(1.海軍大連艦艇學(xué)院科研部 大連 116018)(2.海軍大連艦艇學(xué)院作戰(zhàn)軟件與仿真研究所 大連 116018)

基于頂層表示模型的水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃本體構(gòu)建*

龍飛1闞亞斌2王永春2

(1.海軍大連艦艇學(xué)院科研部 大連 116018)(2.海軍大連艦艇學(xué)院作戰(zhàn)軟件與仿真研究所 大連 116018)

本體技術(shù)能夠促進(jìn)作戰(zhàn)計(jì)劃數(shù)據(jù)、信息、知識的一致性理解與智能化處理,針對缺乏構(gòu)建方法問題,從作戰(zhàn)計(jì)劃本體的層次性分析入手,構(gòu)建了頂層表示模型,在此基礎(chǔ)上提出了一種自頂向下的構(gòu)建方法,包括類及其層次創(chuàng)建、類屬性擴(kuò)展、類間關(guān)系描述,并運(yùn)用該方法構(gòu)建了水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃本體。實(shí)例應(yīng)用表明,所提方法對于有效構(gòu)建作戰(zhàn)計(jì)劃本體具有較好的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

作戰(zhàn)計(jì)劃;本體構(gòu)建;頂層表示模型;水面艦艇;指揮信息系統(tǒng)

ClassNumberE83

1 引言

作戰(zhàn)計(jì)劃本體是作戰(zhàn)計(jì)劃領(lǐng)域內(nèi)共享的概念模型的形式化規(guī)范說明,是作戰(zhàn)人員、指揮信息系統(tǒng)等主體之間交流的語義基礎(chǔ),能夠有效改善日益嚴(yán)峻的作戰(zhàn)計(jì)劃數(shù)據(jù)、信息、知識的一致性理解與互操作問題,提高指揮信息系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化水平,從而增強(qiáng)基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)能力[1]。

應(yīng)用本體的首要工作是構(gòu)建本體,目前關(guān)于作戰(zhàn)計(jì)劃本體構(gòu)建的研究還比較薄弱,大都是直接給出通用的或是某一類作戰(zhàn)計(jì)劃本體的模型[2～5],而缺乏構(gòu)建方法層面的深入系統(tǒng)研究。本文從作戰(zhàn)計(jì)劃本體的層次性入手,在頂層表示模型的基礎(chǔ)上,提出一種自頂向下構(gòu)建方法,并應(yīng)用于構(gòu)建水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃本體,期望對作戰(zhàn)計(jì)劃本體構(gòu)建問題起到積極的促進(jìn)作用。

2 作戰(zhàn)計(jì)劃本體分析>

2.1 作戰(zhàn)計(jì)劃本體的層次性分析

作戰(zhàn)計(jì)劃本體由作戰(zhàn)計(jì)劃領(lǐng)域知識的類、屬性、關(guān)系、公理、實(shí)例等基本元素構(gòu)成[6]。根據(jù)元素粒度的相對大小,作戰(zhàn)計(jì)劃本體可分為頂層、中間層、底層三個(gè)組成部分。其中,頂層部分反映整個(gè)作戰(zhàn)計(jì)劃領(lǐng)域知識中最通用的部分,描述作戰(zhàn)計(jì)劃本體中概括性、抽象性最強(qiáng)的元素,具有高度的涵蓋性,在中間層和底層部分通用,是組成作戰(zhàn)計(jì)劃本體的基礎(chǔ)部分,不用于表示具體的作戰(zhàn)計(jì)劃;中間層和底層部分反映作戰(zhàn)計(jì)劃層次體系中各級指揮機(jī)構(gòu)的具體作戰(zhàn)計(jì)劃知識,由頂層部分逐層擴(kuò)展得到,是組成作戰(zhàn)計(jì)劃本體的主體部分,用于表示具體的作戰(zhàn)計(jì)劃。

2.2 作戰(zhàn)計(jì)劃本體頂層表示模型

作戰(zhàn)計(jì)劃本體頂層部分的表示模型,主要由最通用的頂層類、頂層屬性、頂層關(guān)系三類基本元素,通過一定的結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)整合而形成。圖1描述了頂層結(jié)構(gòu),包括頂層類和頂層屬性。圖2描述了頂層關(guān)系,圖中K表示父子關(guān)系(kind-of),P表示部分與整體關(guān)系(part-of),A表示屬性關(guān)系(attribute-of)。

圖1 作戰(zhàn)計(jì)劃本體的頂層結(jié)構(gòu)

圖2 作戰(zhàn)計(jì)劃本體的頂層關(guān)系

3 水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃本體的構(gòu)建方法

水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃本體處于作戰(zhàn)計(jì)劃本體的底層部分,反映作戰(zhàn)計(jì)劃層次體系中水面艦艇兵種層次的作戰(zhàn)計(jì)劃數(shù)據(jù)、信息、知識,可用于表示具體的水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃。作戰(zhàn)計(jì)劃信息的管理與應(yīng)用需要高度的統(tǒng)一性與規(guī)范性,作戰(zhàn)計(jì)劃本體構(gòu)建應(yīng)采用自頂向下的策略。因此,水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃本體應(yīng)在頂層表示模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合本領(lǐng)域特點(diǎn)擴(kuò)展構(gòu)建形成。

3.1 類及其層次的創(chuàng)建

作戰(zhàn)計(jì)劃本體頂層表示模型給出了作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)階段、作戰(zhàn)兵力、作戰(zhàn)資源等頂層父類,水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃本體的類及其層次要在其基礎(chǔ)上,結(jié)合自身描述內(nèi)容的特點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)建。根據(jù)創(chuàng)建規(guī)則和創(chuàng)建要求,利用本體模型通用關(guān)系中的kind-of關(guān)系,對各頂層父類進(jìn)行劃分標(biāo)準(zhǔn)確定和劃分次序排列,逐級完成類及其層次主要內(nèi)容的創(chuàng)建[7]。部分比較復(fù)雜的頂層父類(如作戰(zhàn)階段類),還需要利用通用關(guān)系中的part-of關(guān)系作進(jìn)一步分解,完成類及其層次全部內(nèi)容的創(chuàng)建。

3.2 類屬性的擴(kuò)展

類屬性通過本體模型通用關(guān)系中的attribute-of關(guān)系描述[8]。類屬性的擴(kuò)展以創(chuàng)建的水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃本體類及其層次為基本框架,以頂層表示模型的頂層屬性為擴(kuò)展起點(diǎn),逐級將各層次類的屬性具體化。首先,本級類要繼承上一級類的全部屬性,并依據(jù)水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃的描述內(nèi)容將其具體化,如指揮所類繼承作戰(zhàn)兵力類的作戰(zhàn)資源和位置屬性,作戰(zhàn)資源要具體化為指控系統(tǒng)等。其次,在繼承上一級類屬性的基礎(chǔ)上,根據(jù)水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃描述的需要,本級類還要新增屬性,確保作戰(zhàn)計(jì)劃描述的完整性,如發(fā)射導(dǎo)彈類要新增數(shù)量屬性等。

3.3 類間關(guān)系的描述

類間關(guān)系描述是利用頂層表示模型中的各頂層關(guān)系,對水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃本體類間關(guān)系的具體描述。首先,通用關(guān)系。在類及其層次創(chuàng)建和類屬性擴(kuò)展中已完成大部分通用關(guān)系的描述,本部分根據(jù)水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃的領(lǐng)域知識具體描述剩余的通用關(guān)系。其次,專用關(guān)系。通用關(guān)系中的屬性關(guān)系已包含部分專用關(guān)系描述,本部分給出對應(yīng)關(guān)系,其他專用關(guān)系根據(jù)水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃的領(lǐng)域知識具體描述。

4 水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃本體的構(gòu)建實(shí)例

水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃本體是一個(gè)龐大而復(fù)雜的知識體系,本文以對海導(dǎo)彈攻擊作戰(zhàn)計(jì)劃本體片段為例說明本體構(gòu)建的過程及結(jié)果。

4.1 類及其層次

根據(jù)水面艦艇對海導(dǎo)彈攻擊及其作戰(zhàn)計(jì)劃描述的特點(diǎn),創(chuàng)建各頂層父類及其層次如下:1)作戰(zhàn)階段類。首先利用kind-of關(guān)系將作戰(zhàn)階段類劃分,得到第一級子類為搜索接敵類、實(shí)施突擊類、撤出戰(zhàn)斗類,分別對應(yīng)作戰(zhàn)準(zhǔn)備類、作戰(zhàn)實(shí)施類、作戰(zhàn)結(jié)束類。第一級子類已無法利用kind-of關(guān)系再向下劃分確定下級子類,但根據(jù)作戰(zhàn)計(jì)劃的描述內(nèi)容,各子類還需要利用part-of關(guān)系進(jìn)一步分解,得到由若干個(gè)作戰(zhàn)行動(dòng)類構(gòu)成的第二級組成類。因此,作戰(zhàn)階段類層次有兩級,如圖3所示。2)其他類及其層次創(chuàng)建過程類似。作戰(zhàn)任務(wù)只有一級子類,為擊沉類、重創(chuàng)類、輕傷類;作戰(zhàn)兵力和作戰(zhàn)資源的類及其層次如圖4和圖5所示。

圖3 作戰(zhàn)階段類及其層次

圖4 作戰(zhàn)兵力類及其層次

圖5 作戰(zhàn)資源類及其層次

4.2 類屬性

由作戰(zhàn)計(jì)劃本體頂層表示模型的頂層屬性,并結(jié)合水面艦艇對海導(dǎo)彈攻擊及其作戰(zhàn)計(jì)劃描述特點(diǎn),擴(kuò)展各頂層父類屬性如下:1)作戰(zhàn)階段類。共有兩級類屬性,第一級子類屬性無須擴(kuò)展,仍為時(shí)間。第二級組成類為作戰(zhàn)行動(dòng)類,其共同屬性為時(shí)間、位置、作戰(zhàn)兵力,其他屬性均在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展。作戰(zhàn)階段類屬性如圖6所示。2)作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)兵力、作戰(zhàn)資源的類屬性擴(kuò)展方法和過程類似,限于篇幅不展開闡述。

圖6 作戰(zhàn)階段類屬性

4.3 類間關(guān)系

4.3.1 通用關(guān)系

在類及其層次創(chuàng)建過程中,完成了所有kind-of關(guān)系和大部分part-of關(guān)系的描述。在類屬性擴(kuò)展過程中,完成了所有attribute-of關(guān)系的描述。本部分將完成剩余part-of關(guān)系的描述。

未描述的part-of關(guān)系如下:1)作戰(zhàn)進(jìn)程類與作戰(zhàn)階段類存在part-of關(guān)系。水面艦艇對海導(dǎo)彈攻擊進(jìn)程為作戰(zhàn)進(jìn)程類的子類,由作戰(zhàn)階段類的子類搜索接敵類、實(shí)施突擊類、撤出戰(zhàn)斗類組成。2)作戰(zhàn)兵力類與武器裝備類存在part-of關(guān)系。以作戰(zhàn)兵力類的子類戰(zhàn)斗艦艇類為例說明,戰(zhàn)斗艦艇類由武器裝備類的子類艦艦導(dǎo)彈類、艦載雷達(dá)系統(tǒng)類、艦載通信系統(tǒng)類、艦載指控系統(tǒng)類等以及武器裝備類以外的相關(guān)類組成。

4.3.2 專用關(guān)系

屬性關(guān)系描述已經(jīng)包含了部分專用關(guān)系描述。其中,A(作戰(zhàn)任務(wù),我方戰(zhàn)斗艦艇)描述擔(dān)負(fù)關(guān)系,A(作戰(zhàn)行動(dòng),執(zhí)行兵力)描述執(zhí)行關(guān)系,A(作戰(zhàn)兵力,作戰(zhàn)資源)描述使用關(guān)系,A(作戰(zhàn)行動(dòng),作戰(zhàn)目標(biāo))描述作用關(guān)系。

未描述的專用關(guān)系如下:1)指揮關(guān)系。描述如下,“艦指揮所 指揮 水面艦艇”。2)接替關(guān)系。描述如下,“艦預(yù)備指揮所 接替 艦指揮所”。3)時(shí)間關(guān)系。本體模型中相對復(fù)雜的一種關(guān)系,主要描述作戰(zhàn)階段類的時(shí)間關(guān)系,如圖7所示。

圖7 作戰(zhàn)階段類的時(shí)間關(guān)系描述

5 結(jié)語

本文根據(jù)作戰(zhàn)計(jì)劃本體的層次性特點(diǎn),構(gòu)建了頂層表示模型,在此基礎(chǔ)上研究提出了作戰(zhàn)計(jì)劃本體的構(gòu)建方法,包括類及其層次創(chuàng)建、類屬性擴(kuò)展、類間關(guān)系描述,并運(yùn)用該方法嘗試創(chuàng)建了水面艦艇作戰(zhàn)計(jì)劃本體。實(shí)際應(yīng)用表明,該方法適應(yīng)自頂向下的作戰(zhàn)計(jì)劃本體創(chuàng)建策略,具有較好的普適性和操作性。本文的研究為作戰(zhàn)計(jì)劃本體構(gòu)建提供了一個(gè)新的思路,但相對于完善的工程方法還需要開展大量工作,在構(gòu)建的理論研究和工程實(shí)踐中不斷改進(jìn)完善,最終形成比較成熟的適用于作戰(zhàn)計(jì)劃本體構(gòu)建的工程方法學(xué)。

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ATop-levelRepresentationModel-basedConstructionMethodforOperationPlanOntologyofSurfaceWarship

LONG Fei1KAN Yabin2WANG Yongchu2

(1. Department of Scientific Research, Dalian Naval Academy, Dalian 116018)

(2. Operation Software and Simulation Research Institute, Dalian Naval Academy, Dalian 116018)

Ontology technologies can improve the apprehending and processing of the data, information and knowledge of operation plan. Aiming at lack of construction method, starting from analyzing the hierarchies of operation plan ontology, the top-level representation model, presented a top-down construction method, which included class hierarchy creating, class attribute expanding, and relations of class describing relations, and then constructing operation plan ontology of surface warship. It provided valuable guidance and reference for constructing operation plan ontology.

operation plan, ontology construction, top-level representation model, surface warship, command automated system

2013年11月6日,

:2013年12月29日

中國博后后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號:2012M512137)資助。

龍飛,男,博士研究生,助理研究員,研究方向:作戰(zhàn)指揮決策與運(yùn)籌分析、武器裝備科研管理。闞亞斌,男,博士,副研究員,研究方向:艦載武器作戰(zhàn)使用、作戰(zhàn)應(yīng)用軟件工程。王永春,男,博士,助理研究員,研究方向:軍事需求分析、模糊決策與對策。

E83DOI:10.3969/j.issn1672-9730.2014.05.001