張清輝，楊 楠，梁 政

（1.國防科技大學(xué)信息通信學(xué)院，西安 710106；2.火箭軍工程大學(xué)，西安 710025）

0 引言

隨著我軍信息化建設(shè)的快速發(fā)展，信息采集手段日益豐富，軍事信息資源的種類和數(shù)量不斷增長。在不同的任務(wù)背景下，各級(jí)指揮員在執(zhí)行任務(wù)過程中對(duì)信息的需求各不相同，信息服務(wù)實(shí)體所需采集、整編的軍事信息資源也各不相同，然而面對(duì)海量、異構(gòu)的軍事信息資源，各級(jí)指揮員在執(zhí)行任務(wù)過程中卻普遍面臨“信息過載”問題［1-2］。因此，如何根據(jù)任務(wù)需要靈活快速組織信息服務(wù)活動(dòng)，高效精準(zhǔn)為各級(jí)指揮員提供信息服務(wù)，輔助各級(jí)指揮員進(jìn)行科學(xué)決策，成為我軍信息服務(wù)領(lǐng)域亟待解決的問題。

本文針對(duì)軍事信息服務(wù)快速組織和敏捷響應(yīng)問題，建立軍事信息服務(wù)領(lǐng)域的本體模型，定義本體模型中使命任務(wù)、信息服務(wù)活動(dòng)以及信息資源之間的關(guān)系，提出了任務(wù)驅(qū)動(dòng)的軍事信息服務(wù)知識(shí)推理方法，生成任務(wù)保障所需的信息服務(wù)活動(dòng)和信息資源知識(shí)，支持信息服務(wù)人員高效組織開展信息服務(wù)保障活動(dòng)。

1 軍事信息服務(wù)本體知識(shí)模型

從20 世紀(jì)90 年代初，本體被引入到人工智能、知識(shí)工程、自然語言處理、圖書文獻(xiàn)檢索等領(lǐng)域，在知識(shí)的獲取、表示、分析和應(yīng)用中扮演著重要作用［3-4］。根據(jù)Studder 給出的定義，“本體是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說明”，本體的核心是概念和概念之間的關(guān)系［5］。本體論在作戰(zhàn)計(jì)劃評(píng)估、戰(zhàn)場目標(biāo)表示和作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)分發(fā)領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用，但是對(duì)軍事信息服務(wù)領(lǐng)域本體的研究還比較少［6-9］。要實(shí)現(xiàn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)下的軍事信息服務(wù)推理，首先要對(duì)軍事信息服務(wù)領(lǐng)域中的使命任務(wù)、信息服務(wù)活動(dòng)、信息資源等概念，以及概念之間的關(guān)系進(jìn)行全面分析，建立軍事信息服務(wù)本體模型，對(duì)使命任務(wù)、信息服務(wù)活動(dòng)和信息資源，以及它們之間的復(fù)雜關(guān)系進(jìn)行描述，得到一個(gè)可擴(kuò)展的語義模型框架，從而實(shí)現(xiàn)軍事信息服務(wù)領(lǐng)域的知識(shí)推理。

1.1 軍事信息服務(wù)本體模型

針對(duì)軍事信息服務(wù)領(lǐng)域可共享概念模型的明確形式化規(guī)范說明，軍事信息服務(wù)本體模型可以表示為一個(gè)七元組：

1）C（Class）為軍事信息服務(wù)本體中類（概念）的集合，是對(duì)軍事信息服務(wù)本體中要素概念的描述。軍事信息服務(wù)本體中主要包括使命任務(wù)、信息服務(wù)活動(dòng)和信息資源3 個(gè)大類。

2）P（Property）為類的屬性集合，其中任務(wù)屬性信息包括任務(wù)編號(hào)、任務(wù)名稱、任務(wù)目標(biāo)、信息需求、參與單位、任務(wù)狀態(tài)、開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間；信息服務(wù)活動(dòng)屬性信息包括活動(dòng)編號(hào)、活動(dòng)名稱、活動(dòng)目標(biāo)、參與單位、活動(dòng)狀態(tài)、開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、輸入、輸出；軍事信息資源屬性信息包括信息資源編號(hào)、信息資源名稱、類型、發(fā)布單位、發(fā)布時(shí)間、最新更新時(shí)間等。

3）H（Hierarchy）表示類之間的層次關(guān)系（Sub-Class Of），如任務(wù)之間的層次分解關(guān)系。

4）RSem（SemanticRelation）表示類之間的語義關(guān)系，可以根據(jù)需要自定義，如：層次關(guān)系（SubClass Of）、等價(jià)關(guān)系（Equivalent To）、實(shí)例關(guān)系（Instance）、觸發(fā)關(guān)系（Cause）、輸入關(guān)系（Input）、輸出關(guān)系（Output）等。

5）RTem（TemporalRelation）表示類之間的時(shí)序關(guān)系，如：順序關(guān)系、條件關(guān)系、跟隨關(guān)系、并發(fā)關(guān)系、異或關(guān)系、與關(guān)系、或關(guān)系、循環(huán)關(guān)系等。

6）A（Axtiom）表示公理，是對(duì)本體中類及關(guān)系的限制和約束。

7）I（Instance）表示本體中類所擁有的具體實(shí)例集合。

1.2 語義關(guān)系

除了層次關(guān)系（SubClassOf）、實(shí)例關(guān)系（Instance）等本體中的常用關(guān)系外，軍事信息服務(wù)本體中類之間的語義關(guān)系，還需要定義使命任務(wù)與信息服務(wù)活動(dòng)之間的觸發(fā)關(guān)系，以及信息服務(wù)活動(dòng)與信息資源之間的需求關(guān)系，除了這些關(guān)系外，還可以根據(jù)需要定義類之間的其他關(guān)系。

1.2.1 任命任務(wù)與信息服務(wù)活動(dòng)之間的觸發(fā)關(guān)系

信息是指揮員在執(zhí)行任務(wù)的過程中進(jìn)行科學(xué)決策的重要保證，各級(jí)指揮員在執(zhí)行任務(wù)的過程中會(huì)提出一些系列的信息需求，這些信息需求需要通過一系列的信息服務(wù)活動(dòng)進(jìn)行保障，組織信息服務(wù)活動(dòng)的目的就是為了滿足使命任務(wù)中提出的信息需求。因此，指揮員在執(zhí)行任務(wù)過程中提出的信息需求是組織開展信息服務(wù)活動(dòng)的起因，即使命任務(wù)與信息服務(wù)活動(dòng)之間具有觸發(fā)關(guān)系，記為RCause。

1.2.2 信息服務(wù)活動(dòng)與信息資源之間的輸入輸出關(guān)系

信息服務(wù)活動(dòng)在執(zhí)行過程中需要對(duì)分散在不同信源單位的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行抽取、匯集、過濾、處理、整編，從而形成有價(jià)值的信息資源產(chǎn)品，精準(zhǔn)滿足各級(jí)指揮員在執(zhí)行任務(wù)過程中提出的信息需求。因此，信息服務(wù)活動(dòng)與信息資源之間具有輸入關(guān)系和輸出關(guān)系，分別記為RInput和ROutput。

1.3 時(shí)序關(guān)系

軍事信息服務(wù)本體模型中任務(wù)之間和信息服務(wù)活動(dòng)之間的關(guān)系，可以通過時(shí)序關(guān)系進(jìn)行描述，常用的時(shí)序關(guān)系包括：跟隨關(guān)系、順序關(guān)系、條件關(guān)系、并發(fā)關(guān)系、異或關(guān)系、與關(guān)系、或關(guān)系、同步關(guān)系、異步關(guān)系、循環(huán)關(guān)系等。

1）跟隨關(guān)系

2 軍事信息服務(wù)知識(shí)推理

使命任務(wù)是可分解和可組合的，對(duì)任務(wù)本體進(jìn)行分解可以得到層次結(jié)構(gòu)的子任務(wù)集合［10-11］。任務(wù)執(zhí)行過程中的信息需求，需要一系列按照一定的邏輯和時(shí)序關(guān)系組合在一起的信息服務(wù)活動(dòng)加工整編產(chǎn)生，這些信息服務(wù)活動(dòng)可以由信息服務(wù)保障人員完成，也可以在信息資源和數(shù)據(jù)的支持下由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。

使命任務(wù)執(zhí)行過程中的信息需求是觸發(fā)軍事信息服務(wù)活動(dòng)的起因，在根據(jù)使命任務(wù)描述信息提取任務(wù)本體概念后，通過使命任務(wù)與信息服務(wù)活動(dòng)之間的關(guān)系推理，可以得到當(dāng)前需要組織開展的信息服務(wù)活動(dòng)集合，根據(jù)任務(wù)之間的關(guān)系以及使命任務(wù)與信息服務(wù)活動(dòng)之間的關(guān)系，通過推理可以獲取未來可能需要組織開展的信息服務(wù)活動(dòng)集合，從而為信息服務(wù)活動(dòng)的組織開展提供輔助決策支持。

信息資源由分散在不同信源單位的各種類型的軍事信息資源組成，信息服務(wù)活動(dòng)在執(zhí)行過程中根據(jù)使命任務(wù)的需求，對(duì)分散在不同信源單位的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行抽取、匯集、過濾、處理、加工，從而整編形成有價(jià)值的信息資源產(chǎn)品，為使命任務(wù)的執(zhí)行提供信息服務(wù)保障。

軍事信息服務(wù)知識(shí)推理的基本思想是根據(jù)使命任務(wù)描述信息提取當(dāng)前任務(wù)的本體概念，根據(jù)軍事信息服務(wù)本體中使命任務(wù)間的層次分解關(guān)系，對(duì)當(dāng)前的任務(wù)進(jìn)行分解，生成當(dāng)前需要執(zhí)行的任務(wù)集合，根據(jù)使命任務(wù)間的時(shí)序關(guān)系推理，生成未來可能需要執(zhí)行的任務(wù)集合；然后根據(jù)使命任務(wù)與信息服務(wù)活動(dòng)之間的觸發(fā)關(guān)系推理，生成當(dāng)前需要組織開展的信息服務(wù)活動(dòng)集合，以及未來可能需要執(zhí)行的信息服務(wù)活動(dòng)集合；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)信息服務(wù)活動(dòng)與信息資源之間的輸入關(guān)系和輸出關(guān)系，推理獲取當(dāng)前需要采集引接的信息資源和整編生產(chǎn)的信息資源，為信息服務(wù)力量組織開展信息服務(wù)保障活動(dòng)提供輔助決策支持。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)的軍事信息服務(wù)知識(shí)推理流程主要包括以下步驟。

Step 1：根據(jù)任務(wù)描述信息提取任務(wù)本體概念；

Step 2：根據(jù)使命任務(wù)類的層次分解關(guān)系對(duì)任務(wù)進(jìn)行分解，得到當(dāng)前需要執(zhí)行的任務(wù)集合；

Step 3：根據(jù)使命任務(wù)與信息服務(wù)活動(dòng)之間的觸發(fā)關(guān)系進(jìn)行推理，生成當(dāng)前需要組織開展的信息服務(wù)活動(dòng)集合；

Step 4：根據(jù)信息服務(wù)活動(dòng)與信息資源之間的輸入輸出關(guān)系，推理生成執(zhí)行各項(xiàng)信息服務(wù)活動(dòng)需要采集抽取的數(shù)據(jù)信息資源，以及需要通過信息服務(wù)活動(dòng)加工整編的信息資源；

Step 5：根據(jù)信息服務(wù)活動(dòng)之間的時(shí)序關(guān)系，以及信息服務(wù)活動(dòng)與信息資源的輸入輸出關(guān)系，推理生成信息服務(wù)保障預(yù)案；

Step 6：根據(jù)使命任務(wù)間的時(shí)序關(guān)系推理下一步可能執(zhí)行的任務(wù)集合；

Step 7：根據(jù)使命任務(wù)與信息服務(wù)活動(dòng)之間的觸發(fā)關(guān)系，推理生成未來可能需要組織開展的信息服務(wù)活動(dòng)集合；

Step 8：根據(jù)信息服務(wù)活動(dòng)與信息資源之間的輸入輸出關(guān)系，推理生成下一步可能需要采集的信息資源，以及需要通過執(zhí)行信息服務(wù)活動(dòng)加工整編生產(chǎn)的信息資源產(chǎn)品。

通過軍事信息服務(wù)本體模型，可以根據(jù)使命任務(wù)、信息服務(wù)活動(dòng)和信息資源之間的關(guān)系，推理獲取當(dāng)前需要組織開展的信息服務(wù)活動(dòng)和信息資源需求，還可以預(yù)測(cè)下一步可能需要采集和加工的信息資源，從而輔助信息服務(wù)組織部門高效地組織開展信息服務(wù)活動(dòng)，加工整編信息資源，為任務(wù)的執(zhí)行提供精準(zhǔn)信息服務(wù)保障。

3 任務(wù)驅(qū)動(dòng)的軍事信息服務(wù)知識(shí)推理實(shí)例

目前常用的本體構(gòu)建工具主要有Protégé、OntoSaurus、WebOnto、OntoEdit、Ontolingua 等［12］。其中，Protégé 作為開放源碼的領(lǐng)域本體編輯工具，在自然語言處理、語義網(wǎng)和知識(shí)圖譜等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［13］。Protégé 不僅能夠定義和編輯領(lǐng)域本體的類以及類關(guān)系、屬性和實(shí)例等，還支持對(duì)本體進(jìn)行推理，因此，本文采用Protégé 作為信息服務(wù)領(lǐng)域本體的構(gòu)建工具。

3.1 軍事信息服務(wù)本體模型構(gòu)建實(shí)例

軍事信息服務(wù)領(lǐng)域本體模型的上層類結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示，由使命任務(wù)、信息服務(wù)活動(dòng)和信息資源3 個(gè)大類構(gòu)成，這3 個(gè)大類又分別由一系列層次結(jié)構(gòu)的下層類和概念構(gòu)成。

圖1 軍事信息服務(wù)本體上層類結(jié)構(gòu)

除了Protégé 中已定義的層次關(guān)系（SubClass Of）、實(shí)例關(guān)系（Instances）等關(guān)系外，根據(jù)軍事信息服務(wù)本體中類之間的關(guān)系，對(duì)軍事信息服務(wù)本體模型中類之間的語義關(guān)系和時(shí)序關(guān)系進(jìn)行定義，如圖2 所示。

圖2 軍事信息服務(wù)本體模型中類之間的關(guān)系

根據(jù)軍事信息服務(wù)領(lǐng)域類之間的層次關(guān)系，分別建立使命任務(wù)、信息服務(wù)活動(dòng)和信息資源這3 個(gè)大類的層次結(jié)構(gòu)。例如：使命任務(wù)中的軍事突發(fā)事件應(yīng)急處置任務(wù)分解為：了解、評(píng)估、準(zhǔn)備、研判、建議、指導(dǎo)、調(diào)整、結(jié)束、總結(jié)9 個(gè)子任務(wù)，根據(jù)這些任務(wù)之間的關(guān)系，建立突發(fā)事件應(yīng)急處置任務(wù)本體模型如圖3 所示。

在建立了軍事信息服務(wù)本體模型的層次結(jié)構(gòu)后，建立類之間的非層次關(guān)系。其中，任務(wù)之間的FollowBy 關(guān)系（Follow 關(guān)系的逆關(guān)系）、使命任務(wù)與信息服務(wù)活動(dòng)之間的Cause 關(guān)系、信息服務(wù)活動(dòng)與信息資源之間的Input 和Output 關(guān)系如圖4 所示。

圖3 突發(fā)事件應(yīng)急處置任務(wù)本體模型

在軍事信息服務(wù)本體模型中的類創(chuàng)建完畢后，對(duì)封堵河堤潰口應(yīng)急處置信息服務(wù)中的實(shí)例進(jìn)行標(biāo)注，其中封堵河堤潰口任務(wù)實(shí)例如圖5 所示。

根據(jù)封堵河堤潰口應(yīng)急處置任務(wù)與信息服務(wù)活動(dòng)之間的關(guān)系，對(duì)封堵河堤潰口任務(wù)與信息服務(wù)活動(dòng)之間的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)注，其中“了解河堤潰口信息”和“評(píng)估河堤潰口影響和救災(zāi)能力”兩個(gè)子任務(wù)觸發(fā)的信息服務(wù)活動(dòng)實(shí)例展開后如圖6 所示。

圖4 軍事信息服務(wù)本體模型中類之間的關(guān)系

圖5 封堵河堤潰口使命任務(wù)實(shí)例

圖6 封堵河堤潰口信息服務(wù)活動(dòng)實(shí)例

根據(jù)信息服務(wù)活動(dòng)與信息資源之間的輸入輸出關(guān)系，對(duì)封堵河堤潰口信息服務(wù)活動(dòng)與信息資源之間的輸入輸出關(guān)系進(jìn)行標(biāo)注，其中“采集整編河堤潰口基本情況信息”與信息資源之間的輸入輸出關(guān)系實(shí)例，如圖7 所示。

3.2 封堵河堤潰口應(yīng)急處置信息服務(wù)知識(shí)推理

在建立軍事信息服務(wù)領(lǐng)域本體模型，標(biāo)注模型中的實(shí)例之后，對(duì)封堵河堤潰口突發(fā)事件應(yīng)急處置信息服務(wù)知識(shí)進(jìn)行推理，驗(yàn)證任務(wù)驅(qū)動(dòng)的軍事信息服務(wù)知識(shí)推理的可行性。

根據(jù)任務(wù)描述信息，提取出本次任務(wù)的概念屬于封堵河堤潰口類任務(wù)，然后在封堵河堤潰口任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，通過推理獲得的當(dāng)前需要組織開展的信息服務(wù)活動(dòng)、需要采集引接的信息資源和需要加工整編的信息資源產(chǎn)品，如圖8 所示。

圖7 采集整編河堤潰口基本情況信息與信息資源之間的輸入輸出關(guān)系實(shí)例

圖8 信息服務(wù)知識(shí)推理結(jié)果

圖9 信息服務(wù)需求預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)任務(wù)之間的時(shí)序關(guān)系，對(duì)未來需要組織開展的信息服務(wù)活動(dòng)、需要采集引接的信息資源和需要加工整編的信息資源進(jìn)行推理，推理結(jié)果如圖9所示。

4 結(jié)論

軍事信息服務(wù)涉及要素眾多，相互之間關(guān)系復(fù)雜，現(xiàn)有的軍事信息服務(wù)領(lǐng)域研究更多偏重信息需求分析層面，對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)、信息服務(wù)活動(dòng)和信息資源之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系研究較少，難以根據(jù)任務(wù)需要為用戶提供高效、精準(zhǔn)的信息服務(wù)保障。通過建立軍事信息服務(wù)領(lǐng)域本體模型，定義使命任務(wù)、信息服務(wù)活動(dòng)以及信息資源之間的關(guān)系，將軍事信息服務(wù)領(lǐng)域眾要素融為一體，在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，通過推理獲取信息服務(wù)活動(dòng)組織所需的輔助決策知識(shí)。封堵河堤潰口應(yīng)急處置信息服務(wù)實(shí)例推理應(yīng)用結(jié)果表明，在軍事信息服務(wù)本體知識(shí)模型的支撐下，不僅可以通過推理獲取當(dāng)前組織開展信息服務(wù)工作所需的知識(shí)，而且在任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，可以預(yù)測(cè)下一步組織開展信息服務(wù)工作可能需要的知識(shí)，從而輔助信息服務(wù)保障人員高效開展精準(zhǔn)信息服務(wù)保障工作。