基于XML的武器裝備作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)管理方法

王世貴，傅 勉，王京鳴，石育良

(陸軍軍官學(xué)院，安徽 合肥 230031)

體系作戰(zhàn)條件下，體系結(jié)構(gòu)框架分析方法在武器裝備作戰(zhàn)需求分析中得到廣泛應(yīng)用［1-3］。武器裝備作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)是需求分析和建模過(guò)程中各視圖產(chǎn)品所含數(shù)據(jù)信息的總和，建立統(tǒng)一的作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)不僅有利于需求數(shù)據(jù)的共享、重用和互操作，而且為實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)需求工程化提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)對(duì)作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)管理的研究處于探索階段，迫切需要建立一套適應(yīng)作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、更新、檢索、分析的管理方法?；诖?，本文在分析作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)特點(diǎn)和分類的基礎(chǔ)上，充分利用XML強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理技術(shù)，提出了基于XML的作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、抽取和一致性檢驗(yàn)策略，實(shí)現(xiàn)了作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)的有效管理。

1 武器裝備作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)分類

作戰(zhàn)需求視圖產(chǎn)品提供了一種將作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)及其關(guān)系以圖形、表格或文本等形式可視化地表現(xiàn)出來(lái)的方法，而核心數(shù)據(jù)就是視圖產(chǎn)品的要素、要素屬性、要素關(guān)系。圖1給出了作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)的總體結(jié)構(gòu)圖。核心數(shù)據(jù)包括獨(dú)立實(shí)體和關(guān)聯(lián)實(shí)體兩類。其中，獨(dú)立實(shí)體共有14個(gè):作戰(zhàn)使命、作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)活動(dòng)、作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)、作戰(zhàn)單位、作戰(zhàn)人員、環(huán)境、作戰(zhàn)信息、作戰(zhàn)能力、系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)、系統(tǒng)、系統(tǒng)功能、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、作戰(zhàn)性能。獨(dú)立實(shí)體之間存在各種各樣的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成了關(guān)聯(lián)實(shí)體。例如，作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)就形成了作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)-作戰(zhàn)任務(wù)關(guān)聯(lián)實(shí)體。關(guān)聯(lián)實(shí)體包括四類:作戰(zhàn)視圖的關(guān)聯(lián)實(shí)體、能力視圖的關(guān)聯(lián)實(shí)體、裝備視圖的關(guān)聯(lián)實(shí)體，還有三類視圖之間多元關(guān)聯(lián)映射所產(chǎn)生的間接關(guān)聯(lián)實(shí)體。例如，通過(guò)三類視圖中作戰(zhàn)能力到作戰(zhàn)活動(dòng)的映射關(guān)系、作戰(zhàn)活動(dòng)到系統(tǒng)功能的映射關(guān)系、系統(tǒng)功能到系統(tǒng)的映射關(guān)系，可以得到作戰(zhàn)能力到系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，這就是間接關(guān)聯(lián)實(shí)體。

2 武器裝備作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)管理方法

2.1 核心數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

武器裝備作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)具有以下特點(diǎn):1)可擴(kuò)展性:武器裝備作戰(zhàn)需求研究的是面向未來(lái)的作戰(zhàn)需求，要求核心數(shù)據(jù)具有可擴(kuò)展性;2)結(jié)構(gòu)性:核心數(shù)據(jù)及其間的關(guān)聯(lián)關(guān)系需要以良好的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行保存，方便管理，為下一步需求分析提供底層數(shù)據(jù)支持;3)易發(fā)布:核心數(shù)據(jù)要方便向外發(fā)布，如生成Word或Web網(wǎng)頁(yè)等;4)跨平臺(tái):由于武器裝備作戰(zhàn)需求各個(gè)領(lǐng)域的專家可能在不同的地域，開(kāi)發(fā)基于分布式的武器裝備作戰(zhàn)需求支持工具是必然的趨勢(shì)，要求核心數(shù)據(jù)具有平臺(tái)無(wú)關(guān)性，能夠在多異質(zhì)系統(tǒng)中方便流通。

圖1 作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖

為了滿足聯(lián)合作戰(zhàn)條件下各軍兵種互聯(lián)互通的需要，保證核心數(shù)據(jù)的可操作性、可交換性、可集成性，核心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法必須具有可擴(kuò)展性、結(jié)構(gòu)性、跨平臺(tái)等特點(diǎn)。XML是W3C制定并推薦的一種公開(kāi)的、基于文本格式的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，具有簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展、跨平臺(tái)、易流通、互操作性強(qiáng)、易發(fā)布等特點(diǎn)，并且XML支持絕大多數(shù)圖形建模引擎的底層數(shù)據(jù)格式［4-5］。因此，XML完全符合武器裝備作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)特點(diǎn)要求。于是，選擇XML為武器裝備作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。圖2給出作戰(zhàn)使命的XML Schema結(jié)構(gòu)圖。

圖2 作戰(zhàn)使命的XML Schema結(jié)構(gòu)圖

2.2 核心數(shù)據(jù)的抽取

當(dāng)前，體系結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)工具主要支持視圖產(chǎn)品的建模，體系結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)工具將視圖產(chǎn)品存儲(chǔ)為XML格式，以保證視圖產(chǎn)品的可交換性和重用性。該XML文件包含視圖產(chǎn)品所展現(xiàn)的所有信息:各視圖產(chǎn)品的要素、要素屬性及要素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，還包括大量繁雜的圖元信息、輔助的說(shuō)明信息等。因此，可以考慮從視圖產(chǎn)品的xml文檔中抽取出相關(guān)的核心數(shù)據(jù)。

2.2.1 核心數(shù)據(jù)的來(lái)源

研究核心數(shù)據(jù)的抽取，首先需要明確的是核心數(shù)據(jù)從哪里抽取。在作戰(zhàn)需求視圖產(chǎn)品中，某一個(gè)核心數(shù)據(jù)可能在不同的視圖產(chǎn)品中都有描述，例如，作戰(zhàn)活動(dòng)實(shí)體在作戰(zhàn)活動(dòng)分解模型、作戰(zhàn)活動(dòng)信息模型、作戰(zhàn)活動(dòng)-系統(tǒng)功能映射矩陣中都有描述;同時(shí)，某一個(gè)核心數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系可能需要在多個(gè)視圖產(chǎn)品中提取，例如，作戰(zhàn)活動(dòng)的層次關(guān)系在作戰(zhàn)活動(dòng)分解模型中被描述，而作戰(zhàn)活動(dòng)-作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)關(guān)系在作戰(zhàn)活動(dòng)信息關(guān)系模型中被描述。因此，需要確定究竟是從哪些視圖產(chǎn)品中抽取核心數(shù)據(jù)及其關(guān)聯(lián)關(guān)系，即給出核心數(shù)據(jù)來(lái)源表，表1給出部分核心數(shù)據(jù)來(lái)源。

表1 核心數(shù)據(jù)來(lái)源表

2.2.2 核心數(shù)據(jù)的抽取過(guò)程

XML強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理技術(shù)為數(shù)據(jù)抽取的實(shí)現(xiàn)提供了保障，利用XML相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)核心數(shù)據(jù)的自動(dòng)抽取，將源XML文檔中的關(guān)鍵信息抽取出來(lái)，快速獲取所需數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)抽取的思路主要是利用XML強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，首先將原始XML文檔解析為DOM樹(shù)結(jié)構(gòu)，然后利用XSLT在解決文檔轉(zhuǎn)換問(wèn)題上的優(yōu)勢(shì)，使其與XPath相結(jié)合生成抽取規(guī)則，從原始XML文檔中抽取核心數(shù)據(jù)及其關(guān)聯(lián)關(guān)系，生成核心數(shù)據(jù)文件。文獻(xiàn)［6］對(duì)核心數(shù)據(jù)的抽取進(jìn)行了詳細(xì)研究，具體抽取流程如圖3所示。

圖3 核心數(shù)據(jù)抽取流程圖

2.3 核心數(shù)據(jù)的一致性檢驗(yàn)

當(dāng)核心數(shù)據(jù)被抽取出來(lái)并以文件形式進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí)，必須考慮一致性問(wèn)題，主要指核心數(shù)據(jù)文件與被抽取的源視圖產(chǎn)品文件的一致性問(wèn)題。例如，作戰(zhàn)活動(dòng)核心數(shù)據(jù)來(lái)源于作戰(zhàn)活動(dòng)模型，那么，作戰(zhàn)活動(dòng)模型中的作戰(zhàn)活動(dòng)必須和作戰(zhàn)活動(dòng)核心數(shù)據(jù)文件中的作戰(zhàn)活動(dòng)保持一致性。

2.3.1 一致性檢查規(guī)則

一致性檢查主要驗(yàn)證核心數(shù)據(jù)文件和其來(lái)源視圖產(chǎn)品文件中對(duì)同一要素的描述是否存在不一致性，根據(jù)表1給出的核心數(shù)據(jù)抽取來(lái)源，給出部分關(guān)鍵規(guī)則:

1)“使命分解樹(shù)”視圖產(chǎn)品文件中的作戰(zhàn)任務(wù)與“作戰(zhàn)任務(wù)”核心數(shù)據(jù)文件中定義的任務(wù)集一致;

2)“活動(dòng)分解樹(shù)”視圖產(chǎn)品文件中的作戰(zhàn)活動(dòng)與“作戰(zhàn)活動(dòng)”核心數(shù)據(jù)文件中定義的活動(dòng)集一致;

3)“組織關(guān)系圖”視圖產(chǎn)品文件中的作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)與“作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)”核心數(shù)據(jù)文件中定義的節(jié)點(diǎn)集一致;

4)“作戰(zhàn)能力分解樹(shù)”視圖產(chǎn)品文件中的作戰(zhàn)能力與“作戰(zhàn)能力”核心數(shù)據(jù)文件中定義的能力集一致;

5)“能力-活動(dòng)映射矩陣”視圖產(chǎn)品文件中的作戰(zhàn)能力與“作戰(zhàn)能力”核心數(shù)據(jù)文件中定義的能力集一致;

6)“系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)模型”視圖產(chǎn)品文件中的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)與“系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)”核心數(shù)據(jù)文件中定義的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)集一致;

7)“作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接關(guān)系模型”視圖產(chǎn)品文件中的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)與“系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)”核心數(shù)據(jù)文件中定義的系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)集一致;

8)“系統(tǒng)組成模型”視圖產(chǎn)品文件中的系統(tǒng)與“系統(tǒng)”核心數(shù)據(jù)文件中定義的系統(tǒng)集一致。

2.3.2 一致性檢查算法

XQuery是一種用于從XML文檔中獲取數(shù)據(jù)的查詢語(yǔ)言，可以利用XQuery實(shí)現(xiàn)不同XML文檔中同一數(shù)據(jù)的查詢，并通過(guò)建立觸發(fā)機(jī)制進(jìn)行一致性檢查，從而保證各核心數(shù)據(jù)文檔中同一數(shù)據(jù)的一致性。本文以作戰(zhàn)活動(dòng)分解模型文件和作戰(zhàn)活動(dòng)核心數(shù)據(jù)文件的一致性檢查為例進(jìn)行說(shuō)明，兩者一致的規(guī)則是:“活動(dòng)分解模型”文件中的作戰(zhàn)活動(dòng)與“作戰(zhàn)活動(dòng)”核心數(shù)據(jù)文件中定義的活動(dòng)集一致。為了保持一致性，需要分別檢索一個(gè)文件中的任何一個(gè)作戰(zhàn)活動(dòng)在另一個(gè)文件中是否存在，如果都存在，則滿足一致性，否則不滿足。具體算法描述如下:

For作戰(zhàn)活動(dòng)分解模型文件．每個(gè)活動(dòng)

If(每個(gè)作戰(zhàn)活動(dòng)=作戰(zhàn)活動(dòng)核心數(shù)據(jù)文件．作戰(zhàn)活動(dòng))

一致性滿足

Else

不滿足

For作戰(zhàn)活動(dòng)核心數(shù)據(jù)文件．每個(gè)活動(dòng)

If(每個(gè)作戰(zhàn)活動(dòng)=作戰(zhàn)活動(dòng)分解模型文件．作戰(zhàn)活動(dòng))

一致性滿足

Else

不滿足

3 武器裝備作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)管理方法實(shí)現(xiàn)

為了驗(yàn)證本文方法的有效性，開(kāi)發(fā)了基于Delphi的武器裝備作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由需求模型建立、核心數(shù)據(jù)挖掘、一致性檢驗(yàn)、核心數(shù)據(jù)檢索四大功能模塊實(shí)現(xiàn)(如圖4)。

圖4 武器裝備作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)界面

1)需求模型建立采用多視圖混合需求描述方法，通過(guò)圖、表、文字等模型形式，對(duì)武器裝備作戰(zhàn)需求進(jìn)行規(guī)范化描述;

2)數(shù)據(jù)抽取旨在通過(guò)對(duì)視圖模型文檔中的圖元進(jìn)行分析，編寫關(guān)聯(lián)關(guān)系提取的算法，提取層次、聚合等關(guān)聯(lián)關(guān)系并予以標(biāo)記，生成核心數(shù)據(jù)文檔，并定制XML Schema數(shù)據(jù)模型對(duì)其進(jìn)行規(guī)范，便于可視化展示核心數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)關(guān)系;

3)一致性檢驗(yàn)主要利用XQuery語(yǔ)句，建立觸發(fā)機(jī)制對(duì)不同核心數(shù)據(jù)文檔中的同一信息進(jìn)行一致性關(guān)聯(lián)，從而保證各核心數(shù)據(jù)文檔的一致性;

4)數(shù)據(jù)檢索旨在對(duì)核心數(shù)據(jù)文檔中的獨(dú)立實(shí)體和關(guān)聯(lián)實(shí)體進(jìn)行檢索。主要基于XQuery或Xpath的檢索向?qū)楹诵臄?shù)據(jù)建立快速檢索機(jī)制，同時(shí)提供模糊檢索機(jī)制。

該系統(tǒng)已經(jīng)成功用于某項(xiàng)重大科研課題，為該科研項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)提供了可靠的底層數(shù)據(jù)支撐，也驗(yàn)證了本文方法的有效性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)武器裝備作戰(zhàn)需求核心數(shù)據(jù)缺乏規(guī)范化管理的問(wèn)題，建立了基于XML的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，充分利用XML強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，對(duì)需求核心數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、抽取和一致性驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了核心數(shù)據(jù)的有效管理，該方法已在實(shí)際應(yīng)用中獲得良好效果。

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