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CHAPTER 4. BUILDING A COMPLIANCE ASSISTANCE SYSTEM 
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6
Similarly, the switchTo element specifies a regulation provision to process next, but 
processing should not return to the current provision once the specified provision has 
completed  its  check.    This  is  useful  when  a  regulation  provision  specifies  some 
conditions  under  which  a  different  regulation  provision  will  apply.    The switchTo 
element instructs the system that the check against the current regulation provision is 
complete, and that processing should continue starting with the regulation provision 
specified by the switchTo element.   
Figure 4.5 illustrates the goto and switchTo elements.  This example instructs the system 
to process section 279.65, and once processing for that section is complete to switch 
processing to section 279.73.  Note that in order to direct processing control to move to a 
reference within the regulation the control attribute “target” is used.  For example, target 
= “40.cfr.279.65”, refers the compliance proce ssing system to section 279.65 in 40 CFR. 
The end element signals that the check of the specified provision is complete.  This is 
useful when the regulation specifies that under certain conditions the check against the 
current provision need not go any further.  Since regulation checks may be done at any 
level of the regulation document, it is important to specify a target reference for the end 
element.  For example, if during a check of the regulation section 40 CFR 279.12 an end 
element is encountered that specifies that 40 CFR 279.12(a) is complete, it is important to 
realize that the check against the higher level section 40 CFR 279.12 is not finished and 
should continue.  On the other hand, if subsection 40 CFR 279.12(a) is being checked and 
an end element is encountered that specifies 40 CFR 279 is complete, processing of the 
current provision can stop because the subsection is contained within Part 279.  Figure 
4.6 illustrates the end element. This example instructs the system that the compliance 
checking for provision 40 CFR 279.12 is complete. 
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CHAPTER 4.  BUILDING A COMPLIANCE ASSISTANCE SYSTEM 
117
7
Figure 4.5 Illustration of the goto and switchTo elements 
Figure 4.6 Illustration of the end element 
4.2.3.2  Adding Logic to XML Regulations 
Logic can be added to the XML-based regulation document to facilitate manipulation and 
interpretation of the document.  Internal contradictions within the regulation can be 
checked  for,  contradictions  between  regulation  documents  can  be  identified,  and 
compliance checking systems can be built to verify that a user is in compliance with the 
regulation.  This section discusses the tagging of environmental regulations with logic, 
and will be followed by a discussion of the algorithm used by a prototype system for 
checking compliance with the regulations. 
Our goal is to target the narrow area of regulation compliance assistance tools.  The 
broader issue of legal reasoning is beyond the scope of this work.  We use FOPC to 
model regulations in this research work because it offers a flexible, standardized, and 
computable representation.  The choice of FOPC also introduces a great deal of flexibility 
for the choice  of a reasoning system,  since there are many  reasoners available  for 
working with FOPC.  FOPC does not have the expressive power to deal with issues of 
open texture, deontic modality, or subjunctive conditionals.  These are active areas of 
<control> 
<goto target = “40.cfr.279.65” /> 
<switchTo target = “40.cfr.279.73” /> 
</control> 
<control> 
<end target = “40.cfr.279.12” /> 
</control>
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CHAPTER 4.  BUILDING A COMPLIANCE ASSISTANCE SYSTEM 
118
8
research  [45,  85],  and  work  in  these areas  could  be incorporated into  future work 
extending the research work presented in this thesis.   
The current system, using FOPC, cannot precisely model the regulations.  FOPC does, 
however, allow us to model the regulation rules in a simplified form that is sufficient for 
constructing a system to guide users through regulations and identify potential conflicts 
with  the  regulation  rules.    Even  though  we  use  a  simplified  representation of the 
regulation rules, the logic metadata and the other metadata may be useful for a variety of 
systems [53].  While the exceptions in the regulation rules can introduce an element of 
non-monotonicity, the closed domain of the regulation scope may make this a tractable 
problem in FOPC.  Open texture issues, or managing ambiguous concepts, are treated by 
leaving resolution of the ambiguity up to the user.  The question and answer system that 
will be described next asks the user to resolve issues that are ambiguous.   
The approach of tagging XML structured regulations with FOPC introduces an open 
platform consisting of structured text and embedded logic that is an improvement over 
unstructured text variants.  Logic elements can be added to the XML structure within the 
regElement XML elements.  The logic elements are denoted by “logic” tags, and may 
contain either logicSentence or logicOption elements.  These elements are described in 
detail below.  All of the logic added to regulations in the current implementation is done 
manually. 
Logic sentences representing the ideas laid out by a regulation are added to an XML 
regulation  document  in  logicSentence  elements  that  may  be  placed  within  “logic” 
elements.    These logicSentence  elements may  be  used  to tag regulation provisions 
throughout the document with their logical meaning.  The flexible placement of the 
logicSentence element enables the tagging of any provision within the document with a 
meaning.  For example, tagging the root regulation element with a logicSentence element 
specifies  that  the  logic  sentence  should  be  applied  to  the  entire  document.    The 
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CHAPTER 4.  BUILDING A COMPLIANCE ASSISTANCE SYSTEM 
119
9
logicSentence elements are generally used to define the rules and concepts expressed in a 
regulation. 
Figure 4.7 illustrates a logicSentence element.  The logicSentence element describes a 
rule that used oil may not be used as a dust suppressant.  The rule states that for all 
objects “o”,  if “o”  is used oil then “o” 
cannot be a dust suppressant.  The use of 
“ForwardImplies” instead of the more common logic syntax “ “ ->” is necessitated by the 
XML standard, and is described in greater detail in Section 4.2.3.3. 
Another logic element was introduced to handle the issue of user input.  The logicOption 
element can be used to build a structured question and answer system that constructs 
logic  sentences  based  on  the  user’s  input .    Without  the  “logicOption”  elements, 
interacting with the system would require the user to work with FOPC sentences. 
The  logicOption  element  contains  one  question  element  and  one  or  more  answer 
elements.  The question specifies the text that can be used to prompt a user for input.  The 
answer element contains a possible answer to the question and the logic that should be 
associated with that answer.  Since answers are tied to logic statements, the user can 
interact with the system in plain English, but the answers are mapped to logic statements 
so that they can be used for compliance checking.  The logicOption element allows logic 
statements to be specified for compliance checking without requiring the user to construct 
FOPC sentences on their own. 
Figure 4.8 illustrates the usage of a logicOption element that assists with gathering user 
input.  This particular element maps the user’s response to a question about the use of 
used oil to logic statements that reflect the user’s answer.  For example, a compliance 
assistance system might ask the question “is th e used oil used as a dust suppressant?” and 
provide the option of answering “yes" or “no”.  If a user selects the “yes” answer, the 
system would know to match the response to the logic sentence “(usedOil(oil1) AND 
dustSuppressant(oil1)).”. 
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CHAPTER 4.  BUILDING A COMPLIANCE ASSISTANCE SYSTEM 
120
0
Figure 4.7 Illustration of the logicSentence element 
Figure 4.8 Illustration of a logicOption element 
4.2.3.3  Standard Logic Syntax and XML Standards 
One drawback to the use of XML for storing logic representations of regulations is that 
there are syntactic limitations that must be met to comply with the XML standard.  For 
example, XML elements are defined by the XML standard to start with “<”, as in 
“<regText>”.  This conflicts with the standard logic syntax used for reverse implications, 
“ <-“, and equivalences, “ “ <->”.  A simple substitution of text provides the solution for 
this problem, where the illegal XML character sequences are replaced with legal ones.   
The substitutions currently being used to represent FOPC in an XML compliant syntax 
are shown in Table 4.1.  Note that the substitutions for “ “ ->” and “|” are not necessitated 
<logicSentence> 
all _o  (usedOil(_o) ForwardImplies -(dustSuppressant(_o))). 
</logicSentence>
<logicOption> 
<question> 
Is the used oil used as a dust suppressant? 
</question> 
<logicOpt answer = "yes"> 
<logicAns> 
(usedOil(oil1) AND dustSuppressant(oil1)). 
</logicAns> 
</logicOpt> 
<logicOpt answer = "no"> 
<logicAns> 
(usedOil(oil1) AND (-(dustSuppressant(oil1)))). 
</logicAns> 
</logicOpt> 
</logicOption> 
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CHAPTER 4.  BUILDING A COMPLIANCE ASSISTANCE SYSTEM 
121
1
by XML standards, but are done so that the XML logic uses a consistent representation 
formalism.  The substitutions for “ “ <-”, “ “ <->”, and “&” are required by XML standards.  
The substitutions must be reversed by the logic processing systems that read the XML 
regulation so that the standard syntax is used when providing the data to a logic reasoner.   
The XML compliant substitutions also become reserved words in the logic representation 
language.  Since the words in the right column of Table 4.1 will be substituted with the 
logic symbols in the left column, words in the right-hand side of the table are reserved 
words that cannot be used for logic predicates or function names.  
4.2.4  Nested logicOption Elements 
To increase the flexibility in specifying the control flow for compliance checking, the 
logicOption elements are allowed to be nested within the logicOpt portion of other 
logicOption elements.  Since logicOption elements are used to build the user-interaction 
portion for compliance checking systems, nesting these elements allows more finely 
tuned questions to be asked about a provision.  The nested elements also provide a clean 
way to control the compliance checking processing based on user responses.  Only the 
logicOption elements may be nested.  Nesting of logicSentence and control elements is 
not allowed.  It is legal to place control elements within the logicOpt elements, but 
logicOption  elements  cannot  be  placed  within  control  elements.   These  restrictions 
maintain  the  integrity  of  the logic  and control elements, while allowing  significant 
flexibility within the logicOption elements for more accurate control of the processing 
system.    Figure  4.9  shows  nested  logicOption  elements.    The  nested  option_logic 
elements in Figure 4.9 demonstrates how the elements can be nested to improve the 
questions a user interacts with.  Improved questions can help model the user’s situation 
more precisely in FOPC. 
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CHAPTER 4.  BUILDING A COMPLIANCE ASSISTANCE SYSTEM 
122
2
Table 4.1 Substitutions for XML compliant logic sentences 
Standard logic syntax 
XML compliant substitution 
-> 
ForwardImplies 
<- 
ReverseImplies 
<-> 
EquivalentTo 
AND 
OR 
Figure 4.9 Nested logicOption elements 
<logicOption> 
<question> 
Is the offspecification used oil burned in an industrial boiler?  
</question> 
<logicOpt answer = "yes"> 
<logicOption> 
<question> 
Is the industrial boiler located on the site of a facility engaged in a manufacturing  
process where substances are transformed into new products?  
</question> 
<logicOpt answer = "yes"> 
<logicAns> 
(usedOil(oil1) & burnedIn(oil1, method1) & industrialBoiler(method1) &  
burnedAt(oil1, facility1) & engagedIn(facility1, process1) & manufacturingProcess(process1)). 
</logicAns> 
</logicOpt> 
<logicOpt answer = "no"> 
<logicAns> 
(usedOil(oil1) & burnedIn(oil1, method1) & industrialBoiler(method1) &  
burnedAt(oil1, facility1) & engagedIn(facility1, process1) & -manufacturingProcess(process1)). 
</logicAns> 
</logicOpt> 
</logicOption> 
</logicOpt> 
<logicOpt answer = "no"> 
<logicAns> 
(usedOil(oil1) & burnedIn(oil1, method1) & -industrialBoiler(method1)). 
</logicAns> 
</logicOpt> 
</logicOption> 
CHAPTER 4.  BUILDING A COMPLIANCE ASSISTANCE SYSTEM 
123
3
4.3  Logic-Based Compliance System 
A major  research  focus  for this  project  has  been  the  development  of a  web-based 
Regulation  Assistance  System  (RAS)  tool  that  is  built  upon  the  XML  regulation 
framework.  This section explains in detail how the XML regulation framework can be 
used to support compliance assistance services.  First the structure of the prototype 
regulation assistance system developed in this research work is explained.  Second, the 
process used to check for compliance is discussed. 
4.3.1  System Structure 
The compliance-checking functionality of the RAS system is implemented through a web 
interface built on top of a compliance-checking component (RCCsession), shown in 
Figure  4.10.    The  RCCsession  component  controls  the  process  used  to  check  for 
violations.  It begins by parsing the XML-structured regulation to extract the information 
necessary to run a compliance check against the document.  This information includes the 
logic metadata as well as the control processing metadata, both of which have been 
discussed  earlier in Section 4.2.3.   The  RCCsession follows the control  processing 
metadata in the XML-regulation structure and manages lists of regulation rules and the 
associated user responses.  Requests for user input are passed back to the web interface.  
A user response is mapped to corresponding FOPC user-interface logic sentence for that 
response according to the associated logicOption element’s contents.  Whenever the 
RCCsession  component  has  a  set  of  logic  sentences  that  it  needs  to  check  for 
contradictions, it writes an input file containing those logic sentences and passes that file 
to Otter, an automated-deduction program developed at Argonne National Laboratory 
[110].  Figure 4.10 shows the organization of the compliance assistance system, which 
includes  a  web  interface  (RASweb),  the  RCCsession  component,  and  the  Otter 
automated-deduction program. 
CHAPTER 4.  BUILDING A COMPLIANCE ASSISTANCE SYSTEM 
124
4
XML-based 
Regulations
Additional 
Input Files
Interactive 
User Input
Regulation 
Compliance 
Decision
Logic input file
Found proof / no proof found
RASweb
•Provides web interface
•Displays regulation information
RCCsession
•Implements compliance 
checking procedure
Otter
•Attempts to find proof by 
contradiction from input file
User input
Results / requested information
XML-based 
Regulations
Additional 
Input Files
Interactive 
User Input
Regulation 
Compliance 
Decision
Logic input file
Found proof / no proof found
RASweb
•Provides web interface
•Displays regulation information
RCCsession
•Implements compliance 
checking procedure
RCCsession
•Implements compliance 
checking procedure
Otter
•Attempts to find proof by 
contradiction from input file
Otter
•Attempts to find proof by 
contradiction from input file
User input
Results / requested information
Figure 4.10 Diagram of the Regulation Assistance System's structure 
The results produced by Otter are stored in an output file.  The RCCsession reads this 
output file to see if it contains a proof and then takes whatever actions necessary to 
continue the compliance checking procedure.  In this manner, the RCCsession controls 
the  flow  of  processing  while  using  Otter  to  check  for  logic  contradictions  in  the 
background.  The overall system design is such that any FOPC theorem prover can be 
used to perform the logic checks for the RCCsession component.   
This  section  has  provided  a  brief  overview  of  the  compliance-checking  system’s 
structure.  The next section describes the compliance-checking procedure in detail. 
CHAPTER 4.  BUILDING A COMPLIANCE ASSISTANCE SYSTEM 
125
5
4.3.2  Compliance-Checking Process 
The RAS compliance-assistance processing algorithm proceeds in three stages.  First, the 
XML regulation is verified.  Second, interactive processing is done as the RAS system 
moves dynamically through the regulation.  Third, results of the analysis are compiled 
and presented to the user.  Each of the stages is discussed in detail below.  These three 
stages are illustrated in Figure 4.11, Figure 4.12, and Figure 4.17, respectively. 
4.3.2.1  XML Regulation Verification 
The RAS system performs two layers of verification checks on an XML regulation before 
it is used to assist with compliance checking procedures.  The first step in verifying an 
XML regulation is to perform structural verification of the XML.  This is done by 
verifying the regulation against the regulation DTD, which is shown in Appendix A, that 
defines the valid structure for the XML regulations. 
The second step in verifying the XML regulations is to verify that all the logic rules 
contained  in  logicSentence  elements  are  consistent.    The  system  extracts  all  the 
logicSentence elements from the target regulation and builds an appropriate input file for 
the theorem prover, Otter.  If the theorem prover does not find a contradiction in the logic 
sentences within a given time period, the logic sentences defining the regulation rules are 
assumed to be consistent.
42
This check attempts to ensure that the set of logic rules 
embedded in the XML regulation do not contain a contradiction.  The initial check for 
contradictions in regulation rules does not guarantee that there are no contradictions in 
the rules, since Otter is not guaranteed to find a contradiction if one exists.  In practice, 
however, this initial logic check has been fairly robust. 
42
This time limit has been set to 30 seconds after a series of experiments has shown that most proof 
attempts can be completed in only a few seconds by either finding a proof or exhausting reasoning 
possibilities without finding a proof. 
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