战场空间本体构建方法研究

收稿日期:2006211225 修回日期:20072032183基金项目:国家自然科学基金资助项目(60172012);武器装备预研基金资助项目(51421020904KG 0135)　作者简介:曹泽文(19672　),男,湖南益阳人,副教授,博士,研究方向:知识系统、决策支持系统。

文章编号:100220640(2008)0620022204战场空间本体构建方法研究3曹泽文,李立人,邓　苏(国防科技大学信息系统与管理学院,湖南　长沙　410073) 摘　要:从构建战场空间知识基础设施,进而形成一体化的知识处理平台、获取知识优势出发,将本体思想引入战场空间知识建模领域,提出了战场空间本体体系,即战场空间本体包括上层本体、领域本体、应用本体;并重点研究了一种战场空间领域本体的构建方法BOC ,包括基于上层本体BUO 的领域本体构建方法,基于上层本体BUO 的领域本体合并方法。

基于本体的战场空间知识建模从根本上解决了战场空间中知识系统之间的知识共享和重用问题,便于知识系统的集成。

关键词:本体,知识系统,战场空间中图分类号:T P 18 文献标识码:AResearch on Battle -space On tolog ies Con struction M ethodCAO Ze 2w en ,L I L i 2ren ,D EN G Su(Colleg e of Inf or m ation S y ste m &M anag e m ent ,N UD T Chang sha 410073,Ch ina ) Abstract :T h is paper in troduces the idea of on to logy in to battlespace know ledge m odeling in o rder to con struct the know ledge infrastructu re of battlesp ace and develop an un ified p latfo r m of know ledge p rocessing to ob tain the know ledge superi o rity .T he system of battlesp ace on to logies is given including battle 2sp ace upp er on to logy (BUO ),battle 2space dom ain on to logy (BDO )and battle space a app licati on on to logy (BAO )1M o reover th is paper em phasizes on a con structi on m ethod of battlesp ace dom ain on to logy (BOC ),including m ethod of con structi on of dom ain on to logy based on BUO and m ethod of in tegrati on of dom ain on to logies based on BUO 1T h is m ethodo logy of on to logy 2based know ledge m odeling can so lve the p rob lem of know ledge sharing and in tegrati on tho rough ly 1Key words :on to logy ,know ledge 2based system ,battlesp ace引　言战争是时代的产物,随着信息技术的发展,现代战争正由传统的平台中心战向网络中心战转变。

通过将战场空间的各个实体连接成一个网络,以信息共享为基础建立起信息优势,利用信息优势实现知识优势和决策优势,从而大大提高战斗力。

为此,需要大力加强军事指挥平台的一体化建设工作。

目前,在进行军事指挥平台的一体化建设工作中发现许多单位都已经研制了自己的辅助决策系统、专家系统等。

由于各部门的知识系统使用不同的知识模型、知识表达形式,造成了相互之间共享和重用的困难;其次,相当多的知识系统尽管有共同的问题领域,但实际上是独立设计和开发的,相互之间缺乏对领域概念和关系的共同理解。

以上两个问题使得花费巨大精力建立的知识系统应用面狭窄,造成重复投资。

因此,如何合理组织战场空间中知识,建立战场空间中知识基础设施,使得所建立的知识系统之间的知识可以互相共享,知识系统之间能够进行互操作、方便集成,进而形成一体化的知识处理平台,是我军一体化建设必须解决的问题。

本体是共享的概念模型的形式化的规范说明,是领域(特定领域或更广的范围)内部不同主体(人、机器、软件系统等)之间进行交流(对话、互操作、共享等)的一种语义基础,本体通过对于概念、术语及其相互关系的规范化描述,勾画出某一领域的基本V o l .33,N o.6June,2008火力与指挥控制F ire Contro l and Comm and Contro l第33卷　第6期2008年6月知识体系。

目前,在语义W eb、知识工程领域,已经开展了大量以本体为基础的知识表示、自动推理、知识共享的研究,已经取得了一系列研究成果。

因此,运用本体技术组织战场空间中知识,进而形成战场空间知识基础设施是一种自然的选择。

本文从建立我军一体化的知识处理平台、获取知识优势出发,提出一种以层次化本体为核心的战场空间本体体系,并重点研究了一种战场空间领域本体的构建方法BOC。

1　本体概述Gruber在1993年给出的定义是:“本体是概念化的一个显式的规格说明”[1]。

Bo rst对这个定义稍微作了修改:“本体是被共享的概念化的一个形式的规范说明”[2]。

本体的主要目的是提供一种通用的方法,通过该方法,多个应用程序及使用者可以采用通用的方式来理解所涉及的领域知识及概念,达到重用资源的目的。

本体在战场空间知识组织方面的作用主要体现在3个方面:1)通信。

作为战场空间领域概念的形式化说明,本体集为领域相关人员之间或组织之间进行交流提供统一术语集。

2)互操作。

在不同的知识建模方法、范式、语言和知识系统工具之间进行翻译和映射,以实现不同知识系统之间的互操作和集成。

3)知识工程。

本体分析能够为知识工程提供以下4个方面的好处。

(1)重用:本体是领域内重要实体、属性、过程及其相互关系形式化描述的基础。

这种形式化描述可成为知识系统中可重用和共享的组件。

(2)可靠性:形式化的表达使得自动的一致性检查成为可能,从而提高知识系统的可靠性。

(3)规范描述:本体分析有助于确定知识系统的需求和规范。

(4)知识获取:当构造基于知识的系统时,用已有的本体作为起点和基础来指导知识的获取,可以提高其速度和可靠性。

2　战场空间本体体系从内容上看,战场空间本体体系由3类本体:上层本体、领域本体及应用本体组成。

其中,领域本体是战场空间本体体系的主要组成部分,开发战场本体体系的主要工作是建立其领域本体,本文选择K IF作为战场空间本体的表示语言[3]。

211　战场空间上层本体BUO战场空间上层本体作为战场描述的元模型,规范和系统化战场空间描述,保证战场描述的完整性和一致性。

因此,它主要描述元级、概括性、抽象的概念,为相对抽象的术语,如军事组织、军事使命、武器装备等概念提供定义,一般独立于特定的问题或领域,但也是领域所必须的概念。

战场空间的上层本体就是将描述战场空间领域所必不可少的概念、关系进行抽象化,使其具有更一般的特性,可以涵盖范围非常广阔的军事研究领域,可以为其他具体的军事应用领域所重用,“抽象是任何重用技术的基础”。

对上层本体的开发可以参考CYC工程中的有关常识本体研究成果,目前CYC已经建立了包括60 000个断言、6000个概念的上层本体。

美军H PKB 项目中对本体的运用即是直接引用CYC的有关本体。

因为CYC不仅建有高层顶级本体,在军事方面也有一定的涉及,并且在高层顶级本体与其军事子领域的本体已建有联系。

SUO则建立了用于科学目的的上层本体,DOL CE则建立人类感知、社会习俗方面的上层本体。

下面是战场空间上层本体包容的概念的一部分:对象、军事组织、军事资源(又包括武器装备、弹药、物质器材等)、军事使命、军事任务、作战计划、作战行动、作战事件、作战过程、作战目标、战场环境、作战地域等。

战场空间上层本体的作用是:①作为构建其他领域本体的基础;②作为多个面向领域的本体之间的集成框架;③作为涵盖相同领域却使用不同词汇表的本体之间转换的指导。

因此,战场空间上层本体概念的提出是实现知识重用,确保战场空间知识系统之间进行知识交互、共享,进而实现知识系统集成的一种具体解决方案。

212　战场空间领域本体B DO战场空间领域本体作为领域元模型,定义战场空间描述在特定领域的约束,同时提供领域可重用概念及其关联。

战场空间领域本体与上层本体的主要区别,不仅在于领域本体依托于其特定的领域背景,而上层本体是一般意义上的,不同问题、不同领域均可能涉及的概念或关系,更重要的是,对于领域本体还存在有应用目的的约束,而上层本体则无此限制。

同样一个领域,由于具体应用目的不同,其所需的领域概念集很可能存在较大差别。

对领域本体的开发应该以上层本体为基础进行开发,即战场空间领域本体中的概念应该从上层本体中的概念继承而来,反映日常使用的语言。

例如,战场空间上层本体定义军事组织的概念,但领域本・32・曹泽文,等:战场空间本体构建方法研究(总第33-0775) 体却定义指挥机关、部队(战斗部队、作战保障部队、勤务保障部队、预备役部队)、院校、科研训练单位等。

这样领域本体仍然具有上层本体所具备的功能,支持知识重用、交互与共享,能够实现知识集成;而且可以建立上层本体与应用本体之间的桥梁。

具体开发算法见第3节。

同时考虑到战场空间领域知识的复杂性,无法一次对整个战场空间建立领域本体。

可以根据一定的原则,如学科划分,机构设置等,将战场空间领域本体划分为许多子领域本体。

各单位分别根据自己的需要建立子领域本体;然后将许多的子领域本体进行集成,进而获得整个战场空间领域本体。

事实上,进行子领域本体集成时,可以利用上层本体作为中介。

第3节专门介绍一种多领域本体的合并算法。

213　战场空间应用本体BAO以战场空间上层本体和领域本体为基础,可以建立针对特定应用的战场空间应用本体。

应用本体的抽象层次比领域本体更低一些,也即是说,由于涉及到具体应用,应用本体描述的对象更具体。