基于原子動作的BML動作語義標注方法研究＊

朱 立 鮑廣宇

（解放軍理工大學指揮自動化學院指揮自動化系 南京 210007）

1 引言

作戰(zhàn)管理語言（Battle Management Language，BML）是一種無歧義的語言，用于指揮控制部隊與裝備遂行軍事行動，提供態(tài)勢感知和一種共享的公共作戰(zhàn)場景［1］。它由美軍于1998年首先提出，力求形成一套語言規(guī)范，消除“自由文本（free text）”在表達指揮員意圖和描繪戰(zhàn)場態(tài)勢時的歧義現(xiàn)象，提高真實指控系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)之間的互操作能力。

國內外在作戰(zhàn)管理語言的語法層面上已進行了一定的研究［2～4］，形成了一些語法表示方法，然而語法格式僅僅提供了作戰(zhàn)命令規(guī)范化表達的結構框架，仿真模型無法從這種結構框架中獲得充足的語義信息來理解所要執(zhí)行的操作。因此，必須對這種結構化的文書進行語義標注，而動作語義標注是標注作戰(zhàn)命令的核心，是仿真模型理解作戰(zhàn)命令的關鍵。

論文將提出動作映射、原子動作標簽的概念，設計一種基于原子動作的動作語義標注方法，實現(xiàn)對作戰(zhàn)命令的語義標注。

2 BML體系結構

為使BML提供指控與仿真系統(tǒng)各個層次的互操作支持，必須從條令視圖、表示視圖、協(xié)議視圖、語法視圖和本體視圖等五個方面來描述［5］。如圖1。

圖1 BML體系結構

條令視圖是對作戰(zhàn)管理領域術語的文檔形式的嚴格定義。這些術語以5W（Who，What，Where，When，Why）進行分類構成術語表，其中Who類定義的是作戰(zhàn)單位，如坦克營等；What類定義的是作戰(zhàn)行動或作戰(zhàn)任務，如攻擊等；Where類定義的是位置，如地理坐標；When類定義的是時間；Why類定義作戰(zhàn)行動的目的。

表示視圖是描述實體間關系、實體屬性及屬性的可能取值的數(shù)據(jù)模型。該數(shù)據(jù)模型對條例視圖的術語進行組織，使之能夠描述可執(zhí)行的任務。表示視圖不僅要能夠描述各種不同的任務，還要能夠將這些任務進行組合排列以形成作戰(zhàn)意圖［6］。

協(xié)議視圖是BML支持的接口及其訪問規(guī)范。協(xié)議保證BML能夠在指控和仿真系統(tǒng)間自由地交換信息。目前國際上采用XML來描述BML信息交換需求，XML的簡單、自定義、易于理解、可擴展性等優(yōu)點，使其在作戰(zhàn)指揮、仿真系統(tǒng)中成為數(shù)據(jù)描述的唯一事實標準。

語法視圖是將無歧義術語進行組合，生成語法上有效的語句的規(guī)則。BML表示視圖的數(shù)據(jù)模型本身隱含了數(shù)據(jù)項之間的關系，而語法規(guī)則能夠把這些關系顯式化，將術語組裝成有意義的通信信息。BML采用上下文無關語法，方便計算機自動處理。

本體視圖是對作戰(zhàn)管理領域概念化的形式化規(guī)范說明。它是條令視圖中術語的形式化的概念抽象，描述了作戰(zhàn)管理領域的基本概念以及它們之間的關系［8］。BML本體能夠使所有術語被清楚理解，處理數(shù)據(jù)的語義信息。

3 基于BNF的BML語法表示

BNF是一種表示上下文無關語法的元語言［7］，它能夠精確的表述語法結構，是形式化定義BML語法的一種理想選擇。

經(jīng)過對大量作戰(zhàn)命令分析發(fā)現(xiàn)，作戰(zhàn)命令主要由一些固定的元素組成，如執(zhí)行對象、時間等，將這些公共元素定義為公共信息組件，這些組件可歸納為Who（作戰(zhàn)行動涉及的對象），What（采取的行動），When（行動時間），Where（行動地點）和 Why（執(zhí)行行動的目的），即5W。

根據(jù)這個特點，我們采用BNF將命令表示為如下形式：

各組件含義如表1。

表1 語法組件及含義

例如，某戰(zhàn)例中師指揮部向步兵團下達命令：“20XX年3月16日18點00分00秒出發(fā)，埋伏在（XXo28′.0N，XXo08′.23E）以阻止敵突擊隊滲透。”

形式化表示如下：

〈埋伏〉〈師指揮部〉〈步兵團〉〈開始〉〈不晚于〉〈20XX年3月16日18點00分00秒〉〈在〉〈XXo28′.0N，XXo08′.23E〉〉為了〉〈阻止〉〈引用＿1〉。

4 基于原子動作的動作語義標注

語義標注即給詞語加上語義類別標簽［9］。通過語義標注將形式化命令中包含的實例映射到本體中的相應概念，從而實現(xiàn)仿真模型能夠理解作戰(zhàn)命令，執(zhí)行相應的動作。

在一條作戰(zhàn)命令中，核心組件是描述動作的詞，它指示了仿真對象需要執(zhí)行的動作，直接影響一條命令的作用效果，對于基于BNF表示的作戰(zhàn)命令，〈Verb〉即是其核心組件，因此，對〈Verb〉進行精確標注是仿真模型理解作戰(zhàn)命令的關鍵。傳統(tǒng)的標注方法是在本體庫中搜索其上位詞［9］，如“前進”的上位詞是“移動”等，通過這種方法標注會產(chǎn)生以下問題：

1）從本體中得到的上位詞，動作的抽象程度過高，對于仿真模型要執(zhí)行何種動作的說明不夠清晰。

2）一旦對本體進行修改或是加入新的動作，已有的仿真模型無法對更新的動作進行相應的響應，必須對已有的仿真模型進行修改才能滿足新的規(guī)則。

為解決上述問題，本文提出一種基于原子動作的標注方法，標注出仿真模型能夠直接執(zhí)行的動作序列，動作序列是對命令動作在執(zhí)行層面上的說明，使仿真對象能夠明確所要執(zhí)行的動作，通過這組原子動作的有序執(zhí)行實現(xiàn)對命令動作的執(zhí)行。

4.1 動作映射

定義1 動作映射

其中，Vo表示軍事本體［10］中定義的全體動作有限集合，v表示本體定義的某個動作，VT表示仿真系統(tǒng)中全部原子動作的有限集合，原子動作指仿真模型能夠直接執(zhí)行的基本動作，vTi表示某個原子動作。

動作映射fT（v）將本體中定義的動作概念v映射為仿真系統(tǒng)的原子動作序列，使得仿真模型能夠直接執(zhí)行。

4.2 原子動作標簽

定義2 定義五元組〈s，vT，o，p，t〉為原子動作標簽，其中s表示動作的實施者；vT表示仿真系統(tǒng)的原子動作；o表示動作的接受者，若無作用對象，則為NULL；p是參數(shù)，如地理坐標和數(shù)值的有序對；t是時間，如動作開始和結束時間戳的有序對。例如：

〈坦克 1 營，平 移，NULL，（116.823，37.652），（14：28，NULL）〉

表示在某仿真系統(tǒng)中，“坦克1營”模型執(zhí)行原子動作“平移”，到達地點（116.823，37.652），該“平移”動作發(fā)生時間為“14：28”。

原子動作標簽指定了仿真模型要執(zhí)行的動作以及執(zhí)行這項動作所需的部分參數(shù)，這些參數(shù)是命令中包含的信息的體現(xiàn)，執(zhí)行該動作的其他參數(shù)來自仿真模型自身的屬性和系統(tǒng)配置，仿真模型執(zhí)行動作標簽的動作時，先要進行合法性檢查，看是否和模型自身屬性有沖突，例如，某標簽要求的模型移動速度大于模型自身速度上限，則模型會反饋告警信息，提示參數(shù)不合法，無法執(zhí)行。當動作標簽和模型屬性提供了同類參數(shù)時，優(yōu)先選取標簽提供的參數(shù)作為動作參數(shù)。

4.3 動作語義標注

動作語義標注方法如圖2所示。

圖2 動作語義標注過程

形式化命令中的〈Verb〉組件，經(jīng)過屬性標注在本體中找到對應動作的屬性，動作解釋器通過動作映射fT（v）將命令動作對應的本體中的概念解釋成一組原子動作序列，解釋器還負責將原子動作序列和形式化命令中的其他組件組合，最終生成一組原子動作標簽序列，標簽中的vTi是原子動作，這些基本動作的執(zhí)行參數(shù)包含在標簽中。仿真模型通過原子動作序列來“理解”命令中包含的動作語義。

4.4 案例研究

為了闡述動作語義標注方法，我們給出一個案例，仿真對象運行在某二維軍事地理信息系統(tǒng)的仿真平臺為上。師指揮部向步兵團下達BML命令如下：

〈埋伏〉〈師指揮部〉〈步兵團〉〈開始〉〈不晚于〉〈20XX年3月16日18點00分00秒〉〈在〉〈XXo28′.0N，XXo08′.23E〉〈為了〉〈阻止〉〈引用＿1〉。

其中，〈Verb〉組件為“埋伏”，在本體庫中搜索“埋伏”對應的本體中的概念，經(jīng)過動作解釋器解析，“埋伏”被解釋為一組該平臺仿真模型能夠直接執(zhí)行的原子動作，生成原子動作標簽序列如下：

〈步 兵 團，平 移，NULL，（XXo28′.0N，XXo08′.23E），（NOW，：：＜＝20XX年3月16日18點00分00秒）〉

〈步兵團，變色，NULL，（BLACK），（：：after’1’）〉

其中，符號“：：＜＝”表示“不晚于”，“BLACK”表示顏色，“：：after’1’”表示在該動作發(fā)生在動作1完成之后。完成標注后，仿真對象開始按順序執(zhí)行原子動作序列，仿真平臺上代表步兵團的軍標首先向地理位置（XXo28′.0N，XXo08′.23E）平移，到達指定地點后變?yōu)楹谏?，表示進入隱蔽狀態(tài)，動作序列執(zhí)行完成，即完成埋伏動作。

5 結語

論文對基于BNF描述的BML命令進行了語義標注技術的研究，重點針對BML命令中包含的動作語義，提出一種基于原子動作的動作語義標注方法，提出了動作映射、原子動作標簽的概念，并通過案例驗證了該方法的有效性。論文為作戰(zhàn)管理語言語義標注方法的研究提出了一種新的思路，對于實現(xiàn)BML無歧義表達指揮員意圖，指揮控制真實部隊和仿真模型遂行軍事行動具有一定的參考價值。論文提出的標注方法目前是在軍事本體基礎上進行，但這種本體在本體譜中尚屬于分類學本體，對概念間關系的表達較弱，不能完全滿足標注需要；另外，該標注方法的核心是動作映射函數(shù)fT，fT通過降低動作的抽象程度實現(xiàn)機器的可理解，針對不同的仿真系統(tǒng)需要構造不同的fT，這就增大了實現(xiàn)的復雜性。這些問題將在以后的工作中進一步研究。

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