作戰(zhàn)計劃本體的類層次體系創(chuàng)建方法

龍飛 趙曉哲

(海軍大連艦艇學院，遼寧 大連116018)

1 引言

作戰(zhàn)計劃是組織與實施作戰(zhàn)行動的依據，基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)對作戰(zhàn)計劃信息共享與互操作、自動與智能處理的要求越來越高，構建與應用作戰(zhàn)計劃本體是一種新的有效解決途徑。作戰(zhàn)計劃本體構建是一個反復迭代的修正調整過程，通常包括確定領域范圍、復用現(xiàn)有本體、枚舉重要術語、創(chuàng)建類層次體系、定義約束關系、形式化編碼、檢驗與評價等，其中創(chuàng)建類層次體系是承上啟下的關鍵步驟，直接影響整個本體構建的效率與質量。缺乏科學有效的類層次體系創(chuàng)建方法，將大大增加本體構建過程中迭代修正的工作量，而且容易導致作戰(zhàn)計劃本體不規(guī)范、不統(tǒng)一、兼容性差，難以滿足指揮信息系統(tǒng)的應用需求。因此，如何創(chuàng)建高質量的作戰(zhàn)計劃本體類層次體系，是一個亟待深入研究的問題。

文獻［1］提出了作戰(zhàn)計劃本體模型的概念層次結構，以水面艦艇作戰(zhàn)計劃本體為例列舉了各頂層父類的部分子類，并給出了對海方面作戰(zhàn)行動的概念層次。文獻［2］定義了空中進攻作戰(zhàn)計劃中描述實體之間類屬層次關系的實體分類結構。其他相關研究只是抽取了作戰(zhàn)計劃本體的頂層父類［3-6］，如行動、角色、資源、計劃目標等，或是從其他角度構建數(shù)據模型，如指揮信息系統(tǒng)的信息交換［7］。通用的創(chuàng)建方法中，有手工方式和自動(或半自動)方式，手工方式源于情報學領域文獻或信息資源組織的分類法［8］，只有創(chuàng)建的一般規(guī)則和要求，未針對作戰(zhàn)計劃本體類層次體系的創(chuàng)建;自動(或半自動)方式［9］存在較大局限性，目前還很難確保類層次體系的正確性和完整性。綜上，作戰(zhàn)計劃本體類層次體系創(chuàng)建方面的研究還很薄弱，只有基本定義、典型實例、頂層父類，及通用的本體類層次體系創(chuàng)建方法等，缺乏系統(tǒng)完善、有針對性的創(chuàng)建方法，很難有效指導作戰(zhàn)計劃本體類層次體系的創(chuàng)建工作。

本文針對上述問題，從剖析作戰(zhàn)計劃本體類層次體系的創(chuàng)建策略入手，揭示創(chuàng)建機理，提出一種具有較強適用性和可操作性的作戰(zhàn)計劃本體類層次體系創(chuàng)建方法。

2 作戰(zhàn)計劃本體的類層次體系創(chuàng)建策略

2.1 本體類層次體系創(chuàng)建的一般策略

本體的類層次體系創(chuàng)建以概念邏輯為基礎，主要有3種創(chuàng)建策略［10］。策略一:自頂向下。從頂層開始，首先定義領域中最普通的類，然后通過逐步增加屬性將其特性化，形成更特殊的類，直至最底層類。該策略主要是運用概念邏輯中概念的劃分和限制原理，類相應的概念內涵逐漸增加，而外延不斷縮小。策略二:自底向上。從底層開始，首先定義領域中最特殊的類，即類層次中的葉節(jié)點，然后通過逐步減少屬性將其泛化，形成更普通的類，直至最頂層類。該策略主要是運用概念邏輯中概念的概括原理，類相應的概念內涵逐漸減少，而外延不斷擴大。策略三:自內向外。從領域的中間層開始，綜合使用前兩種策略，將其進行適當?shù)奶匦曰头夯?，最后分別形成最底層類和最頂層類。該策略綜合運用了概念的劃分、限制與概括原理。

2.2 作戰(zhàn)計劃本體的類層次體系創(chuàng)建策略及邏輯分析

表1 作戰(zhàn)計劃本體類層次體系與概念邏輯的對應關系

作戰(zhàn)計劃是軍隊為遂行作戰(zhàn)任務而對作戰(zhàn)準備和實施制定的計劃，是指揮員決心的具體體現(xiàn)。無論是作戰(zhàn)部隊的組織指揮，還是信息系統(tǒng)的技術開發(fā)，作戰(zhàn)計劃信息與知識的組織與應用都需要高度的統(tǒng)一性與規(guī)范性，因此作戰(zhàn)計劃本體的類層次體系創(chuàng)建應選擇自頂向下的策略。

作戰(zhàn)計劃領域的概念經過劃分和限制后，概念之間以屬種關系(Kind-of)的系列性和層次性形成概念等級關系，這種等級關系就構成了作戰(zhàn)計劃本體的類層次體系的邏輯基礎，作戰(zhàn)計劃本體類層次體系與概念邏輯的對應關系見表1。

3 作戰(zhàn)計劃本體的類層次體系創(chuàng)建方法

3.1 組成要素

作戰(zhàn)計劃本體可形式化定義為七元組{C，AC，R，AR，H，I，X}，其類層次體系包含4個要素:作戰(zhàn)計劃領域概念類C、作戰(zhàn)計劃領域概念類屬性AC、關系集R中的上下位關系、作戰(zhàn)計劃領域概念類層次H［10］。概念類C，是指由作戰(zhàn)計劃內容抽取出的對象的集合，主要有行動類、角色類、資源類、目標類、時間類、空間類等。概念類屬性AC，是指作戰(zhàn)計劃本體屬性集中只作為各個概念類劃分標準的屬性，如行動類主要有軍種、兵種、作戰(zhàn)方面、攻防任務、使用的武器裝備資源等。上下位關系，其核心是父子關系(Kind-of)，部分類層次體系也輔助使用組成關系(Part-of)，本文重點研究父子關系。類層次H，是指由上下位關系確定的概念類的等級位置。

3.2 創(chuàng)建規(guī)則

作戰(zhàn)計劃本體的類層次體系創(chuàng)建應遵循以下規(guī)則。

規(guī)則1 父子等價規(guī)則:作戰(zhàn)計劃本體概念類劃分后，各直接子類概念集合的并集必須與父類概念集合相等。

規(guī)則2 標準同一規(guī)則:劃分作戰(zhàn)計劃本體概念類時，每次必須使用同一個類屬性作為劃分標準。

規(guī)則3 屬先種后規(guī)則:排列劃分次序時，屬概念的作戰(zhàn)計劃本體類屬性的使用次序要優(yōu)先于種概念的類屬性。如類屬性攻防任務相對防御對象，前者的劃分使用次序靠前。

規(guī)則4 交叉排除規(guī)則:若作戰(zhàn)計劃本體概念類的某一屬性同其他屬性都有交叉，則將該屬性排除，不參與所屬概念類的劃分。如類屬性兵力層次，屬性值為編隊、單艦艇等，不參與行動類劃分。

3.3 創(chuàng)建要求

作戰(zhàn)計劃本體的類層次體系創(chuàng)建應滿足以下要求。

要求1 完備性要求:作戰(zhàn)計劃本體的頂層父類是反映領域知識最抽象的若干個重要類，以此為基礎創(chuàng)建的類層次體系及構建的本體，應當能夠有效地覆蓋作戰(zhàn)計劃領域內的概念和知識。

要求2 針對性要求:參與作戰(zhàn)計劃本體概念類劃分的類屬性應為本質屬性，類屬性的選取既要限制在研究范圍內，又要滿足應用需求。

要求3 一致性要求:為保證作戰(zhàn)計劃本體類層次體系的系統(tǒng)性與規(guī)律性，相同抽象層次的類應選擇同一類屬性劃分，遇到交叉關系時各類系之間要保持一致。

要求4 特殊性要求:一些反映客觀世界事物較特殊的通用類，其抽象程度很高，不確定為作戰(zhàn)計劃本體的頂層父類，也不參與劃分，只作為概念類屬性使用，如時間和空間屬性。

要求5 優(yōu)先性要求:①若作戰(zhàn)計劃本體概念類C屬性A1的屬性值大部分隱含地表示了屬性A2的屬性值，則屬性A1劃分使用次序靠前;②作戰(zhàn)行動中優(yōu)先關注及重要程度高的類屬性，劃分使用次序靠前。

3.4 創(chuàng)建步驟

在確定了作戰(zhàn)計劃本體類層次體系的要素、創(chuàng)建規(guī)則與要求后，按照總結創(chuàng)建基礎、抽取頂層父類、確定劃分標準、排列劃分次序、創(chuàng)建層次體系5個步驟即可完成類層次體系的創(chuàng)建，如圖1所示。

4 作戰(zhàn)計劃本體的類層次體系創(chuàng)建實例

為了演示使用本文所提方法創(chuàng)建作戰(zhàn)計劃本體的類層次體系，說明方法的適用性與可操作性，以水面艦艇作戰(zhàn)計劃本體類層次體系為例，給出創(chuàng)建的主要過程。

4.1 總結創(chuàng)建基礎

目前，水面艦艇作戰(zhàn)計劃本體類層次體系的創(chuàng)建基礎還比較薄弱，尚無專門的水面艦艇作戰(zhàn)計劃知識分類體系。海軍軍語、軍事百科全書，以及水面艦艇作戰(zhàn)相關的專業(yè)教科書、研究報告、論文等形成的自然知識體系，可以輔助創(chuàng)建類層次體系。

4.2 抽取頂層父類

水面艦艇作戰(zhàn)計劃的主要內容有作戰(zhàn)任務、戰(zhàn)斗編組、行動方法、指揮組織、準備時限等，充分結合已有的創(chuàng)建基礎，可知水面艦艇作戰(zhàn)行動、角色、資源、計劃目標4個重要類，基本能夠有效反映水面艦艇作戰(zhàn)計劃領域的概念和知識，未覆蓋部分可通過本體構建后續(xù)過程的屬性、關系及規(guī)則等補充完善，因此根據要求1和要求4抽取水面艦艇作戰(zhàn)行動、角色、資源、計劃目標作為頂層父類。

圖1 作戰(zhàn)計劃本體的類層次體系創(chuàng)建步驟

4.3 確定劃分標準

抽取頂層父類后分別創(chuàng)建層次體系，整合后即可形成最終的類層次體系，本文以核心的行動類為例確定劃分標準與排列劃分次序。根據要求2，在水面艦艇作戰(zhàn)計劃的本體研究及內容描述范圍內，剖析行動類的本質屬性，其中兵力層次類屬性與其他類屬性都有交叉，根據規(guī)則4兵力層次不參與行動類劃分，再根據要求4去除時間與空間屬性后，可提取出8個劃分用類屬性，根據規(guī)則1和規(guī)則2可得到相應的一次劃分結果。行動類及其作為劃分標準的類屬性，如圖2所示。

圖2 作為劃分標準的行動類屬性

4.4 排列劃分次序

結合行動類的一次劃分結果，根據規(guī)則3可初步將8個劃分標準自頂向下分為4個等級，如圖3所示。

將同一等級的劃分標準分別進行排序，即可得到劃分次序。等級1中，按作戰(zhàn)方面進行一次劃分得到的對空、對海、對岸、對潛子類中，前三項已隱含了攻防任務，根據要求5作戰(zhàn)方面排序靠前;等級2中，行動中對防御對象的關注通常優(yōu)先于武器裝備，根據要求5防御對象排序靠前;等級3中，按引導保障條件劃分形成攻擊方法，按攻擊方向數(shù)量劃分形成攻擊樣式，通常前者重要程度高，根據要求5引導保障條件排序靠前，艦艇機動方式不存在交叉關系，排在最后。

圖3 行動類劃分次序的初步等級

綜合上述分析及要求3，可以得到劃分次序:作戰(zhàn)方面—攻防任務—防御對象—武器裝備—引導保障條件—攻擊方向數(shù)量—艦艇機動方式—敵我位置態(tài)勢。

4.5 創(chuàng)建層次體系

除行動類外，其他頂層父類角色、資源、計劃目標的層次體系創(chuàng)建過程類似，利用本體構建工具Protégé軟件創(chuàng)建出水面艦艇作戰(zhàn)計劃本體的類層次體系，如圖4所示。

限于篇幅僅列4層，其中類名含義為:第一層，ZZJH_SMJT為水面艦艇作戰(zhàn)計劃;第二層，XD_SMJT、JS_SMJT、ZY_SMJT、MB_SMJT分別為水面艦艇作戰(zhàn)行動、角色、資源、計劃目標;第三層，X_DH、X_DK分別為對海、對空行動，J_ZH、J_ZX分別為指揮、執(zhí)行實體，Z_WQ、Z_XX分別為武器、信息資源，M_DQ、M_DH分別為對海、對空計劃目標;第四層，JP、DD分別為對海艦炮、對海導彈攻擊行動，BZ、QZ分別為編隊、群指揮所，ZK、BQ分別為指控、兵器系統(tǒng)，JC、ZC分別為擊沉、重創(chuàng)。

5 結束語

本文根據作戰(zhàn)計劃的領域特點提出自頂向下策略適合作戰(zhàn)計劃本體的類層次體系創(chuàng)建，在此基礎上，遵循軍事認識的過程和規(guī)律［11］，研究提出了基于概念邏輯的作戰(zhàn)計劃本體類層次體系創(chuàng)建方法，包括創(chuàng)建規(guī)則、要求、步驟。該方法能夠適應作戰(zhàn)計劃的領域特點、便于工程實現(xiàn)，相對通用的創(chuàng)建方法，具有較強的適用性和可操作性。更加規(guī)范、高效地創(chuàng)建高質量的作戰(zhàn)計劃本體類層次體系，是一個需要不斷探索的問題。后續(xù)工作要在兩個方面展開深入研究:第一，利用另一邏輯層次的組成關系(Part-of)，有效分解本體中的類，如行動類的作戰(zhàn)階段和過程，進一步細化完善作戰(zhàn)計劃本體的類層次體系;第二，將本文提出的創(chuàng)建思路與方法，有效整合到自動(或半自動)創(chuàng)建方法，能夠根據領域知識變化動態(tài)調整，提高類層次體系創(chuàng)建的效率與質量。

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