面向知識(shí)圖譜的作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制研究*

楊婷婷，劉 忠，朱先強(qiáng)，黃金才

(國(guó)防科技大學(xué)信息系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410073)

作戰(zhàn)體系是一個(gè)具有適應(yīng)威脅環(huán)境的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)[1-2]，是由幾十萬、幾百萬甚至幾千萬個(gè)作戰(zhàn)、指揮、通信、感知等實(shí)體相互關(guān)聯(lián)而形成的超大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)。這樣的兩個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)之間的作戰(zhàn)就是軍事理論意義上的體系對(duì)抗。對(duì)敵我雙方作戰(zhàn)體系的研究是未來體系作戰(zhàn)中指導(dǎo)和打贏戰(zhàn)爭(zhēng)的基礎(chǔ)，是軍事領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。

作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制是指支持作戰(zhàn)體系運(yùn)行的原則、規(guī)則和流程等。運(yùn)行機(jī)制的研究是作戰(zhàn)體系研究中的重要內(nèi)容，是體系對(duì)抗中作戰(zhàn)體系對(duì)敵方意圖推理判斷、己方作戰(zhàn)規(guī)劃和作戰(zhàn)計(jì)劃生成等問題中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

當(dāng)前隨著信息和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，戰(zhàn)場(chǎng)將面臨巨大的信息爆炸壓力，軍事領(lǐng)域的智能化發(fā)展要求迫在眉睫[3]。作戰(zhàn)體系機(jī)制描述方法的研究作為作戰(zhàn)體系語義分析和知識(shí)圖譜構(gòu)建的重要步驟，是智能分析和智能判斷的基礎(chǔ)，具有重要的研究意義。

本文從作戰(zhàn)體系的概念模型出發(fā)，基于本體理論[4-5]、OWL[6]和SWRL[7]規(guī)則語言，建立了作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制本體。以機(jī)制的本體描述為基礎(chǔ)，研究了規(guī)則驅(qū)動(dòng)的機(jī)制描述和任務(wù)驅(qū)動(dòng)的機(jī)制描述方法，分別描述了主動(dòng)規(guī)則推理和任務(wù)驅(qū)動(dòng)兩種模式的運(yùn)行機(jī)制。作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制的描述方法研究為作戰(zhàn)體系運(yùn)行規(guī)則的建立提供了方法支持，是作戰(zhàn)體系的運(yùn)行和行為意圖推理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 作戰(zhàn)體系概念模型

作戰(zhàn)體系是一個(gè)完整的整體。在作戰(zhàn)體系面對(duì)使命任務(wù)時(shí)，體系內(nèi)的實(shí)體元素通過實(shí)體之間的關(guān)系(如指控關(guān)系、通信關(guān)系、組織編成關(guān)系等)組織連通，并依據(jù)體系及其實(shí)體能力和體系的運(yùn)作機(jī)制進(jìn)行體系運(yùn)行，在完成組織狀態(tài)之間的遷移的同時(shí)完成使命任務(wù)。因此，作戰(zhàn)體系的概念模型具體包含了體系的使命、實(shí)體、組織、能力、狀態(tài)、機(jī)制和環(huán)境等7個(gè)方面。

1.1 體系使命模型

作戰(zhàn)體系的使命模型是關(guān)于作戰(zhàn)體系面向的使命模型，從作戰(zhàn)體系使命的目標(biāo)客體、使命意圖的達(dá)成目標(biāo)和使命所包含的任務(wù)等方面對(duì)作戰(zhàn)體系的使命進(jìn)行抽象建模。

定義1 使命模型(Mission)對(duì)作戰(zhàn)體系作戰(zhàn)使命的描述，包含了目標(biāo)對(duì)象、達(dá)成目標(biāo)和任務(wù)等，記為三元組:

Mission=

其中，

目標(biāo)對(duì)象(Objective)描述的是使命的目標(biāo)對(duì)象客體，包括了目標(biāo)對(duì)象的類型、位置、狀態(tài)等。目標(biāo)的類型根據(jù)劃分方法的不同有不同的類型，如按照空間位置可以分為地面目標(biāo)、空中目標(biāo)和海上目標(biāo);按照目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性可以分為固定目標(biāo)和移動(dòng)目標(biāo);按照使命級(jí)別不同可以分為戰(zhàn)略目標(biāo)、戰(zhàn)役目標(biāo)和戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)等。目標(biāo)的位置描述了目標(biāo)的地理位置。目標(biāo)的狀態(tài)描述了目標(biāo)當(dāng)前的活動(dòng)狀態(tài)、防御狀態(tài)等。

達(dá)成目標(biāo)(Goal)描述的是使命達(dá)成的目標(biāo)，如使命要求在某個(gè)時(shí)限之內(nèi)完成，要求對(duì)目標(biāo)的毀傷程度的要求等。

任務(wù)(Task)描述的是使命的任務(wù)，任務(wù)根據(jù)其復(fù)雜程度的不同，分為原子任務(wù)和復(fù)合任務(wù)。原子任務(wù)(AtomTask)是任務(wù)的最小單元;復(fù)合任務(wù)(CompositeTask)由原子任務(wù)構(gòu)成。

1.2 體系實(shí)體模型

作戰(zhàn)體系實(shí)體模型是關(guān)于作戰(zhàn)體系中實(shí)體的模型，從作戰(zhàn)體系實(shí)體的類型、屬性、關(guān)系和活動(dòng)方面對(duì)作戰(zhàn)體系的實(shí)體進(jìn)行抽象建模。

定義2 實(shí)體(Entity)表示的是作戰(zhàn)體系中的實(shí)體，記為四元組:

Entity=

其中，EntType表示實(shí)體的類型;EntAttribute表示實(shí)體的屬性;Relation表示實(shí)體之間的關(guān)系，作戰(zhàn)體系中實(shí)體與實(shí)體之間具有多種相互關(guān)系，包括具有指控含義的指控關(guān)系、具有通信含義的通信關(guān)系、實(shí)體與實(shí)體之間的組織和構(gòu)成關(guān)系等。

Action表示實(shí)體的活動(dòng)，如飛機(jī)的起飛、航行、攻擊、返航、降落、躲避等;巡洋艦的活動(dòng)包括駐泊、航渡、巡邏、攻擊等。作戰(zhàn)體系中的實(shí)體根據(jù)其類型的不同具有各自不同種類的活動(dòng)，這些活動(dòng)在實(shí)際使用中根據(jù)其目標(biāo)的不同表現(xiàn)為不同的行動(dòng)(Activity)，行動(dòng)及行動(dòng)的組合是作戰(zhàn)體系完成任務(wù)或者使命的基本途徑。

1.3 體系組織模型

體系組織模型是關(guān)于作戰(zhàn)體系的組織和結(jié)構(gòu)的模型，是從體系的組織編成、體系指控結(jié)構(gòu)和體系通信網(wǎng)絡(luò)等方面對(duì)體系組織的抽象建模。

定義3 組織(Organization)表示的是體系的組織和結(jié)構(gòu)，記為三元組:

Organization=

其中，組織編成(Formation)表示體系中實(shí)體的組織編成，由體系實(shí)體及其編成關(guān)系構(gòu)成;指控結(jié)構(gòu)(C2Structure)表示體系中的指揮控制結(jié)構(gòu)，由體系實(shí)體及其指控關(guān)系構(gòu)成;通信網(wǎng)絡(luò)(CommuNetwork)表示體系中的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由體系實(shí)體及其通信關(guān)系構(gòu)成。

1.4 體系能力模型

體系能力模型是關(guān)于作戰(zhàn)體系所具備的能力的模型，是從作戰(zhàn)體系及其實(shí)體的基本能力的類型和能力的屬性等方面對(duì)體系能力的抽象建模。

定義4 能力(Ability)表示作戰(zhàn)體系及其實(shí)體的基本功能，記為二元組:

Ability=

其中，AType表示能力的類型。作戰(zhàn)體系的能力根據(jù)分類角度的不同而具有多種不同的能力。例如，作戰(zhàn)體系能力按照目標(biāo)對(duì)象類型可以分為反導(dǎo)能力、反潛能力、防空能力、反艦?zāi)芰Φ龋话凑哲娛滦袆?dòng)類型劃分可以分為機(jī)動(dòng)能力、運(yùn)動(dòng)能力、防御能力、進(jìn)攻能力、后勤支援能力等。

AAttribut表示能力的屬性。每一種能力都有相應(yīng)的屬性，例如反導(dǎo)能力包含了導(dǎo)彈的攔截高度、攔截的有效范圍、攔截概率等。

實(shí)體的能力與實(shí)體活動(dòng)相關(guān)，不同的實(shí)體活動(dòng)具備不同的實(shí)體能力。例如，實(shí)體的運(yùn)動(dòng)活動(dòng)與實(shí)體的運(yùn)動(dòng)、機(jī)動(dòng)能力相關(guān)。這種關(guān)聯(lián)關(guān)系是作戰(zhàn)體系任務(wù)分解的基礎(chǔ)，也是體系運(yùn)作機(jī)制中計(jì)劃方案制定的基礎(chǔ)。

1.5 體系狀態(tài)模型

體系狀態(tài)模型是關(guān)于作戰(zhàn)體系瞬時(shí)狀態(tài)的模型，從作戰(zhàn)體系的實(shí)體狀態(tài)、組織狀態(tài)兩方面進(jìn)行抽象建模。

定義5狀態(tài)(State)表示某一時(shí)刻作戰(zhàn)體系的狀態(tài)，記為二元組：

State=

其中，EntState表示某一時(shí)刻作戰(zhàn)體系實(shí)體狀態(tài)，OrgState表示某一時(shí)刻作戰(zhàn)體系組織狀態(tài)。

作戰(zhàn)體系的狀態(tài)隨著時(shí)間的變化而不斷地變化，這一時(shí)刻的狀態(tài)既是上一狀態(tài)的延續(xù)，也是下一狀態(tài)的開始，通過對(duì)作戰(zhàn)體系歷史狀態(tài)及其變化的分析，可以對(duì)下一時(shí)刻的狀態(tài)進(jìn)行推斷。

作戰(zhàn)體系的運(yùn)行過程是體系狀態(tài)遷移(StateTransfer)的過程。體系狀態(tài)遷移的形式化表示為:

StateTransfer:CurrentState→NewState

其中，CurrentState表示當(dāng)下的狀態(tài)，NewState表示下一時(shí)刻的新狀態(tài)。狀態(tài)的遷移表示作戰(zhàn)體系的組織和實(shí)體的狀態(tài)的遷移。

對(duì)狀態(tài)的遷移變化是作戰(zhàn)體系及其中實(shí)體的行動(dòng)意圖判斷的主要依據(jù)之一。

1.6 體系機(jī)制模型

體系機(jī)制模型是關(guān)于作戰(zhàn)體系運(yùn)行規(guī)則和流程的模型，是從體系運(yùn)行的條件、規(guī)則、流程等方面對(duì)作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制的抽象建模。

定義6 機(jī)制(Mechanism)表示的是作戰(zhàn)體系運(yùn)行遵循的基本機(jī)制，記為三元組:

Mechanism=

其中，條件(Condition)表示作戰(zhàn)體系運(yùn)行的狀態(tài)條件，包含了作戰(zhàn)體系的狀態(tài)條件(包括組織狀態(tài)和實(shí)體狀態(tài)條件)，體系使命的目標(biāo)的狀態(tài)條件(包括目標(biāo)的類型、位置和狀態(tài)等目標(biāo)對(duì)象條件)，體系運(yùn)行的環(huán)境條件(包括地理、氣象、電磁和海洋等環(huán)境條件)。

約束(Constrain)表示對(duì)體系運(yùn)行的影響的約束，包括了能夠?qū)ψ鲬?zhàn)體系運(yùn)行進(jìn)行影響的體系使命的達(dá)成目標(biāo)產(chǎn)生的約束、體系實(shí)體的能力的約束，以及作戰(zhàn)體系的行動(dòng)模式、戰(zhàn)術(shù)條例和原則等運(yùn)行規(guī)則帶來的約束。

計(jì)劃(Plan)表示作戰(zhàn)體系的行動(dòng)計(jì)劃方案，包括了計(jì)劃分解中包含的作戰(zhàn)體系或其實(shí)體的行動(dòng)、計(jì)劃片段，以及計(jì)劃中這些行動(dòng)或者計(jì)劃片段按照時(shí)間、依賴等關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)成的運(yùn)行流程。計(jì)劃與計(jì)劃片段最終都可以分解為行動(dòng)。

行動(dòng)與實(shí)體活動(dòng)之間具有關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)體或者體系的行動(dòng)是通過實(shí)體的活動(dòng)來完成的。實(shí)體活動(dòng)是客觀的，而實(shí)體行動(dòng)是具有某種指向和含義的實(shí)體活動(dòng)。例如，實(shí)體可以進(jìn)行航行活動(dòng)，實(shí)體向某個(gè)目標(biāo)位置進(jìn)行航渡是實(shí)體的行動(dòng)。

1.7 體系環(huán)境模型

體系環(huán)境模型是關(guān)于作戰(zhàn)體系運(yùn)行環(huán)境的模型，分別從環(huán)境的類型和屬性兩方面對(duì)環(huán)境進(jìn)行抽象建模。

定義7 環(huán)境(Environment)表示作戰(zhàn)體系運(yùn)行的環(huán)境，記為二元組:

Enviroment=

其中，EnvType表示環(huán)境的類型，EnvAttribute表示該環(huán)境類型的屬性。

作戰(zhàn)體系的運(yùn)行環(huán)境包含了地理環(huán)境、海洋環(huán)境、氣象環(huán)境和電磁環(huán)境等。

2 作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制的描述方法

在作戰(zhàn)體系概念模型的基礎(chǔ)上，從運(yùn)行機(jī)制的語義、過程、目標(biāo)和不確定性處理等方面研究作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制，建立的本體描述、規(guī)則驅(qū)動(dòng)的機(jī)制描述和任務(wù)驅(qū)動(dòng)的機(jī)制描述。

2.1 作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制的本體描述方法

在作戰(zhàn)體系概念模型的基礎(chǔ)上，基于本體理論、OWL和SWRL語言建立作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制(Mechanism)的本體描述方法。

作戰(zhàn)體系的運(yùn)行機(jī)制本體描述中，機(jī)制概念包含了條件(Condition)、約束(Constrain)和計(jì)劃(Plan)子概念，如圖1所示。

圖1 機(jī)制

條件描述了作戰(zhàn)體系運(yùn)作的條件，如體系狀態(tài)條件、目標(biāo)對(duì)象條件和環(huán)境條件等。

約束描述作戰(zhàn)體系運(yùn)作的約束，包括:目標(biāo)約束(GoalConstrain)表示能夠?qū)ψ鲬?zhàn)體系運(yùn)行進(jìn)行影響的體系使命的達(dá)成目標(biāo)產(chǎn)生的約束;能力約束(Ability-Constrain)表示體系實(shí)體的能力的約束;規(guī)則約束(RuleConstrain)表示作戰(zhàn)體系的行動(dòng)模式、戰(zhàn)術(shù)條例和原則等運(yùn)行規(guī)則帶來的約束。

計(jì)劃描述作戰(zhàn)體系的計(jì)劃方案，包括:行動(dòng)(Activity)表示計(jì)劃分解中包含的作戰(zhàn)體系或其實(shí)體的行動(dòng);計(jì)劃片段(Planfragment)表示計(jì)劃的片段;流程(Process)表示計(jì)劃中這些行動(dòng)或者計(jì)劃片段按照時(shí)間、依賴等關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)成的運(yùn)行流程結(jié)構(gòu)。

行動(dòng)包含對(duì)象屬性:hasObjective表示行動(dòng)有目標(biāo)對(duì)象，hasAction表示行動(dòng)包含的活動(dòng)，hasSubActivity表示子行動(dòng)，hasAbilityDemand表示行動(dòng)有能力需求，has-RelativeActivity表示行動(dòng)有關(guān)聯(lián)行動(dòng)，hasRelativePlanfragment表示行動(dòng)有關(guān)聯(lián)的計(jì)劃片段。

計(jì)劃片段包含對(duì)象屬性:hasActivity表示計(jì)劃片段包含的行動(dòng)，hasSubPlanfragment表示計(jì)劃片段有子計(jì)劃片段，hasRelativePlanfragment表示計(jì)劃片段有關(guān)聯(lián)的計(jì)劃片段，hasAbilityDemand表示計(jì)劃片段有能力需求。

行動(dòng)和計(jì)劃片段均包含數(shù)據(jù)類型屬性:時(shí)間屬性(hasTime)、概率(hasProbability)、先驗(yàn)概率(hasPrior-Probability)、條件概率(hasConditionProbability)等。概率屬性表達(dá)了體系運(yùn)行中的不確定性。

流程包含了含有(Includes)對(duì)象屬性，表示流程中含有的行動(dòng)或者計(jì)劃片段。

機(jī)制概念域中的主要對(duì)象屬性和數(shù)據(jù)類型屬性如表1所示。

表1 機(jī)制概念域?qū)傩?/p>

注：F是函數(shù)性，T是傳遞性、S是對(duì)稱性。

其中，機(jī)制概念域包含的兩個(gè)對(duì)象屬性hasRelativeActivity、hasRelativePlanfragment表明，行動(dòng)和計(jì)劃片段在流程中具有時(shí)間相關(guān)性，可以用區(qū)間代數(shù)描述。

Allen提出了區(qū)間代數(shù)學(xué)[3]，將區(qū)間作為時(shí)態(tài)基元，定義了區(qū)間之間13種互不相交且聯(lián)合完備的二元關(guān)系，包括before，equal，meets，overlap，during，starts，finishes及其反運(yùn)算after，metBy，overlappedBy，contain，startedBy，finishedBy，如圖2所示。并將區(qū)間代數(shù)定義為這種二元關(guān)系任意可能的析取共213種可能。

另外，對(duì)于機(jī)制概念域的定義包含一些自然的約束，這些類似的自然約束可以用描述邏輯表示為公理。如行動(dòng)至少包含了一個(gè)活動(dòng)，描述為

基于機(jī)制概念域本體的定義，通過SWRL規(guī)則可以對(duì)關(guān)于機(jī)制的一些約束進(jìn)行表示，如某項(xiàng)行動(dòng)的先驗(yàn)概率是0．8，描述為

Activity?(≥1)hasAction

基于機(jī)制概念域本體的定義，通過SWRL規(guī)則可以對(duì)關(guān)于機(jī)制的一些約束進(jìn)行表示，如某項(xiàng)行動(dòng)的先驗(yàn)概率是0.8，描述為

Activity(?a)∧hasPrioProbalility(?a,0.8)

圖2 時(shí)間相關(guān)性二元關(guān)系

2.2 規(guī)則驅(qū)動(dòng)的作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制描述方法

作戰(zhàn)體系運(yùn)行過程是作戰(zhàn)體系及其實(shí)體從當(dāng)前狀態(tài)向下一狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過程。作戰(zhàn)體系的狀態(tài)包括體系包含的實(shí)體、體系編成、指控結(jié)構(gòu)和通信結(jié)構(gòu)，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型屬性和對(duì)象屬性狀態(tài);實(shí)體的狀態(tài)包括是實(shí)體的數(shù)據(jù)類型屬性和對(duì)象屬性的狀態(tài)，如實(shí)體的活動(dòng)狀態(tài)。這些狀態(tài)之間的變遷遵循的規(guī)則即為規(guī)則驅(qū)動(dòng)的作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制。

規(guī)則驅(qū)動(dòng)的作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制可以通過ECA規(guī)則描述。ECA(Event-Condition-Action)規(guī)則，即事件-條件-活動(dòng)規(guī)則是公認(rèn)的主動(dòng)規(guī)則，包括了事件、條件和活動(dòng)三個(gè)部分[9]。事件表示引發(fā)規(guī)則執(zhí)行的原因，條件表示規(guī)則執(zhí)行要滿足的約束，活動(dòng)是規(guī)則被觸發(fā)且條件為滿足時(shí)要執(zhí)行的行動(dòng)。

ECA規(guī)則表示的是:當(dāng)事件(Event)發(fā)生，且滿足條件(Condition)時(shí)，則執(zhí)行活動(dòng)(Action)可以描述為:

其中，ECA規(guī)則描述了觸發(fā)活動(dòng)的事件、條件和活動(dòng)，當(dāng)觸發(fā)事件(Event)出現(xiàn)并滿足相應(yīng)的條件(condition)時(shí)執(zhí)行特定的活動(dòng)(Action)。在作戰(zhàn)體系運(yùn)行時(shí)，這個(gè)活動(dòng)代表體系相應(yīng)的狀態(tài)變遷。即當(dāng)某個(gè)情況出現(xiàn)并滿足某些條件時(shí)，體系將從當(dāng)前狀態(tài)，變遷到下一狀態(tài)。

在作戰(zhàn)體系的本體描述基礎(chǔ)上，用ECA規(guī)則描述作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制時(shí)，機(jī)制本體與ECA規(guī)則的映射關(guān)系是:

事件(Event)表示觸發(fā)體系運(yùn)行的事件，包含了機(jī)制本體描述中的條件概念及其包含的體系狀態(tài)、目標(biāo)狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)等子概念;

條件(Condition)表示對(duì)體系運(yùn)行的約束，包含了機(jī)制本體描述中的約束概念及其包含的達(dá)成目標(biāo)約束、能力約束，以及描述作戰(zhàn)體系的行動(dòng)模式、戰(zhàn)術(shù)條例和原則的規(guī)則等子概念;

活動(dòng)(Action)表示將進(jìn)行的計(jì)劃或行動(dòng)，包含了機(jī)制本體描述中的計(jì)劃或計(jì)劃包含的計(jì)劃片段、行動(dòng)和流程等子概念。

例如，在體系作戰(zhàn)中，當(dāng)目標(biāo)對(duì)象出現(xiàn)事件發(fā)生，在目標(biāo)達(dá)成約束、作戰(zhàn)體系能力和作戰(zhàn)規(guī)則等的條件滿足時(shí)，制定并執(zhí)行一系列作戰(zhàn)計(jì)劃。

用SWRL規(guī)則描述為:

其中，計(jì)劃(Plan)包含了由觸發(fā)的作戰(zhàn)體系實(shí)體行動(dòng)(Activity)、計(jì)劃片段(Planfragment)，以及這些行動(dòng)和計(jì)劃片段的執(zhí)行流程(Process)。

例如，在海上作戰(zhàn)，當(dāng)目標(biāo)導(dǎo)彈進(jìn)入作戰(zhàn)海域，需要執(zhí)行攔截任務(wù)時(shí)。根據(jù)作戰(zhàn)規(guī)則，首先，應(yīng)當(dāng)跟蹤并確認(rèn)目標(biāo)導(dǎo)彈的狀態(tài)(包括地理位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等);其次，是根據(jù)各個(gè)作戰(zhàn)體系中平臺(tái)的導(dǎo)彈攔截能力，部署和計(jì)劃導(dǎo)彈攔截階段和相應(yīng)的攔截任務(wù)。如圖3所示。

圖3 導(dǎo)彈攔截規(guī)則

其中，有背景色的橢圓表示的是條件或約束;海上作戰(zhàn)的導(dǎo)彈攔截的作戰(zhàn)計(jì)劃包含了兩個(gè)計(jì)劃片段，即目標(biāo)跟蹤和目標(biāo)攔截。當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入作戰(zhàn)區(qū)，并且目標(biāo)進(jìn)入偵察探測(cè)設(shè)備的有效跟蹤范圍時(shí)，進(jìn)行目標(biāo)跟蹤;當(dāng)作戰(zhàn)體系中的衛(wèi)星處于作戰(zhàn)區(qū)時(shí)，衛(wèi)星實(shí)施跟蹤行動(dòng);當(dāng)作戰(zhàn)體系中的雷達(dá)處于開機(jī)狀態(tài)時(shí)，雷達(dá)實(shí)施跟蹤行動(dòng);當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入有效攔截范圍時(shí)，進(jìn)行目標(biāo)攔截;當(dāng)艦艇處于作戰(zhàn)區(qū)時(shí)，艦艇實(shí)施攔截行動(dòng);當(dāng)作戰(zhàn)體系中飛機(jī)處于值班狀態(tài)時(shí)，飛機(jī)實(shí)施攔截行動(dòng)。

用SWRL規(guī)則描述如下:

Rule1:當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入作戰(zhàn)區(qū)，并且目標(biāo)進(jìn)入偵察探測(cè)設(shè)備的有效跟蹤范圍時(shí)，進(jìn)行目標(biāo)跟蹤

Rule2：當(dāng)作戰(zhàn)體系中的衛(wèi)星處于作戰(zhàn)區(qū)時(shí)，衛(wèi)星實(shí)施跟蹤行動(dòng)

Rule3：……

基于以上方法，可以對(duì)規(guī)則驅(qū)動(dòng)的作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行描述。

2.3 任務(wù)驅(qū)動(dòng)的作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制描述方法

作戰(zhàn)體系運(yùn)行的目標(biāo)是完成使命任務(wù)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)的作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制描述研究的是作戰(zhàn)體系依據(jù)使命任務(wù)規(guī)劃方法產(chǎn)生的任務(wù)網(wǎng)絡(luò)而運(yùn)行的機(jī)制。

例如，通過層次任務(wù)網(wǎng)絡(luò)(Hierarchical Task Network，HTN)規(guī)劃方法[10]對(duì)作戰(zhàn)體系面對(duì)的使命分析規(guī)劃，得到關(guān)于使命的層次任務(wù)網(wǎng)絡(luò)。其中包含了任務(wù)(原子任務(wù)和復(fù)合任務(wù))、任務(wù)之間的時(shí)序和依賴關(guān)系、任務(wù)對(duì)能力的需求，以及實(shí)體與能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖4所示。

圖4 任務(wù)分解

其中，T表示作戰(zhàn)體系面對(duì)的使命經(jīng)HTN的規(guī)劃獲得的分解任務(wù)，包含了原子任務(wù)和復(fù)合任務(wù)兩種;E表示作戰(zhàn)體系中的實(shí)體，A表示任務(wù)對(duì)能力的需求，在HTN規(guī)劃中實(shí)體和能力的組合被表示為方法;另外，黑色箭頭表示任務(wù)之間的時(shí)序和依賴關(guān)系，紅色箭頭表示任務(wù)對(duì)實(shí)體及其能力的需求關(guān)系。

圖5 任務(wù)的實(shí)體需求沖突

可以看到網(wǎng)絡(luò)中存在多處不同任務(wù)同時(shí)對(duì)同一實(shí)體的能力的需求?？梢姡ㄟ^任務(wù)分析在建立實(shí)際的計(jì)劃方案時(shí)，需考慮實(shí)體及其能力是否可以同時(shí)使用，即是否會(huì)造成實(shí)體使用時(shí)間或空間域的沖突問題。如圖5所示。其中，虛線表示被不同任務(wù)需求的實(shí)體及其能力的沖突。

由此可見，在作戰(zhàn)體系運(yùn)行時(shí)，實(shí)體是否能夠在計(jì)劃中執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)是不確定的。如本例中，實(shí)體E1執(zhí)行任務(wù)T1，則有可能不能同時(shí)執(zhí)行T3。事實(shí)上，在常見的任務(wù)規(guī)劃中，由哪個(gè)實(shí)體執(zhí)行任務(wù)、實(shí)體執(zhí)行任務(wù)的時(shí)機(jī)和實(shí)體行動(dòng)的成功與否都包含了不確定性。

同時(shí)，實(shí)體的能力(Ability)是通過行動(dòng)(Activity)體現(xiàn)的，選擇哪個(gè)行動(dòng)實(shí)現(xiàn)該能力也是不確定的。例如，在作戰(zhàn)體系的艦艇執(zhí)行航渡任務(wù)時(shí)，如若遇到海峽，是選擇經(jīng)由海峽快速到達(dá)既定位置，抑或是選擇繞過海峽經(jīng)由較為安全的寬闊海域到達(dá)既定位置。這種選擇概率可以由經(jīng)驗(yàn)得到，即為先驗(yàn)概率;亦可根據(jù)當(dāng)時(shí)的狀態(tài)選擇，即為條件概率。

因此，任務(wù)驅(qū)動(dòng)的作戰(zhàn)體系的運(yùn)行機(jī)制可以用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)來描述。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(BN)又稱為信任網(wǎng)絡(luò)、概率網(wǎng)絡(luò)或因果網(wǎng)絡(luò)，是一種用于表示軍事領(lǐng)域不確定性的概率論方法，主要由兩部分構(gòu)成:網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和條件概率表[11]。

用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)來描述作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制時(shí)，通過對(duì)作戰(zhàn)體系中的概念附加概率的方式，描述體系運(yùn)行中的不確定性。基于作戰(zhàn)體系運(yùn)作機(jī)制的本體描述和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論，對(duì)運(yùn)作機(jī)制轉(zhuǎn)換到貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行如下映射轉(zhuǎn)換:

1)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制本體描述中的條件和約束，以及計(jì)劃中涉及的計(jì)劃片段和作戰(zhàn)體系實(shí)體的行動(dòng)等概念。其中，這些概念均附加了基于經(jīng)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)或者主觀判斷得到的先驗(yàn)概率P(C)，C表示網(wǎng)絡(luò)中的概念或類結(jié)點(diǎn)。

2)網(wǎng)絡(luò)的邊對(duì)應(yīng)于這些結(jié)點(diǎn)所代表的概念之間的邏輯關(guān)系，包含作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制本體描述中的計(jì)劃及其子概念對(duì)其他行動(dòng)、計(jì)劃片段、條件和約束的依賴關(guān)系;運(yùn)作機(jī)制本體描述中計(jì)劃片段對(duì)實(shí)體及行動(dòng)包含關(guān)系、行動(dòng)和子行動(dòng)之間的關(guān)系，以及計(jì)劃中的時(shí)序關(guān)系等。這些關(guān)系的存在提供了條件概率 P(C| SupC)，SupC表示結(jié)點(diǎn)C的上級(jí)結(jié)點(diǎn)。

以導(dǎo)彈攔截任務(wù)為例，描述為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

其中，結(jié)點(diǎn)包含:目標(biāo)進(jìn)入作戰(zhàn)范圍是狀態(tài)條件;導(dǎo)彈攔截計(jì)劃片段有兩個(gè)可選實(shí)體及行動(dòng)，即艦艇實(shí)施攔截行動(dòng)和飛機(jī)實(shí)施攔截行動(dòng);艦艇攔截的行動(dòng)包括雷達(dá)鎖定目標(biāo)和發(fā)射導(dǎo)彈等子行動(dòng);飛機(jī)攔截的行動(dòng)包括起飛、鎖定目標(biāo)和發(fā)射導(dǎo)彈等子行動(dòng)。

先驗(yàn)概率表如表2所示。

圖6 導(dǎo)彈攔截的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

其中，結(jié)點(diǎn)包含：目標(biāo)進(jìn)入作戰(zhàn)范圍是狀態(tài)條件；導(dǎo)彈攔截計(jì)劃片段有兩個(gè)可選實(shí)體及行動(dòng)，即艦艇實(shí)施攔截行動(dòng)和飛機(jī)實(shí)施攔截行動(dòng)；艦艇攔截的行動(dòng)包括雷達(dá)鎖定目標(biāo)和發(fā)射導(dǎo)彈等子行動(dòng)；飛機(jī)攔截的行動(dòng)包括起飛、鎖定目標(biāo)和發(fā)射導(dǎo)彈等子行動(dòng)。

先驗(yàn)概率表如表2所示。

表2 先驗(yàn)概率表

條件概率如表3所示。

表3 條件概率表

導(dǎo)彈攔截艦艇攔截飛機(jī)攔截TureFalseTureFalseTrue0．40．40．40．4False0．10．10．10．1

艦艇攔截艦載雷達(dá)鎖定目標(biāo)艦艇發(fā)射導(dǎo)彈TureFalseTureFalseTrue0．40．40．30．3False0．10．10．20．2

飛機(jī)攔截艦載雷達(dá)鎖定目標(biāo)艦艇發(fā)射導(dǎo)彈飛機(jī)鎖定目標(biāo)TureFalseTureFalseTureFalseTrue0．450．450．40．40．350．35False0．050．050．10．10．150．15

將條件概率附加到網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)上，建立作戰(zhàn)體系運(yùn)行的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，將本體概念與概率相結(jié)合，描述任務(wù)驅(qū)動(dòng)的作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制及其中的不確定性表示。

3 結(jié)束語

作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制作為作戰(zhàn)體系研究中的重要組成部分，描述的是支持作戰(zhàn)體系運(yùn)行的原則、規(guī)則和流程等。本文從作戰(zhàn)體系的概念模型出發(fā)，基于本體理論，通過對(duì)關(guān)于作戰(zhàn)體系的大量信息和知識(shí)的文本分析，建立作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制本體描述。同時(shí)，針對(duì)作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制的主動(dòng)規(guī)則推理和任務(wù)驅(qū)動(dòng)兩種模式的運(yùn)行機(jī)制，分別提出了規(guī)則驅(qū)動(dòng)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)的機(jī)制描述方法。作戰(zhàn)體系運(yùn)行機(jī)制描述的研究為作戰(zhàn)體系的運(yùn)行、推理提供了關(guān)鍵的方法支持，對(duì)作戰(zhàn)體系研究具有重要意義。

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