基于本体的作战过程描述模型*

吴 蕾 伍文峰 邓海冰

（1.国防大学联合作战学院 北京 100091）（2.陆军航空兵研究所 北京 101121）（3.陆军步兵学院 石家庄 050083）

1 引言

作战过程指的是若干实体在系统中经历的完整过程，是在一定时空内完成特定作战任务而展开的一系列作战行动的总和，可以由若干行动组成的有序任务组构成。作战过程描述相关研究主要包括三个方面：面向军事信息系统需求分析、面向仿真建模领域以及面向方案和计划。

面向军事信息系统需求分析，作战过程描述主要是对包括侦察探测、指挥控制在内的主要作战活动进行描述，从而确定系统功能、性能与战术、技术指标。如李志刚等［1］指出作战活动描述是在对系统功能分解的基础上，分析作战节点之间的关联关系，从时序和事件多角度描述系统支持的作战活动过程以及各作战节点在作战活动中的连接和状态转换。

面向仿真建模领域，作战过程描述是对各类基本作战实体、作战行动、作战环境、影响因素，以及各类实体与实体之间、行动与行动之间、实体与行动之间相互作用的规则进行军事描述，目的是为建立数学模型和仿真模型提供军事依据，确保军事与技术人员对同一军事问题理解的一致性。如许腾等［2］通过建立统一的作战过程描述模型，对联合作战活动进行描述，从而实现对作战态势的一致理解。

面向方案和计划，作战过程描述主要是对作战行动序列描述方法进行研究。根据作战任务需求和作战行动过程序列的分析，合理安排作战行动以及组织资源配置，进而实现作战目标。例如崇元等［3］提出作战行动过程构建框架，通过细化分析敌方作战行动之间的各种关系，掌握敌方作战计划，揭示或预测其作战意图。

目前，本体论方法在战场态势［4～7］、目标关系［8］、作战计划［9～10］等知识建模方面已有不少相关研究，但面向计算机模拟对抗演习讲评阶段对作战过程的描述需要，还缺少相关研究。由于本体能够对特定领域中概念及关系形式化表达，符合作战过程描述规范化的需求，因此，本文提出了应用本体对作战过程进行描述和建模，可以为实现军事专家、导调人员以及参演指挥员对作战过程的一致理解打下基础。

2 作战过程描述本体构建

作战过程是组织为实现其使命的整体有序行为，是执行使命的作战行动过程或者任务流程［11］。由此可见，作战任务和作战行动是作战过程的主要组成部分。作战过程层次结构如图1所示，作战过程由若干作战任务构成，作战任务由一系列作战行动构成，而行动可能由多个子行动组成。作战任务和作战行动概念及关系分析是构建作战过程本体模型的基础，目的是提取作战过程、作战任务、作战行动诸要素概念并理清其逻辑联系。

图1 作战过程本体构建流程

关于本体构建的方法很多，包括骨架法、TOVE法、循环获取法、IDEF-5、Methodology法、七步法、九步法［12～13］等多种方法已经应用到各领域本体构建中。本文综合以上方法，结合作战仿真领域的特点，在作战过程本体构建中采用如下“六步法”。

步骤1：领域分析，确定本体范围

确定作战过程本体的领域与范围、应用本体的目的、作用以及应用对象。根据现有的包括各种文档、技术资料、各类数据资源的知识，对作战过程仿真领域进行分析，确定作战过程涵盖的范围和边界，明确本体模型建立的目的与应用场景。

步骤2：参照标准，枚举重要概念

参照相关标准提取作战过程仿真领域内重要概念，如军事术语中对作战任务等相关概念的定义。概念提取的过程中需要解决某些概念可能存在的二义性问题，确保准确地形成相关领域专业概念的一种规范。

步骤3：聚合概念，建立本体框架

将上一步枚举的概念组织成一定的结构形式，层次化、模块化地构建领域本体框架。对所有概念的重要性进行评估，挑选出能够准确而精简地表达出作战过程仿真领域知识的重要概念，并进行模块化分解和聚合，方便部分概念模块的重用与集成。

步骤4：分析归纳，确定概念间关系

框架构建完成后，需要尽可能地将概念间的关系以及属性之间的关系清晰、完整地表达出来。按照概念的固有属性和专有特征进行分析和归纳，确定概念间的关系、概念与属性间关系以及属性之间的关系，并添加某阶段作战过程实例。

步骤5：准确描述，形式化本体模型

建立作战过程本体描述模型，对本体模型中概念、属性和其间关系进行形式化描述和表示。形式化描述时需要注意几点：一是选用适当的表示方法，增强易理解性，方便导演部、军事专家和指挥员等共同理解与交互；二是关注模型的易扩展性，即作战过程描述要能够适用于不同作战过程；三是具备完备的描述要素，全面清晰的描述才能起到辅助导演部评估、讲评作战过程的目的。

步骤6：评估模型，完成本体构建

对构建的作战过程本体模型进行评估、验证，若本体模型构建不合理，则需要按构建流程检查每一个步骤，针对找出的问题作出相应修改，然后对模型重新进行评估，直至验证通过。

3 作战过程层次化描述模型

作战过程层次化描述属于概念建模的研究领域，作战过程层次化描述模型可以分为三个层次：作战过程描述模型、作战任务描述模型、作战行动描述模型，如图2所示。这三个层次模型具有逐层分解关系，即作战过程可以分解为作战任务，作战任务可以分解为作战行动，相反就是逐层聚合的关系。

图2 基于本体的作战过程层次化描述模型

3.1 作战过程描述模型

一个联合作战过程，主要由围绕作战目的和作战效果的包含若干作战行动的任务序列构成，体现的是作战实体在执行既定任务时应对态势，作出动作或改变状态的过程。

将作战过程形式化为七元组形式：OP=｛op_name，op_participants，op_setting，op_purpose，opop_effect，op_area，op_time｝。

op_name表示作战过程名称；

op_participants表示作战过程中参战的对抗方；

op_purpose表示作战企图或者作战过程要达成的目的；

op_setting表示作战背景与环境；

op_effect表示作战过程带来影响的总和，包括战损、战果、任务完成率等；

op_area表示作战过程的空间属性；

op_time表示作战过程的时间属性。

3.2 作战任务描述模型

作战任务（Operational Task）是指在一定战场环境和时间条件下，为达成特定的作战目的，而进行的一系列相互关联的作战行动的有序集合，其本身具有层次结构性和时空特性［14～15］。作战任务可以形式化为二元组Task=｛TN，TR｝，其中TN表示任务本体属性，TR表示任务间关系。

3.2.1 作战任务本体属性的描述

将作战任务本体表示为九元组形式：TN=｛t_name，t_purpose，t_subject，t_area，t_object，t_time，t_rule，t_priority，t_effect｝。

t_name表示任务名称或者任务代号；

t_purpose表示任务要达成的目的或者预期结果；

t_subject表示执行任务的主体；

t_area表示主体执行任务时的控制空间；

t_object表示作战任务的客体，即任务的目标集合；

t_time表示与任务准备和执行相关的一系列时间；

t_rule表示任务在执行过程中必须遵从的原则；

t_priority表示任务的优先级；

t_effect表示任务完成的效果。

3.2.2 作战任务间关系的描述

任务之间由于任务执行主体、作战资源、时间和空间的冲突，以及任务之间的各种关系形成了复杂的关联，这种关联体现了各执行主体间的配合关系。任务是由不同执行主体执行的，任务之间主要存在层次、时序、依赖和独立四种关系。假定实现作战目的的任务集T=｛T1，T2，…，Tn｝，它们之间的关系集可以定义为TR=｛HierR，TemR，DepR，IndepR｝。

1）层次关系（Hierarchical Relationship，HierR）

作战任务间普遍存在着层次关系，一个任务可以分解为若干中间层子任务，子任务又可以分解为若干元任务，元任务又是由若干作战行动构成。若任务TAi是父任务，TAj是子任务，两者之间可以表示为HierR（TAi，TAj）。

2）时序关系（Temporal Relationship，TemR）

时序关系作为最主要的作战任务间关系之一，表示作战任务发生的先后顺序，其串联了作战过程的发展演变，描述了战役开始、发展和结束的过程。时序关系一般依据时间线来识别，任务TAi、TAj之间的时序关系可表示为TemR（TAi，TAj）。

3）依赖关系（Dependent Relationship，DepR）

对于作战任务TAi，TAj∈TASK，若TAi需要依靠TAj输出的信息或效果才能执行，则TAi依赖于TAj，可以单方依赖，也可以两个任务互相依赖。

4）独立关系（Independent Relationship，IndepR）

对于作战任务TAi，TAj，TAn∈TASK，若任务不需要依靠任何其他作战任务输出的信息或效果就能执行，则说明作战任务之间相对独立，可以表示为IndR（TAi，TAj，TAn）。

3.3 作战行动描述模型

作战行动（operational action）指的是作战过程中实体转变某一状态的持续过程，是作战实体为完成特定作战任务而遂行的一系列作战活动。作战行动描述模型是描述作战行动的模型，同样可以以二元组OA=｛AN，AR｝表示，AN表示作战行动本体属性，AR表示行动间关系。

3.3.1 行动本体属性的描述

作战行动是军事领域特定的事件，是由实体执行的具有一定时间跨度和空间跨度的一个或多个活动。它是作战任务空间的核心要素，是作战过程中抽象出来最基本的要素［16］。对于作战行动本体属性，可形式化描述为以下九元组：

AN=｛a_name，a_type，a_time，a_subject，a_subarea，a_object，a_obarea，a_line，a_weapon｝。

a_name表示行动名称，是作战行动的全局唯一标识；

a_type表示行动的类型，或者行动的方式；

a_time表示作战行动执行的时间；

a_subject表示作战行动的主体；

a_subarea表示作战行动的初始地点或地域；

a_object表示作战行动的客体，即作战行动的目标对象；

a_obarea表示作战行动的目标地点或地域；

a_line表示作战行动的路线或者航线；

a_weapon表示作战行动运用或者派遣的装备或者挂载的武器。

3.3.2 作战行动间关系描述

作战行动间关系是指作战行动之间的相互联系、相互约束的逻辑关系，这是一种横向的关系。从作战任务的执行结构来看，作战行动间的逻辑关系主要可以分为顺序关系、并行关系和条件关系、循环关系四种。

假定Action=｛ac1，ac2，…，acn｝是某一作战任务中作战行动的集合，那么行动之间的关系说明如下。

1）顺序关系（Sequential Relationship，SeqR）

若一个作战行动在时间上先发生，另一个作战行动在时间上后发生，这两个作战行动间关系就是顺序关系。例如空中预警行动发生后常常跟随空中巡逻行动，两者之间就形成顺序关系。

2）并行关系（Concurrent Relationship，ConR）

并行关系是指作战行动同时进行，在一定条件下达到一种相辅相成、相互促进的作用。并行关系经常表现为作战协同，即无隶属关系的两个以上部队在共同遂行作战任务时所构成的相互协助、配合的关系［17～18］，目的是为了发挥体系整体作战效能。

3）条件关系（Conditional Relation，CndR）

条件关系是指一个行动发生与否对另一行动的发生与否存在制约或依赖的关系。若行动ai发生，行动aj也必定发生，或者若行动ai不发生，行动aj也必定不会发生，则行动ai、aj之间的这种依赖关系，就是条件关系。

4）循环关系（Cyclic Relationship，CycR）

实际作战过程中，某作战行动序列可能会反复执行，行动序列间就存在循环关系。对于作战行动序列｛aci，acj，…，acn｝，n≥2，在一定的判定条件下，按照aci，acj，…，acn的顺序反复执行，则行动序列间存在循环关系。

4 面向导演部讲评的应用模式

领域本体构建是知识表征和知识共享的基础，本体支持知识的形式化规范表示以实现领域知识的重用和共享［19～20］。在进行作战过程本体构建时需要考虑作战过程本体与相关知识的映射关系，使其保持一致性以更好地支持知识应用效果。

构建作战过程本体及知识表示，可以辅助导演部更好地以规范化的语言形式对演习实施总结讲评，有助于更好地完成演习复盘评估工作。具体应用框架如图3所示，可以分为数据层、方法层、知识层、应用层四个层次。数据层主要是基础数据和仿真数据的采集与预处理，方法层包括本体构建、知识表示与建模、信息提取、知识融合等内容，知识层包含提取的以特定形式表现或者以特定结构组织的重要概念、关系以及关键行动、实体等内容，应用层则将知识层得到的关键信息通过讲评文档智能生成、知识推荐和态势回放等展现方式和手段，应用于辅助导演部总结讲评当中。

图3 面向导演部讲评的应用框架

5 结语

本文在分析作战过程层次结构和本体构建流程的基础上，提出了基于本体的作战过程层次化描述模型，并对作战过程描述模型、作战任务描述模型以及作战行动描述模型分别进行了形式化表达。此外，对面向导演部讲评的应用模式进行探索，为规范化描述作战过程以及进一步研究作战过程描述辅助生成方法提供科学依据。