本體理論及其在仿真想定校驗(yàn)中的應(yīng)用研究

摘要：校驗(yàn)是仿真想定系統(tǒng)組成中的重要部分。該文在研究本體理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合本體的查詢和推理機(jī)制，對基于本體的聯(lián)合作戰(zhàn)仿真想定校驗(yàn)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：本體；仿真想定；校驗(yàn)

中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2009)04-0920-02

Research on Ontology and its Applications in Simulation Scenario Verification

CHEN Jian1， QIAO Shi-dong1， HUANG Jin-cai1， ZHANG Dian-xu2， LIANG Guo-qing1

(1.C4ISR Technology Key Lab， Department of Information and Management， NUDT， Changsha 410073， China; 2.Frontier Battalion Cadre Training， Urumqi 830000， China)

Abstract: Verification is the important part of simulation scenario system. On the base of research on ontology， this paper probes into simulation scenario verification of joint battle， with ontology querying and Inference.

Key words: ontology; simulation scenario; verification

1 引言

由于組織聯(lián)合作戰(zhàn)軍事演習(xí)需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，因此仿真想定成為縮短聯(lián)合作戰(zhàn)訓(xùn)練與實(shí)戰(zhàn)的距離，輔助軍隊(duì)研究聯(lián)合作戰(zhàn)的重要方法和途徑。在作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)充分發(fā)展的同時(shí)，對仿真結(jié)果正確性的要求也越來越高，現(xiàn)有的仿真校驗(yàn)大多從模型的角度來檢查驗(yàn)證，已經(jīng)不能滿足聯(lián)合作戰(zhàn)仿真想定校驗(yàn)的需求。從信息聯(lián)通、部隊(duì)編組、作戰(zhàn)決策等決定戰(zhàn)爭的基本要素看，聯(lián)合作戰(zhàn)是建立在網(wǎng)絡(luò)平臺的基礎(chǔ)上的作戰(zhàn)行動，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是對其進(jìn)行組織、指揮、控制和管理的基本框架，因而本體（Ontology）因其處理復(fù)雜異構(gòu)信息且更加靈活的特性，適用于對信息量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的聯(lián)合作戰(zhàn)仿真想定系統(tǒng)進(jìn)行校驗(yàn)。為解決上述問題，本文將本體理論引入聯(lián)合作戰(zhàn)的仿真想定校驗(yàn)。

2 本體理論

本體的概念來源于哲學(xué)，即對客觀存在本質(zhì)的系統(tǒng)描述。1993年，T.R.Gruber將其定義為“Ontology 是概念模型的明確的規(guī)范說明”[1]，并得到了廣泛認(rèn)同。Studer等對上述兩個定義進(jìn)行了深入的研究[2]，認(rèn)為Ontology 是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說明。這一定義包含了4層含義:概念模型(conceptualization)、明確(explicit)、形式化(formal)和共享(share)?！案拍钅Ｐ汀敝竿ㄟ^抽象出客觀世界中一些現(xiàn)象(Phenomenon) 的相關(guān)概念而得到的模型。概念模型所表現(xiàn)的含義獨(dú)立于具體的環(huán)境狀態(tài)?！懊鞔_”指所使用的概念及使用這些概念的約束都有明確的定義?！靶问交敝窸ntology是計(jì)算機(jī)可讀的。“共享”指Ontology中體現(xiàn)的是共同認(rèn)可的知識，反映的是相關(guān)領(lǐng)域中公認(rèn)的概念集，即Ontology針對的是團(tuán)體而非個體的共識。

本體現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于知識工程、自然語言處理、數(shù)字圖書館、信息檢索和Web異構(gòu)信息的處理和面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)等領(lǐng)域，被當(dāng)作是人機(jī)交流的語義基礎(chǔ)。特別是1998年萬維網(wǎng)創(chuàng)始人Tim Berners-Lee等人首次提出語義網(wǎng)（Semantic Web）的概念并在2001年進(jìn)一步給出了語義網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)（如圖1）后[3]，本體被公認(rèn)為是語義Web實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵理論。

本體作用主要如下[4]：一是本體的分析澄清了領(lǐng)域知識的結(jié)構(gòu)，從而為知識表示打好基礎(chǔ)。本體可以重用，從而避免重復(fù)的領(lǐng)域知識分析。二是統(tǒng)一的術(shù)語和概念使知識共享成為可能。從本體的作用可以看出，它可以使想定領(lǐng)域的知識結(jié)構(gòu)更加清晰，實(shí)例的描述更加統(tǒng)一，加上本體良好的查詢推理機(jī)制，為實(shí)現(xiàn)仿真想定的校驗(yàn)提供了良好平臺。

3 基于本體的仿真想定校驗(yàn)框架

基于本體的仿真想定，實(shí)質(zhì)上是以本體作為領(lǐng)域內(nèi)部不同主體之間進(jìn)行交流（對話、互操作、共享等）的語義基礎(chǔ)，并利用語義WEB本體語言（如OWL）建立仿真想定的形式化描述框架概念模型，如圖2所示。

在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的校驗(yàn)，實(shí)際上是在形式化描述代碼基礎(chǔ)上，對所建立本體模型的推理校驗(yàn)。與傳統(tǒng)想定校驗(yàn)的“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”相比，本體語言具有更好的表達(dá)性、推理機(jī)制和可擴(kuò)展性，更適合于復(fù)雜異構(gòu)信息分散在不同戰(zhàn)場空間的聯(lián)合作戰(zhàn)仿真校驗(yàn)。從圖3可以看出，仿真想定的校驗(yàn)要在構(gòu)建仿真想定的本體模型的基礎(chǔ)上，歸納出仿真想定校驗(yàn)規(guī)則，再運(yùn)用本體的查詢和推理機(jī)制，采取分層校驗(yàn)方法，從語法層和語義層兩個層次進(jìn)行校驗(yàn)，得出推理結(jié)果后由想定用戶進(jìn)行修正。

4 仿真想定的校驗(yàn)方法

4.1 構(gòu)建仿真想定本體

想定本體可以從軍事領(lǐng)域的敘詞表中轉(zhuǎn)換，具體轉(zhuǎn)換方法可參考文獻(xiàn)[5]，本體的構(gòu)建要整理出這一領(lǐng)域相關(guān)的主要概念，并歸納分類，然后定義類屬性，最后創(chuàng)建實(shí)例。目前，本體的構(gòu)建可以依靠工具來完成，構(gòu)建本體的工具有兩類，一類是基于AI的本體描述語言工具，另一類是基于WEB的本體描述語言工具。比較流行的基于WEB的工具是Protégé，它開放了源代碼，提供了本體建設(shè)的基本功能，使用簡單方便，有詳細(xì)、友好的幫助文檔，模塊劃分清晰，提供完全的API接口，因此，推薦使用Protégé來構(gòu)建仿真想定本體。

4.2 歸納校驗(yàn)規(guī)則

仿真想定出現(xiàn)的錯誤一般可以歸結(jié)為兩類，一是語法層次的不匹配，二是語義層次的不匹配，因此，仿真想定校驗(yàn)的規(guī)則也應(yīng)包含兩個內(nèi)容，一是本體語言的規(guī)則，一是領(lǐng)域規(guī)則，分別對應(yīng)與仿真想定輸入過程中出現(xiàn)的語法層次不匹配和語義層次不匹配兩種情況。本體語言的規(guī)則是本體語言本身包含的規(guī)則，它是本體描述語言構(gòu)建的知識庫的固有屬性，如rdfs:Class subclasses rdf:resource， rdfs:Property subclasses rdf:resource。領(lǐng)域規(guī)則是在領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行查詢推理的過程中，為了防止領(lǐng)域內(nèi)的知識沖突而建立的規(guī)則。例如在聯(lián)合作戰(zhàn)領(lǐng)域，我們就可以指定這樣一條領(lǐng)域規(guī)則:“一個作戰(zhàn)單位至少有一個指揮所”，也就是說當(dāng)存在一個作戰(zhàn)單位，但是作戰(zhàn)單位沒有指揮所，即出現(xiàn)錯誤。

4.3 運(yùn)用本體查詢推理機(jī)制校驗(yàn)

本體的查詢推理機(jī)制目前應(yīng)用比較廣泛的領(lǐng)域是信息檢索，仿真想定校驗(yàn)可以借用這種機(jī)制，將想定謀劃和錄入中出現(xiàn)的錯誤與規(guī)則庫內(nèi)的規(guī)則進(jìn)行查詢與推理，以達(dá)到校驗(yàn)錯誤的目的，仿真想定的校驗(yàn)分語法層和語義層。

語法層校驗(yàn)主要針對概念之間、概念與實(shí)例之間以及實(shí)例之間的關(guān)系，使其與建模人員的知識一致，主要用于檢驗(yàn)建模過程的正確性。采取的方法為使用推理機(jī)引擎，運(yùn)用描述邏輯（DL）進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)的內(nèi)容體現(xiàn)在相容性判定和一致性判定，運(yùn)用相容判定實(shí)現(xiàn)概念的自動分類，幫助建立合理正確的概念層次結(jié)構(gòu)；運(yùn)用一致性檢測查驗(yàn)概念定義的沖突，驗(yàn)證知識表達(dá)的正確性。

語義層校驗(yàn)是用戶在建立自定義推理規(guī)則的基礎(chǔ)上，運(yùn)用OWL查詢語言如OWL-QL或SPARQL對本體和規(guī)則庫進(jìn)行匹配查詢，并將沖突項(xiàng)提示用戶，語義層校驗(yàn)的流程圖如圖4所示。

5 結(jié)束語

本體理論、作戰(zhàn)仿真和想定校驗(yàn)的研究，目前都有相對成熟的理論，但將它們結(jié)合到一起的理論和應(yīng)用并不多，特別是聯(lián)合作戰(zhàn)和軍事仿真已經(jīng)為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的制勝點(diǎn)，仿真想定的校驗(yàn)又是確保軍事仿真可信度的關(guān)鍵，因而，研究基于本體的仿真想定校驗(yàn)方法，在理論上具有一定先導(dǎo)性，而本體理論應(yīng)用于仿真想定的校驗(yàn)，也為人與仿真系統(tǒng)的交互提供了共享的一致的理解，使得想定校驗(yàn)更加智能、效率更高、通用性和開放性更好。但作戰(zhàn)領(lǐng)域本體的構(gòu)建是基于本體的想定校驗(yàn)的基礎(chǔ)，也是一項(xiàng)復(fù)雜的基礎(chǔ)工程，必須相關(guān)專家的介入才能夠完成，需要做大量的前期工作，給實(shí)現(xiàn)基于本體的想定校驗(yàn)帶來了一定的難度。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 杜文華.本體的構(gòu)建及其在數(shù)字圖書館中的應(yīng)用研究[D].武漢大學(xué)，2005.