联合投送调度指挥系统信息集成研究

刘国清，刘 中，王 海，刘海伟

(1.军事交通学院 联合投送系，天津 300161; 2.天津龙源风力发电有限公司，天津 300042)

● 军事运输 Military Transportation

联合投送调度指挥系统信息集成研究

刘国清1，刘 中1，王 海1，刘海伟2

(1.军事交通学院 联合投送系，天津 300161; 2.天津龙源风力发电有限公司，天津 300042)

为使指挥员多角度、全方位、直观可视地感知联合投送过程的综合态势信息，准确把握联合投送各环节情况，分析联合投送调度指挥系统相关信息源的基本情况，介绍几种常用的信息集成方法，在对各类方法进行比较分析的基础上，选择本体技术进行联合投送调度指挥系统信息集成的框架设计、本体模型建立以及映射关系的构建。

联合投送；调度指挥；信息集成

近年来，随着科学技术和我国国民经济的飞速发展，国家立体交通网络已经初步形成，并具有了一定的规模，军事运输方式也正由过去铁路为主的单一保障向公路、水路和航空多种方式集于一体的联合投送立体化保障转变。面对如此复杂的军交运输保障任务，传统战争形式中信息的获取方式，如指挥员通过情报人员侦察、听取参谋人员汇报或者直接查阅作战资料等多种途径，已经不能及时、有效、全面把握感知战场态势，迫切需要把各种渠道收集的信息综合集成到联合投送调度指挥系统中。通过对系统的使用，指挥员可以多角度、全方位、直观可视地感知整个投送过程的综合态势信息，准确把握联合投送各个环节的情况。这必然对指挥员纵揽全局、运筹帷幄、千里决胜有所助益，而多源信息的集成是实现这一功能的关键环节。

1 信息源分析

联合投送调度指挥系统信息来源分为静态信息和动态信息。静态信息主要包括各铁路、公路、航线、航道、站点、港口、机场等基础信息；动态信息主要包括铁、公、水、空运输过程中产生的业务数据以及物联网终端采集的实时数据，主要包括运输动态及运载物资状态信息等。下面对信息源分布情况分别进行介绍。

目前，军交运输调度指挥系统的主要信息来源于铁路部门的调度指挥管理系统、航运公司的调度系统、航空公司的航班调度系统、公路运输部队的定位系统以及用于检测在运物资装备状态信息的物联网终端。静态信息可以通过各站点、港口、码头以及运输线路相关部门提供，进行定期更新；而动态信息主要来源于上述系统中的实时数据。

铁路部门采用的铁路运输调度指挥管理系统，配合信联闭集中控制设备，能够实现铁路各级运输调度对列车运行实行透明指挥、实时调整、集中控制，达到提高调度指挥管理效率、充分发挥铁路通过能力、提高行车安全度和列车运行正点率、减轻调度人员劳动强度的目的。

航空交通运输部门采用的调度指挥系统具有多种功能，主要涵盖了地空通信、航线导航、气象监测、交通管制等多个方面。通过调度指挥系统的使用，能够保证飞机与地面塔台之间的正常通信，确保飞行航线准确无误，同时还可以及时预测到包括恶劣天气在内可能发生的安全隐患，保证飞行安全[1]。

水路交通运输部门的调度系统主要包括港口调度系统和船舶调度系统。港口调度系统主要负责船舶配积载、货源组织、船舶供应、装卸船作业等任务；船舶调度系统主要负责运力安排、船舶调遣和航行组织。主要利用AIS基站、雷达、无线电话以及船载终端等通信设施监控航行在港湾和进出港口的船舶，并给这些船舶提供航行中所需的安全信息[2]。

公路运输主要涉及部队公路运输。应用的软件有公路军事运输动态监控系统、汽车部队动态监控系统，涉及到的信息主要是“北斗”定位信息。

各种物联网终端采集设备主要用于检测在运物资状态信息，比如温度、湿度、气压、烟雾浓度、位移以及视频信息等。这些信息从现场汇集到后方指挥平台，主要通过“北斗”短报文和军用4G的方式进行传输。

2 基于本体的信息集成框架构建

联合投送调度指挥系统作为军交运输领域内的系统，对于信息的获取与处理具有高度的依赖性，这些信息大部分来源于各交通运输部门的调度指挥及管理系统。但是由于各部门的系统在性能、功能、构架等方面均不相同，数据类型也不尽相同，因此各系统之间的沟通存在语义异构的问题，正是这种问题造成了网络信息集成的难度加大。因此，需要针对各系统的特点，结合联合投送调度指挥系统的功能需求，构建各运输部门异构信息集成的统一方案。本文针对各运输部门信息系统中源数据存在的语义异构问题，提出基于本体的信息集成框架，其结构图如图1所示，从下至上依次为:异构数据源层、信息集成层、应用处理层和应用层[3]。

图1 基于本体的信息集成框架

3 本体及映射关系构建

基于本体的信息集成过程中，主要需要解决的是本体构建及映射关系构建。下面结合实例来分析如何构建本体和映射关系，主要涉及的数据形式为关系数据库及XML。

因为整个联合投送调度指挥系统涉及面广、结构复杂，构建其集成框架的工作非常繁琐，因此这里选取两个运输部门系统中的两个异构信息源为例进行分析。假设现在需要查询两批投送任务中的被运物资信息，这两批任务的投送方式分别是铁路运输和航空运输。铁路部门的运输物资信息以关系数据库形式进行存储，航空部门的运输物资信息以XML形式进行存储。

3.1 本体构建

按照联合投送调度指挥系统异构数据信息集成框架中所描述的，将本体构建划分为3个步骤，分别是抽取数据源模式、局部本体构建、全局本体构建。

(1)抽取数据源模式。数据源模式是数据需要遵循的模型，一般以结构化数据形式进行描述，目的是为了使计算机能够读取数据的同时也能理解数据语义。通常关系数据库形式的数据源模式是通过一种数据定义语言DDL进行编译，然后存储于数据字典或数据目录中。铁路系统中的物资信息的数据表可以使用如下格式描述。

department(name, address, tel) //部门(名称，地址，电话)

destination(name, address, tel) //目的地(名称，地址，电话)

stretcher(quantity, destination name) //担架(数量，目的地)

medicine (quantity, destination name) //药品(数量，目的地)

在XML形式的文件中，数据源模式由DTD (Document Type Definition)或者XML Schema这两种方式来进行描述。由于XML Schema具备和XML相同的语法，更加容易理解和使用，所以采用XML Schema方式，如果存在DTD形式的文件，需要转化成XML Schema。

航空系统中投送物资信息的XML Schema如图2所示。

同样表示“目的地”的含义，在铁路系统的关系数据库中是以“destination”进行描述的，而在航空系统的XML中是使用“termini”进行描述；与之类似的还有“电话号码”的定义分别以“tel”和“phone”进行描述，这些就是所说的语义异构。

(2)局部本体构建。在抽取数据源模式之后，可以构建局部本体。

铁路系统中的关系数据库信息源的本体构建需要基于E-R图来进行，根据E-R图可以得到其局部本体结构如图3所示。

图2 航空系统中投送物资信息的XML Schema框图

图3 铁路系统局部本体结构

航空系统中的XML形式的数据源局部本体的构架需要依靠其XML Schema描述图，可以得到局部本体结构如图4所示。

图4 航空系统局部本体结构

(3)全局本体构建。全局本体的构建是在局部本体的基础上进行合并，当两个异构数据源的逻辑结构不同时，通过合并、添加要素等方式进行处理。当存在语义上的差异时，如相同的属性或元素名字不同时，取其中一种作为统一的名称。

按照上述合并的具体方法得到全局本体构架如图5所示。

图5 全局本体结构

3.2 本体映射构建

构建了局部本体和全局本体，相当于建立了信息集成的中间节点，而本体映射关系的建立则将这些节点相连，按照一定的映射规则将全局本体、局部本体以及数据源中的信息一一对应，形成一个完整的数据通路。本体映射主要包括两个部分，分别是：局部本体与各异构数据源之间的映射，称为局部映射；局部本体与全局本体之间的映射，称为全局映射。

(1)局部映射。局部本体到数据源之间的映射可以使用一个三元组合进行表示

π={O,S,M}

式中：O是局部本体的集合；S是异构数据源的集合；M是局部本体和数据源之间的映射规则的集合，M如何定义是局部映射的重点，它解决如何进行映射的问题。

M中每一个映射规则包括3部分，分别是规则代号Mi、局部本体模式路径Opathi以及元数据模式路径Spathi，具体表达式为

M={[M1，Opath1，Spath1]，

[M2，Opath2，Spath2]，……}

其中每个[Mi，Opathi，Spathi]代表一个映射规则。

按照上述映射规则，构建之前实例中的映射关系。铁路系统信息源对应的局部映射可以通过表1来实现。

表1 铁路系统信息源局部映射规则表

同理,可得航空系统信息源对应的局部映射，此处不做赘述。

(2)全局映射。全局映射将局部本体和全局本体之间进行对应，当查询全局本体的某个概念时，可以通过全局映射关系查找到局部映射对应的概念，进而找到相应的数据源。

由于全局本体是由各局部本体组合而成的，因此，在局部本体中某一类或类中的属性信息需要和全局本体的类和属性信息进行关联。在之前的实例中，设铁路系统信息数据源为S1,航空系统信息数据源为S2,它们对应的局部本体分别为S1.owl和S2.owl，在全局本体映射关系的构建过程中可以生成表2所示的映射关系。

表2 信息源全局映射规则表

4 结 语

我军现有的军交运输信息系统集成度不高，存在“孤岛”或“烟囱林立”的“离散”现象，没有形成整体合力，极不适应未来一体化联合作战要求。本文以建设联合投送调度指挥系统为背景，研究如何利用本体技术进行联合投送调度指挥多源信息集成，为提高我军远程作战机动力和现代后勤保障力提供坚实有效的“信息力”支撑。

[1] 茅顺平．改革与创新并举充分利用空域资源—对我国民航空中交通管理系统建设的思考[J]．国际航空，2000，16(4)：93-95．

[2] 林新党，姚远．基于VTS系统实现的目标近岸行驶跟踪方法研究[J]．雷达与对抗，2013，33(2)：31-33．

[3] 李晓娜．基于本体的语义信息集成及本体映射过程[D]．山东：济南大学，2006．

(编辑：孙协胜)

Information Integration of Joint Projection Dispatching System

LIU Guoqing1, LIU Zhong1, WANG Hai1, LIU Haiwei2

(1.Joint Projection Department, Military Transportation University, Tianjin 300161, China;2.Tianjin Longyuan Wind Power Generation Co., Ltd., Tianjin 300042, China)

To perceive the comprehensive information of joint projection process from all-around multi-angle visually and acquaint the status of each projection link for commanders, the paper firstly analyzes the basic situation of information source related to joint projection dispatching system. Then, it introduces several common information integration methods. Finally, after comparing and analyzing the methods, it designs information integration framework, establishes ontology model and constructs mapping relationship of joint projection dispatching system with ontology technology.

joint projection; dispatching; information integration

2016-07-06；

2016-10-28．

刘国清(1986—)，男，硕士，讲师.

10.16807/j.cnki.12-1372/e.2017.02.007

E234

A

1674-2192(2017)02- 0026- 05