任務驅動的軍事信息服務知識推理研究

張清輝，楊 楠，梁 政

（1.國防科技大學信息通信學院，西安 710106；2.火箭軍工程大學，西安 710025）

0 引言

隨著我軍信息化建設的快速發(fā)展，信息采集手段日益豐富，軍事信息資源的種類和數(shù)量不斷增長。在不同的任務背景下，各級指揮員在執(zhí)行任務過程中對信息的需求各不相同，信息服務實體所需采集、整編的軍事信息資源也各不相同，然而面對海量、異構的軍事信息資源，各級指揮員在執(zhí)行任務過程中卻普遍面臨“信息過載”問題［1-2］。因此，如何根據(jù)任務需要靈活快速組織信息服務活動，高效精準為各級指揮員提供信息服務，輔助各級指揮員進行科學決策，成為我軍信息服務領域亟待解決的問題。

本文針對軍事信息服務快速組織和敏捷響應問題，建立軍事信息服務領域的本體模型，定義本體模型中使命任務、信息服務活動以及信息資源之間的關系，提出了任務驅動的軍事信息服務知識推理方法，生成任務保障所需的信息服務活動和信息資源知識，支持信息服務人員高效組織開展信息服務保障活動。

1 軍事信息服務本體知識模型

從20 世紀90 年代初，本體被引入到人工智能、知識工程、自然語言處理、圖書文獻檢索等領域，在知識的獲取、表示、分析和應用中扮演著重要作用［3-4］。根據(jù)Studder 給出的定義，“本體是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說明”，本體的核心是概念和概念之間的關系［5］。本體論在作戰(zhàn)計劃評估、戰(zhàn)場目標表示和作戰(zhàn)態(tài)勢分發(fā)領域也得到了廣泛應用，但是對軍事信息服務領域本體的研究還比較少［6-9］。要實現(xiàn)任務驅動下的軍事信息服務推理，首先要對軍事信息服務領域中的使命任務、信息服務活動、信息資源等概念，以及概念之間的關系進行全面分析，建立軍事信息服務本體模型，對使命任務、信息服務活動和信息資源，以及它們之間的復雜關系進行描述，得到一個可擴展的語義模型框架，從而實現(xiàn)軍事信息服務領域的知識推理。

1.1 軍事信息服務本體模型

針對軍事信息服務領域可共享概念模型的明確形式化規(guī)范說明，軍事信息服務本體模型可以表示為一個七元組：

1）C（Class）為軍事信息服務本體中類（概念）的集合，是對軍事信息服務本體中要素概念的描述。軍事信息服務本體中主要包括使命任務、信息服務活動和信息資源3 個大類。

2）P（Property）為類的屬性集合，其中任務屬性信息包括任務編號、任務名稱、任務目標、信息需求、參與單位、任務狀態(tài)、開始時間、結束時間；信息服務活動屬性信息包括活動編號、活動名稱、活動目標、參與單位、活動狀態(tài)、開始時間、結束時間、輸入、輸出；軍事信息資源屬性信息包括信息資源編號、信息資源名稱、類型、發(fā)布單位、發(fā)布時間、最新更新時間等。

3）H（Hierarchy）表示類之間的層次關系（Sub-Class Of），如任務之間的層次分解關系。

4）RSem（SemanticRelation）表示類之間的語義關系，可以根據(jù)需要自定義，如：層次關系（SubClass Of）、等價關系（Equivalent To）、實例關系（Instance）、觸發(fā)關系（Cause）、輸入關系（Input）、輸出關系（Output）等。

5）RTem（TemporalRelation）表示類之間的時序關系，如：順序關系、條件關系、跟隨關系、并發(fā)關系、異或關系、與關系、或關系、循環(huán)關系等。

6）A（Axtiom）表示公理，是對本體中類及關系的限制和約束。

7）I（Instance）表示本體中類所擁有的具體實例集合。

1.2 語義關系

除了層次關系（SubClassOf）、實例關系（Instance）等本體中的常用關系外，軍事信息服務本體中類之間的語義關系，還需要定義使命任務與信息服務活動之間的觸發(fā)關系，以及信息服務活動與信息資源之間的需求關系，除了這些關系外，還可以根據(jù)需要定義類之間的其他關系。

1.2.1 任命任務與信息服務活動之間的觸發(fā)關系

信息是指揮員在執(zhí)行任務的過程中進行科學決策的重要保證，各級指揮員在執(zhí)行任務的過程中會提出一些系列的信息需求，這些信息需求需要通過一系列的信息服務活動進行保障，組織信息服務活動的目的就是為了滿足使命任務中提出的信息需求。因此，指揮員在執(zhí)行任務過程中提出的信息需求是組織開展信息服務活動的起因，即使命任務與信息服務活動之間具有觸發(fā)關系，記為RCause。

1.2.2 信息服務活動與信息資源之間的輸入輸出關系

信息服務活動在執(zhí)行過程中需要對分散在不同信源單位的多源異構數(shù)據(jù)信息進行抽取、匯集、過濾、處理、整編，從而形成有價值的信息資源產品，精準滿足各級指揮員在執(zhí)行任務過程中提出的信息需求。因此，信息服務活動與信息資源之間具有輸入關系和輸出關系，分別記為RInput和ROutput。

1.3 時序關系

軍事信息服務本體模型中任務之間和信息服務活動之間的關系，可以通過時序關系進行描述，常用的時序關系包括：跟隨關系、順序關系、條件關系、并發(fā)關系、異或關系、與關系、或關系、同步關系、異步關系、循環(huán)關系等。

1）跟隨關系

2 軍事信息服務知識推理

使命任務是可分解和可組合的，對任務本體進行分解可以得到層次結構的子任務集合［10-11］。任務執(zhí)行過程中的信息需求，需要一系列按照一定的邏輯和時序關系組合在一起的信息服務活動加工整編產生，這些信息服務活動可以由信息服務保障人員完成，也可以在信息資源和數(shù)據(jù)的支持下由計算機自動完成。

使命任務執(zhí)行過程中的信息需求是觸發(fā)軍事信息服務活動的起因，在根據(jù)使命任務描述信息提取任務本體概念后，通過使命任務與信息服務活動之間的關系推理，可以得到當前需要組織開展的信息服務活動集合，根據(jù)任務之間的關系以及使命任務與信息服務活動之間的關系，通過推理可以獲取未來可能需要組織開展的信息服務活動集合，從而為信息服務活動的組織開展提供輔助決策支持。

信息資源由分散在不同信源單位的各種類型的軍事信息資源組成，信息服務活動在執(zhí)行過程中根據(jù)使命任務的需求，對分散在不同信源單位的多源異構數(shù)據(jù)信息進行抽取、匯集、過濾、處理、加工，從而整編形成有價值的信息資源產品，為使命任務的執(zhí)行提供信息服務保障。

軍事信息服務知識推理的基本思想是根據(jù)使命任務描述信息提取當前任務的本體概念，根據(jù)軍事信息服務本體中使命任務間的層次分解關系，對當前的任務進行分解，生成當前需要執(zhí)行的任務集合，根據(jù)使命任務間的時序關系推理，生成未來可能需要執(zhí)行的任務集合；然后根據(jù)使命任務與信息服務活動之間的觸發(fā)關系推理，生成當前需要組織開展的信息服務活動集合，以及未來可能需要執(zhí)行的信息服務活動集合；在此基礎上，根據(jù)信息服務活動與信息資源之間的輸入關系和輸出關系，推理獲取當前需要采集引接的信息資源和整編生產的信息資源，為信息服務力量組織開展信息服務保障活動提供輔助決策支持。

任務驅動的軍事信息服務知識推理流程主要包括以下步驟。

Step 1：根據(jù)任務描述信息提取任務本體概念；

Step 2：根據(jù)使命任務類的層次分解關系對任務進行分解，得到當前需要執(zhí)行的任務集合；

Step 3：根據(jù)使命任務與信息服務活動之間的觸發(fā)關系進行推理，生成當前需要組織開展的信息服務活動集合；

Step 4：根據(jù)信息服務活動與信息資源之間的輸入輸出關系，推理生成執(zhí)行各項信息服務活動需要采集抽取的數(shù)據(jù)信息資源，以及需要通過信息服務活動加工整編的信息資源；

Step 5：根據(jù)信息服務活動之間的時序關系，以及信息服務活動與信息資源的輸入輸出關系，推理生成信息服務保障預案；

Step 6：根據(jù)使命任務間的時序關系推理下一步可能執(zhí)行的任務集合；

Step 7：根據(jù)使命任務與信息服務活動之間的觸發(fā)關系，推理生成未來可能需要組織開展的信息服務活動集合；

Step 8：根據(jù)信息服務活動與信息資源之間的輸入輸出關系，推理生成下一步可能需要采集的信息資源，以及需要通過執(zhí)行信息服務活動加工整編生產的信息資源產品。

通過軍事信息服務本體模型，可以根據(jù)使命任務、信息服務活動和信息資源之間的關系，推理獲取當前需要組織開展的信息服務活動和信息資源需求，還可以預測下一步可能需要采集和加工的信息資源，從而輔助信息服務組織部門高效地組織開展信息服務活動，加工整編信息資源，為任務的執(zhí)行提供精準信息服務保障。

3 任務驅動的軍事信息服務知識推理實例

目前常用的本體構建工具主要有Protégé、OntoSaurus、WebOnto、OntoEdit、Ontolingua 等［12］。其中，Protégé 作為開放源碼的領域本體編輯工具，在自然語言處理、語義網(wǎng)和知識圖譜等領域得到了廣泛應用［13］。Protégé 不僅能夠定義和編輯領域本體的類以及類關系、屬性和實例等，還支持對本體進行推理，因此，本文采用Protégé 作為信息服務領域本體的構建工具。

3.1 軍事信息服務本體模型構建實例

軍事信息服務領域本體模型的上層類結構模型如圖1 所示，由使命任務、信息服務活動和信息資源3 個大類構成，這3 個大類又分別由一系列層次結構的下層類和概念構成。

圖1 軍事信息服務本體上層類結構

除了Protégé 中已定義的層次關系（SubClass Of）、實例關系（Instances）等關系外，根據(jù)軍事信息服務本體中類之間的關系，對軍事信息服務本體模型中類之間的語義關系和時序關系進行定義，如圖2 所示。

圖2 軍事信息服務本體模型中類之間的關系

根據(jù)軍事信息服務領域類之間的層次關系，分別建立使命任務、信息服務活動和信息資源這3 個大類的層次結構。例如：使命任務中的軍事突發(fā)事件應急處置任務分解為：了解、評估、準備、研判、建議、指導、調整、結束、總結9 個子任務，根據(jù)這些任務之間的關系，建立突發(fā)事件應急處置任務本體模型如圖3 所示。

在建立了軍事信息服務本體模型的層次結構后，建立類之間的非層次關系。其中，任務之間的FollowBy 關系（Follow 關系的逆關系）、使命任務與信息服務活動之間的Cause 關系、信息服務活動與信息資源之間的Input 和Output 關系如圖4 所示。

圖3 突發(fā)事件應急處置任務本體模型

在軍事信息服務本體模型中的類創(chuàng)建完畢后，對封堵河堤潰口應急處置信息服務中的實例進行標注，其中封堵河堤潰口任務實例如圖5 所示。

根據(jù)封堵河堤潰口應急處置任務與信息服務活動之間的關系，對封堵河堤潰口任務與信息服務活動之間的關系進行標注，其中“了解河堤潰口信息”和“評估河堤潰口影響和救災能力”兩個子任務觸發(fā)的信息服務活動實例展開后如圖6 所示。

圖4 軍事信息服務本體模型中類之間的關系

圖5 封堵河堤潰口使命任務實例

圖6 封堵河堤潰口信息服務活動實例

根據(jù)信息服務活動與信息資源之間的輸入輸出關系，對封堵河堤潰口信息服務活動與信息資源之間的輸入輸出關系進行標注，其中“采集整編河堤潰口基本情況信息”與信息資源之間的輸入輸出關系實例，如圖7 所示。

3.2 封堵河堤潰口應急處置信息服務知識推理

在建立軍事信息服務領域本體模型，標注模型中的實例之后，對封堵河堤潰口突發(fā)事件應急處置信息服務知識進行推理，驗證任務驅動的軍事信息服務知識推理的可行性。

根據(jù)任務描述信息，提取出本次任務的概念屬于封堵河堤潰口類任務，然后在封堵河堤潰口任務驅動下，通過推理獲得的當前需要組織開展的信息服務活動、需要采集引接的信息資源和需要加工整編的信息資源產品，如圖8 所示。

圖7 采集整編河堤潰口基本情況信息與信息資源之間的輸入輸出關系實例

圖8 信息服務知識推理結果

圖9 信息服務需求預測結果

根據(jù)任務之間的時序關系，對未來需要組織開展的信息服務活動、需要采集引接的信息資源和需要加工整編的信息資源進行推理，推理結果如圖9所示。

4 結論

軍事信息服務涉及要素眾多，相互之間關系復雜，現(xiàn)有的軍事信息服務領域研究更多偏重信息需求分析層面，對作戰(zhàn)任務、信息服務活動和信息資源之間的關聯(lián)關系研究較少，難以根據(jù)任務需要為用戶提供高效、精準的信息服務保障。通過建立軍事信息服務領域本體模型，定義使命任務、信息服務活動以及信息資源之間的關系，將軍事信息服務領域眾要素融為一體，在任務驅動下，通過推理獲取信息服務活動組織所需的輔助決策知識。封堵河堤潰口應急處置信息服務實例推理應用結果表明，在軍事信息服務本體知識模型的支撐下，不僅可以通過推理獲取當前組織開展信息服務工作所需的知識，而且在任務的驅動下，可以預測下一步組織開展信息服務工作可能需要的知識，從而輔助信息服務保障人員高效開展精準信息服務保障工作。