基于模糊描述邏輯的C4ISR系統(tǒng)上下文環(huán)境分析方法

董慶超,陳青華,齊玉東,姚　剛

(1.海軍航空工程學(xué)院兵器科學(xué)與技術(shù)系,山東 煙臺(tái) 264001;2.解放軍理工大學(xué)軍事信息學(xué)教研中心,江蘇 南京 210007)

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基于模糊描述邏輯的C4ISR系統(tǒng)上下文環(huán)境分析方法

董慶超1,2,陳青華1,齊玉東1,姚剛1

(1.海軍航空工程學(xué)院兵器科學(xué)與技術(shù)系,山東 煙臺(tái) 264001;2.解放軍理工大學(xué)軍事信息學(xué)教研中心,江蘇 南京 210007)

為了實(shí)現(xiàn)指揮信息系統(tǒng)自適應(yīng)的決策支持,將上下文感知技術(shù)融入指揮信息系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì),首先提出了C4ISR系統(tǒng)上下文元本體,借此定義指揮信息系統(tǒng)上下文環(huán)境的基本語(yǔ)義框架。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合元本體以及面向目標(biāo)的需求分析方法思想,提出了C4ISR系統(tǒng)上下文環(huán)境信息獲取和建模表示方法。此外,將模糊本體推理技術(shù)引入指揮信息系統(tǒng)上下文環(huán)境推理分析環(huán)節(jié),通過(guò)設(shè)計(jì)上下文環(huán)境模型到本體的形式化規(guī)約算法,有效地將指揮信息系統(tǒng)的上下文環(huán)境信息形式化,并通過(guò)本體推理技術(shù),實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)上下文環(huán)境的推理分析。

C4ISR; 上下文感知; 模糊推理; 模糊描述邏輯

0　引　言

一體化聯(lián)合作戰(zhàn)不僅要求不同軍兵種之間實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)互通,而且要共享戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)感知資源、指揮資源和火力資源的優(yōu)化配置和指揮協(xié)同形成體系作戰(zhàn)能力,因此對(duì)指揮信息系統(tǒng),即C4ISR系統(tǒng),提出了更高的功能和性能要求。美軍《2010聯(lián)合構(gòu)想》也指出:未來(lái)軍事通信業(yè)務(wù)及指揮所的核心能力之一是自適應(yīng)決策支持,基于當(dāng)前上下文信息與指揮所業(yè)務(wù)進(jìn)行交互以支持指揮員戰(zhàn)場(chǎng)決策[1]。面對(duì)復(fù)雜的作戰(zhàn)任務(wù)、瞬息變化的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,C4ISR系統(tǒng)要及時(shí)根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、目標(biāo)、環(huán)境、場(chǎng)景的變化,靈活高效調(diào)度各類(lèi)作戰(zhàn)資源,因此,各國(guó)國(guó)防工業(yè)部門(mén)對(duì)“智能化”C4ISR系統(tǒng)的需求越加迫切。

如何才能讓指揮信息系統(tǒng)智能起來(lái),上下文感知技術(shù)是一條可行的技術(shù)路線(xiàn)。具備上下文感知能力的指揮所及其所屬指揮信息系統(tǒng),首先可以感知當(dāng)前環(huán)境、場(chǎng)景、任務(wù)等上下文信息的不斷變化情況,并根據(jù)上下文分析結(jié)果,結(jié)合當(dāng)前指揮所通信能力、計(jì)算資源靈活配置所屬的資源,為指控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化提供一種可行路徑。

目前，上下文感知及其推理技術(shù)是業(yè)界的研究熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[2]為滿(mǎn)足綜合戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境建模的需求,提出一種基于上下文的綜合戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境本體建模方法。針對(duì)模型各種應(yīng)用領(lǐng)域,分別抽取不同處理過(guò)程中共有的以及關(guān)鍵處理過(guò)程中特有的視角,形成上下文。文獻(xiàn)[3]在對(duì)象統(tǒng)一建模語(yǔ)言(unified modeling language,UML)的基礎(chǔ)上,通過(guò)擴(kuò)展其建模元素,構(gòu)建了一種面向Web服務(wù)的領(lǐng)域特定建模語(yǔ)言。文獻(xiàn)[4]針對(duì)復(fù)雜傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對(duì)傳感器上下文精確定位、智能推理與可信融合的要求,結(jié)合上下文感知中間件和普適上下文質(zhì)量管理技術(shù),提出了一種考慮上下文質(zhì)量的不確定上下文可信融合方法。文獻(xiàn)[5]針對(duì)情境感知計(jì)算系統(tǒng)中因上下文失效引起的感知計(jì)算服務(wù)異常中斷問(wèn)題,提出一種上下文自配置算法,該算法可以有效搜索失效的上下文或其等效內(nèi)容,并根據(jù)搜索經(jīng)過(guò)的路徑配置上下文推理規(guī)則,實(shí)現(xiàn)上下文環(huán)境的重構(gòu)。文獻(xiàn)[6]采用證據(jù)理論實(shí)現(xiàn)了對(duì)上下文信息特別是其中不確定信息的建模和模糊推理。上述研究成果對(duì)C4ISR系統(tǒng)上下文環(huán)境分析有著很好的借鑒意義,但是難以直接應(yīng)用于C4ISR系統(tǒng)的上下文環(huán)境分析,就在于該系統(tǒng)領(lǐng)域知識(shí)有其特定性:一方面系統(tǒng)的上下文信息與C4ISR系統(tǒng)的作戰(zhàn)使命、任務(wù)、預(yù)期作戰(zhàn)效果密切相關(guān),但是現(xiàn)有的上下文信息建模方法鮮有考慮上述概念;另一個(gè)方面,C4ISR系統(tǒng)上下文環(huán)境常常隱含大量模糊信息,例如:打擊效果的好與壞,任務(wù)的難與易等等,加入這些模糊概念后不僅使得上下文環(huán)境信息表達(dá)困難,而且給上下文環(huán)境的分析推理帶來(lái)很大障礙。

為了解決模糊信息給C4ISR系統(tǒng)上下文信息建模、分析帶來(lái)的困難問(wèn)題,本文提出一種基于模糊描述邏輯的C4ISR系統(tǒng)上下文環(huán)境分析方法,首先圍繞指控領(lǐng)域特點(diǎn),提煉領(lǐng)域內(nèi)上下文環(huán)境相關(guān)概念,由此形成元本體(對(duì)應(yīng)UML的Meta層)。之后在元本體的語(yǔ)義約束下,引導(dǎo)領(lǐng)域?qū)＜覙?gòu)建指控領(lǐng)域上下文知識(shí),例如:城市防空、聯(lián)合火力打擊等領(lǐng)域知識(shí),在領(lǐng)域知識(shí)的基礎(chǔ)上,結(jié)合模糊描述邏輯系統(tǒng)的Tableau推理算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)領(lǐng)域內(nèi)模糊上下文信息的推理和分析,分析結(jié)果可以作為指控資源、感知資源和火力資源合理配置的參考依據(jù),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)指揮所自適應(yīng)的決策支持。

1　上下文本體

1.1頂層上下文本體

目前業(yè)界普遍認(rèn)為，上下文是用于刻畫(huà)空間中實(shí)體的信息,包括了人物、設(shè)備、地點(diǎn)、時(shí)間等物理要素。當(dāng)上下文應(yīng)用于智能指揮所及其所屬C4ISR系統(tǒng),此時(shí)應(yīng)當(dāng)在上述

概念的基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)展本領(lǐng)域相關(guān)概念,引入的概念包括任務(wù)、預(yù)期效果、作戰(zhàn)實(shí)體、目標(biāo)、事件等。這些新概念不僅反映了指控領(lǐng)域獨(dú)有特點(diǎn),同時(shí)與原有上下文概念關(guān)系緊密,此外這種擴(kuò)展使后期的C4ISR系統(tǒng)上下文信息推理分析成為可能,例如:智能指揮所可以根據(jù)通信任務(wù)的不同預(yù)期效果,靈活調(diào)整現(xiàn)有的通信手段和通信資源。圖1展示了擴(kuò)展形成的C4ISR系統(tǒng)的上下文元本體。

圖1　C4ISR系統(tǒng)上下文元本體Fig.1　C4ISR context-aware meta ontology

1.2元本體引導(dǎo)的領(lǐng)域知識(shí)獲取

站在具體應(yīng)用領(lǐng)域的角度,例如:城市防空領(lǐng)域,可以發(fā)現(xiàn)C4ISR系統(tǒng)上下文元本體語(yǔ)義過(guò)于抽象,其語(yǔ)義層次對(duì)應(yīng)UML的Meta層元模型[7-8]。元本體雖然無(wú)法指導(dǎo)具體C4ISR系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì),但是卻可以輔助領(lǐng)域?qū)＜覙?gòu)架所屬領(lǐng)域的領(lǐng)域知識(shí),在知識(shí)的建模過(guò)程中發(fā)揮“模板”的語(yǔ)義約束作用,引導(dǎo)形成特定領(lǐng)域知識(shí),如圖2所示。

圖2　元本體與各領(lǐng)域本體關(guān)系Fig.2　Relation of meta ontology and domain ontology

2　領(lǐng)域上下文信息獲取與建模方法

2.1上下文信息獲取與分析框架

特定領(lǐng)域內(nèi)的上下文信息如何獲取是用戶(hù)最關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題,例如:區(qū)域防空任務(wù)下的C4ISR系統(tǒng)上下文信息獲取。特別是在當(dāng)前我軍所提出的一體化聯(lián)合作戰(zhàn)任務(wù)的背景下,如何獲取和表示C4ISR系統(tǒng)所處的上下文環(huán)境,是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。

從C4ISR系統(tǒng)上下文元本體的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn):人物、設(shè)備、位置、時(shí)間等上下文要素與作戰(zhàn)活動(dòng)是密切相關(guān)的,如果可以準(zhǔn)確捕捉C4ISR系統(tǒng)需要執(zhí)行的活動(dòng)集,就可以在C4ISR系統(tǒng)上下文元本體的引導(dǎo)下,輔助領(lǐng)域?qū)＜也蹲教囟I(lǐng)域內(nèi)系統(tǒng)的上下文信息。如何能夠準(zhǔn)確獲得系統(tǒng)的執(zhí)行活動(dòng)集合,面向目標(biāo)的需求分析方法通過(guò)使命任務(wù)分解可以有效解決這一問(wèn)題[9]。

使命任務(wù)分解是對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)的逐步細(xì)化,通過(guò)樹(shù)形的分解結(jié)構(gòu),逐步將頂層的復(fù)雜任務(wù),分解為底層可執(zhí)行的簡(jiǎn)單任務(wù),并通過(guò)任務(wù)的層層聚合,實(shí)現(xiàn)初始的使命目標(biāo)。在分解過(guò)程中可以參考文獻(xiàn)[9]提出的“與”“或”分解模式,注意去除目標(biāo)樹(shù)中不可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)、彼此沖突矛盾的目標(biāo)。

與分解:父目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)必須以每個(gè)子目標(biāo)均實(shí)現(xiàn)為前提。

或分解:父目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)以一個(gè)或幾個(gè)子目標(biāo)實(shí)現(xiàn)為前提。

圖3結(jié)合城市防空任務(wù)特點(diǎn),構(gòu)建其使命任務(wù)分析模型。模型中城市區(qū)域防空是頂層的復(fù)雜任務(wù),借助“與”分解形成“組織擬定防空預(yù)案”和“空中目標(biāo)狙擊”兩項(xiàng)使命目標(biāo)。其中“空中目標(biāo)狙擊”通過(guò)多次或分解最終形成三個(gè)簡(jiǎn)單任務(wù),即樹(shù)形結(jié)構(gòu)中的底層葉目標(biāo)。通過(guò)對(duì)每一個(gè)葉目標(biāo)進(jìn)行活動(dòng)分析,得出為完成目標(biāo)C4ISR系統(tǒng)需要執(zhí)行的全部活動(dòng)。在獲得全部活動(dòng)概念之后,可以在C4ISR系統(tǒng)上下文元本體的語(yǔ)義約束下,引導(dǎo)領(lǐng)域?qū)＜抑赋鱿到y(tǒng)的上下文相關(guān)概念。

圖3　城市區(qū)域防空使命任務(wù)目標(biāo)分析模型Fig.3　Task analysis model of city area defense

2.2上下文信息建模方法

前文指出C4ISR系統(tǒng)上下文元本體對(duì)應(yīng)UML的Meta層模型,因此可以借助UML自身良好的領(lǐng)域特定建模語(yǔ)言擴(kuò)展形成技術(shù),生成一種C4ISR系統(tǒng)上下文知識(shí)建模語(yǔ)言,具體做法如下:

步驟1利用C4ISR系統(tǒng)上下文元本體中定義的元概念,比如,位置、計(jì)算、目標(biāo)等,擴(kuò)展UML元模型中的元類(lèi),由此形成本領(lǐng)域概念的構(gòu)造型;

步驟2利用C4ISR系統(tǒng)上下文元本體中定義的元關(guān)系,比如,具有、實(shí)現(xiàn)、需要等,擴(kuò)展UML元模型中的元關(guān)系,由此形成本領(lǐng)域關(guān)系的構(gòu)造型;

步驟3如果元概念之間存在數(shù)量約束,這些數(shù)量約束則表示為模糊描述邏輯公理;

步驟4根據(jù)用戶(hù)的需要可以針對(duì)不同構(gòu)造型定義其圖標(biāo)。

需要說(shuō)明的是,針對(duì)步驟3中存在的概念之間數(shù)量約束,UML建議采用對(duì)象約束語(yǔ)言(object constraint language,OCL)表示上述數(shù)量關(guān)系,但是文獻(xiàn)[10-11]已經(jīng)指出:OCL是一種半可判定的形式化語(yǔ)言。如果采用它表述概念之間的數(shù)量關(guān)系,將使得后期的上下文推理難以得到最終結(jié)果,因此,本文建議采用模糊描述邏輯表示概念間的數(shù)量約束。

引入領(lǐng)域擴(kuò)展元素解決了UML難以建模上下文語(yǔ)義環(huán)境的問(wèn)題,但還是難以表示環(huán)境中隱含的模糊概念,例如:效果的好與壞、能力的強(qiáng)與弱等,這里需要進(jìn)一步對(duì)UML做模糊擴(kuò)展,使之具有建模模糊信息的能力。本方法在UML類(lèi)的基礎(chǔ)上做出以下模糊擴(kuò)展:

(1)應(yīng)用對(duì)象是否是指定領(lǐng)域類(lèi)的實(shí)例具有不確定性,這種模糊性通過(guò)在領(lǐng)域類(lèi)中引入新屬性——隸屬度μ表示,μ具有取值范圍0≤μ≤1;

(2)領(lǐng)域類(lèi)的一個(gè)屬性取值范圍是另一個(gè)模糊類(lèi),這種模糊性的表示形式是在該屬性的名稱(chēng)前引入FUZZY關(guān)鍵字加以標(biāo)識(shí);

(3)類(lèi)的父類(lèi)或子類(lèi)是模糊類(lèi),這種模糊性的表示方法是在上述類(lèi)之間添加繼承關(guān)系。

引入3種模糊建模元素后,新擴(kuò)展的UML已經(jīng)可以建模表示C4ISR系統(tǒng)上下文領(lǐng)域可能存在的明確知識(shí)和模糊知識(shí)。例如,圖4(a)定義了領(lǐng)域知識(shí)層面存在的一個(gè)“信道忙”概念,在具體的指揮所上下文環(huán)境中,由于不同傳感器探測(cè)能力不同、噪聲環(huán)境各異,所以各傳感器對(duì)“信道忙”的判斷各有不同,就體現(xiàn)了領(lǐng)域知識(shí)中隱含的模糊信息。這種模糊信息就可以通過(guò)圖4(b)中領(lǐng)域類(lèi)的隸屬度屬性μ建模表示。

圖4　基于模糊UML的上下文模糊信息建模Fig.4　Fuzzy information modeling based on fuzzy-UML

3　上下文環(huán)境信息的形式化分析

以上工作通過(guò)對(duì)現(xiàn)有UML的語(yǔ)義擴(kuò)展,實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能C4ISR系統(tǒng)上下文環(huán)境信息的建模表示,但是還沒(méi)有解決上下文環(huán)境推理分析這一問(wèn)題。考慮到UML建模元素與描述邏輯本體描述語(yǔ)言元素之間良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,以及描述邏輯語(yǔ)言自身推理可判定性和推理時(shí)效性,這里采用描述邏輯的一個(gè)模糊擴(kuò)展子集——f-SHIN,形式化表示上述C4ISR系統(tǒng)上下文知識(shí)模型,并采用f-SHIN自身的Tableau算法,分析C4ISR系統(tǒng)的上下文環(huán)境。這里,核心工作就是提出從上下文信息模型到上下文信息本體的轉(zhuǎn)換算法。該算法描述如下。

輸入領(lǐng)域上下文信息模型;具體上下文環(huán)境下的上下文信息模型。

輸出上下文環(huán)境本體。

轉(zhuǎn)換過(guò)程:

步驟1將領(lǐng)域上下文信息模型轉(zhuǎn)換為f-SHIN的Tbox公理集。

步驟1.1對(duì)于任意領(lǐng)域概念C。

步驟1.1.1Tbox中創(chuàng)建相應(yīng)的概念C;

步驟1.1.2如果概念C是明確概念,那么設(shè)置概念C與其實(shí)例之間的隸屬度μ值為1;

步驟1.5如果關(guān)系R具有傳遞性,例如關(guān)系的層層聚合,那么在Tbox中要做出傳遞聲明,即Trans(R)。

步驟2將具體上下文環(huán)境下的上下文信息模型轉(zhuǎn)換為為f-SHIN的Abox實(shí)例集。

步驟2.1對(duì)于具體上下文環(huán)境中出現(xiàn)的任意概念c(元類(lèi)型為C,隸屬度值為n),在Abox中創(chuàng)建聲明〈c:C〉??n。

步驟2.2對(duì)于具體上下文環(huán)境中概念a,b間出現(xiàn)的任意關(guān)聯(lián)關(guān)系r(元型為R,隸屬度值為n),在Abox中創(chuàng)建聲明〈a,b〉??n。其中，??代表≥，>,≤，<；n∈[0,1]。

通過(guò)以上形式化轉(zhuǎn)化算法可以將UML表示的上下文環(huán)境模型轉(zhuǎn)換為模糊描述邏輯f-SHIN表示的上下文本體,之后借助描述邏輯的Tableau算法就可以對(duì)本體進(jìn)行推理分析,對(duì)于Tableau算法可以參見(jiàn)文獻(xiàn)[12-13],這里不再介紹。需要說(shuō)明的是,C4ISR系統(tǒng)的上下文形式化推理分析離不開(kāi)領(lǐng)域內(nèi)所存在的規(guī)則和常識(shí),例如:在防空領(lǐng)域當(dāng)目標(biāo)是敵方目標(biāo),并且威脅程度大于一定范圍時(shí),火力打擊系統(tǒng)就要采取打擊行動(dòng);在海情領(lǐng)域,如果海情中心發(fā)現(xiàn)目標(biāo)20 min內(nèi)還無(wú)法識(shí)別目標(biāo)敵我屬性,那么必須向上級(jí)單位上報(bào)目標(biāo)信息。這些規(guī)則或常識(shí)是上述形式化推理的判定條件和依據(jù),所以本方法建議按照模糊描述邏輯的語(yǔ)法將其表示為公理集合,進(jìn)而連同本方法轉(zhuǎn)換后獲得的上下文環(huán)境本體進(jìn)行形式化推理,就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上下文環(huán)境的推理分析。此外,為了實(shí)現(xiàn)上下文信息的自動(dòng)推理分析,可以調(diào)用目前開(kāi)源的支持模糊描述邏輯本體推理的自動(dòng)推理引擎,如Racer、Pellet等,這些工具支持自動(dòng)執(zhí)行模糊描述邏輯的Tableau算法,在加載本體后可以在領(lǐng)域規(guī)則的約束下,自行完成整個(gè)推理分析過(guò)程,并對(duì)上下文環(huán)境本體中違反領(lǐng)域規(guī)則的概念給予提示。

4　上下文分析案例

基于以上方法,本課題組開(kāi)發(fā)了OBCREAT V2.0工具,首先該工具提供了領(lǐng)域特定建模元素和模糊信息建模元素,支持用戶(hù)對(duì)C4ISR系統(tǒng)的上下文環(huán)境信息建模。同時(shí),工具內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了本文所提出的從UML模型到f-SHIN模糊本體的形式化算法,可以自動(dòng)地將用戶(hù)構(gòu)建的上下文知識(shí)模型轉(zhuǎn)換為形式化本體。此外該工具內(nèi)部加載了支持Tableau算法的Pellet自動(dòng)推理機(jī),借此工具可以自動(dòng)對(duì)指揮信息系統(tǒng)上下文環(huán)境信息進(jìn)行推理分析。這種形式化的上下文信息分析可以解決兩類(lèi)上下文環(huán)境分析問(wèn)題:①在現(xiàn)有的作戰(zhàn)環(huán)境下,哪些作戰(zhàn)資源可以支持系統(tǒng)完成作戰(zhàn)任務(wù),取得預(yù)期作戰(zhàn)效果;②現(xiàn)有的作戰(zhàn)資源哪些存在能力上的欠缺,會(huì)影響系統(tǒng)完成作戰(zhàn)任務(wù)。通過(guò)前期研究[14-15],通過(guò)形式化證明的手段已經(jīng)指出上述兩種分析的本質(zhì)都是模糊本體的概念可滿(mǎn)足性判定問(wèn)題,因此,這里通過(guò)問(wèn)題②的一個(gè)案例,說(shuō)明工具的分析效果。

在某城市防空一體化作戰(zhàn)系統(tǒng)效能需求模型的建模分析中,系統(tǒng)分析人員根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況或用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的預(yù)期執(zhí)行效果對(duì)應(yīng)用概念的各個(gè)屬性賦值,如圖5所示。其中X系統(tǒng)防空能力的預(yù)期效果是20 min準(zhǔn)確毀傷空襲目標(biāo);X系統(tǒng)預(yù)警能力的預(yù)警時(shí)間屬性為35 min,準(zhǔn)確識(shí)別率大于0.9;X系統(tǒng)提前預(yù)警效能值為0.65(由領(lǐng)域?qū)＜医o定的Early(35)效能量化函數(shù)計(jì)算得出)。由于用戶(hù)對(duì)預(yù)期效果“20 min內(nèi)準(zhǔn)確毀傷空襲目標(biāo)”概念的效能值賦值過(guò)高(該值大于0.8),因此導(dǎo)致模型存在不合理性問(wèn)題,原因如下:一方面,如果X防空一體化作戰(zhàn)系統(tǒng)防空作戰(zhàn)能力實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果(20 min準(zhǔn)確毀傷空襲目標(biāo))的效能值大于0.8,那么其各項(xiàng)子能力以及子能力的效能值應(yīng)該均不不低于0.8。但是模型中預(yù)警子能力的提前預(yù)警效能值過(guò)低(僅0.65),因此該效能將會(huì)影響系統(tǒng)完成預(yù)期的作戰(zhàn)效果;另一個(gè)方面,X系統(tǒng)預(yù)警時(shí)間性能指標(biāo)為35 min,即從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到準(zhǔn)確識(shí)別目標(biāo)并發(fā)出警報(bào)的時(shí)間為35 min,因此難以支持“20 min內(nèi)發(fā)現(xiàn)和毀傷空襲目標(biāo)”的預(yù)期效果。通過(guò)OBCREAT V2.0工具提供的合理性驗(yàn)證功能,工具可以有效發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題,并提示“X系統(tǒng)提前預(yù)警效能”取值為0.65,可能會(huì)影響系統(tǒng)完成預(yù)期任務(wù),如圖5所示。以上案例是上下文本體推理技術(shù)在C4ISR系統(tǒng)效能問(wèn)題分析領(lǐng)域中的具體應(yīng)用,除此之外,本方法在指揮信息系統(tǒng)使命任務(wù)分析、作戰(zhàn)資源配置分析和作戰(zhàn)能力配置分析等作戰(zhàn)需求分析領(lǐng)域中都可以得到良好的應(yīng)用。特別是在作戰(zhàn)能力分析中,由于不同層次的作戰(zhàn)能力之間存在層層的分解與聚合,使得對(duì)體系頂層能力的衡量愈加復(fù)雜,如果采用上下文環(huán)境推理技術(shù),將不同層次能力之間的聚合與分解表示為形式化的上下文本體,那么就可以借助Pellet推理機(jī)的形式化推理手段,分析系統(tǒng)底層能力對(duì)頂層宏觀能力的有效支撐程度,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能力配置環(huán)節(jié)中的薄弱環(huán)節(jié)。

圖5　某區(qū)域防空C4ISR系統(tǒng)部分上下文信息模型(片段)及其環(huán)境分析結(jié)果Fig.5　Result of a city area defense C4ISR system context-aware knowledge reasoning

5　結(jié)　論

指揮所及其所屬C4ISR系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化是未來(lái)各國(guó)國(guó)防工業(yè)部門(mén)建設(shè)的重點(diǎn)方向。在C4ISR系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)引入上下文知識(shí)表示和分析技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)指揮所根據(jù)所處地點(diǎn)、環(huán)境、任務(wù)、作戰(zhàn)效果等因素變化,合理分析指控資源、感知資源和火力資源的調(diào)整策略,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)指揮所自適應(yīng)的決策支持。本文以此為背景,提出一種基于模糊描述邏輯推理的C4ISR系統(tǒng)上下文環(huán)境分析方法,該方法具有以下特點(diǎn):一是從C4ISR系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)出發(fā),提出了C4ISR系統(tǒng)上下文元本體,定義了組成該系統(tǒng)上下文環(huán)境的基本概念和語(yǔ)義框架;二是結(jié)合C4ISR系統(tǒng)上下文元本體和UML Profile擴(kuò)展技術(shù),為用戶(hù)提供了C4ISR系統(tǒng)上下文信息建模表示手段;三是借鑒了面向目標(biāo)需求分析方法思想,從使命任務(wù)分析出發(fā),在C4ISR系統(tǒng)上下文元本體的語(yǔ)義約束下,引導(dǎo)領(lǐng)域?qū)＜也蹲较到y(tǒng)上下文環(huán)境信息;四是借助f-SHIN模糊本體推理技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用環(huán)境下C4ISR系統(tǒng)上下文信息分析,進(jìn)而為系統(tǒng)資源的優(yōu)化配置、預(yù)期作戰(zhàn)效果分析提供一種科學(xué)分析依據(jù)。下一步,本研究將選擇幾種典型一體化聯(lián)合作戰(zhàn)任務(wù),依據(jù)本方法和工具平臺(tái)構(gòu)建其領(lǐng)域知識(shí)庫(kù),進(jìn)而為相關(guān)系統(tǒng)的上下文環(huán)境分析提供參考依據(jù)。

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C4ISR context-aware environmental analysis based on fuzzy description logic

DONG Qing-chao1,2,CHEN Qing-hua1,QI Yu-dong1,YAO Gang1

(1.Department of Weapons Science and Technology,Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai 264001,China; 2.Military Information Teaching and Research Center,PLA University of Science and Technology,Nanjing 210007,China)

To realize an adaptive decision support and service intelligence C4ISR system,the pervasive computing and context-aware technique with the analysis and design of the C4ISR system is integrated.The C4ISR context-aware meta ontology is proposed to construct the semantic framework of the C4ISR context.And then a domain-specific modeling language for C4ISR context-aware knowledge modeling is defined by extending the unified modeling language (UML)class and association with fuzzy constructs in order to model the fuzzy concepts of the context-aware knowledge.Additionally,a C4ISR context-aware knowledge transition algorithm is defined to support an automatic context-aware reasoning and analysis.

C4ISR; context-aware; fuzzy reasoning; fuzzy description logic

2015-01-20；

2016-02-16；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期：2016-07-06。

TP 393

ADOI:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.11.15

董慶超(1982-),男,講師,博士,主要研究方向?yàn)橹笓]信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。

E-mail:dongqingchao001@163.com

陳青華(1979-),女,講師,博士,主要研究方向?yàn)橹笓]信息系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。

E-mail:daniancqh@126.com

齊玉東(1972-),男,講師,博士,主要研究方向?yàn)榇髷?shù)據(jù)技術(shù)。

E-mail:qiyudong@sina.com

姚剛(1985-),男,講師,博士,主要研究方向?yàn)檐娦当Ｕ霞夹g(shù)。

E-mail:yaogang1985@126.com

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20160706.1957.006.html