軍事領(lǐng)域本體構(gòu)建

周育偉，楊朝紅，王宏宇

(陸軍裝甲兵學(xué)院信息通信系，北京 100072)

0 引言

智能化浪潮洶涌而來，加速著人類社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，智能化技術(shù)是改變世界的顛覆性技術(shù)之一。世界各軍事強(qiáng)國(guó)在軍事領(lǐng)域?qū)θ斯ぶ悄艿膽?yīng)用都給予了大力的支持。同時(shí)，戰(zhàn)場(chǎng)信息獲取從匱乏轉(zhuǎn)向過載甚至“爆炸”，使指揮員在面臨海量信息的時(shí)候無法快速?zèng)Q策，忽略一些重要的信息，如何將信息優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為決策優(yōu)勢(shì)是一個(gè)關(guān)鍵問題。

知識(shí)是對(duì)信息的抽象和組織，因此相對(duì)于信息，知識(shí)能更好的指導(dǎo)人的決策和行動(dòng)，可以將信息優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)為認(rèn)知優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為決策優(yōu)勢(shì)，輔助指揮員進(jìn)行決策，由于軍事領(lǐng)域的特殊性，面向軍事領(lǐng)域知識(shí)圖譜的構(gòu)建，前期一般采用自頂向下的方式構(gòu)建知識(shí)圖譜，這就需要對(duì)本體層進(jìn)行研究和構(gòu)建。

本文基于本體的概念和構(gòu)建方法，探討目前軍事領(lǐng)域本體構(gòu)建的現(xiàn)狀，歸納已有的軍事領(lǐng)域本體，構(gòu)建一個(gè)涵蓋多維度、多層次的軍事領(lǐng)域本體。

1 本體的概念和構(gòu)建方法

本體這一概念最早源于哲學(xué)領(lǐng)域，意為“對(duì)世界上客觀事物的系統(tǒng)描述，即存在論”，后來隨著人工智能的發(fā)展，1998 年被德國(guó)學(xué)者Stude 引入到了人工智能領(lǐng)域，并賦予了新的概念“本體是共享概念模型的形式化規(guī)范說明”。這個(gè)定義包含了四層含義：

⑴共享（Share）：本體中所蘊(yùn)含的知識(shí)是為大多數(shù)人認(rèn)可的，其表達(dá)的是共性的知識(shí)。

⑵概念化（Conceptualization）：本體所表述的知識(shí)是客觀的現(xiàn)實(shí)世界的一個(gè)抽象概念模型。

⑶明確性（Explicit）：指本體中全部的術(shù)語、屬性及公理在使用前都必須有明確的定義。

⑷ 形式化（Formal）：指本體可以被計(jì)算機(jī)所理解，具有機(jī)器可讀性。

可以說本體是對(duì)某一個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行描述的術(shù)語集合，是從世界存在的客觀事物抽象出來的概念模型，這個(gè)模型包含了概念和概念之間的關(guān)系和屬性以及對(duì)它們的約束、公理等，本體就相當(dāng)于是知識(shí)圖譜的骨骼，實(shí)體則是對(duì)知識(shí)圖譜按照本體骨架進(jìn)行填充的血肉。

將本體定義為六元組：

其中，C 表示概念集，A表示各個(gè)概念的屬性集，R 表示關(guān)系，A表示各個(gè)關(guān)系的屬性集，H 表示概念層次，用來說明概念集的層次劃分。例如，H(C1,C2)表示C1是C2 的子概念，X 表示公理集，用來約束概念與概念之間的關(guān)系或是概念與關(guān)系的屬性值。

常用的本體構(gòu)建方法包括以下幾種方法：七步法、METHONTOLOGY 法、KACTUS工程法、SENSUS法、骨架法、TOVE 法、IDEF-5 法，其中七步法較其他幾種方法更為成熟。

2 軍事領(lǐng)域本體構(gòu)建的研究現(xiàn)狀

對(duì)于軍事領(lǐng)域本體構(gòu)建，有很多學(xué)者進(jìn)行了研究。雷玉霞等人提出了軍事領(lǐng)域知識(shí)本體的設(shè)計(jì)思想，給出了一些用于知識(shí)庫中知識(shí)的語義一致性、完備性和精確性的公理。程英迅對(duì)軍事訓(xùn)練領(lǐng)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，提出了軍事訓(xùn)練定義的六元組結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了軍事訓(xùn)練本體，開發(fā)了分布式數(shù)據(jù)庫搜索引擎。彭明輝基于搜狗的軍事新聞報(bào)道語料對(duì)軍事領(lǐng)域情感本體進(jìn)行了構(gòu)建，基于該本體構(gòu)建了軍事領(lǐng)域情感傾向性分析平臺(tái)。蔣維等人提出了建立本體的5 個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)了本體建立過程部分功能自動(dòng)完成，但是未進(jìn)行本體的檢驗(yàn)和更新。楊建池等人構(gòu)建了用于作戰(zhàn)仿真的軍事領(lǐng)域核心本體。鐘誠(chéng)等人對(duì)軍事倉儲(chǔ)領(lǐng)域本體進(jìn)行了構(gòu)建，并結(jié)合骨架法提出了一種優(yōu)化的領(lǐng)域本體構(gòu)建流程。李坤等人將軍事領(lǐng)域本體劃分為5 類二級(jí)本體，并對(duì)每類二級(jí)本體進(jìn)行了具體的劃分，設(shè)計(jì)了類的屬性，但是并未給出類間的關(guān)系，添加了本體實(shí)例，完成了軍事領(lǐng)域本體庫的存儲(chǔ)。陳立峰等人分析了軍事通信領(lǐng)域本體的特點(diǎn)，給出了軍事通信領(lǐng)域構(gòu)建的方法。鄒燁翰對(duì)軍事條令條例的本體進(jìn)行研究，針對(duì)美軍《任務(wù)清單》進(jìn)行本體構(gòu)建。雷瑛等人對(duì)多源軍事數(shù)據(jù)進(jìn)行分析將軍事數(shù)據(jù)本體劃分為機(jī)構(gòu)、人員、裝備、物資、環(huán)境、設(shè)施和理論法規(guī)7 類二級(jí)本體。劉煜澄對(duì)包括萬國(guó)兵器網(wǎng)、關(guān)系性能數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的兵器數(shù)據(jù)進(jìn)行分析構(gòu)建了兵器本體。張清輝等人構(gòu)建了軍事信息服務(wù)本體，并驗(yàn)證了所構(gòu)建本體模型的有效性。

3 軍事領(lǐng)域本體構(gòu)建

3.1 構(gòu)建方法與工具

當(dāng)前本體構(gòu)建的工具有Protégé、WebOneto、KAON、WebODE等工具。其中，Protégé具有支持中文語言，通過圖形化界面進(jìn)行構(gòu)建，支持推理及軟件的擴(kuò)展，操作簡(jiǎn)單等多種優(yōu)勢(shì)，成為構(gòu)建本體的第一選擇。七步法目前成熟度較高，而且七步法是基于本體構(gòu)建工具Protégé 進(jìn)行本體構(gòu)建的方法，故借鑒七步法提出一種軍事領(lǐng)域本體構(gòu)建的方法并使用Protégé 工具對(duì)軍事領(lǐng)域本體進(jìn)行構(gòu)建。圖1 展示了結(jié)合七步法的軍事領(lǐng)域本體構(gòu)建的流程。

圖1 軍事領(lǐng)域本體構(gòu)建流程

⑴明確軍事領(lǐng)域本體的領(lǐng)域和范圍

明確軍事本體對(duì)應(yīng)的邊界、業(yè)務(wù)功能域、用途、描述的信息內(nèi)容、使用和維護(hù)本體的對(duì)象。

⑵收集軍事概念和數(shù)據(jù)資源

在構(gòu)建軍事本體前，依據(jù)軍語、各類戰(zhàn)備工程數(shù)據(jù)庫標(biāo)注、軍事報(bào)文、交換文件、戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)等，收集環(huán)境作戰(zhàn)數(shù)據(jù)。

⑶現(xiàn)有本體可重用性構(gòu)建

對(duì)現(xiàn)有本體進(jìn)行分析和完善，提高可重用性。可重用本體具有重要的意義，一方面可對(duì)現(xiàn)有本體進(jìn)行拓展，減少很多不必要的研發(fā)工作，提高本體構(gòu)建的效率。另一方面，可以為現(xiàn)有本體提供經(jīng)驗(yàn)性的指導(dǎo)以及設(shè)計(jì)上的啟發(fā)和幫助。

⑷本體的分析表達(dá)

對(duì)于不可重用的現(xiàn)有本體，需要對(duì)收集到的軍語、標(biāo)注、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，提取核心概念、概念屬性以及概念間的關(guān)系。

⑸構(gòu)建本體

首先，采用自頂向下的方法定義類和類的繼承關(guān)系，即從軍事領(lǐng)域最基本的概念開始，逐層細(xì)化。例如從條令條例的概念開始，細(xì)化為共同條令、外軍作戰(zhàn)條令、專業(yè)條例等。然后，類定義完之后需要對(duì)類的屬性以及類之間的關(guān)系進(jìn)行定義，比如定義作戰(zhàn)編隊(duì)和戰(zhàn)區(qū)之間的所屬關(guān)系等。最后，基于軍事業(yè)務(wù)規(guī)則，對(duì)類的屬性進(jìn)行限制，包括屬性的類型，屬性的定義域和值域。如對(duì)一個(gè)連隊(duì)的人數(shù)進(jìn)行約束，不能超過軍事知識(shí)的范圍，符合軍事領(lǐng)域知識(shí)的規(guī)范。

⑹本體整合和實(shí)例化

對(duì)軍事本體進(jìn)行整合，采用一致性規(guī)約化方法對(duì)來自不同兵種、不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域的軍事本體進(jìn)行重定義和語義化處理，以免影響數(shù)據(jù)共享和融合，確認(rèn)本體后可抽取數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)例化。

⑺本體評(píng)估和修正

經(jīng)過明確領(lǐng)域，搜集概念等步驟，可以初步構(gòu)建一個(gè)本體。但構(gòu)建本體并非是一蹴而就的任務(wù)，在構(gòu)建的過程中會(huì)受到構(gòu)建者自身認(rèn)知的限制，因此可能會(huì)存在一定的差錯(cuò)和冗余，因此需要對(duì)本體進(jìn)行評(píng)估和修正。一方面可以經(jīng)過調(diào)研和請(qǐng)教領(lǐng)域內(nèi)的專家進(jìn)行探討，記錄評(píng)價(jià)意見，從本體的一致性、明確性、可擴(kuò)展性等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，另一方面可以使用Protégé內(nèi)自帶的推理機(jī)進(jìn)行本體的一致性檢驗(yàn)。軍事領(lǐng)域本體的構(gòu)建隨著業(yè)務(wù)需求變化而擴(kuò)展迭代更新，以保證滿足軍事業(yè)務(wù)需求，與時(shí)俱進(jìn)，實(shí)現(xiàn)高性能，高可用。

3.2 本體概念構(gòu)建

通過總結(jié)、歸納已有軍事領(lǐng)域本體，以及對(duì)裝備手冊(cè)等數(shù)據(jù)來源進(jìn)行分析，并咨詢領(lǐng)域?qū)＜遥苍O(shè)置四級(jí)本體樹。一級(jí)本體包含武器裝備、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、軍用物資、人物、條令條例、設(shè)施和組織機(jī)構(gòu)共7大類，二至四級(jí)本體是對(duì)上一級(jí)本體的具體劃分。

以武器裝備為例，考慮到作戰(zhàn)中可能涉及的各類裝備，按照領(lǐng)域用途將武器裝備本體分為遙感裝置、保密裝備、電子對(duì)抗裝備、軍械裝備、偵察觀測(cè)裝備、陸軍裝備、海軍裝備、空軍裝備、工程裝備、防化裝備、指揮通信裝備、彈藥導(dǎo)彈、多棲裝備和保障裝備共14 個(gè)二級(jí)本體。以偵察觀測(cè)裝備為例，下設(shè)指揮鏡、方向盤、望遠(yuǎn)鏡、步兵潛望鏡、測(cè)距機(jī)、炮兵聲測(cè)系統(tǒng)、炮兵測(cè)地系統(tǒng)、炮兵鏡、炮兵防空兵夜視設(shè)備、經(jīng)緯儀、輕武器夜視設(shè)備、雷達(dá)等14 個(gè)三級(jí)本體，雷達(dá)本體下設(shè)機(jī)械掃描雷達(dá)和電掃描雷達(dá)2個(gè)四級(jí)本體。

3.3 關(guān)系與屬性設(shè)計(jì)

在對(duì)軍事領(lǐng)域本體的概念進(jìn)行定義之后，需要對(duì)本體的關(guān)系和屬性進(jìn)行定義。在Protégé軟件中，關(guān)系為對(duì)象屬性（Object Property）即表示本體類與類之間的關(guān)系，屬性為數(shù)據(jù)屬性（Data Property）即表示本體類所具有的性質(zhì)，一條事實(shí)可以用三元組(定義域,對(duì)象/數(shù)據(jù)屬性,值域)進(jìn)行表示，對(duì)于對(duì)象屬性來講，值域是一個(gè)本體概念，對(duì)于數(shù)據(jù)屬性而言，值域是一個(gè)定義好的數(shù)據(jù)類型。例如三元組（轟炸機(jī)，搭載，導(dǎo)彈）表示了本體概念“轟炸機(jī)”作為定義域，“搭載”作為關(guān)系，“導(dǎo)彈”作為值域的一條事實(shí)“轟炸機(jī)搭載了導(dǎo)彈”，這樣“轟炸機(jī)”類的實(shí)體和“導(dǎo)彈”類的實(shí)體就可以擁有“搭載”這個(gè)關(guān)系。軍事領(lǐng)域本體設(shè)置以下五類關(guān)系：

作戰(zhàn)關(guān)系 主要用來描述作戰(zhàn)過程中的行動(dòng)關(guān)系。包括：支援、協(xié)同、指揮、干擾、保障等關(guān)系。

人員關(guān)系 主要用來描述人員與人員、組織、裝備和物資的關(guān)系。包括：上級(jí)、下級(jí)、平級(jí)、配備、隸屬、任職、管理、維修、研發(fā)等關(guān)系。

裝備關(guān)系 主要用來描述裝備作戰(zhàn)單元和組織機(jī)構(gòu)等之間的關(guān)系。包括：編配、配屬、搭載、生產(chǎn)、使用、消耗、部件等關(guān)系。

位置關(guān)系 主要用來表示方位的關(guān)系。包括：東、西、南、北、東西等關(guān)系。

其他關(guān)系 主要是一些共性的關(guān)系，如：組成、屬于、包含等通用的關(guān)系。

數(shù)據(jù)屬性的類型設(shè)計(jì)主要用來約束屬性值的數(shù)據(jù)類型，在定義屬性類型時(shí)需要對(duì)屬性名、屬性值和屬性的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行定義，數(shù)據(jù)屬性將本體類與數(shù)據(jù)類型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，Protégé 中提供了多種數(shù)據(jù)類型。以導(dǎo)彈類本體為例，其主要屬性定義如表1所示。

表1 導(dǎo)彈類屬性類型設(shè)計(jì)（部分）

3.4 本體檢驗(yàn)

考慮到個(gè)體的主觀意識(shí)影響，并且本體構(gòu)建是一個(gè)隨著構(gòu)建者認(rèn)知不斷加深而重復(fù)修正的一個(gè)過程，在本體構(gòu)建的過程中會(huì)產(chǎn)生一定的概念、關(guān)系、屬性和公理等方面的沖突或冗余，故而需要對(duì)已經(jīng)構(gòu)建好的本體進(jìn)行一致性、準(zhǔn)確性和可滿足性等方面的檢測(cè)。構(gòu)建本體的過程中參照《軍語》等專業(yè)術(shù)語概念進(jìn)行構(gòu)建，將有歧義的本體概念降到最低，同時(shí)邀請(qǐng)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行點(diǎn)評(píng)修改，提高本體構(gòu)建的準(zhǔn)確性，構(gòu)建好的本體保存為OWL格式的文件，然后使用Protégé軟件中自帶的Pellet 推理機(jī)進(jìn)行本體的一致性檢測(cè)。Protégé 軟件內(nèi)置的Pellet 推理機(jī)是一種基于Tableau算法的描述邏輯推理機(jī)，Pellet推理機(jī)可以根據(jù)本體結(jié)構(gòu)生成斷言概念結(jié)構(gòu)，確定本體元素與元素之間是否存在相互否定的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)描述邏輯一致性檢驗(yàn)的目的。構(gòu)建好軍事領(lǐng)域本體后就可以根據(jù)本體進(jìn)行實(shí)體抽取、關(guān)系抽取、屬性抽取等任務(wù)完成軍事領(lǐng)域知識(shí)圖譜的構(gòu)建，為智能問答、輔助決策等下游任務(wù)提供基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

本文對(duì)軍事領(lǐng)域已有本體進(jìn)行了歸納總結(jié)，借鑒七步法提出了軍事領(lǐng)域本體構(gòu)建的流程，復(fù)用已有的軍事領(lǐng)域本體，對(duì)包括裝備手冊(cè)在內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)，使用Protégé 構(gòu)建了一個(gè)涵蓋范圍廣、多層次的軍事領(lǐng)域本體，為下一步基于軍事領(lǐng)域知識(shí)圖譜的構(gòu)建做鋪墊。但是考慮到軍事領(lǐng)域本體構(gòu)建的質(zhì)量要求高，因此構(gòu)建的全過程都是依靠人工的，因而構(gòu)建過程緩慢，之后會(huì)對(duì)半自動(dòng)以及自動(dòng)構(gòu)建本體展開研究和探討。