聯(lián)合投送調度指揮系統(tǒng)信息集成研究

劉國清，劉 中，王 海，劉海偉

(1.軍事交通學院 聯(lián)合投送系，天津 300161; 2.天津龍源風力發(fā)電有限公司，天津 300042)

● 軍事運輸 Military Transportation

聯(lián)合投送調度指揮系統(tǒng)信息集成研究

劉國清1，劉 中1，王 海1，劉海偉2

(1.軍事交通學院 聯(lián)合投送系，天津 300161; 2.天津龍源風力發(fā)電有限公司，天津 300042)

為使指揮員多角度、全方位、直觀可視地感知聯(lián)合投送過程的綜合態(tài)勢信息，準確把握聯(lián)合投送各環(huán)節(jié)情況，分析聯(lián)合投送調度指揮系統(tǒng)相關信息源的基本情況，介紹幾種常用的信息集成方法，在對各類方法進行比較分析的基礎上，選擇本體技術進行聯(lián)合投送調度指揮系統(tǒng)信息集成的框架設計、本體模型建立以及映射關系的構建。

聯(lián)合投送；調度指揮；信息集成

近年來，隨著科學技術和我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，國家立體交通網(wǎng)絡已經(jīng)初步形成，并具有了一定的規(guī)模，軍事運輸方式也正由過去鐵路為主的單一保障向公路、水路和航空多種方式集于一體的聯(lián)合投送立體化保障轉變。面對如此復雜的軍交運輸保障任務，傳統(tǒng)戰(zhàn)爭形式中信息的獲取方式，如指揮員通過情報人員偵察、聽取參謀人員匯報或者直接查閱作戰(zhàn)資料等多種途徑，已經(jīng)不能及時、有效、全面把握感知戰(zhàn)場態(tài)勢，迫切需要把各種渠道收集的信息綜合集成到聯(lián)合投送調度指揮系統(tǒng)中。通過對系統(tǒng)的使用，指揮員可以多角度、全方位、直觀可視地感知整個投送過程的綜合態(tài)勢信息，準確把握聯(lián)合投送各個環(huán)節(jié)的情況。這必然對指揮員縱攬全局、運籌帷幄、千里決勝有所助益，而多源信息的集成是實現(xiàn)這一功能的關鍵環(huán)節(jié)。

1 信息源分析

聯(lián)合投送調度指揮系統(tǒng)信息來源分為靜態(tài)信息和動態(tài)信息。靜態(tài)信息主要包括各鐵路、公路、航線、航道、站點、港口、機場等基礎信息；動態(tài)信息主要包括鐵、公、水、空運輸過程中產(chǎn)生的業(yè)務數(shù)據(jù)以及物聯(lián)網(wǎng)終端采集的實時數(shù)據(jù)，主要包括運輸動態(tài)及運載物資狀態(tài)信息等。下面對信息源分布情況分別進行介紹。

目前，軍交運輸調度指揮系統(tǒng)的主要信息來源于鐵路部門的調度指揮管理系統(tǒng)、航運公司的調度系統(tǒng)、航空公司的航班調度系統(tǒng)、公路運輸部隊的定位系統(tǒng)以及用于檢測在運物資裝備狀態(tài)信息的物聯(lián)網(wǎng)終端。靜態(tài)信息可以通過各站點、港口、碼頭以及運輸線路相關部門提供，進行定期更新；而動態(tài)信息主要來源于上述系統(tǒng)中的實時數(shù)據(jù)。

鐵路部門采用的鐵路運輸調度指揮管理系統(tǒng)，配合信聯(lián)閉集中控制設備，能夠實現(xiàn)鐵路各級運輸調度對列車運行實行透明指揮、實時調整、集中控制，達到提高調度指揮管理效率、充分發(fā)揮鐵路通過能力、提高行車安全度和列車運行正點率、減輕調度人員勞動強度的目的。

航空交通運輸部門采用的調度指揮系統(tǒng)具有多種功能，主要涵蓋了地空通信、航線導航、氣象監(jiān)測、交通管制等多個方面。通過調度指揮系統(tǒng)的使用，能夠保證飛機與地面塔臺之間的正常通信，確保飛行航線準確無誤，同時還可以及時預測到包括惡劣天氣在內(nèi)可能發(fā)生的安全隱患，保證飛行安全[1]。

水路交通運輸部門的調度系統(tǒng)主要包括港口調度系統(tǒng)和船舶調度系統(tǒng)。港口調度系統(tǒng)主要負責船舶配積載、貨源組織、船舶供應、裝卸船作業(yè)等任務；船舶調度系統(tǒng)主要負責運力安排、船舶調遣和航行組織。主要利用AIS基站、雷達、無線電話以及船載終端等通信設施監(jiān)控航行在港灣和進出港口的船舶，并給這些船舶提供航行中所需的安全信息[2]。

公路運輸主要涉及部隊公路運輸。應用的軟件有公路軍事運輸動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、汽車部隊動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，涉及到的信息主要是“北斗”定位信息。

各種物聯(lián)網(wǎng)終端采集設備主要用于檢測在運物資狀態(tài)信息，比如溫度、濕度、氣壓、煙霧濃度、位移以及視頻信息等。這些信息從現(xiàn)場匯集到后方指揮平臺，主要通過“北斗”短報文和軍用4G的方式進行傳輸。

2 基于本體的信息集成框架構建

聯(lián)合投送調度指揮系統(tǒng)作為軍交運輸領域內(nèi)的系統(tǒng)，對于信息的獲取與處理具有高度的依賴性，這些信息大部分來源于各交通運輸部門的調度指揮及管理系統(tǒng)。但是由于各部門的系統(tǒng)在性能、功能、構架等方面均不相同，數(shù)據(jù)類型也不盡相同，因此各系統(tǒng)之間的溝通存在語義異構的問題，正是這種問題造成了網(wǎng)絡信息集成的難度加大。因此，需要針對各系統(tǒng)的特點，結合聯(lián)合投送調度指揮系統(tǒng)的功能需求，構建各運輸部門異構信息集成的統(tǒng)一方案。本文針對各運輸部門信息系統(tǒng)中源數(shù)據(jù)存在的語義異構問題，提出基于本體的信息集成框架，其結構圖如圖1所示，從下至上依次為:異構數(shù)據(jù)源層、信息集成層、應用處理層和應用層[3]。

圖1 基于本體的信息集成框架

3 本體及映射關系構建

基于本體的信息集成過程中，主要需要解決的是本體構建及映射關系構建。下面結合實例來分析如何構建本體和映射關系，主要涉及的數(shù)據(jù)形式為關系數(shù)據(jù)庫及XML。

因為整個聯(lián)合投送調度指揮系統(tǒng)涉及面廣、結構復雜，構建其集成框架的工作非常繁瑣，因此這里選取兩個運輸部門系統(tǒng)中的兩個異構信息源為例進行分析。假設現(xiàn)在需要查詢兩批投送任務中的被運物資信息，這兩批任務的投送方式分別是鐵路運輸和航空運輸。鐵路部門的運輸物資信息以關系數(shù)據(jù)庫形式進行存儲，航空部門的運輸物資信息以XML形式進行存儲。

3.1 本體構建

按照聯(lián)合投送調度指揮系統(tǒng)異構數(shù)據(jù)信息集成框架中所描述的，將本體構建劃分為3個步驟，分別是抽取數(shù)據(jù)源模式、局部本體構建、全局本體構建。

(1)抽取數(shù)據(jù)源模式。數(shù)據(jù)源模式是數(shù)據(jù)需要遵循的模型，一般以結構化數(shù)據(jù)形式進行描述，目的是為了使計算機能夠讀取數(shù)據(jù)的同時也能理解數(shù)據(jù)語義。通常關系數(shù)據(jù)庫形式的數(shù)據(jù)源模式是通過一種數(shù)據(jù)定義語言DDL進行編譯，然后存儲于數(shù)據(jù)字典或數(shù)據(jù)目錄中。鐵路系統(tǒng)中的物資信息的數(shù)據(jù)表可以使用如下格式描述。

department(name, address, tel) //部門(名稱，地址，電話)

destination(name, address, tel) //目的地(名稱，地址，電話)

stretcher(quantity, destination name) //擔架(數(shù)量，目的地)

medicine (quantity, destination name) //藥品(數(shù)量，目的地)

在XML形式的文件中，數(shù)據(jù)源模式由DTD (Document Type Definition)或者XML Schema這兩種方式來進行描述。由于XML Schema具備和XML相同的語法，更加容易理解和使用，所以采用XML Schema方式，如果存在DTD形式的文件，需要轉化成XML Schema。

航空系統(tǒng)中投送物資信息的XML Schema如圖2所示。

同樣表示“目的地”的含義，在鐵路系統(tǒng)的關系數(shù)據(jù)庫中是以“destination”進行描述的，而在航空系統(tǒng)的XML中是使用“termini”進行描述；與之類似的還有“電話號碼”的定義分別以“tel”和“phone”進行描述，這些就是所說的語義異構。

(2)局部本體構建。在抽取數(shù)據(jù)源模式之后，可以構建局部本體。

鐵路系統(tǒng)中的關系數(shù)據(jù)庫信息源的本體構建需要基于E-R圖來進行，根據(jù)E-R圖可以得到其局部本體結構如圖3所示。

圖2 航空系統(tǒng)中投送物資信息的XML Schema框圖

圖3 鐵路系統(tǒng)局部本體結構

航空系統(tǒng)中的XML形式的數(shù)據(jù)源局部本體的構架需要依靠其XML Schema描述圖，可以得到局部本體結構如圖4所示。

圖4 航空系統(tǒng)局部本體結構

(3)全局本體構建。全局本體的構建是在局部本體的基礎上進行合并，當兩個異構數(shù)據(jù)源的邏輯結構不同時，通過合并、添加要素等方式進行處理。當存在語義上的差異時，如相同的屬性或元素名字不同時，取其中一種作為統(tǒng)一的名稱。

按照上述合并的具體方法得到全局本體構架如圖5所示。

圖5 全局本體結構

3.2 本體映射構建

構建了局部本體和全局本體，相當于建立了信息集成的中間節(jié)點，而本體映射關系的建立則將這些節(jié)點相連，按照一定的映射規(guī)則將全局本體、局部本體以及數(shù)據(jù)源中的信息一一對應，形成一個完整的數(shù)據(jù)通路。本體映射主要包括兩個部分，分別是：局部本體與各異構數(shù)據(jù)源之間的映射，稱為局部映射；局部本體與全局本體之間的映射，稱為全局映射。

(1)局部映射。局部本體到數(shù)據(jù)源之間的映射可以使用一個三元組合進行表示

π={O,S,M}

式中：O是局部本體的集合；S是異構數(shù)據(jù)源的集合；M是局部本體和數(shù)據(jù)源之間的映射規(guī)則的集合，M如何定義是局部映射的重點，它解決如何進行映射的問題。

M中每一個映射規(guī)則包括3部分，分別是規(guī)則代號Mi、局部本體模式路徑Opathi以及元數(shù)據(jù)模式路徑Spathi，具體表達式為

M={[M1，Opath1，Spath1]，

[M2，Opath2，Spath2]，……}

其中每個[Mi，Opathi，Spathi]代表一個映射規(guī)則。

按照上述映射規(guī)則，構建之前實例中的映射關系。鐵路系統(tǒng)信息源對應的局部映射可以通過表1來實現(xiàn)。

表1 鐵路系統(tǒng)信息源局部映射規(guī)則表

同理,可得航空系統(tǒng)信息源對應的局部映射，此處不做贅述。

(2)全局映射。全局映射將局部本體和全局本體之間進行對應，當查詢?nèi)直倔w的某個概念時，可以通過全局映射關系查找到局部映射對應的概念，進而找到相應的數(shù)據(jù)源。

由于全局本體是由各局部本體組合而成的，因此，在局部本體中某一類或類中的屬性信息需要和全局本體的類和屬性信息進行關聯(lián)。在之前的實例中，設鐵路系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)源為S1,航空系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)源為S2,它們對應的局部本體分別為S1.owl和S2.owl，在全局本體映射關系的構建過程中可以生成表2所示的映射關系。

表2 信息源全局映射規(guī)則表

4 結 語

我軍現(xiàn)有的軍交運輸信息系統(tǒng)集成度不高，存在“孤島”或“煙囪林立”的“離散”現(xiàn)象，沒有形成整體合力，極不適應未來一體化聯(lián)合作戰(zhàn)要求。本文以建設聯(lián)合投送調度指揮系統(tǒng)為背景，研究如何利用本體技術進行聯(lián)合投送調度指揮多源信息集成，為提高我軍遠程作戰(zhàn)機動力和現(xiàn)代后勤保障力提供堅實有效的“信息力”支撐。

[1] 茅順平．改革與創(chuàng)新并舉充分利用空域資源—對我國民航空中交通管理系統(tǒng)建設的思考[J]．國際航空，2000，16(4)：93-95．

[2] 林新黨，姚遠．基于VTS系統(tǒng)實現(xiàn)的目標近岸行駛跟蹤方法研究[J]．雷達與對抗，2013，33(2)：31-33．

[3] 李曉娜．基于本體的語義信息集成及本體映射過程[D]．山東：濟南大學，2006．

(編輯：孫協(xié)勝)

Information Integration of Joint Projection Dispatching System

LIU Guoqing1, LIU Zhong1, WANG Hai1, LIU Haiwei2

(1.Joint Projection Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China;2.Tianjin Longyuan Wind Power Generation Co., Ltd., Tianjin 300042, China)

To perceive the comprehensive information of joint projection process from all-around multi-angle visually and acquaint the status of each projection link for commanders, the paper firstly analyzes the basic situation of information source related to joint projection dispatching system. Then, it introduces several common information integration methods. Finally, after comparing and analyzing the methods, it designs information integration framework, establishes ontology model and constructs mapping relationship of joint projection dispatching system with ontology technology.

joint projection; dispatching; information integration

2016-07-06；

2016-10-28．

劉國清(1986—)，男，碩士，講師.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2017.02.007

E234

A

1674-2192(2017)02- 0026- 05