武器裝備運(yùn)用知識(shí)框架及建模方法

羅弋洋, 趙青松, 李華超, 李 勇, 孫建彬

(國(guó)防科技大學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)院, 湖南 長(zhǎng)沙 410073)

0 引 言

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

“知識(shí)建?！钡母拍钭钤缬蒒ewell提出,常見(jiàn)的知識(shí)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(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示方法、資源描述框架(resource description framework,RDF)的知識(shí)表示方法,本體的知識(shí)表示方法以及知識(shí)圖譜。其中,本體的知識(shí)表示方法可以將武器裝備運(yùn)用知識(shí)用機(jī)器可理解的語(yǔ)言和邏輯進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的、形式化的、規(guī)范的描述,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間以及機(jī)器之間的交流,進(jìn)而達(dá)到知識(shí)表示、共享和重用的目的。

武器裝備運(yùn)用知識(shí)可以劃分為描述性知識(shí)、判斷性知識(shí)和過(guò)程性知識(shí)。目前，專(zhuān)門(mén)面向武器裝備運(yùn)用知識(shí)的系統(tǒng)的研究非常少,部分是針對(duì)知識(shí)本身的建模方法、知識(shí)結(jié)構(gòu)以及構(gòu)建知識(shí)系統(tǒng)等的研究,但普遍存在覆蓋面不全、知識(shí)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、沒(méi)有考慮裝備體系的問(wèn)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(wèn)題而使用到了武器裝備運(yùn)用知識(shí),例如分析或優(yōu)化作戰(zhàn)策略、識(shí)別作戰(zhàn)意圖。另外，Yu面向裝備知識(shí)表示的不足與裝備知識(shí)的特點(diǎn),進(jìn)行了裝備知識(shí)可視化表示的研究,實(shí)現(xiàn)了3種可視化表示方法,為進(jìn)一步的知識(shí)分析提供了支撐。

武器裝備的體系化運(yùn)用涉及到多個(gè)領(lǐng)域,美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架(Department of Defense Architecture Framework, DoDAF)通過(guò)8個(gè)視角、52個(gè)視圖產(chǎn)品描述了聯(lián)合作戰(zhàn)中的裝備體系場(chǎng)景要素。美軍的戰(zhàn)場(chǎng)信息基于JC3IEDM(joint C3 information exchange data model)數(shù)據(jù)模型進(jìn)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(lèi)獨(dú)立實(shí)體。

現(xiàn)有面向武器裝備運(yùn)用知識(shí)的研究,基本上是在體系作戰(zhàn)的局部范圍進(jìn)行描述與說(shuō)明,缺乏在整個(gè)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(yùn)用知識(shí)框架及建模方法。首先,從武器裝備運(yùn)用知識(shí)中分析出構(gòu)成知識(shí)的要素以及要素之間的關(guān)系。然后,從武器裝備運(yùn)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(shí)要素,提出每個(gè)視角下包含的知識(shí)。最后,根據(jù)多視圖結(jié)構(gòu)構(gòu)建武器裝備運(yùn)用知識(shí)本體,并在一個(gè)示例中展示了具體的知識(shí)模型。

1 武器裝備運(yùn)用知識(shí)要素分析

1.1 武器裝備及其運(yùn)用知識(shí)的定義

武器裝備運(yùn)用知識(shí)是各級(jí)作戰(zhàn)人員和平時(shí)期與戰(zhàn)時(shí)運(yùn)用武器裝備的基本遵循,源于武器裝備運(yùn)用相關(guān)軍事條令、教材和手冊(cè)等法規(guī)材料以及在武器裝備運(yùn)用實(shí)踐中形成的經(jīng)驗(yàn),是武器裝備運(yùn)用相關(guān)人員從各個(gè)途徑中獲得的經(jīng)過(guò)總結(jié)與凝練的系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

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(shí)體和概念。以體系作戰(zhàn)中的武器裝備運(yùn)用為視角,以描述武器裝備運(yùn)用知識(shí)為目的,重新對(duì)上述兩個(gè)概念數(shù)據(jù)元模型中的實(shí)體與概念進(jìn)行劃分,構(gòu)建出如圖1所示的武器裝備運(yùn)用知識(shí)要素。

圖1 武器裝備運(yùn)用知識(shí)要素Fig.1 Factors of weaponry utilization knowledge

每個(gè)知識(shí)要素表示的是一類(lèi)概念,可以按照樹(shù)狀結(jié)構(gòu)向下細(xì)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(shí)的基礎(chǔ)。在構(gòu)成知識(shí)時(shí),除了給出的要素間的簡(jiǎn)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(lái)形成知識(shí)的結(jié)構(gòu)。武器裝備運(yùn)用知識(shí)要素中的節(jié)點(diǎn)與邊的含義如表1和表2所示。

表1 節(jié)點(diǎn)的含義

表2 邊的含義

2 基于多視角的武器裝備運(yùn)用知識(shí)建?？蚣?/h2>

武器裝備運(yùn)用知識(shí)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(jí)指揮人員、制定計(jì)劃的參謀人員、使用武器裝備的各類(lèi)戰(zhàn)斗員、武器裝備的維護(hù)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(guò)程的實(shí)施、作戰(zhàn)人員的訓(xùn)練以及武器裝備的維護(hù)保障等。

多視角的方法可以從特定的視角對(duì)武器裝備運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行描述,每個(gè)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(dá)到清晰、完整地描述整個(gè)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(yùn)用知識(shí)中與之相關(guān)的部分,初步形成武器裝備運(yùn)用知識(shí)框架,經(jīng)過(guò)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(shí)需求的、完整的武器裝備運(yùn)用知識(shí)框架。

針對(duì)武器裝備運(yùn)用相關(guān)人員的關(guān)注點(diǎn),將武器裝備運(yùn)用知識(shí)劃分進(jìn)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(yùn)用知識(shí)框架,如圖2所示。

圖2 基于多視角的武器裝備運(yùn)用知識(shí)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(lèi)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(yùn)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(lèi)作戰(zhàn)計(jì)算,以及掌握武器裝備的運(yùn)用方式用于方案制定等。所以,武器裝備視角包含對(duì)武器裝備類(lèi)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(shí)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(lái)推動(dòng)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(yùn)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(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)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(duì)能力框架、能力自身的描述以及對(duì)能力與作戰(zhàn)行動(dòng)、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(jí)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(lái)達(dá)到充分發(fā)揮本級(jí)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(duì)武器裝備進(jìn)行維護(hù)和保障等。所以,組織視角包含對(duì)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(yùn)用方式等,以便在作戰(zhàn)活動(dòng)中靈活運(yùn)用武器裝備系統(tǒng)達(dá)成作戰(zhàn)目的。各級(jí)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(lèi)系統(tǒng)及其關(guān)系,以便明確實(shí)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(yùn)用方式,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的論證和新系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)等。所以,系統(tǒng)視角包含對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)交互、系統(tǒng)運(yùn)用規(guī)則的描述等。

(5) 法規(guī)視角

武器裝備運(yùn)用法規(guī)是作戰(zhàn)人員和平時(shí)期和戰(zhàn)時(shí)運(yùn)用裝備體系的基本遵循,包括了裝備運(yùn)用的基本規(guī)章、制度、條例、相關(guān)軍事教材、裝備手冊(cè)等,指導(dǎo)和規(guī)范了作戰(zhàn)人員在使用和維護(hù)武器裝備時(shí)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(yùn)用的法規(guī)的各項(xiàng)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(duì)現(xiàn)有法規(guī)進(jìn)行分析,促進(jìn)法規(guī)的修繕與更新。各級(jí)指揮人員需要掌握法規(guī)與武器裝備的關(guān)系,進(jìn)而對(duì)下屬部隊(duì)進(jìn)行訓(xùn)練等。所以,法規(guī)視角包含對(duì)軍用詞匯、法規(guī)分類(lèi)、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(duì)為達(dá)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(yùn)用的出發(fā)點(diǎn),明確任務(wù)的知識(shí)對(duì)武器裝備的運(yùn)用有重要的指導(dǎo)作用。各級(jí)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(shí)現(xiàn)步驟以及武器裝備的使用方式,進(jìn)而靈活運(yùn)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(xiàng)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(lèi)型、任務(wù)的指標(biāo),進(jìn)而根據(jù)任務(wù)需要對(duì)武器裝備進(jìn)行更新?lián)Q代等。所以,任務(wù)視角包含對(duì)任務(wù)類(lèi)型、任務(wù)組成、任務(wù)過(guò)程、任務(wù)的評(píng)價(jià)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(duì)武器裝備運(yùn)用有支撐作用,在非適宜的情況下對(duì)武器裝備運(yùn)用有限制作用。具體使用各類(lèi)武器裝備的作戰(zhàn)人員需要掌握環(huán)境對(duì)武器裝備的影響,以便在操作武器裝備完成任務(wù)時(shí),采用正確的方式方法。各級(jí)指揮人員需要掌握軍事設(shè)施的各項(xiàng)信息,進(jìn)而制定攻擊敵方設(shè)施與保護(hù)我方設(shè)施的計(jì)劃等。所以,資源視角包含對(duì)資源類(lèi)型、資源組成、資源標(biāo)準(zhǔn)以及作戰(zhàn)行動(dòng)與資源間映射關(guān)系和資源對(duì)武器裝備運(yùn)用造成影響的描述等。

每個(gè)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(yùn)用知識(shí)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(yùn)用知識(shí)建模

武器裝備運(yùn)用知識(shí)包含第2節(jié)中提出的7個(gè)視角下的所有知識(shí),這些知識(shí)又劃分為對(duì)各類(lèi)實(shí)體的特征屬性和關(guān)系的描述性知識(shí),涉及因果關(guān)聯(lián)的判斷性知識(shí)以及關(guān)于武器裝備操作和作戰(zhàn)任務(wù)流程的過(guò)程性知識(shí),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(duì)武器裝備運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行描述,表達(dá)知識(shí)的結(jié)構(gòu)、知識(shí)要素之間的關(guān)系以及知識(shí)、知識(shí)要素的各類(lèi)屬性,便于理解知識(shí)、共享知識(shí)與重用知識(shí)以及后續(xù)擴(kuò)充知識(shí)的內(nèi)容。

基于本體的知識(shí)表示方法,提出知識(shí)要素、知識(shí)、知識(shí)類(lèi)型和知識(shí)領(lǐng)域的4層建模框架。多視圖框架包含視圖產(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(shí)要素,視圖產(chǎn)品就是各類(lèi)知識(shí),而視角是一個(gè)知識(shí)領(lǐng)域,涵蓋領(lǐng)域內(nèi)的多類(lèi)知識(shí)。由于知識(shí)可以定性的劃分為描述性知識(shí)、判斷性知識(shí)與過(guò)程性知識(shí),所以由多視圖框架映射一個(gè)由知識(shí)要素、知識(shí)、知識(shí)類(lèi)型與知識(shí)領(lǐng)域組成的4層結(jié)構(gòu)來(lái)建立本體模型。知識(shí)要素是表示知識(shí)的最小單元,通過(guò)要素的屬性以及要素與要素之間的關(guān)聯(lián)構(gòu)成知識(shí)。知識(shí)又按照描述性、判斷性和過(guò)程性知識(shí)的類(lèi)型進(jìn)行劃分,最后歸納進(jìn)視角中,構(gòu)成知識(shí)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(xiàn)[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(yùn)用知識(shí)本體模型,步驟如下。

確定本體范圍。武器裝備運(yùn)用知識(shí)框架明確了武器裝備運(yùn)用知識(shí)本體的范圍是七大視角下共38個(gè)不同類(lèi)型的知識(shí)。

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

定義概念類(lèi)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(yùn)用知識(shí)”“知識(shí)類(lèi)型”“武器裝備運(yùn)用要素”3個(gè)大類(lèi)。根據(jù)多視圖框架結(jié)構(gòu)與武器裝備運(yùn)用知識(shí)要素內(nèi)容繼續(xù)細(xì)分。

本體實(shí)例創(chuàng)建。以P-3C偵察機(jī)的運(yùn)用知識(shí)為例,構(gòu)建實(shí)例。確定實(shí)例屬于哪一個(gè)類(lèi),在該類(lèi)下創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例并給其屬性賦值。

本體驗(yàn)證及分析?；诮＼浖ぞ?通過(guò)對(duì)構(gòu)建的本體進(jìn)行推理和分析,對(duì)各個(gè)類(lèi)之間的關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn),保證建立本體的正確性。

所構(gòu)建的武器裝備運(yùn)用知識(shí)本體如圖4所示。本體模型中的概念主要?jiǎng)澐譃?個(gè)大類(lèi),武器裝備運(yùn)用知識(shí)、武器裝備運(yùn)用要素以及知識(shí)類(lèi)型。底層的知識(shí)通過(guò)包含關(guān)系與知識(shí)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(shí)序要素為”等多種包含關(guān)系來(lái)明確構(gòu)成知識(shí)的要素的相互關(guān)系。以P-3C偵察機(jī)的運(yùn)用知識(shí)為例,其戰(zhàn)技指標(biāo)知識(shí)、具備的能力知識(shí)以及通過(guò)用于執(zhí)行的應(yīng)召反潛任務(wù)的流程知識(shí)分別屬于描述性知識(shí)、判斷性知識(shí)和過(guò)程性知識(shí),構(gòu)建結(jié)果如圖5所示。

圖4 武器裝備運(yùn)用知識(shí)本體Fig.4 Ontology of weaponry utilization knowledge

圖5 P-3C偵察機(jī)的運(yùn)用知識(shí)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(shí)體與概念,構(gòu)建了武器裝備運(yùn)用知識(shí)要素?；诙嘁暯堑姆椒?從武器裝備運(yùn)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(gè)視角對(duì)武器裝備運(yùn)用知識(shí)框架進(jìn)行構(gòu)建;闡述了各視角下所包含知識(shí)的內(nèi)容與形式,并由多視圖框架結(jié)構(gòu)映射出了一個(gè)4層本體結(jié)構(gòu),構(gòu)建了武器裝備運(yùn)用知識(shí)本體模型,清晰準(zhǔn)確地表示了框架中所包含的知識(shí)。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(yùn)用知識(shí)的框架與建模方法,下一步可以在具體場(chǎng)景中,構(gòu)建較為完善的知識(shí)模型,并基于此來(lái)解決具體問(wèn)題,如體系作戰(zhàn)中的意圖識(shí)別等。

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