數(shù)據(jù)與模型融合服務的頂層框架研究

王懷龍 姚振興 郭穎輝

（中國人民解放軍91977 部隊 北京市 100036）

1 引言

習主席強調(diào)要提高基于網(wǎng)絡信息體系的聯(lián)合作戰(zhàn)能力和全域作戰(zhàn)能力。在網(wǎng)絡信息體系的建設中，數(shù)據(jù)與模型是基礎單元。未來的戰(zhàn)場面對的也是數(shù)據(jù)戰(zhàn)場，要打贏信息化戰(zhàn)爭就應該對數(shù)據(jù)和模型有精確的掌控。

當前，數(shù)據(jù)的量級呈指數(shù)激增，使得人們對于數(shù)據(jù)的采集、清洗、處理、分析和融合等需求越來越迫切。通過調(diào)查，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的建設偏向于存儲與管理，而對數(shù)據(jù)的分析與運用稍顯不足。為了使數(shù)據(jù)與模型發(fā)揮出融合效益，首先應該做的就是“統(tǒng)一頂”的工作，做好了頂層設計研究，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與模型的相互支撐。現(xiàn)有學者主要是將研究重點放在了數(shù)據(jù)或者模型的體系構建、收集、管理、分析與運用，比如文獻[1]研究作戰(zhàn)模擬的數(shù)據(jù)體系，探索了資源體系的構建方法，進而構建了作戰(zhàn)模擬的數(shù)據(jù)體系和模型體系。文獻[2]提出了一個地理信息大數(shù)據(jù)安全保障框架，提升地理信息大數(shù)據(jù)在建設和運營中的保障能力。文獻[3]以大數(shù)據(jù)架構體系下的數(shù)據(jù)挖掘模型為主線，對大數(shù)據(jù)技術的應用創(chuàng)新模式進行了研究。文獻[4]建立了仿真模型可信度評估框架，描述了評估處理過程和運用方法。文獻[5]制定了復雜仿真模型可信度評估的基礎框架和策略，提出了研究方法和主要技術。針對于現(xiàn)狀與需求，有必要建立數(shù)據(jù)與模型的互通機制使用戶了解數(shù)據(jù)與模型的屬性信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與模型的相互支撐作用，完成數(shù)據(jù)與模型的融合運用并將數(shù)據(jù)與模型轉(zhuǎn)化為戰(zhàn)斗力。

本文首先研究了數(shù)據(jù)與模型融合服務系統(tǒng)的組成部分，主要分為模型平臺、數(shù)據(jù)平臺與融合服務平臺，探索了數(shù)據(jù)與模型的互通機制。其次，構建了融合服務平臺的頂層架構，主要分為基礎設施層、工具支撐層和應用層，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)對模型的檢驗驗證，數(shù)據(jù)與模型的融合運用等支撐作用。最后，研究了融合服務系統(tǒng)發(fā)揮涌現(xiàn)力需要具備的關鍵技術。

2 數(shù)據(jù)與模型融合服務系統(tǒng)的組成

以模型平臺和數(shù)據(jù)平臺為支撐，構建融合服務平臺，建立數(shù)據(jù)與模型融合服務系統(tǒng)。具體組成如圖1所示。其中，模型平臺包括模型需求工具、模型開發(fā)工具和模型驗證工具等，主要是研究模型的建設需求，制定統(tǒng)一的模型研制、管理、升級和報廢標準規(guī)范，在數(shù)據(jù)的支撐下完成模型的檢驗驗證，進而入庫并發(fā)布可信的模型；數(shù)據(jù)平臺包括數(shù)據(jù)采集工具、數(shù)據(jù)挖掘工具和數(shù)據(jù)存儲工具等，主要是完成數(shù)據(jù)的采集整編、融合處理、分析挖掘、建庫使用等，進而提供標準化、規(guī)范化的數(shù)據(jù)服務支撐；融合服務平臺包括融合需求工具、資源管理工具和融合驗證工具等，主要是以統(tǒng)一的門戶方式對外提供模型與數(shù)據(jù)的查詢檢索服務，構建融合服務環(huán)境，實現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)的融合運用。

基于數(shù)據(jù)與模型融合服務系統(tǒng)，提出一種數(shù)據(jù)與模型的互通機制。

（1）融合服務平臺分別同步并更新模型平臺和數(shù)據(jù)平臺的模型與數(shù)據(jù)資源目錄，用戶可以通過融合服務平臺查閱模型與數(shù)據(jù)的存儲地址、運用情況等屬性信息，并提出線上、線下等方式調(diào)用所需的模型與數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)平臺在數(shù)據(jù)的挖掘與運用過程中，需要模型的支撐可向融合服務平臺提出請求，由融合服務平臺將相關結果反饋給數(shù)據(jù)平臺。同時，數(shù)據(jù)平臺在進行數(shù)據(jù)與模型的融合使用中，可向融合服務平臺反饋對于模型設計的需求，如開發(fā)對應接口以便于數(shù)據(jù)的采集；為了提高模型的研制質(zhì)量，模型平臺需要真實的數(shù)據(jù)用于模型的檢驗驗證，可向融合服務平臺提出數(shù)據(jù)支撐的請求，融合服務平臺將相關結果反饋給模型平臺。

圖1：數(shù)據(jù)與模型融合服務系統(tǒng)

圖2：融合服務平臺的頂層架構

（3）融合服務平臺可以根據(jù)典型的作戰(zhàn)任務，設計作戰(zhàn)想定和驗證環(huán)境，調(diào)用預警探測、指揮控制、通信傳輸、電子對抗、武器打擊等各階段的數(shù)據(jù)與模型，完成數(shù)據(jù)和模型體系的融合運用，并對運用效果進行分析總結。

3 融合服務平臺的頂層架構

數(shù)據(jù)與模型融合服務系統(tǒng)能否向用戶穩(wěn)定、高效地提供模型與數(shù)據(jù)服務，實現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)的融合運用并涌現(xiàn)戰(zhàn)斗力的關鍵在于融合服務平臺的設計。作為系統(tǒng)的中樞，首要的工作就是設計合理的頂層架構。圖2構建了融合服務平臺的頂層架構，該架構遵循平臺化、組件化的設計思想，充分借鑒和吸收國內(nèi)外已有的成熟技術與經(jīng)驗，面向?qū)ο箝_發(fā)，對現(xiàn)有和新研的軟件、工具進行橫向和縱向集成。主要由基礎設施層、工具支撐層和應用層組成。

其中，基礎設施層主要包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等軟件和計算機、服務器等硬件；工具支撐層主要是面向應用層，提供門戶服務軟件、資源管理工具、需求管理與跟蹤工具、接口服務工具以及融合驗證軟件等；應用層主要是在工具支撐層下，實現(xiàn)門戶服務、融合驗證、需求管理與跟蹤以及融合服務等。需要說明的是，融合驗證軟件通過想定制作、仿真環(huán)境、三維可視化和運行引擎等工具，提供數(shù)據(jù)與模型的融合運用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與模型的相互支撐。

融合服務平臺主要實現(xiàn)如下的功能：

（1）資源目錄的管理維護和查詢檢索服務，為授權用戶提供模型與數(shù)據(jù)目錄的查詢服務，能夠同步更新模型平臺和數(shù)據(jù)平臺的模型、數(shù)據(jù)資源信息，實現(xiàn)目錄的統(tǒng)一管理、存儲、索引、發(fā)布和更新。

（2）提供服務集成環(huán)境，實現(xiàn)相關模型與數(shù)據(jù)服務的注冊、管理和調(diào)用等功能，授權用戶經(jīng)身份和權限驗證后，實現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)資源線上或線下的下載服務。

（3）提供仿真激勵環(huán)境、模型參數(shù)配置、仿真實驗設計、數(shù)據(jù)對比分析等服務，為模型體系驗證提供激勵源，進行數(shù)據(jù)對模型體系的驗證實驗，并對仿真結果進行分析及顯示。

（4）支持模型設計與使用要求、數(shù)據(jù)采集與管理等需求的收集、跟蹤和管理，為模擬訓練以及作戰(zhàn)推演等提供支撐作用。

4 關鍵技術

數(shù)據(jù)與模型融合服務系統(tǒng)要發(fā)揮涌現(xiàn)力，應重點研究目錄同步、融合驗證等關鍵技術。

4.1 目錄同步技術

目錄同步技術是融合服務平臺以統(tǒng)一的門戶方式實現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)服務的關鍵，主要從模型與數(shù)據(jù)的管理、可用、易用等角度出發(fā)，研究模型與數(shù)據(jù)目錄的獲取、更新等技術。

通過目錄同步技術，獲取數(shù)據(jù)平臺、模型平臺的資源目錄及相關屬性信息，在統(tǒng)一框架下，實現(xiàn)資源目錄的管理、存儲、索引、發(fā)布和更新，對外提供目錄資源的查詢和服務。目錄資源更新主要通過兩個方式，一是在線方式的近實時更新，主要是在數(shù)據(jù)平臺或模型平臺在數(shù)據(jù)與模型目錄發(fā)生變化時，對其目錄資源實時獲取，完成相應的更新操作；二是離線方式更新，對無法采用在線方式完成的目錄資源更新操作，提供一種以離線導入的方式完成目錄資源更新。

4.2 融合驗證技術

融合服務平臺重點解決模型平臺和數(shù)據(jù)平臺的無縫連接，整個系統(tǒng)對外提供模型與數(shù)據(jù)服務，實現(xiàn)模型與數(shù)據(jù)的融合驗證。

融合驗證技術以可視化的方式實現(xiàn)真實數(shù)據(jù)與仿真記錄數(shù)據(jù)的分析評估，完成模型或模型體系的驗證。在模型驗證模塊中，調(diào)用的模型生成的試驗數(shù)據(jù)和經(jīng)過預處理的真實數(shù)據(jù)，合理地選擇分析評估算法，并對分析評估方法進行合理的參數(shù)設置，生成模型分析結果。平臺支持多種類型的分析評估算法，以滿足不同類型的模型分析評估，通過對仿真試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析、相關性獨立性分析、數(shù)據(jù)擬合、因子提取、假設檢驗等多種處理方法，實現(xiàn)模型的靜態(tài)一致性和動態(tài)一致性檢驗。

5 結論

為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)與模型的融合運用，本文構建了數(shù)據(jù)與模型融合服務系統(tǒng)，包括融合服務平臺、模型平臺和數(shù)據(jù)平臺；提出了一種數(shù)據(jù)與模型的互通機制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與模型的相互支撐作用；設計了融合服務平臺的頂層架構，以統(tǒng)一的門戶方式對外發(fā)布數(shù)據(jù)與模型；探索了融合服務系統(tǒng)發(fā)揮涌現(xiàn)力的目錄同步和融合驗證技術。下一步，擬重點研究模型體系的驗證方法，指導融合服務平臺的建設，進而提供可信度良好的模型服務。