數據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

習主席強調要提高基于網絡信息體系的聯合作戰能力和全域作戰能力。在網絡信息體系的建設中，數據與模型是基礎單元。未來的戰場面對的也是數據戰場，要打贏信息化戰爭就應該對數據和模型有精確的掌控。

當前，數據的量級呈指數激增，使得人們對于數據的采集、清洗、處理、分析和融合等需求越來越迫切。通過調查，發現數據的建設偏向于存儲與管理，而對數據的分析與運用稍顯不足。為了使數據與模型發揮出融合效益，首先應該做的就是“統一頂”的工作，做好了頂層設計研究，才能實現數據與模型的相互支撐。現有學者主要是將研究重點放在了數據或者模型的體系構建、收集、管理、分析與運用，比如文獻[1]研究作戰模擬的數據體系，探索了資源體系的構建方法，進而構建了作戰模擬的數據體系和模型體系。文獻[2]提出了一個地理信息大數據安全保障框架，提升地理信息大數據在建設和運營中的保障能力。文獻[3]以大數據架構體系下的數據挖掘模型為主線，對大數據技術的應用創新模式進行了研究。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。針對于現狀與需求，有必要建立數據與模型的互通機制使用戶了解數據與模型的屬性信息，實現數據與模型的相互支撐作用，完成數據與模型的融合運用并將數據與模型轉化為戰斗力。

本文首先研究了數據與模型融合服務系統的組成部分，主要分為模型平臺、數據平臺與融合服務平臺，探索了數據與模型的互通機制。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，實現了數據對模型的檢驗驗證，數據與模型的融合運用等支撐作用。最后，研究了融合服務系統發揮涌現力需要具備的關鍵技術。

2 數據與模型融合服務系統的組成

以模型平臺和數據平臺為支撐，構建融合服務平臺，建立數據與模型融合服務系統。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，制定統一的模型研制、管理、升級和報廢標準規范，在數據的支撐下完成模型的檢驗驗證，進而入庫并發布可信的模型；數據平臺包括數據采集工具、數據挖掘工具和數據存儲工具等，主要是完成數據的采集整編、融合處理、分析挖掘、建庫使用等，進而提供標準化、規范化的數據服務支撐；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，主要是以統一的門戶方式對外提供模型與數據的查詢檢索服務，構建融合服務環境，實現模型與數據的融合運用。

基于數據與模型融合服務系統，提出一種數據與模型的互通機制。

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

（2）數據平臺在數據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據平臺。同時，數據平臺在進行數據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，如開發對應接口以便于數據的采集；為了提高模型的研制質量，模型平臺需要真實的數據用于模型的檢驗驗證，可向融合服務平臺提出數據支撐的請求，融合服務平臺將相關結果反饋給模型平臺。

圖1：數據與模型融合服務系統

圖2：融合服務平臺的頂層架構

（3）融合服務平臺可以根據典型的作戰任務，設計作戰想定和驗證環境，調用預警探測、指揮控制、通信傳輸、電子對抗、武器打擊等各階段的數據與模型，完成數據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

數據與模型融合服務系統能否向用戶穩定、高效地提供模型與數據服務，實現模型與數據的融合運用并涌現戰斗力的關鍵在于融合服務平臺的設計。作為系統的中樞，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外已有的成熟技術與經驗，面向對象開發，對現有和新研的軟件、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、數據庫等軟件和計算機、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、仿真環境、三維可視化和運行引擎等工具，提供數據與模型的融合運用，實現數據與模型的相互支撐。

融合服務平臺主要實現如下的功能：

（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據目錄的查詢服務，能夠同步更新模型平臺和數據平臺的模型、數據資源信息，實現目錄的統一管理、存儲、索引、發布和更新。

（2）提供服務集成環境，實現相關模型與數據服務的注冊、管理和調用等功能，授權用戶經身份和權限驗證后，實現模型與數據資源線上或線下的下載服務。

（3）提供仿真激勵環境、模型參數配置、仿真實驗設計、數據對比分析等服務，為模型體系驗證提供激勵源，進行數據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、數據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推演等提供支撐作用。

4 關鍵技術

數據與模型融合服務系統要發揮涌現力，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一的門戶方式實現模型與數據服務的關鍵，主要從模型與數據的管理、可用、易用等角度出發，研究模型與數據目錄的獲取、更新等技術。

通過目錄同步技術，獲取數據平臺、模型平臺的資源目錄及相關屬性信息，在統一框架下，實現資源目錄的管理、存儲、索引、發布和更新，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，主要是在數據平臺或模型平臺在數據與模型目錄發生變化時，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據平臺的無縫連接，整個系統對外提供模型與數據服務，實現模型與數據的融合驗證。

融合驗證技術以可視化的方式實現真實數據與仿真記錄數據的分析評估，完成模型或模型體系的驗證。在模型驗證模塊中，調用的模型生成的試驗數據和經過預處理的真實數據，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，通過對仿真試驗數據的統計分析、相關性獨立性分析、數據擬合、因子提取、假設檢驗等多種處理方法，實現模型的靜態一致性和動態一致性檢驗。

5 結論

為了實現數據與模型的融合運用，本文構建了數據與模型融合服務系統，包括融合服務平臺、模型平臺和數據平臺；提出了一種數據與模型的互通機制，實現數據與模型的相互支撐作用；設計了融合服務平臺的頂層架構，以統一的門戶方式對外發布數據與模型；探索了融合服務系統發揮涌現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。