羅弋洋, 趙青松, 李華超, 李 勇, 孫建彬

(國防科技大學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)院, 湖南 長沙 410073)

0 引 言

武器裝備是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的重要物質(zhì)基礎(chǔ),而武器裝備運用知識是指導(dǎo)和規(guī)范戰(zhàn)爭中武器裝備的運用的重要依據(jù),是規(guī)范武器裝備運用方式、提高武器裝備運用效率、確保武器裝備運用效果的重要支撐。而現(xiàn)代戰(zhàn)爭的一體化聯(lián)合作戰(zhàn),更加強調(diào)各種武器裝備的協(xié)同運用、體系運用,這對武器裝備運用知識,特別是體系運用知識提出了更高的要求。

“知識建?！钡母拍钭钤缬蒒ewell提出,常見的知識建模方法包括一階謂詞邏輯表示法、產(chǎn)生式規(guī)則表示法、框架表示法、基于語義網(wǎng)絡(luò)的知識表示方法、資源描述框架(resource description framework,RDF)的知識表示方法,本體的知識表示方法以及知識圖譜。其中,本體的知識表示方法可以將武器裝備運用知識用機器可理解的語言和邏輯進行結(jié)構(gòu)化的、形式化的、規(guī)范的描述,進而實現(xiàn)人機之間以及機器之間的交流,進而達到知識表示、共享和重用的目的。

武器裝備運用知識可以劃分為描述性知識、判斷性知識和過程性知識。目前，專門面向武器裝備運用知識的系統(tǒng)的研究非常少,部分是針對知識本身的建模方法、知識結(jié)構(gòu)以及構(gòu)建知識系統(tǒng)等的研究,但普遍存在覆蓋面不全、知識結(jié)構(gòu)較為簡單、沒有考慮裝備體系的問題。更多的研究是局部的,在一些較為成熟的業(yè)務(wù)領(lǐng)域背景之下,為了解決業(yè)務(wù)問題而使用到了武器裝備運用知識,例如分析或優(yōu)化作戰(zhàn)策略、識別作戰(zhàn)意圖。另外，Yu面向裝備知識表示的不足與裝備知識的特點,進行了裝備知識可視化表示的研究,實現(xiàn)了3種可視化表示方法,為進一步的知識分析提供了支撐。

武器裝備的體系化運用涉及到多個領(lǐng)域,美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架(Department of Defense Architecture Framework, DoDAF)通過8個視角、52個視圖產(chǎn)品描述了聯(lián)合作戰(zhàn)中的裝備體系場景要素。美軍的戰(zhàn)場信息基于JC3IEDM(joint C3 information exchange data model)數(shù)據(jù)模型進行表示,其中的概念數(shù)據(jù)模型定義出了作戰(zhàn)中的9類獨立實體。

現(xiàn)有面向武器裝備運用知識的研究,基本上是在體系作戰(zhàn)的局部范圍進行描述與說明,缺乏在整個體系的角度,面向全局的研究。因此,本文提出了基于多視角的武器裝備運用知識框架及建模方法。首先,從武器裝備運用知識中分析出構(gòu)成知識的要素以及要素之間的關(guān)系。然后,從武器裝備運用相關(guān)人員的業(yè)務(wù)需求出發(fā),分析出七大視角,再結(jié)合知識要素,提出每個視角下包含的知識。最后,根據(jù)多視圖結(jié)構(gòu)構(gòu)建武器裝備運用知識本體,并在一個示例中展示了具體的知識模型。

1 武器裝備運用知識要素分析

1.1 武器裝備及其運用知識的定義

武器裝備運用知識是各級作戰(zhàn)人員和平時期與戰(zhàn)時運用武器裝備的基本遵循,源于武器裝備運用相關(guān)軍事條令、教材和手冊等法規(guī)材料以及在武器裝備運用實踐中形成的經(jīng)驗,是武器裝備運用相關(guān)人員從各個途徑中獲得的經(jīng)過總結(jié)與凝練的系統(tǒng)的認(rèn)識。

1.2 要素分析

根據(jù)DoDAF中的概念數(shù)據(jù)元模型和JC3IEDM中概念數(shù)據(jù)元模型的實體和概念。以體系作戰(zhàn)中的武器裝備運用為視角,以描述武器裝備運用知識為目的,重新對上述兩個概念數(shù)據(jù)元模型中的實體與概念進行劃分,構(gòu)建出如圖1所示的武器裝備運用知識要素。

圖1 武器裝備運用知識要素Fig.1 Factors of weaponry utilization knowledge

每個知識要素表示的是一類概念,可以按照樹狀結(jié)構(gòu)向下細分。這些要素、要素的屬性以及要素之間的關(guān)系就是構(gòu)成知識的基礎(chǔ)。在構(gòu)成知識時,除了給出的要素間的簡單直接關(guān)系外,還可以由這些關(guān)系組成的復(fù)雜關(guān)系來形成知識的結(jié)構(gòu)。武器裝備運用知識要素中的節(jié)點與邊的含義如表1和表2所示。

表1 節(jié)點的含義

表2 邊的含義

2 基于多視角的武器裝備運用知識建?？蚣?/h2>

武器裝備運用知識所服務(wù)的人員群體構(gòu)成復(fù)雜,包括頂層規(guī)劃人員、各級指揮人員、制定計劃的參謀人員、使用武器裝備的各類戰(zhàn)斗員、武器裝備的維護保障人員等;所包括的領(lǐng)域較為廣泛,包括作戰(zhàn)的籌劃、作戰(zhàn)過程的實施、作戰(zhàn)人員的訓(xùn)練以及武器裝備的維護保障等。

多視角的方法可以從特定的視角對武器裝備運用知識進行描述,每個視角考慮的范疇各不相同,但視角與視角之間又存在著內(nèi)部聯(lián)系,從而達到清晰、完整地描述整個結(jié)構(gòu)的目的。所以選取多視角的方法,從這些相關(guān)人員的業(yè)務(wù)需求出發(fā),分析武器裝備運用知識中與之相關(guān)的部分,初步形成武器裝備運用知識框架,經(jīng)過與業(yè)務(wù)需要的多次迭代,不斷更新框架內(nèi)容,最終可以得到適應(yīng)現(xiàn)實需求的、完整的武器裝備運用知識框架。

針對武器裝備運用相關(guān)人員的關(guān)注點,將武器裝備運用知識劃分進武器裝備、能力、組織、系統(tǒng)、法規(guī)、任務(wù)和資源七大視角中,以武器裝備為中心,各視角從本身要素出發(fā),相互關(guān)聯(lián),構(gòu)成武器裝備運用知識框架,如圖2所示。

圖2 基于多視角的武器裝備運用知識框架Fig.2 Multi-view based weaponry utilization knowledge framework

(1) 武器裝備視角

具體使用武器裝備的各類戰(zhàn)斗員需要掌握武器裝備的作戰(zhàn)性能、操作方式、配置方案、運用方式。參謀人員需要掌握武器裝備的性能參數(shù)用于各類作戰(zhàn)計算,以及掌握武器裝備的運用方式用于方案制定等。所以,武器裝備視角包含對武器裝備類型、戰(zhàn)技指標(biāo)、掛載方案以及所涉及到的關(guān)鍵技術(shù)的描述等。

(2) 能力視角

能力具有天然的綜合性,能力的實現(xiàn)需要裝備、人員、保障條件等因素共同作用。頂層規(guī)劃人員需要掌握武器裝備能力的架構(gòu)來推動全軍武器裝備又好又快發(fā)展,適應(yīng)新背景、新挑戰(zhàn)下的運用要求。參謀人員需要掌握武器裝備、能力、作戰(zhàn)任務(wù)三者之間的對應(yīng)關(guān)系來制定適應(yīng)任務(wù)能力需求的武器裝備方案等。所以,能力視角包含對能力框架、能力自身的描述以及對能力與作戰(zhàn)行動、作戰(zhàn)任務(wù)、武器裝備等的映射關(guān)系的描述等。

(3) 組織視角

各級指揮人員需要掌握作戰(zhàn)力量基本的結(jié)構(gòu)編成,作戰(zhàn)力量之間的作用關(guān)系,以及作戰(zhàn)力量中武器裝備和人員配置情況來達到充分發(fā)揮本級作戰(zhàn)力量戰(zhàn)斗力的目的。技術(shù)保障人員需要掌握作戰(zhàn)力量基本的結(jié)構(gòu)編成,以便按照規(guī)定對武器裝備進行維護和保障等。所以,組織視角包含對組織構(gòu)成、人員配備以及武器裝備配備的描述等。

(4) 系統(tǒng)視角

具體使用武器裝備的戰(zhàn)斗員需要掌握武器裝備系統(tǒng)的基本工作原理、運用方式等,以便在作戰(zhàn)活動中靈活運用武器裝備系統(tǒng)達成作戰(zhàn)目的。各級指揮人員與作戰(zhàn)參謀人員需要掌握武器裝備系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成、完成使命任務(wù)的各類系統(tǒng)及其關(guān)系,以便明確實現(xiàn)作戰(zhàn)目的的途徑與手段。頂層規(guī)劃人員需要掌握武器裝備系統(tǒng)的構(gòu)成與運用方式,從而實現(xiàn)對現(xiàn)有系統(tǒng)的論證和新系統(tǒng)的開發(fā)等。所以,系統(tǒng)視角包含對系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)交互、系統(tǒng)運用規(guī)則的描述等。

(5) 法規(guī)視角

武器裝備運用法規(guī)是作戰(zhàn)人員和平時期和戰(zhàn)時運用裝備體系的基本遵循,包括了裝備運用的基本規(guī)章、制度、條例、相關(guān)軍事教材、裝備手冊等,指導(dǎo)和規(guī)范了作戰(zhàn)人員在使用和維護武器裝備時的行為。頂層規(guī)劃人員需要掌握指導(dǎo)和規(guī)范武器裝備運用的法規(guī)的各項信息以及法規(guī)之間的關(guān)系、法規(guī)與武器裝備的關(guān)系,以便對現(xiàn)有法規(guī)進行分析,促進法規(guī)的修繕與更新。各級指揮人員需要掌握法規(guī)與武器裝備的關(guān)系,進而對下屬部隊進行訓(xùn)練等。所以,法規(guī)視角包含對軍用詞匯、法規(guī)分類、法規(guī)與武器裝備和作戰(zhàn)任務(wù)映射關(guān)系的描述等。

(6) 任務(wù)視角

此處任務(wù)指的是軍隊為達成預(yù)定作戰(zhàn)目標(biāo)所承擔(dān)的任務(wù)。任務(wù)是武器裝備運用的出發(fā)點,明確任務(wù)的知識對武器裝備的運用有重要的指導(dǎo)作用。各級指揮人員需要掌握任務(wù)的制定方式、任務(wù)的構(gòu)成、任務(wù)的實現(xiàn)步驟以及武器裝備的使用方式,進而靈活運用武器裝備以支撐任務(wù)的完成。參謀人員需要掌握任務(wù)的各項要求,以便在制定充分適應(yīng)要求的作戰(zhàn)方案。頂層規(guī)劃人員需要掌握任務(wù)的類型、任務(wù)的指標(biāo),進而根據(jù)任務(wù)需要對武器裝備進行更新?lián)Q代等。所以,任務(wù)視角包含對任務(wù)類型、任務(wù)組成、任務(wù)過程、任務(wù)的評價標(biāo)準(zhǔn)以及約束與指導(dǎo)任務(wù)執(zhí)行的規(guī)則的描述等。

(7) 資源視角

作戰(zhàn)資源是作戰(zhàn)中所需要的信息、物資和環(huán)境條件,其中環(huán)境條件在適宜的情況下對武器裝備運用有支撐作用,在非適宜的情況下對武器裝備運用有限制作用。具體使用各類武器裝備的作戰(zhàn)人員需要掌握環(huán)境對武器裝備的影響,以便在操作武器裝備完成任務(wù)時,采用正確的方式方法。各級指揮人員需要掌握軍事設(shè)施的各項信息,進而制定攻擊敵方設(shè)施與保護我方設(shè)施的計劃等。所以,資源視角包含對資源類型、資源組成、資源標(biāo)準(zhǔn)以及作戰(zhàn)行動與資源間映射關(guān)系和資源對武器裝備運用造成影響的描述等。

每個視角下的產(chǎn)品具體如表3所示。

表3 基于多視角的武器裝備運用知識產(chǎn)品

續(xù)表3Continued table 3

續(xù)表3Continued table 3

3 基于本體的武器裝備運用知識建模

武器裝備運用知識包含第2節(jié)中提出的7個視角下的所有知識,這些知識又劃分為對各類實體的特征屬性和關(guān)系的描述性知識,涉及因果關(guān)聯(lián)的判斷性知識以及關(guān)于武器裝備操作和作戰(zhàn)任務(wù)流程的過程性知識,整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。采用本體的方法可以清晰明確地對武器裝備運用知識進行描述,表達知識的結(jié)構(gòu)、知識要素之間的關(guān)系以及知識、知識要素的各類屬性,便于理解知識、共享知識與重用知識以及后續(xù)擴充知識的內(nèi)容。

基于本體的知識表示方法,提出知識要素、知識、知識類型和知識領(lǐng)域的4層建?？蚣堋６嘁晥D框架包含視圖產(chǎn)品的構(gòu)成要素、視圖產(chǎn)品以及視圖產(chǎn)品組成的視角這3層結(jié)構(gòu)。其中,視圖產(chǎn)品的構(gòu)成要素就是知識要素,視圖產(chǎn)品就是各類知識,而視角是一個知識領(lǐng)域,涵蓋領(lǐng)域內(nèi)的多類知識。由于知識可以定性的劃分為描述性知識、判斷性知識與過程性知識,所以由多視圖框架映射一個由知識要素、知識、知識類型與知識領(lǐng)域組成的4層結(jié)構(gòu)來建立本體模型。知識要素是表示知識的最小單元,通過要素的屬性以及要素與要素之間的關(guān)聯(lián)構(gòu)成知識。知識又按照描述性、判斷性和過程性知識的類型進行劃分,最后歸納進視角中,構(gòu)成知識領(lǐng)域,如圖3所示。

圖3 多視圖框架映射的本體模型結(jié)構(gòu)Fig.3 Ontology model structure of multi-view framework mapping

按照文獻[10]中提到的本體構(gòu)建五步法,根據(jù)4層結(jié)構(gòu)構(gòu)建的武器裝備運用知識本體模型,步驟如下。

確定本體范圍。武器裝備運用知識框架明確了武器裝備運用知識本體的范圍是七大視角下共38個不同類型的知識。

獲取知識定義。知識的要素構(gòu)成以及知識的定義由武器裝備運用知識框架中的視圖產(chǎn)品給出。

定義概念類及屬性。根據(jù)多視圖框架映射到本體模型,共構(gòu)建“武器裝備運用知識”“知識類型”“武器裝備運用要素”3個大類。根據(jù)多視圖框架結(jié)構(gòu)與武器裝備運用知識要素內(nèi)容繼續(xù)細分。

本體實例創(chuàng)建。以P-3C偵察機的運用知識為例,構(gòu)建實例。確定實例屬于哪一個類,在該類下創(chuàng)建一個實例并給其屬性賦值。

本體驗證及分析?；诮＼浖ぞ?通過對構(gòu)建的本體進行推理和分析,對各個類之間的關(guān)系進行檢驗,保證建立本體的正確性。

所構(gòu)建的武器裝備運用知識本體如圖4所示。本體模型中的概念主要劃分為3個大類,武器裝備運用知識、武器裝備運用要素以及知識類型。底層的知識通過包含關(guān)系與知識要素相連,并且豐富包含關(guān)系的內(nèi)涵,繼續(xù)將其劃分為“包含主體要素為”“包含客體要素為”“包含時序要素為”等多種包含關(guān)系來明確構(gòu)成知識的要素的相互關(guān)系。以P-3C偵察機的運用知識為例,其戰(zhàn)技指標(biāo)知識、具備的能力知識以及通過用于執(zhí)行的應(yīng)召反潛任務(wù)的流程知識分別屬于描述性知識、判斷性知識和過程性知識,構(gòu)建結(jié)果如圖5所示。

圖4 武器裝備運用知識本體Fig.4 Ontology of weaponry utilization knowledge

圖5 P-3C偵察機的運用知識Fig.5 Utilization knowledge of P-3C reconnaissance aircraft

4 結(jié) 論

本文參考DoDAF、JC3IEDM中的概念數(shù)據(jù)元模型中的實體與概念,構(gòu)建了武器裝備運用知識要素。基于多視角的方法,從武器裝備運用相關(guān)人員的業(yè)務(wù)需求出發(fā),以武器裝備、能力、組織、系統(tǒng)、法規(guī)、任務(wù)和資源這7個視角對武器裝備運用知識框架進行構(gòu)建;闡述了各視角下所包含知識的內(nèi)容與形式,并由多視圖框架結(jié)構(gòu)映射出了一個4層本體結(jié)構(gòu),構(gòu)建了武器裝備運用知識本體模型,清晰準(zhǔn)確地表示了框架中所包含的知識。但本文還存在不足之處,下一步需要繼續(xù)研究。

(1) 本文只提出了武器裝備運用知識的框架與建模方法,下一步可以在具體場景中,構(gòu)建較為完善的知識模型,并基于此來解決具體問題,如體系作戰(zhàn)中的意圖識別等。

(2) 基于本體表示的知識模型雖然便于人的理解,但不如圖示化的表現(xiàn)方式簡潔直觀,下一步可以進行基于本體的武器裝備運用知識模型的可視化研究。