基于本體的作戰過程描述模型*

吳 蕾 伍文峰 鄧海冰

（1.國防大學聯合作戰學院 北京 100091）（2.陸軍航空兵研究所 北京 101121）（3.陸軍步兵學院 石家莊 050083）

1 引言

作戰過程指的是若干實體在系統中經歷的完整過程，是在一定時空內完成特定作戰任務而展開的一系列作戰行動的總和，可以由若干行動組成的有序任務組構成。作戰過程描述相關研究主要包括三個方面：面向軍事信息系統需求分析、面向仿真建模領域以及面向方案和計劃。

面向軍事信息系統需求分析，作戰過程描述主要是對包括偵察探測、指揮控制在內的主要作戰活動進行描述，從而確定系統功能、性能與戰術、技術指標。如李志剛等［1］指出作戰活動描述是在對系統功能分解的基礎上，分析作戰節點之間的關聯關系，從時序和事件多角度描述系統支持的作戰活動過程以及各作戰節點在作戰活動中的連接和狀態轉換。

面向仿真建模領域，作戰過程描述是對各類基本作戰實體、作戰行動、作戰環境、影響因素，以及各類實體與實體之間、行動與行動之間、實體與行動之間相互作用的規則進行軍事描述，目的是為建立數學模型和仿真模型提供軍事依據，確保軍事與技術人員對同一軍事問題理解的一致性。如許騰等［2］通過建立統一的作戰過程描述模型，對聯合作戰活動進行描述，從而實現對作戰態勢的一致理解。

面向方案和計劃，作戰過程描述主要是對作戰行動序列描述方法進行研究。根據作戰任務需求和作戰行動過程序列的分析，合理安排作戰行動以及組織資源配置，進而實現作戰目標。例如崇元等［3］提出作戰行動過程構建框架，通過細化分析敵方作戰行動之間的各種關系，掌握敵方作戰計劃，揭示或預測其作戰意圖。

目前，本體論方法在戰場態勢［4～7］、目標關系［8］、作戰計劃［9～10］等知識建模方面已有不少相關研究，但面向計算機模擬對抗演習講評階段對作戰過程的描述需要，還缺少相關研究。由于本體能夠對特定領域中概念及關系形式化表達，符合作戰過程描述規范化的需求，因此，本文提出了應用本體對作戰過程進行描述和建模，可以為實現軍事專家、導調人員以及參演指揮員對作戰過程的一致理解打下基礎。

2 作戰過程描述本體構建

作戰過程是組織為實現其使命的整體有序行為，是執行使命的作戰行動過程或者任務流程［11］。由此可見，作戰任務和作戰行動是作戰過程的主要組成部分。作戰過程層次結構如圖1所示，作戰過程由若干作戰任務構成，作戰任務由一系列作戰行動構成，而行動可能由多個子行動組成。作戰任務和作戰行動概念及關系分析是構建作戰過程本體模型的基礎，目的是提取作戰過程、作戰任務、作戰行動諸要素概念并理清其邏輯聯系。

圖1 作戰過程本體構建流程

關于本體構建的方法很多，包括骨架法、TOVE法、循環獲取法、IDEF-5、Methodology法、七步法、九步法［12～13］等多種方法已經應用到各領域本體構建中。本文綜合以上方法，結合作戰仿真領域的特點，在作戰過程本體構建中采用如下“六步法”。

步驟1：領域分析，確定本體范圍

確定作戰過程本體的領域與范圍、應用本體的目的、作用以及應用對象。根據現有的包括各種文檔、技術資料、各類數據資源的知識，對作戰過程仿真領域進行分析，確定作戰過程涵蓋的范圍和邊界，明確本體模型建立的目的與應用場景。

步驟2：參照標準，枚舉重要概念

參照相關標準提取作戰過程仿真領域內重要概念，如軍事術語中對作戰任務等相關概念的定義。概念提取的過程中需要解決某些概念可能存在的二義性問題，確保準確地形成相關領域專業概念的一種規范。

步驟3：聚合概念，建立本體框架

將上一步枚舉的概念組織成一定的結構形式，層次化、模塊化地構建領域本體框架。對所有概念的重要性進行評估，挑選出能夠準確而精簡地表達出作戰過程仿真領域知識的重要概念，并進行模塊化分解和聚合，方便部分概念模塊的重用與集成。

步驟4：分析歸納，確定概念間關系

框架構建完成后，需要盡可能地將概念間的關系以及屬性之間的關系清晰、完整地表達出來。按照概念的固有屬性和專有特征進行分析和歸納，確定概念間的關系、概念與屬性間關系以及屬性之間的關系，并添加某階段作戰過程實例。

步驟5：準確描述，形式化本體模型

建立作戰過程本體描述模型，對本體模型中概念、屬性和其間關系進行形式化描述和表示。形式化描述時需要注意幾點：一是選用適當的表示方法，增強易理解性，方便導演部、軍事專家和指揮員等共同理解與交互；二是關注模型的易擴展性，即作戰過程描述要能夠適用于不同作戰過程；三是具備完備的描述要素，全面清晰的描述才能起到輔助導演部評估、講評作戰過程的目的。

步驟6：評估模型，完成本體構建

對構建的作戰過程本體模型進行評估、驗證，若本體模型構建不合理，則需要按構建流程檢查每一個步驟，針對找出的問題作出相應修改，然后對模型重新進行評估，直至驗證通過。

3 作戰過程層次化描述模型

作戰過程層次化描述屬于概念建模的研究領域，作戰過程層次化描述模型可以分為三個層次：作戰過程描述模型、作戰任務描述模型、作戰行動描述模型，如圖2所示。這三個層次模型具有逐層分解關系，即作戰過程可以分解為作戰任務，作戰任務可以分解為作戰行動，相反就是逐層聚合的關系。

圖2 基于本體的作戰過程層次化描述模型

3.1 作戰過程描述模型

一個聯合作戰過程，主要由圍繞作戰目的和作戰效果的包含若干作戰行動的任務序列構成，體現的是作戰實體在執行既定任務時應對態勢，作出動作或改變狀態的過程。

將作戰過程形式化為七元組形式：OP=｛op_name，op_participants，op_setting，op_purpose，opop_effect，op_area，op_time｝。

op_name表示作戰過程名稱；

op_participants表示作戰過程中參戰的對抗方；

op_purpose表示作戰企圖或者作戰過程要達成的目的；

op_setting表示作戰背景與環境；

op_effect表示作戰過程帶來影響的總和，包括戰損、戰果、任務完成率等；

op_area表示作戰過程的空間屬性；

op_time表示作戰過程的時間屬性。

3.2 作戰任務描述模型

作戰任務（Operational Task）是指在一定戰場環境和時間條件下，為達成特定的作戰目的，而進行的一系列相互關聯的作戰行動的有序集合，其本身具有層次結構性和時空特性［14～15］。作戰任務可以形式化為二元組Task=｛TN，TR｝，其中TN表示任務本體屬性，TR表示任務間關系。

3.2.1 作戰任務本體屬性的描述

將作戰任務本體表示為九元組形式：TN=｛t_name，t_purpose，t_subject，t_area，t_object，t_time，t_rule，t_priority，t_effect｝。

t_name表示任務名稱或者任務代號；

t_purpose表示任務要達成的目的或者預期結果；

t_subject表示執行任務的主體；

t_area表示主體執行任務時的控制空間；

t_object表示作戰任務的客體，即任務的目標集合；

t_time表示與任務準備和執行相關的一系列時間；

t_rule表示任務在執行過程中必須遵從的原則；

t_priority表示任務的優先級；

t_effect表示任務完成的效果。

3.2.2 作戰任務間關系的描述

任務之間由于任務執行主體、作戰資源、時間和空間的沖突，以及任務之間的各種關系形成了復雜的關聯，這種關聯體現了各執行主體間的配合關系。任務是由不同執行主體執行的，任務之間主要存在層次、時序、依賴和獨立四種關系。假定實現作戰目的的任務集T=｛T1，T2，…，Tn｝，它們之間的關系集可以定義為TR=｛HierR，TemR，DepR，IndepR｝。

1）層次關系（Hierarchical Relationship，HierR）

作戰任務間普遍存在著層次關系，一個任務可以分解為若干中間層子任務，子任務又可以分解為若干元任務，元任務又是由若干作戰行動構成。若任務TAi是父任務，TAj是子任務，兩者之間可以表示為HierR（TAi，TAj）。

2）時序關系（Temporal Relationship，TemR）

時序關系作為最主要的作戰任務間關系之一，表示作戰任務發生的先后順序，其串聯了作戰過程的發展演變，描述了戰役開始、發展和結束的過程。時序關系一般依據時間線來識別，任務TAi、TAj之間的時序關系可表示為TemR（TAi，TAj）。

3）依賴關系（Dependent Relationship，DepR）

對于作戰任務TAi，TAj∈TASK，若TAi需要依靠TAj輸出的信息或效果才能執行，則TAi依賴于TAj，可以單方依賴，也可以兩個任務互相依賴。

4）獨立關系（Independent Relationship，IndepR）

對于作戰任務TAi，TAj，TAn∈TASK，若任務不需要依靠任何其他作戰任務輸出的信息或效果就能執行，則說明作戰任務之間相對獨立，可以表示為IndR（TAi，TAj，TAn）。

3.3 作戰行動描述模型

作戰行動（operational action）指的是作戰過程中實體轉變某一狀態的持續過程，是作戰實體為完成特定作戰任務而遂行的一系列作戰活動。作戰行動描述模型是描述作戰行動的模型，同樣可以以二元組OA=｛AN，AR｝表示，AN表示作戰行動本體屬性，AR表示行動間關系。

3.3.1 行動本體屬性的描述

作戰行動是軍事領域特定的事件，是由實體執行的具有一定時間跨度和空間跨度的一個或多個活動。它是作戰任務空間的核心要素，是作戰過程中抽象出來最基本的要素［16］。對于作戰行動本體屬性，可形式化描述為以下九元組：

AN=｛a_name，a_type，a_time，a_subject，a_subarea，a_object，a_obarea，a_line，a_weapon｝。

a_name表示行動名稱，是作戰行動的全局唯一標識；

a_type表示行動的類型，或者行動的方式；

a_time表示作戰行動執行的時間；

a_subject表示作戰行動的主體；

a_subarea表示作戰行動的初始地點或地域；

a_object表示作戰行動的客體，即作戰行動的目標對象；

a_obarea表示作戰行動的目標地點或地域；

a_line表示作戰行動的路線或者航線；

a_weapon表示作戰行動運用或者派遣的裝備或者掛載的武器。

3.3.2 作戰行動間關系描述

作戰行動間關系是指作戰行動之間的相互聯系、相互約束的邏輯關系，這是一種橫向的關系。從作戰任務的執行結構來看，作戰行動間的邏輯關系主要可以分為順序關系、并行關系和條件關系、循環關系四種。

假定Action=｛ac1，ac2，…，acn｝是某一作戰任務中作戰行動的集合，那么行動之間的關系說明如下。

1）順序關系（Sequential Relationship，SeqR）

若一個作戰行動在時間上先發生，另一個作戰行動在時間上后發生，這兩個作戰行動間關系就是順序關系。例如空中預警行動發生后常常跟隨空中巡邏行動，兩者之間就形成順序關系。

2）并行關系（Concurrent Relationship，ConR）

并行關系是指作戰行動同時進行，在一定條件下達到一種相輔相成、相互促進的作用。并行關系經常表現為作戰協同，即無隸屬關系的兩個以上部隊在共同遂行作戰任務時所構成的相互協助、配合的關系［17～18］，目的是為了發揮體系整體作戰效能。

3）條件關系（Conditional Relation，CndR）

條件關系是指一個行動發生與否對另一行動的發生與否存在制約或依賴的關系。若行動ai發生，行動aj也必定發生，或者若行動ai不發生，行動aj也必定不會發生，則行動ai、aj之間的這種依賴關系，就是條件關系。

4）循環關系（Cyclic Relationship，CycR）

實際作戰過程中，某作戰行動序列可能會反復執行，行動序列間就存在循環關系。對于作戰行動序列｛aci，acj，…，acn｝，n≥2，在一定的判定條件下，按照aci，acj，…，acn的順序反復執行，則行動序列間存在循環關系。

4 面向導演部講評的應用模式

領域本體構建是知識表征和知識共享的基礎，本體支持知識的形式化規范表示以實現領域知識的重用和共享［19～20］。在進行作戰過程本體構建時需要考慮作戰過程本體與相關知識的映射關系，使其保持一致性以更好地支持知識應用效果。

構建作戰過程本體及知識表示，可以輔助導演部更好地以規范化的語言形式對演習實施總結講評，有助于更好地完成演習復盤評估工作。具體應用框架如圖3所示，可以分為數據層、方法層、知識層、應用層四個層次。數據層主要是基礎數據和仿真數據的采集與預處理，方法層包括本體構建、知識表示與建模、信息提取、知識融合等內容，知識層包含提取的以特定形式表現或者以特定結構組織的重要概念、關系以及關鍵行動、實體等內容，應用層則將知識層得到的關鍵信息通過講評文檔智能生成、知識推薦和態勢回放等展現方式和手段，應用于輔助導演部總結講評當中。

圖3 面向導演部講評的應用框架

5 結語

本文在分析作戰過程層次結構和本體構建流程的基礎上，提出了基于本體的作戰過程層次化描述模型，并對作戰過程描述模型、作戰任務描述模型以及作戰行動描述模型分別進行了形式化表達。此外，對面向導演部講評的應用模式進行探索，為規范化描述作戰過程以及進一步研究作戰過程描述輔助生成方法提供科學依據。