作战计划本体的类层次体系创建方法

龙飞 赵晓哲

(海军大连舰艇学院，辽宁 大连116018)

1 引言

作战计划是组织与实施作战行动的依据，基于信息系统的体系作战对作战计划信息共享与互操作、自动与智能处理的要求越来越高，构建与应用作战计划本体是一种新的有效解决途径。作战计划本体构建是一个反复迭代的修正调整过程，通常包括确定领域范围、复用现有本体、枚举重要术语、创建类层次体系、定义约束关系、形式化编码、检验与评价等，其中创建类层次体系是承上启下的关键步骤，直接影响整个本体构建的效率与质量。缺乏科学有效的类层次体系创建方法，将大大增加本体构建过程中迭代修正的工作量，而且容易导致作战计划本体不规范、不统一、兼容性差，难以满足指挥信息系统的应用需求。因此，如何创建高质量的作战计划本体类层次体系，是一个亟待深入研究的问题。

文献［1］提出了作战计划本体模型的概念层次结构，以水面舰艇作战计划本体为例列举了各顶层父类的部分子类，并给出了对海方面作战行动的概念层次。文献［2］定义了空中进攻作战计划中描述实体之间类属层次关系的实体分类结构。其他相关研究只是抽取了作战计划本体的顶层父类［3-6］，如行动、角色、资源、计划目标等，或是从其他角度构建数据模型，如指挥信息系统的信息交换［7］。通用的创建方法中，有手工方式和自动(或半自动)方式，手工方式源于情报学领域文献或信息资源组织的分类法［8］，只有创建的一般规则和要求，未针对作战计划本体类层次体系的创建;自动(或半自动)方式［9］存在较大局限性，目前还很难确保类层次体系的正确性和完整性。综上，作战计划本体类层次体系创建方面的研究还很薄弱，只有基本定义、典型实例、顶层父类，及通用的本体类层次体系创建方法等，缺乏系统完善、有针对性的创建方法，很难有效指导作战计划本体类层次体系的创建工作。

本文针对上述问题，从剖析作战计划本体类层次体系的创建策略入手，揭示创建机理，提出一种具有较强适用性和可操作性的作战计划本体类层次体系创建方法。

2 作战计划本体的类层次体系创建策略

2.1 本体类层次体系创建的一般策略

本体的类层次体系创建以概念逻辑为基础，主要有3种创建策略［10］。策略一:自顶向下。从顶层开始，首先定义领域中最普通的类，然后通过逐步增加属性将其特性化，形成更特殊的类，直至最底层类。该策略主要是运用概念逻辑中概念的划分和限制原理，类相应的概念内涵逐渐增加，而外延不断缩小。策略二:自底向上。从底层开始，首先定义领域中最特殊的类，即类层次中的叶节点，然后通过逐步减少属性将其泛化，形成更普通的类，直至最顶层类。该策略主要是运用概念逻辑中概念的概括原理，类相应的概念内涵逐渐减少，而外延不断扩大。策略三:自内向外。从领域的中间层开始，综合使用前两种策略，将其进行适当的特性化和泛化，最后分别形成最底层类和最顶层类。该策略综合运用了概念的划分、限制与概括原理。

2.2 作战计划本体的类层次体系创建策略及逻辑分析

表1 作战计划本体类层次体系与概念逻辑的对应关系

作战计划是军队为遂行作战任务而对作战准备和实施制定的计划，是指挥员决心的具体体现。无论是作战部队的组织指挥，还是信息系统的技术开发，作战计划信息与知识的组织与应用都需要高度的统一性与规范性，因此作战计划本体的类层次体系创建应选择自顶向下的策略。

作战计划领域的概念经过划分和限制后，概念之间以属种关系(Kind-of)的系列性和层次性形成概念等级关系，这种等级关系就构成了作战计划本体的类层次体系的逻辑基础，作战计划本体类层次体系与概念逻辑的对应关系见表1。

3 作战计划本体的类层次体系创建方法

3.1 组成要素

作战计划本体可形式化定义为七元组{C，AC，R，AR，H，I，X}，其类层次体系包含4个要素:作战计划领域概念类C、作战计划领域概念类属性AC、关系集R中的上下位关系、作战计划领域概念类层次H［10］。概念类C，是指由作战计划内容抽取出的对象的集合，主要有行动类、角色类、资源类、目标类、时间类、空间类等。概念类属性AC，是指作战计划本体属性集中只作为各个概念类划分标准的属性，如行动类主要有军种、兵种、作战方面、攻防任务、使用的武器装备资源等。上下位关系，其核心是父子关系(Kind-of)，部分类层次体系也辅助使用组成关系(Part-of)，本文重点研究父子关系。类层次H，是指由上下位关系确定的概念类的等级位置。

3.2 创建规则

作战计划本体的类层次体系创建应遵循以下规则。

规则1 父子等价规则:作战计划本体概念类划分后，各直接子类概念集合的并集必须与父类概念集合相等。

规则2 标准同一规则:划分作战计划本体概念类时，每次必须使用同一个类属性作为划分标准。

规则3 属先种后规则:排列划分次序时，属概念的作战计划本体类属性的使用次序要优先于种概念的类属性。如类属性攻防任务相对防御对象，前者的划分使用次序靠前。

规则4 交叉排除规则:若作战计划本体概念类的某一属性同其他属性都有交叉，则将该属性排除，不参与所属概念类的划分。如类属性兵力层次，属性值为编队、单舰艇等，不参与行动类划分。

3.3 创建要求

作战计划本体的类层次体系创建应满足以下要求。

要求1 完备性要求:作战计划本体的顶层父类是反映领域知识最抽象的若干个重要类，以此为基础创建的类层次体系及构建的本体，应当能够有效地覆盖作战计划领域内的概念和知识。

要求2 针对性要求:参与作战计划本体概念类划分的类属性应为本质属性，类属性的选取既要限制在研究范围内，又要满足应用需求。

要求3 一致性要求:为保证作战计划本体类层次体系的系统性与规律性，相同抽象层次的类应选择同一类属性划分，遇到交叉关系时各类系之间要保持一致。

要求4 特殊性要求:一些反映客观世界事物较特殊的通用类，其抽象程度很高，不确定为作战计划本体的顶层父类，也不参与划分，只作为概念类属性使用，如时间和空间属性。

要求5 优先性要求:①若作战计划本体概念类C属性A1的属性值大部分隐含地表示了属性A2的属性值，则属性A1划分使用次序靠前;②作战行动中优先关注及重要程度高的类属性，划分使用次序靠前。

3.4 创建步骤

在确定了作战计划本体类层次体系的要素、创建规则与要求后，按照总结创建基础、抽取顶层父类、确定划分标准、排列划分次序、创建层次体系5个步骤即可完成类层次体系的创建，如图1所示。

4 作战计划本体的类层次体系创建实例

为了演示使用本文所提方法创建作战计划本体的类层次体系，说明方法的适用性与可操作性，以水面舰艇作战计划本体类层次体系为例，给出创建的主要过程。

4.1 总结创建基础

目前，水面舰艇作战计划本体类层次体系的创建基础还比较薄弱，尚无专门的水面舰艇作战计划知识分类体系。海军军语、军事百科全书，以及水面舰艇作战相关的专业教科书、研究报告、论文等形成的自然知识体系，可以辅助创建类层次体系。

4.2 抽取顶层父类

水面舰艇作战计划的主要内容有作战任务、战斗编组、行动方法、指挥组织、准备时限等，充分结合已有的创建基础，可知水面舰艇作战行动、角色、资源、计划目标4个重要类，基本能够有效反映水面舰艇作战计划领域的概念和知识，未覆盖部分可通过本体构建后续过程的属性、关系及规则等补充完善，因此根据要求1和要求4抽取水面舰艇作战行动、角色、资源、计划目标作为顶层父类。

图1 作战计划本体的类层次体系创建步骤

4.3 确定划分标准

抽取顶层父类后分别创建层次体系，整合后即可形成最终的类层次体系，本文以核心的行动类为例确定划分标准与排列划分次序。根据要求2，在水面舰艇作战计划的本体研究及内容描述范围内，剖析行动类的本质属性，其中兵力层次类属性与其他类属性都有交叉，根据规则4兵力层次不参与行动类划分，再根据要求4去除时间与空间属性后，可提取出8个划分用类属性，根据规则1和规则2可得到相应的一次划分结果。行动类及其作为划分标准的类属性，如图2所示。

图2 作为划分标准的行动类属性

4.4 排列划分次序

结合行动类的一次划分结果，根据规则3可初步将8个划分标准自顶向下分为4个等级，如图3所示。

将同一等级的划分标准分别进行排序，即可得到划分次序。等级1中，按作战方面进行一次划分得到的对空、对海、对岸、对潜子类中，前三项已隐含了攻防任务，根据要求5作战方面排序靠前;等级2中，行动中对防御对象的关注通常优先于武器装备，根据要求5防御对象排序靠前;等级3中，按引导保障条件划分形成攻击方法，按攻击方向数量划分形成攻击样式，通常前者重要程度高，根据要求5引导保障条件排序靠前，舰艇机动方式不存在交叉关系，排在最后。

图3 行动类划分次序的初步等级

综合上述分析及要求3，可以得到划分次序:作战方面—攻防任务—防御对象—武器装备—引导保障条件—攻击方向数量—舰艇机动方式—敌我位置态势。

4.5 创建层次体系

除行动类外，其他顶层父类角色、资源、计划目标的层次体系创建过程类似，利用本体构建工具Protégé软件创建出水面舰艇作战计划本体的类层次体系，如图4所示。

限于篇幅仅列4层，其中类名含义为:第一层，ZZJH_SMJT为水面舰艇作战计划;第二层，XD_SMJT、JS_SMJT、ZY_SMJT、MB_SMJT分别为水面舰艇作战行动、角色、资源、计划目标;第三层，X_DH、X_DK分别为对海、对空行动，J_ZH、J_ZX分别为指挥、执行实体，Z_WQ、Z_XX分别为武器、信息资源，M_DQ、M_DH分别为对海、对空计划目标;第四层，JP、DD分别为对海舰炮、对海导弹攻击行动，BZ、QZ分别为编队、群指挥所，ZK、BQ分别为指控、兵器系统，JC、ZC分别为击沉、重创。

5 结束语

本文根据作战计划的领域特点提出自顶向下策略适合作战计划本体的类层次体系创建，在此基础上，遵循军事认识的过程和规律［11］，研究提出了基于概念逻辑的作战计划本体类层次体系创建方法，包括创建规则、要求、步骤。该方法能够适应作战计划的领域特点、便于工程实现，相对通用的创建方法，具有较强的适用性和可操作性。更加规范、高效地创建高质量的作战计划本体类层次体系，是一个需要不断探索的问题。后续工作要在两个方面展开深入研究:第一，利用另一逻辑层次的组成关系(Part-of)，有效分解本体中的类，如行动类的作战阶段和过程，进一步细化完善作战计划本体的类层次体系;第二，将本文提出的创建思路与方法，有效整合到自动(或半自动)创建方法，能够根据领域知识变化动态调整，提高类层次体系创建的效率与质量。

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