基于元模型的裝備體系知識圖譜構(gòu)建

摘" 要：

針對當(dāng)前軍事領(lǐng)域知識圖譜描述裝備體系存在的數(shù)據(jù)規(guī)范程度不高、實(shí)體不統(tǒng)一和實(shí)體關(guān)系不一致等問題，提出一種基于元模型的軍事領(lǐng)域本體模型構(gòu)建方法。該方法采用體系架構(gòu)元模型技術(shù)框架下的概念數(shù)據(jù)模型和邏輯數(shù)據(jù)模型定義裝備體系本體，從而生成裝備體系知識圖譜，避免不同兵種、不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域裝備體系本體不一致的影響。選取協(xié)同打擊任務(wù)場景構(gòu)建無人機(jī)集群裝備體系應(yīng)用本體，導(dǎo)入Neo4j軟件生成知識圖譜。結(jié)果表明，所提方法能夠滿足裝備體系知識圖譜構(gòu)建需求。

關(guān)鍵詞：

裝備體系; 體系架構(gòu)元模型; 知識圖譜; 本體

中圖分類號：

E 117

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A""" DOI：10.12305/j.issn.1001-506X.2024.07.19

Construction of equipment system knowledge graph based on meta-model

WANG Nuanchen， WANG Xiaolong， MU Ge*， LI Xinjin

（Institute of Systems Engineering， Academy of Military Sciences， Beijing 100141， China）

Abstract：

Aiming to address the problems of low data standardization， inconsistent entities and entity relationships in the current military domain knowledge graph describing the equipment system， a method for constructing ontology model in the military field based on meta-model is proposed. The method uses the concept data model and logical data model under the framework of system architecture meta-model technology to define the equipment system domain ontology， thus generating the knowledge graph of the equipment system， avoiding the impact of inconsistent ontology of equipment systems in different branches and operation domains. An ontology application of unmanned aerial vehicle cluster equipment system is constructed for a cooperative strike mission scenario， and a knowledge graph is generated by importing into Neo4j software. The results show that the proposed method can meet the requirements for constructing a knowledge graph of equipment system.

Keywords：

equipment system; system architecture meta-model; knowledge graph; ontology

0" 引" 言

體系對抗是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的基本對抗形式，體系建設(shè)關(guān)系到戰(zhàn)爭的勝敗。裝備體系作為作戰(zhàn)體系的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和能力支撐，其建設(shè)發(fā)展質(zhì)量直接影響作戰(zhàn)體系效能發(fā)揮。近年來，在高新技術(shù)的推動下，國外先后提出了馬賽克戰(zhàn)、多域戰(zhàn)和分布式作戰(zhàn)等一系列作戰(zhàn)概念，裝備體系的復(fù)雜程度逐漸增加，體系要素類型日趨龐大，系統(tǒng)交互更加密集［1］。如何構(gòu)建和運(yùn)用要素復(fù)雜、數(shù)據(jù)密集和信息耦合的裝備體系，支撐作戰(zhàn)需求實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)成為裝備建設(shè)發(fā)展的重要課題。

知識圖譜借助圖形學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)信息可視化，以可視化的圖形直觀展示知識內(nèi)容，在醫(yī)學(xué)、金融和智能搜索等領(lǐng)域取得較快發(fā)展。在軍事領(lǐng)域，運(yùn)用知識圖譜可以清晰顯示裝備體系的系統(tǒng)組成、關(guān)系和屬性，為裝備體系的發(fā)展論證、運(yùn)用和分析提供重要支撐。知識本體作為知識描述框架，是知識圖譜的基礎(chǔ)，國內(nèi)外很多學(xué)者對本體構(gòu)建開展了相關(guān)研究。文獻(xiàn)［2］基于生物醫(yī)學(xué)本體構(gòu)建了新型冠狀病毒知識圖譜，用以存儲和管理病毒知識。文獻(xiàn)［3］提出一種利用生物概念互聯(lián)本體構(gòu)建生命科學(xué)不同子領(lǐng)域知識圖譜的方法，破解概念間關(guān)系跨越不同子領(lǐng)域的難題。文獻(xiàn)［4］介紹了一種動態(tài)本體構(gòu)建技術(shù)，用以描述語義物聯(lián)網(wǎng)。文獻(xiàn)［5］提出一種適合武器裝備體系的本體構(gòu)建方法，構(gòu)建武器裝備體系知識圖譜。文獻(xiàn)［6］在對當(dāng)前軍事領(lǐng)域本體構(gòu)建方法歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上，提出了一套軍事領(lǐng)域本體構(gòu)建流程。文獻(xiàn)［7］提出了一種基于開源和多維數(shù)據(jù)的軍事領(lǐng)域知識圖譜構(gòu)建方法，并描述了構(gòu)建圖譜的過程。

當(dāng)前，裝備領(lǐng)域知識圖譜的構(gòu)建主要采取基于“采集領(lǐng)域軍事語料+概念分析”的本體建模的方式，構(gòu)建的本體存在重用性不強(qiáng)，知識圖譜數(shù)據(jù)規(guī)范程度不高、概念不統(tǒng)一和關(guān)聯(lián)關(guān)系不一致等問題，且構(gòu)建的圖譜只能反映裝備體系組成要素的靜態(tài)關(guān)系，無法有效展示裝備體系基于任務(wù)的交互。針對以上問題，本文提出一種基于元模型的裝備領(lǐng)域本體構(gòu)建方法，采用體系架構(gòu)元模型的概念數(shù)據(jù)模型和邏輯數(shù)據(jù)模型，定義裝備體系概念層次、屬性及其關(guān)系，構(gòu)建裝備體系領(lǐng)域本體模型;結(jié)合裝備體系要素構(gòu)成和應(yīng)用場景，細(xì)化領(lǐng)域本體模型生成應(yīng)用本體，最終基于應(yīng)用本體構(gòu)建知識圖譜。

1" 原理分析

1.1" 體系架構(gòu)元模型

體系架構(gòu)是系統(tǒng)的基本組成，主要包括系統(tǒng)的組成單元、單元的基本結(jié)構(gòu)、單元彼此之間以及與環(huán)境之間的關(guān)系、指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計與擴(kuò)展的原則，是解決復(fù)雜裝備體系和復(fù)雜系統(tǒng)頂層設(shè)計和論證的一種科學(xué)高效系統(tǒng)工程方法學(xué)?；隗w系架構(gòu)開展體系設(shè)計、分析、建模和評估等各項(xiàng)體系工程活動是復(fù)雜體系設(shè)計和分析的主要方式，在國防、工業(yè)等各領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。各國先后開發(fā)了一系列指導(dǎo)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的產(chǎn)品，美國開發(fā)了美國國防部體系架構(gòu)框架（Department of Defense Architecture Framework， DoDAF）［8］，英國開發(fā)了英國國防部體系架構(gòu)框架（Ministry of Defense Architecture Framework， MoDAF）［9］，北約開發(fā)了北約體系架構(gòu)框架（NATO Architecture Framework， NAF）［10］，國際開放組織開發(fā)了開放組織體系架構(gòu)框架（The Open Group Architecture Framework， TOGAF）［11］、統(tǒng)一體系架構(gòu)框架（Unified Architecture Framework， UAF）［12］。這些方法通過多視圖方法論的思想統(tǒng)一了系統(tǒng)描述格式，保證了復(fù)雜系統(tǒng)開發(fā)的規(guī)范性。

元模型被稱為描述模型的模型，是以模型為對象進(jìn)行建模而得到的模型，相應(yīng)的建模技術(shù)被稱為元建模技術(shù)［13］。20世紀(jì)80年代元模型和元建模技術(shù)開始涌現(xiàn)，隨著“以數(shù)據(jù)為中心”的體系架構(gòu)建模思想發(fā)展逐漸在各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。體系架構(gòu)元模型定義了體系結(jié)構(gòu)描述中采用的體系結(jié)構(gòu)元素類型以及這些元素之間的關(guān)系，比較代表性的有DoDAF 元模型（DoDAF meta model， DM2）、MoDAF元模型（MoDAF meta model， M3）、NAF元模型（NAF meta model，NMM）和UAF領(lǐng)域元模型（domain meta model， DMM），其中DM2最為典型。DM2可劃分為3個等級，概念數(shù)據(jù)模型（conceptual data model， CDM）定義高層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是描述元模型的基礎(chǔ)模型;邏輯數(shù)據(jù)模型（logical data model， LDM）增加了技術(shù)信息;數(shù)據(jù)物理交換規(guī)范（physical exchange schema， PES）由增加了指定的一般數(shù)據(jù)類型和執(zhí)行屬性（例如，來源、時間）的LDM組成［14］，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。國內(nèi)學(xué)者從元模型的應(yīng)用和基于使用場景對元模型的適應(yīng)性改進(jìn)等方面開展了大量研究，文獻(xiàn)［15］基于元模型理論設(shè)計了體系架構(gòu)建模的實(shí)現(xiàn)方法;文獻(xiàn)［16］借鑒本體理論和DM2的設(shè)計思想，結(jié)合聯(lián)合論證空間提出了聯(lián)合論證元模型;文獻(xiàn)［17］以DM2相關(guān)概念為基礎(chǔ)，根據(jù)包含的共同元素類型的數(shù)量，判斷建模所需模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系;文獻(xiàn)［18］提出一種基于體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)元模型，解決具有復(fù)雜性和涌現(xiàn)性特點(diǎn)的空戰(zhàn)系統(tǒng)描述問題。

1.2" 知識圖譜

知識圖譜是Google公司2012年提出用以描述現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體及其關(guān)系的技術(shù)方法，是一種典型的多邊關(guān)系圖［19］。通常，知識圖譜由代表實(shí)體的節(jié)點(diǎn)和表征實(shí)體間關(guān)系的邊組成，其本質(zhì)上是解釋事物之間聯(lián)系的語義網(wǎng)絡(luò)。相較于傳統(tǒng)的文本、表格等方式，知識圖譜可以直觀、有效地描述實(shí)體屬性和實(shí)體間的關(guān)系，繼而實(shí)現(xiàn)智能搜索、問題推理和推薦等功能［2024］?；趫D的知識表示和存儲在知識查詢的準(zhǔn)確性和擴(kuò)展性方面也有比較大的優(yōu)勢。因此，知識圖譜在存儲和表示裝備體系等巨量信息方面有較為廣闊的應(yīng)用前景。

知識圖譜從邏輯上可劃分為數(shù)據(jù)層和模式層。數(shù)據(jù)層以三元組表、屬性表等形式將信息存儲在圖數(shù)據(jù)庫中;模式層在數(shù)據(jù)層之上，用來存儲知識，是知識圖譜的核心單元。通常，采用本體庫對模式層進(jìn)行管理，利用本體對公理、規(guī)則等進(jìn)行描述，規(guī)范實(shí)體、屬性和關(guān)系之間的聯(lián)系。知識圖譜的構(gòu)建模式大致可分為兩種：一種是先構(gòu)建模式層，并指導(dǎo)數(shù)據(jù)層的構(gòu)建，從結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)源直接提取本體和模式，加入知識庫，即自頂向下的構(gòu)建模式;另一種則是先構(gòu)建數(shù)據(jù)層，對抽取的知識進(jìn)行融合，從數(shù)據(jù)中總結(jié)篩選本體模式，由人工審核選擇置信度較高的新模式加入知識庫，即自底向上的構(gòu)建模式［25］。不論采用哪種構(gòu)建模式，知識圖譜的構(gòu)建流程都主要包括知識抽取、知識融合和知識可視化3個方面，如圖2所示。

裝備體系知識圖譜屬于領(lǐng)域知識圖譜，專業(yè)性和精確性是優(yōu)先考慮事項(xiàng)，一般采用自頂向下的方法構(gòu)建［26］。由知識圖譜的構(gòu)建流程可知，模式層的構(gòu)建對體系架構(gòu)知識圖譜至關(guān)重要，本體建模決定了圖譜反映體系領(lǐng)域知識的準(zhǔn)確度和深度。

裝備領(lǐng)域本體一般可表示為

D=｛C，A，R，I，M｝

（1）

式中：C表示類，即裝備領(lǐng)域相關(guān)概念集;A為屬性集，表示各個概念的屬性集合;R為關(guān)系，表示概念間的相互關(guān)系;I為實(shí)例集合;M為實(shí)例與概念之間的映射關(guān)系結(jié)合。常用的本體構(gòu)建方法包括骨架法、七步法、循環(huán)獲取法和評價法等，其中七步法更為成熟［27］。

1.3" 基本思路

基于元模型的裝備體系知識圖譜構(gòu)建基本思路是：依據(jù)DM2概念數(shù)據(jù)模型查找裝備體系核心概念類和關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建頂層本體;依據(jù)DM2邏輯概念模型對概念層級、屬性和關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行分析和界定，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建裝備體系領(lǐng)域本體。針對裝備體系具體應(yīng)用場景，在領(lǐng)域本體指導(dǎo)下開發(fā)應(yīng)用本體，選擇圖數(shù)據(jù)庫存儲應(yīng)用本體并導(dǎo)入實(shí)例數(shù)據(jù)生成圖譜。

1.4" 研究重點(diǎn)

基于元模型構(gòu)建裝備體系知識圖譜，本體建模是最重要的環(huán)節(jié)，也是本文研究的重點(diǎn)。利用DM2提供的概念模型、邏輯模型規(guī)范裝備領(lǐng)域概念類、屬性和關(guān)系數(shù)據(jù)的采集，可以有效避免不同兵種、不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域軍事本體不一致的影響，避免數(shù)據(jù)共享和融合可能產(chǎn)生的誤差，解決體系本體模型的重用問題。DM2中描繪的裝備與作戰(zhàn)活動之間的交互關(guān)系，可以有效解決知識圖譜中裝備體系與任務(wù)場景的結(jié)合問題。

基于元模型構(gòu)建裝備體系知識圖譜，需要重點(diǎn)解決兩方面問題：一是，基于DM2構(gòu)建裝備體系本體模型的問題。DM2是以《國際國防企業(yè)體系結(jié)構(gòu)規(guī)范》（International Defense Enterprise Architecture Specification， IDEAS）的形式化本體論為基礎(chǔ)［28］，主要面向美、英等國概念體系，與漢語言中的概念體系有一定差異。基于DM2構(gòu)建本體模型，需要在準(zhǔn)確解析概念數(shù)據(jù)模型和邏輯數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，依據(jù)國內(nèi)裝備概念體系開展實(shí)體概念層次、關(guān)系和屬性的設(shè)計，確保所構(gòu)建本體模型易于理解、層次清晰、關(guān)系和屬性合理，能夠支撐圖譜的構(gòu)建工作。二是，領(lǐng)域本體模型指導(dǎo)下的裝備體系知識圖譜生成問題。需要結(jié)合任務(wù)場景描述和裝備體系構(gòu)成，在領(lǐng)域本體的指導(dǎo)下細(xì)化裝備體系領(lǐng)域本體模型的概念層次劃分，編輯概念屬性和關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建裝備體系應(yīng)用本體。

2" 基于元模型的知識圖譜構(gòu)建

2.1" 基于概念數(shù)據(jù)模型構(gòu)建裝備體系頂層本體

DM2是在IDEAS的頂層指導(dǎo)下構(gòu)建的，其基礎(chǔ)本體元素包括事物、個體、類和元組，DoDAF中所有概念均繼承了基礎(chǔ)本體的重要屬性，保證了元模型中概念的科學(xué)性。DM2的CDM宏觀上定義了軍事領(lǐng)域頂層數(shù)據(jù)概念及其相互關(guān)系，綜合考慮了裝備體系結(jié)構(gòu)特征，對構(gòu)建體系知識圖譜本體模型具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義，如圖4所示。構(gòu)成CDM的概念主要包括：活動、協(xié)議、能力、條件、數(shù)據(jù)、期望效果、指南、信息、位置、物資、度量、度量類型、組織、執(zhí)行者、人員類型、計劃、資源、規(guī)則、服務(wù)、技能、標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)、設(shè)想和體系結(jié)構(gòu)描述［14］。篩除計劃、設(shè)想、體系結(jié)構(gòu)等無關(guān)概念，從中查找裝備體系領(lǐng)域本體概念，包括“活動、協(xié)議、數(shù)據(jù)、指南、信息、物資、組織、執(zhí)行者、人員類型、資源、規(guī)則、服務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)”;查找屬性概念，包括“能力、條件、期望效果、位置、度量、度量類型、技能”。其中，“協(xié)議、規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)”是“指南”的子概念，“組織、人員類型、服務(wù)、系統(tǒng)”是“執(zhí)行者”的子概念，“數(shù)據(jù)”是“信息”的子概念，因此選擇“執(zhí)行者、活動、指南、資源”作為裝備體系本體核心概念。

下面結(jié)合實(shí)際對裝備體系本體核心概念作以簡要說明。

（1） 執(zhí)行者： 執(zhí)行者是參加、處理和完成裝備體系活動的任何裝備系統(tǒng)、組織和人員以及上述類型的集合體，是裝備體系活動的執(zhí)行主體，通過執(zhí)行活動提供體系能力。

（2） 活動：消耗、產(chǎn)生資源或改變資源狀態(tài)的工作。在裝備體系領(lǐng)域活動主要是執(zhí)行者為實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)而開展的一系列業(yè)務(wù)活動，執(zhí)行的戰(zhàn)略、戰(zhàn)場、作戰(zhàn)和戰(zhàn)術(shù)任務(wù)等。

（3） 指南：主要包含規(guī)則，標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，用以約束執(zhí)行者開展裝備體系活動，例如條令條例和系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。

（4） 資源：執(zhí)行者在執(zhí)行裝備體系活動中產(chǎn)生或消耗的數(shù)據(jù)、物資、組織或人員等對象。

依據(jù)圖4中的概念之間關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建裝備體系頂層本體如圖5所示，可表示為

DT=〈CT，RT〉（2）

式中：DT表示裝備體系頂層本體;CT表示“執(zhí)行者、活動、資源、指南、”的概念集;RT表示概念關(guān)系集。

依據(jù)IDEAS頂層規(guī)定，可將概念間關(guān)系歸類為“前后關(guān)系、整體部分關(guān)系、交疊關(guān)系、超子類關(guān)系”4種，具體表示如下。

（1） 前后關(guān)系：定義兩個概念類在時空和空間上的關(guān)系，例如A活動產(chǎn)生了X資源，則A活動的開始時間一定早于X資源產(chǎn)生的時間。

（2） 整體部分關(guān)系：定義兩個概念類的分解與包含關(guān)系，例如A系統(tǒng)分解為3個X子系統(tǒng)，則A系統(tǒng)的指標(biāo)均為3個X子系統(tǒng)指標(biāo)的匯聚。

（3） 交疊關(guān)系：定義為兩個概念類間存在時空重疊關(guān)系，例如A無人機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行了X打擊任務(wù)，則A的時間空間與X打擊任務(wù)發(fā)生的時間空間存在重疊。

（4） 超子類關(guān)系：定義為一個類與其子類之間的關(guān)系，子類可以繼承超類的屬性和方法，例如重型坦克可以繼承坦克的屬性和方法。

2.2" 基于邏輯數(shù)據(jù)模型確定領(lǐng)域本體概念層次、屬性及關(guān)系

DM2將語義相關(guān)的概念劃分為“執(zhí)行者、能力、活動、目標(biāo)、服務(wù)、資源流、信息和數(shù)據(jù)、項(xiàng)目、訓(xùn)練/技能/教育、規(guī)則、計量、位置”共計12類數(shù)據(jù)組來表示LDM，根據(jù)映射關(guān)系將不同的數(shù)據(jù)組按照對應(yīng)關(guān)系組合生成特定的視圖模型。在裝備體系頂層本體指導(dǎo)下，對12類數(shù)據(jù)組元模型進(jìn)行分析，可以對本體中核心概念類進(jìn)行分解，并確定概念屬性和關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建裝備體系領(lǐng)域本體。因篇幅限制，本文僅對“執(zhí)行者”數(shù)據(jù)組元模型（見圖6）進(jìn)行分析，其他數(shù)據(jù)組分析與其過程相同。

2.2.1" 派生關(guān)系分析

由圖6可知，“執(zhí)行者”派生出“系統(tǒng)”“服務(wù)”“人員角色類型”和“組織機(jī)構(gòu)類型”4個子概念，為方便理解和使用，可將4個子概念分別表示為“裝備系統(tǒng)”“體系網(wǎng)絡(luò)服務(wù)”“人員”和 “組織”。 “執(zhí)行者”的概念結(jié)構(gòu)表示為如圖7所示。

2.2.2" 屬性與關(guān)聯(lián)關(guān)系分析

對圖6中反映的關(guān)系進(jìn)行梳理，可得出概念類的屬性和關(guān)聯(lián)關(guān)系，具體如表1所示。由表中內(nèi)容可知，“執(zhí)行者”具有“位置”屬性，“人員”具有“技能”屬性，“活動”具有“度量”屬性，“資源”具有“位置”屬性，“活動”具有“條件”屬性;“執(zhí)行者”與“活動”之間存在“執(zhí)行”關(guān)系，“活動”與“指南”之間存在“約束”關(guān)系。

2.3" 裝備體系領(lǐng)域本體構(gòu)建

2.3.1" 領(lǐng)域本體框架構(gòu)建

通過對12個數(shù)據(jù)組進(jìn)行分析， 參考相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的裝備體系分類及基本概念，從頂層核心概念開始自上而下逐步構(gòu)建裝備體系領(lǐng)域本體框架。首先，將最頂層的裝備體系劃分為3種類型：資源、活動、指南。其次，對于資源，可以再次細(xì)分為執(zhí)行者、物資和信息;活動則可以細(xì)分為作戰(zhàn)活動、支援活動、保障活動和建設(shè)管理活動;指南細(xì)分為標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和約束。最后，根據(jù)實(shí)際情況，對相關(guān)概念進(jìn)行第3次分層，以執(zhí)行者為例，可以再次細(xì)分為裝備系統(tǒng)、人員、組織和體系網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，最終得到裝備體系領(lǐng)域本體框架，如圖8所示。

2.3.2" 概念屬性分析

基于裝備體系領(lǐng)域本體框架，可以明確裝備體系概念的父子類關(guān)系，結(jié)合對DM2分析，構(gòu)建對應(yīng)的概念屬性。概念屬性具有傳遞性，子類可以繼承父類屬性，同時也可能

具有新的特殊屬性，因此可將父類屬（時間，身份標(biāo)識，

類型）性定義為共有屬性，子類屬性定義為專有屬性。采用自頂向下的方式構(gòu)建裝備體系概念屬性，具體如表2所示。

2.3.3" 關(guān)聯(lián)關(guān)系分析

在關(guān)聯(lián)關(guān)系分析時，同樣按照自頂向下的順序開展。父類子類的關(guān)聯(lián)關(guān)系屬于超子類型，子類概念繼承父類概念關(guān)聯(lián)關(guān)系，分析概念類之間的關(guān)系，主要有執(zhí)行關(guān)系、約束關(guān)系、產(chǎn)生/消耗關(guān)系、支持關(guān)系、隸屬關(guān)系等，具體如表3所示。

本文使用斯坦福大學(xué)開發(fā)的Protégé本體管理軟件進(jìn)行本體編輯和管理［29］，手工錄入裝備體系領(lǐng)域本體，使用軟件的OntoGraf模塊對領(lǐng)域本體層次結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行可視化展示如圖9所示。

圖中實(shí)線表示本體層級關(guān)系，虛線顯示概念類關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2.4" 基于領(lǐng)域本體的裝備體系知識圖譜生成

基于構(gòu)建的裝備體系領(lǐng)域本體模型，選擇具體的裝備體系構(gòu)建應(yīng)用本體，具體開發(fā)流程如下。

步驟 1" 建立詞典。依據(jù)任務(wù)場景，確定包括領(lǐng)域內(nèi)術(shù)語、縮略語和同義詞在內(nèi)的概念詞典。

步驟 2" 概念分類。依據(jù)領(lǐng)域本體劃分的概念分類和層次關(guān)系，將概念類導(dǎo)入領(lǐng)域本體框架。

步驟 3" 構(gòu)建應(yīng)用本體。確定概念屬性和關(guān)聯(lián)關(guān)系，在Protégé構(gòu)建的領(lǐng)域模型基礎(chǔ)上，添加概念及其關(guān)系。

步驟 4" 開展本體檢驗(yàn)。在Protégé軟件中，利用OWL Viz的推理功能進(jìn)行本體檢查。

步驟 5" 導(dǎo)入實(shí)例數(shù)據(jù)。將裝備體系實(shí)例數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件并實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用本體的對應(yīng)，生成知識圖譜。

應(yīng)用本體構(gòu)建完成后，通常使用Neo4j等圖數(shù)據(jù)庫軟件存儲應(yīng)用本體并生成知識圖譜［30］。

3" 案例分析

3.1" 領(lǐng)域本體指導(dǎo)下的無人機(jī)集群本體構(gòu)建

以無人機(jī)集群執(zhí)行協(xié)同打擊任務(wù)為例，開展裝備體系應(yīng)用本體構(gòu)建，驗(yàn)證基于元模型構(gòu)建裝備體系知識圖譜方法的有效性。無人集群執(zhí)行協(xié)同偵察打擊是利用一定數(shù)量具備智能特性的無人攜帶不同任務(wù)載荷，采用面基發(fā)射的方式，在一定時間段內(nèi)對任務(wù)區(qū)域目標(biāo)信息進(jìn)行收集和定位，并由察打無人機(jī)實(shí)施攻擊的過程。作戰(zhàn)過程為作戰(zhàn)指揮中心根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢需求，下達(dá)指揮指令到地面控制中心。地面控制中心擁有無人機(jī)資源，控制6架無人機(jī)（偵察無人機(jī)、通信無人機(jī)、察打無人機(jī)各2架）自主編隊(duì)飛行至任務(wù)區(qū)域，偵察無人機(jī)開展協(xié)同偵察，通信無人機(jī)擔(dān)任中繼節(jié)點(diǎn)保持與衛(wèi)星通信，察打無人機(jī)進(jìn)行火力打擊。根據(jù)集群配置及作戰(zhàn)過程，可明確無人機(jī)集群作戰(zhàn)活動為自主飛行、協(xié)同偵察、目標(biāo)識別、方案決策、火力打擊和效果評估。為保證任務(wù)的成功率，有人駕駛作戰(zhàn)飛機(jī)參與評估與決策，預(yù)警機(jī)參與作戰(zhàn)支援活動。

結(jié)合上文構(gòu)建的裝備體系領(lǐng)域本體，構(gòu)建無人機(jī)集群裝備體系應(yīng)用本體主要考慮概念類的定義和屬性的編輯。按照作戰(zhàn)活動的觀察調(diào)整決策執(zhí)行（observe-orient-decide-act， OODA）循環(huán)理論和體系作戰(zhàn)力量配置［31］，將“作戰(zhàn)活動”分解為“偵察活動、識別活動、決策活動和打擊活動”4個子概念，將“保障活動”分解為“通信保障、情報保障和飛行保障”3個子概念，將“支援活動”分解為“火力支援、信息支援和電子干擾支援”3個子概念。結(jié)合無人機(jī)集群裝備體系構(gòu)成，將“裝備系統(tǒng)”分解為“支援裝備、作戰(zhàn)裝備和保障裝備”3個子概念，其中“作戰(zhàn)裝備”分解為“有人機(jī)、無人機(jī)、預(yù)警機(jī)、地面站和指揮控制系統(tǒng)”，“支援裝備”分解為“火力支援裝備、信息支援裝備和電子干擾裝備”，“保障裝備”分解為“情報保障裝備、飛行保障裝備和通信保障裝備”?！叭藛T”分解為“操作員、指揮員和保障人員”3個子概念，物資分解為“保障物資和保障設(shè)施”2個子概念。分解后的子類概念分別繼承父類概念的屬性和關(guān)聯(lián)關(guān)系，同時結(jié)合實(shí)際情況構(gòu)建新的屬性和關(guān)聯(lián)關(guān)系，具體無人機(jī)集群裝備體系應(yīng)用本體實(shí)例如圖10所示。

3.2" 無人機(jī)集群裝備體系知識圖譜構(gòu)建

對照應(yīng)用本體，將無人機(jī)集群裝備體系要素、屬性和關(guān)聯(lián)關(guān)系等實(shí)例信息導(dǎo)入，使用Protégé軟件生成實(shí)例的OWL文件并轉(zhuǎn)換為RDF格式，導(dǎo)入圖數(shù)據(jù)庫軟件Neo4j存儲并呈現(xiàn)無人機(jī)集群裝備體系知識圖譜，如圖11所示。圖11中對不同類型的節(jié)點(diǎn)采用不同的顏色進(jìn)行區(qū)分，其中紅色為“執(zhí)行者”，橙色為“活動”實(shí)體，藍(lán)色為“指南”實(shí)體，黃色為“能力”屬性。圖譜直觀地展示了無人機(jī)裝備體系構(gòu)成，能夠從作戰(zhàn)過程角度呈現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)交互關(guān)系和交互內(nèi)容，為進(jìn)一步開展無人機(jī)集群裝備體系分析和作戰(zhàn)研究奠定基礎(chǔ)。

4" 結(jié)" 論

本文在對裝備體系知識圖譜本體研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于元模型的本體構(gòu)建方法，通過對DM2的分析構(gòu)建裝備體系領(lǐng)域本體，實(shí)現(xiàn)了對裝備體系知識的通用化表達(dá)。生成的裝備體系知識圖譜，一方面能夠規(guī)范裝備體系知識表達(dá)、統(tǒng)一裝備體系概念、屬性及其關(guān)系，并能夠緊密結(jié)合裝備體系承擔(dān)的具體任務(wù)，反映體系節(jié)點(diǎn)交互關(guān)系;另一方面遵循了DM2的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系，可以基于DM2開展裝備體系知識圖譜數(shù)據(jù)的完備性、一致性檢驗(yàn)，為后期基于圖譜的邏輯推理和體系分析奠定基礎(chǔ)。

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作者簡介

王暖臣（1972—），男，研究員，碩士，主要研究方向?yàn)轶w系工程、體系架構(gòu)及其標(biāo)準(zhǔn)化。

王小龍（1988—），男，博士研究生，主要研究方向?yàn)轶w系工程、體系建模。

穆" 歌（1977—），男，研究員，博士，主要研究方向?yàn)轶w系工程、體系架構(gòu)及其標(biāo)準(zhǔn)化。

李新津（1996—），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)工程、體系架構(gòu)技術(shù)。