基于頂層表示模型的水面艦艇作戰計劃本體構建*

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

基于頂層表示模型的水面艦艇作戰計劃本體構建*

龍飛1闞亞斌2王永春2

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

本體技術能夠促進作戰計劃數據、信息、知識的一致性理解與智能化處理,針對缺乏構建方法問題,從作戰計劃本體的層次性分析入手,構建了頂層表示模型,在此基礎上提出了一種自頂向下的構建方法,包括類及其層次創建、類屬性擴展、類間關系描述,并運用該方法構建了水面艦艇作戰計劃本體。實例應用表明,所提方法對于有效構建作戰計劃本體具有較好的指導意義和參考價值。

作戰計劃;本體構建;頂層表示模型;水面艦艇;指揮信息系統

ClassNumberE83

1 引言

作戰計劃本體是作戰計劃領域內共享的概念模型的形式化規范說明,是作戰人員、指揮信息系統等主體之間交流的語義基礎,能夠有效改善日益嚴峻的作戰計劃數據、信息、知識的一致性理解與互操作問題,提高指揮信息系統的自動化與智能化水平,從而增強基于信息系統的體系作戰能力[1]。

應用本體的首要工作是構建本體,目前關于作戰計劃本體構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計劃本體的模型[2～5],而缺乏構建方法層面的深入系統研究。本文從作戰計劃本體的層次性入手,在頂層表示模型的基礎上,提出一種自頂向下構建方法,并應用于構建水面艦艇作戰計劃本體,期望對作戰計劃本體構建問題起到積極的促進作用。

2 作戰計劃本體分析>

2.1 作戰計劃本體的層次性分析

作戰計劃本體由作戰計劃領域知識的類、屬性、關系、公理、實例等基本元素構成[6]。根據元素粒度的相對大小,作戰計劃本體可分為頂層、中間層、底層三個組成部分。其中,頂層部分反映整個作戰計劃領域知識中最通用的部分,描述作戰計劃本體中概括性、抽象性最強的元素,具有高度的涵蓋性,在中間層和底層部分通用,是組成作戰計劃本體的基礎部分,不用于表示具體的作戰計劃;中間層和底層部分反映作戰計劃層次體系中各級指揮機構的具體作戰計劃知識,由頂層部分逐層擴展得到,是組成作戰計劃本體的主體部分,用于表示具體的作戰計劃。

2.2 作戰計劃本體頂層表示模型

作戰計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、頂層關系三類基本元素,通過一定的結構和關聯整合而形成。圖1描述了頂層結構,包括頂層類和頂層屬性。圖2描述了頂層關系,圖中K表示父子關系(kind-of),P表示部分與整體關系(part-of),A表示屬性關系(attribute-of)。

圖1 作戰計劃本體的頂層結構

圖2 作戰計劃本體的頂層關系

3 水面艦艇作戰計劃本體的構建方法

水面艦艇作戰計劃本體處于作戰計劃本體的底層部分,反映作戰計劃層次體系中水面艦艇兵種層次的作戰計劃數據、信息、知識,可用于表示具體的水面艦艇作戰計劃。作戰計劃信息的管理與應用需要高度的統一性與規范性,作戰計劃本體構建應采用自頂向下的策略。因此,水面艦艇作戰計劃本體應在頂層表示模型的基礎上,結合本領域特點擴展構建形成。

3.1 類及其層次的創建

作戰計劃本體頂層表示模型給出了作戰任務、作戰階段、作戰兵力、作戰資源等頂層父類,水面艦艇作戰計劃本體的類及其層次要在其基礎上,結合自身描述內容的特點進行創建。根據創建規則和創建要求,利用本體模型通用關系中的kind-of關系,對各頂層父類進行劃分標準確定和劃分次序排列,逐級完成類及其層次主要內容的創建[7]。部分比較復雜的頂層父類(如作戰階段類),還需要利用通用關系中的part-of關系作進一步分解,完成類及其層次全部內容的創建。

3.2 類屬性的擴展

類屬性通過本體模型通用關系中的attribute-of關系描述[8]。類屬性的擴展以創建的水面艦艇作戰計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展起點,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,并依據水面艦艇作戰計劃的描述內容將其具體化,如指揮所類繼承作戰兵力類的作戰資源和位置屬性,作戰資源要具體化為指控系統等。其次,在繼承上一級類屬性的基礎上,根據水面艦艇作戰計劃描述的需要,本級類還要新增屬性,確保作戰計劃描述的完整性,如發射導彈類要新增數量屬性等。

3.3 類間關系的描述

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

4 水面艦艇作戰計劃本體的構建實例

水面艦艇作戰計劃本體是一個龐大而復雜的知識體系,本文以對海導彈攻擊作戰計劃本體片段為例說明本體構建的過程及結果。

4.1 類及其層次

根據水面艦艇對海導彈攻擊及其作戰計劃描述的特點,創建各頂層父類及其層次如下:1)作戰階段類。首先利用kind-of關系將作戰階段類劃分,得到第一級子類為搜索接敵類、實施突擊類、撤出戰斗類,分別對應作戰準備類、作戰實施類、作戰結束類。第一級子類已無法利用kind-of關系再向下劃分確定下級子類,但根據作戰計劃的描述內容,各子類還需要利用part-of關系進一步分解,得到由若干個作戰行動類構成的第二級組成類。因此,作戰階段類層次有兩級,如圖3所示。2)其他類及其層次創建過程類似。作戰任務只有一級子類,為擊沉類、重創類、輕傷類;作戰兵力和作戰資源的類及其層次如圖4和圖5所示。

圖3 作戰階段類及其層次

圖4 作戰兵力類及其層次

圖5 作戰資源類及其層次

4.2 類屬性

由作戰計劃本體頂層表示模型的頂層屬性,并結合水面艦艇對海導彈攻擊及其作戰計劃描述特點,擴展各頂層父類屬性如下:1)作戰階段類。共有兩級類屬性,第一級子類屬性無須擴展,仍為時間。第二級組成類為作戰行動類,其共同屬性為時間、位置、作戰兵力,其他屬性均在此基礎上進一步擴展。作戰階段類屬性如圖6所示。2)作戰任務、作戰兵力、作戰資源的類屬性擴展方法和過程類似,限于篇幅不展開闡述。

圖6 作戰階段類屬性

4.3 類間關系

4.3.1 通用關系

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

未描述的part-of關系如下:1)作戰進程類與作戰階段類存在part-of關系。水面艦艇對海導彈攻擊進程為作戰進程類的子類,由作戰階段類的子類搜索接敵類、實施突擊類、撤出戰斗類組成。2)作戰兵力類與武器裝備類存在part-of關系。以作戰兵力類的子類戰斗艦艇類為例說明,戰斗艦艇類由武器裝備類的子類艦艦導彈類、艦載雷達系統類、艦載通信系統類、艦載指控系統類等以及武器裝備類以外的相關類組成。

4.3.2 專用關系

屬性關系描述已經包含了部分專用關系描述。其中,A(作戰任務,我方戰斗艦艇)描述擔負關系,A(作戰行動,執行兵力)描述執行關系,A(作戰兵力,作戰資源)描述使用關系,A(作戰行動,作戰目標)描述作用關系。

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

圖7 作戰階段類的時間關系描述

5 結語

本文根據作戰計劃本體的層次性特點,構建了頂層表示模型,在此基礎上研究提出了作戰計劃本體的構建方法,包括類及其層次創建、類屬性擴展、類間關系描述,并運用該方法嘗試創建了水面艦艇作戰計劃本體。實際應用表明,該方法適應自頂向下的作戰計劃本體創建策略,具有較好的普適性和操作性。本文的研究為作戰計劃本體構建提供了一個新的思路,但相對于完善的工程方法還需要開展大量工作,在構建的理論研究和工程實踐中不斷改進完善,最終形成比較成熟的適用于作戰計劃本體構建的工程方法學。

[1]張未平.指揮信息系統體系作戰結構研究[M].北京:國防大學出版社,2011:44-51.

[2]錢猛,劉忠,姚莉,等.作戰計劃的本體建模研究[J].系統工程與電子技術,2010,32(5):994-1000.

[3]劉志忠.多主體規劃技術及其在空軍戰役規劃中的應用[D].長沙:國防科學技術大學,2002.

[4]龍飛,史紅權,李巖.水面艦艇作戰計劃本體構建探討[J].海軍大連艦艇學院學報,2012,35(6):12-15.

[5]胡欣.基于本體的聯合作戰計劃表示與校驗研究[D].長沙:國防科學技術大學,2011.

[6]甘健侯,姜躍,夏幼明.本體方法及其應用[M].北京:科學出版社,2011:4-5.

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[8]馮志勇,李文杰,李曉紅.本體論工程及其應用[M].北京:清華大學出版社,2007:20-21.

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

中國博后后科學基金資助項目(編號:2012M512137)資助。

龍飛,男,博士研究生,助理研究員,研究方向:作戰指揮決策與運籌分析、武器裝備科研管理。闞亞斌,男,博士,副研究員,研究方向:艦載武器作戰使用、作戰應用軟件工程。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