本體理論及其在仿真想定校驗中的應用研究

摘要：校驗是仿真想定系統組成中的重要部分。該文在研究本體理論的基礎上，結合本體的查詢和推理機制，對基于本體的聯合作戰仿真想定校驗進行了探討。

關鍵詞：本體；仿真想定；校驗

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2009)04-0920-02

Research on Ontology and its Applications in Simulation Scenario Verification

CHEN Jian1， QIAO Shi-dong1， HUANG Jin-cai1， ZHANG Dian-xu2， LIANG Guo-qing1

(1.C4ISR Technology Key Lab， Department of Information and Management， NUDT， Changsha 410073， China; 2.Frontier Battalion Cadre Training， Urumqi 830000， China)

Abstract: Verification is the important part of simulation scenario system. On the base of research on ontology， this paper probes into simulation scenario verification of joint battle， with ontology querying and Inference.

Key words: ontology; simulation scenario; verification

1 引言

由于組織聯合作戰軍事演習需要耗費大量的人力、物力和財力，因此仿真想定成為縮短聯合作戰訓練與實戰的距離，輔助軍隊研究聯合作戰的重要方法和途徑。在作戰仿真系統充分發展的同時，對仿真結果正確性的要求也越來越高，現有的仿真校驗大多從模型的角度來檢查驗證，已經不能滿足聯合作戰仿真想定校驗的需求。從信息聯通、部隊編組、作戰決策等決定戰爭的基本要素看，聯合作戰是建立在網絡平臺的基礎上的作戰行動，網絡結構是對其進行組織、指揮、控制和管理的基本框架，因而本體（Ontology）因其處理復雜異構信息且更加靈活的特性，適用于對信息量大、結構復雜的聯合作戰仿真想定系統進行校驗。為解決上述問題，本文將本體理論引入聯合作戰的仿真想定校驗。

2 本體理論

本體的概念來源于哲學，即對客觀存在本質的系統描述。1993年，T.R.Gruber將其定義為“Ontology 是概念模型的明確的規范說明”[1]，并得到了廣泛認同。Studer等對上述兩個定義進行了深入的研究[2]，認為Ontology 是共享概念模型的明確的形式化規范說明。這一定義包含了4層含義:概念模型(conceptualization)、明確(explicit)、形式化(formal)和共享(share)。“概念模型”指通過抽象出客觀世界中一些現象(Phenomenon) 的相關概念而得到的模型。概念模型所表現的含義獨立于具體的環境狀態。“明確”指所使用的概念及使用這些概念的約束都有明確的定義。“形式化”指Ontology是計算機可讀的。“共享”指Ontology中體現的是共同認可的知識，反映的是相關領域中公認的概念集，即Ontology針對的是團體而非個體的共識。

本體現已廣泛應用于知識工程、自然語言處理、數字圖書館、信息檢索和Web異構信息的處理和面向對象設計等領域，被當作是人機交流的語義基礎。特別是1998年萬維網創始人Tim Berners-Lee等人首次提出語義網（Semantic Web）的概念并在2001年進一步給出了語義網的體系結構（如圖1）后[3]，本體被公認為是語義Web實現的關鍵理論。

本體作用主要如下[4]：一是本體的分析澄清了領域知識的結構，從而為知識表示打好基礎。本體可以重用，從而避免重復的領域知識分析。二是統一的術語和概念使知識共享成為可能。從本體的作用可以看出，它可以使想定領域的知識結構更加清晰，實例的描述更加統一，加上本體良好的查詢推理機制，為實現仿真想定的校驗提供了良好平臺。

3 基于本體的仿真想定校驗框架

基于本體的仿真想定，實質上是以本體作為領域內部不同主體之間進行交流（對話、互操作、共享等）的語義基礎，并利用語義WEB本體語言（如OWL）建立仿真想定的形式化描述框架概念模型，如圖2所示。

在此基礎上進行的校驗，實際上是在形式化描述代碼基礎上，對所建立本體模型的推理校驗。與傳統想定校驗的“頭痛醫頭，腳痛醫腳”相比，本體語言具有更好的表達性、推理機制和可擴展性，更適合于復雜異構信息分散在不同戰場空間的聯合作戰仿真校驗。從圖3可以看出，仿真想定的校驗要在構建仿真想定的本體模型的基礎上，歸納出仿真想定校驗規則，再運用本體的查詢和推理機制，采取分層校驗方法，從語法層和語義層兩個層次進行校驗，得出推理結果后由想定用戶進行修正。

4 仿真想定的校驗方法

4.1 構建仿真想定本體

想定本體可以從軍事領域的敘詞表中轉換，具體轉換方法可參考文獻[5]，本體的構建要整理出這一領域相關的主要概念，并歸納分類，然后定義類屬性，最后創建實例。目前，本體的構建可以依靠工具來完成，構建本體的工具有兩類，一類是基于AI的本體描述語言工具，另一類是基于WEB的本體描述語言工具。比較流行的基于WEB的工具是Protégé，它開放了源代碼，提供了本體建設的基本功能，使用簡單方便，有詳細、友好的幫助文檔，模塊劃分清晰，提供完全的API接口，因此，推薦使用Protégé來構建仿真想定本體。

4.2 歸納校驗規則

仿真想定出現的錯誤一般可以歸結為兩類，一是語法層次的不匹配，二是語義層次的不匹配，因此，仿真想定校驗的規則也應包含兩個內容，一是本體語言的規則，一是領域規則，分別對應與仿真想定輸入過程中出現的語法層次不匹配和語義層次不匹配兩種情況。本體語言的規則是本體語言本身包含的規則，它是本體描述語言構建的知識庫的固有屬性，如rdfs:Class subclasses rdf:resource， rdfs:Property subclasses rdf:resource。領域規則是在領域內進行查詢推理的過程中，為了防止領域內的知識沖突而建立的規則。例如在聯合作戰領域，我們就可以指定這樣一條領域規則:“一個作戰單位至少有一個指揮所”，也就是說當存在一個作戰單位，但是作戰單位沒有指揮所，即出現錯誤。

4.3 運用本體查詢推理機制校驗

本體的查詢推理機制目前應用比較廣泛的領域是信息檢索，仿真想定校驗可以借用這種機制，將想定謀劃和錄入中出現的錯誤與規則庫內的規則進行查詢與推理，以達到校驗錯誤的目的，仿真想定的校驗分語法層和語義層。

語法層校驗主要針對概念之間、概念與實例之間以及實例之間的關系，使其與建模人員的知識一致，主要用于檢驗建模過程的正確性。采取的方法為使用推理機引擎，運用描述邏輯（DL）進行校驗，校驗的內容體現在相容性判定和一致性判定，運用相容判定實現概念的自動分類，幫助建立合理正確的概念層次結構；運用一致性檢測查驗概念定義的沖突，驗證知識表達的正確性。

語義層校驗是用戶在建立自定義推理規則的基礎上，運用OWL查詢語言如OWL-QL或SPARQL對本體和規則庫進行匹配查詢，并將沖突項提示用戶，語義層校驗的流程圖如圖4所示。

5 結束語

本體理論、作戰仿真和想定校驗的研究，目前都有相對成熟的理論，但將它們結合到一起的理論和應用并不多，特別是聯合作戰和軍事仿真已經為現代戰爭的制勝點，仿真想定的校驗又是確保軍事仿真可信度的關鍵，因而，研究基于本體的仿真想定校驗方法，在理論上具有一定先導性，而本體理論應用于仿真想定的校驗，也為人與仿真系統的交互提供了共享的一致的理解，使得想定校驗更加智能、效率更高、通用性和開放性更好。但作戰領域本體的構建是基于本體的想定校驗的基礎，也是一項復雜的基礎工程，必須相關專家的介入才能夠完成，需要做大量的前期工作，給實現基于本體的想定校驗帶來了一定的難度。

參考文獻：

[1] Gruber T R. A Translation Approach to Portable Ontologies[J]. Knowledge Acquisition，1993，5(2):199-220.

[2] 鄧志鴻，唐世渭.Ontology研究綜述[J].北京大學學報:自然科學版，2002(5):730-738.

[3] Berners-Lee T， Handler J，Lassila O. The Semantic web. Scientific American，2001，284(5):34-43.

[4] 梁曄，周海燕. 本體論與語義Web[J].北京聯合大學學報:自然科學版，2007，67(3):39-43.

[5] 杜文華.本體的構建及其在數字圖書館中的應用研究[D].武漢大學，2005.