer application? This question has been investigated with regard to a sub-domain of architecture and urban planning, so-called 'situational crime prevention', especially where the relationship between built environment and security is concerned.
The knowledge domain and the practical impact of many systems of the eighties have remained small as a consequence of the rule- based operation of these systems. Rules are less suitable for defining the ambiguous concepts and the unpredictable context of the knowledge domain in question. Investigations have been made to find out whether the disadvantages of rule-based applications can be overcome by case-, or precedent-based applications.
The two problems that should be solved with regard to decision support are disambiguating the problem situation, as well as balancing various aspects of the context or the built object itself. For that reason the following question has been phrased: how to develop a precedent-based system that can adequately deal with the issues of disambiguating and balancing?

[top]
[back]

2 Knowledge domain (safety & built environment)

Since the eighties, security and crime prevention have been linked to questions of urban planning and architecture in the Netherlands. A new domain of architecture-related knowledge has come into being. It is assumed that the quality of the built environment affects the arise of crime and feelings of unsafety to a considerable extent. Security can be improved: intervention in the field of urban planning, architecture and social matters on the one hand and organizing measures on the other can reduce crime and improve the feeling of safety.
It is possible to have the knowledge domain included in checklists, however, these lists insufficiently incorporate expertise. Lists can hardly disambiguate the context. Besides, they do not give a definite answer on how the various checkpoints (and the under- lying rules of thumb) should be balanced against each other. A precedent, on the other hand, can be regarded as documenting an overall situation (either existing or designed). It includes knowledge and information about the context as well as the object itself. In addition, it represents a certain solution; the design or the already existing object is the result of a process of balancing several aspects concerning both context and the object itself.
The aspect of security, for example, has been balanced with other aspects. Also the relationship between the object and its context has been determined. For this study, two precedents have been selected, from the categories public domain (OR) and housing (WB) respectively. This selection guarantees an adequate mirror of present-day practice of architecture and urban planning.

[top]
[back]

3 Discourse analysis (text analysis on safety)

Generating domain-specific principles is a suitable method of knowledge acquisition. Semantic discourse analysis can be used as a technique of analysis. In this respect, domain principles (in the form of text) can be elicited in an empirical way and can be reconstructed into a structured line of reasoning specific for this knowledge domain.
This technique has successfully been used with two text fragments (referring to the OR precedent). However, the semantic discourse analysis insufficiently depicts the argumentation on which the line of reasoning of both text fragments is based. For an adequate representation of domain knowledge this argumentation should be made explicit.

[top]
[back]

4 Argumentation & representation (knowledge stored as text)

Toulmin's model provides a scheme representing the status of various components of a domain-specific argumentation in their systematic coherence. Using this model, it is possible to represent the relationships between the various concepts as argumentative descriptions.
The model's applicability has been investigated by using the WB housing precedent. Toulmin's model provides an overall framework in which practical and/or professional reasoning can be represented. In principle, application is possible in the field of knowledge representation. The model can be used for documenting domain knowledge in the form of a precedent.

[top]
[back]

5 Image & representation (knowledge stored as image)

The knowledge domain of architecture and urban planning, including security aspects of the built environment, has not only been materialized in text but also in visual material such as drawings. This material could play an important role in the thinking (analysing, designing, etc.) of domain experts as well. What is required, is a (re)construction that can be compared to a domain-specific textual argumentation so that information and knowledge from the image can be modelled. Different types of symbolic systems can (visually) represent different aspects of the built environment. Depending on the aspect-based use and the context, one particular system of representation may be preferable to another.
At least the following five aspects are relevant: the biologically perceived or photo-realistic reality, the physical reality, the territorial zoning (as far as use and status are concerned), the spatial structure or syntax, and finally both the physical and the visual relationships. These aspects correspond with the following five representations: the photographic, the architectural/topographic, the schematic, the syntactic and the topologic representation.
Each representation is used each time at four levels of spatial organisation. Using the so-called TCC method (topographic crime coding), it has also been shown that the sixth aspect, that of security itself, can be made explicit in a visual representation. The six aspects and their representations make up the framework of the image representation that has to be developed for the system called PREDORE (PREcedent DOcumentation en REgistration).

[top]
[back]

6 Demonstration (of the system PREDORE)

Case-based reasoning systems (CBR systems) can be used to support their users while making decisions. Also in a similar way, precedent-based systems can provide support for the individual police officer. PREDORE is a CBR system. The precedents in this system provide data, information and knowledge for police- advisers - as well as possible other users - which lay the foundations of their judgements. In addition to decision support, PREDORE can be used for education, research and data storage.
The decision support function of this system is first of all intended for evaluation activities of police officers, but could also be used for this kind of work of designers and managers. PREDORE's structure of data, information and knowledge inclu- des a hypermedia module and a relational database, which together provide the material that built up the precedents. Each precedent has been indexed and can be retrieved and viewed in various ways.

[top]
[back]

7 Conclusion (sketch of future)

In principle, it is possible to develop a precedent-based system that can adequately handle the problems of disambiguating and balancing. The results of the investigation have shown that knowledge of architecture and urban planning can be incorporated in a knowledge-based computer application. As a matter of fact the selected knowledge domain is used; in addition it can be documented by using precedents.
Application of the PREDORE system can be evaluated by three techniques. Future research could investigate whether its domain can be extended with other security sub-domains. Continuing investigations could focus on the question whether other knowledge domains of architecture and urban planning could also be incorporated in a precedent-based system like PREDORE.
Furthermore, based on a large number of precedents, an empirical research is conceivable of the relationship between the characteristics of the built environment on the one hand and its use, and in a given case, its security on the other. Thematic selection of precedents by using checklists or standards represents one possible future application. A second option is linking PREDORE to a GIS. In a third application the already available representations are slightly adjusted and converted into HTML documents for the purpose of an internet version of PREDORE.

[top]
[back]