基于本體的軍事情報元數(shù)據(jù)描述研究

李軼童，黃子俊，熊家軍，吳長飛

(空軍預(yù)警學(xué)院，武漢 430019)

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基于本體的軍事情報元數(shù)據(jù)描述研究

李軼童，黃子俊，熊家軍，吳長飛

(空軍預(yù)警學(xué)院，武漢 430019)

目前，軍事情報系統(tǒng)按情報的專業(yè)種類提供定制和分發(fā)服務(wù)，缺乏對情報資源的統(tǒng)一描述，不同專業(yè)系統(tǒng)之間情報共享困難。結(jié)合元數(shù)據(jù)以及軍事情報自身的特點，將基于本體的元數(shù)據(jù)思想引用到軍事情報描述中去，建立用于描述軍事情報資源的元數(shù)據(jù)模型，提出了基于本體的軍事情報元數(shù)據(jù)模型的描述框架，使情報資源通過元數(shù)據(jù)更容易被發(fā)現(xiàn)、獲取、利用和共享。

本體；元數(shù)據(jù)；軍事情報；元數(shù)據(jù)模型

0 引 言

隨著大量情報偵察監(jiān)視技術(shù)和手段的運用，軍事情報源種類和數(shù)量不斷增加，造成了情報多元、復(fù)雜、無序、異構(gòu)等特點。一方面使得情報之間相對封閉，不同系統(tǒng)之間的情報共享變得非常困難，而造成了大量情報資源無法利用的“情報泛濫”，另一方面也造成了情報用戶在大量無序、異構(gòu)的情報面前無從選取、定位的“情報缺乏”。如何解決這一矛盾，是情報工作者必須面對的問題。運用基于本體的元數(shù)據(jù)方法對情報進行描述，能將情報的內(nèi)容更加規(guī)范、完整地描述出來，增強情報的透明度和共享性。

元數(shù)據(jù)可理解成對其他數(shù)據(jù)的特征進行描述的數(shù)據(jù)，同時確保這些數(shù)據(jù)能被計算機理解，是一種可以使信息資源被有效組織和管理的工具?；诒倔w的元數(shù)據(jù)不但能對專業(yè)術(shù)語進行形式化的定義，使其支持語義描述，能有效地促進領(lǐng)域內(nèi)知識共享，同時也能幫助用戶查詢所需要的情報。

本文從情報的現(xiàn)實需求出發(fā)，主要針對情報的異構(gòu)性提出了一種基于本體的情報核心元數(shù)據(jù)模板，并結(jié)合XML語言將其進行描述，增強了不同軍兵種用戶對情報的感知、理解及推理能力。

1 元數(shù)據(jù)的作用及類型

1.1 元數(shù)據(jù)的作用

元數(shù)據(jù)在人們生活中長時間被用作對資源的定位、說明等。關(guān)于元數(shù)據(jù)的定義，國際圖聯(lián)[1]提出了比較確切的說法：“元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。此術(shù)語可以指任何用于幫助網(wǎng)絡(luò)電子資源識別、描述和定位的數(shù)據(jù)”。

近年來，元數(shù)據(jù)被應(yīng)用到越來越多的領(lǐng)域，因此其作用也受到越來越多的關(guān)注和重視，元數(shù)據(jù)在預(yù)警情報描述中的主要作用表現(xiàn)為以下幾種：

(1) 有利于情報資源的著錄描述。通過元數(shù)據(jù)提供的各種信息進行語義描述，可較為全面、詳盡地描述情報資源，幫助維護者建立資源文檔，用戶理解資源信息。

(2) 有利于情報的組織管理。相應(yīng)的元數(shù)據(jù)可有效解決異構(gòu)數(shù)據(jù)的組織和管理，并方便數(shù)據(jù)資源的長期保存。利用元數(shù)據(jù)還可以對管理過程進行控制，包括權(quán)限管理、數(shù)字簽名、密級管理、訪問管理等。

(3) 有利于情報的發(fā)現(xiàn)與定位。根據(jù)用戶的情報需求，快速找到用戶所需的情報資源并確定情報資源的位置。

(4) 提高情報的共享能力[2]。通過統(tǒng)一規(guī)范的元數(shù)據(jù)對情報資源進行描述，打破不同專業(yè)和不同系統(tǒng)之間的情報壁壘，實現(xiàn)不同專業(yè)情報信息系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)信息共享。

1.2 元數(shù)據(jù)的類型

完整的元數(shù)據(jù)體系根據(jù)其功能可分為以下4種類型[3]：

(1) 描述型元數(shù)據(jù)，用來描述和標(biāo)識信息最本質(zhì)、最基礎(chǔ)的特征，以便資源被用戶識別和發(fā)現(xiàn)。

(2) 管理型元數(shù)據(jù)[4]，用于組織和管理數(shù)據(jù)資源的元數(shù)據(jù)，如版本控制、信息采集等。

(3) 保存型元數(shù)據(jù)，用來描述資源的期限、更新、轉(zhuǎn)換等相關(guān)的元數(shù)據(jù)。

(4) 技術(shù)型元數(shù)據(jù)[4],用于描述和系統(tǒng)運行有關(guān)的元數(shù)據(jù)。

2 本體概念及作用

2.1 本體的概念

本體(Ontology)的研究最早起源于哲學(xué)領(lǐng)域，人們將對世界客觀存在事物的描述稱之為本體論或存在論。自上世紀(jì)90年代以來,其思想被人工智能、計算機等領(lǐng)域所研究并采用。近些年，關(guān)于本體的定義有很多，其中獲得較多認(rèn)同的定義是：1998年R.Studer在前人的基礎(chǔ)上給出了一個本體較為明確的解釋[5],即“本體是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說明”。

定義1[6]：在一個完整的本體中，至少應(yīng)該由概念、關(guān)系、函數(shù)、公理和實例等五類基本元素構(gòu)成。因此，本體可以如下表現(xiàn)：O={C，R，F(xiàn)，A，I},其中:

(1)C:概念。本體中的概念是廣義上的概念,它除了包括一般意義上的概念外,還包括任務(wù)、功能、行為、策略、推理過程等。本體中的這些概念通常按照一定的關(guān)系形成一個層次結(jié)構(gòu)。

(2)R?2c×c:概念之間的關(guān)系，表示概念之間的一類關(guān)聯(lián)。如概念之間的“Subclass-of”關(guān)系、“Part-of”關(guān)系等。

(3)F?Rn:一種特殊的關(guān)系。其中第n個元素Cn相對于前面n-1個元素是唯一確定的。函數(shù)可用如下形式表示:F：C1×C2×…×Cn-1→Cn。

(4)A:概念或概念之間的關(guān)系所滿足的公理是一些永真式。

(5)I:領(lǐng)域內(nèi)概念實例的集合。在有些本體模型中，概念的實例不被看成是本體的組成部分。

2.2 本體在軍事情報描述中的作用

(1) 有效擴展資源查詢能力。軍事情報本體對不同軍兵種等的情報資源描述都賦予了語義，而其自身的推理能力可以提供面向語義的查詢能力，利用情報本體進行查詢的擴充，可以使查詢的結(jié)果更加全面。

(2) 支持更多的資源交流。軍事情報本體的目的是對自身領(lǐng)域的資源進行捕獲，通過提供該領(lǐng)域資源的共同理解來確定共同認(rèn)可的術(shù)語，從而使領(lǐng)域知識的結(jié)構(gòu)更加清晰，為情報的表示打好了基礎(chǔ)。情報本體可以重用，從而避免重復(fù)的領(lǐng)域知識分析。

(3) 支持不同系統(tǒng)之間的互操作性。不同的系統(tǒng)、不同的軍兵種采用不同標(biāo)準(zhǔn)的元數(shù)據(jù)，使得各系統(tǒng)之間存在異構(gòu)性，本體在不同建模、語言和軟件工具之間進行翻譯和映射，從而實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的互操作和集成。

(4) 提高信息化的實施效率和質(zhì)量。利用本體對所需解決的問題和任務(wù)進行規(guī)范描述，可以提高需求分析及信息獲取的效率，節(jié)約成本。

2.3 軍事情報特點

信息化戰(zhàn)爭發(fā)展以來，由于防空預(yù)警、反導(dǎo)預(yù)警、航天偵察、網(wǎng)絡(luò)偵察等大量電子偵察技術(shù)和手段的運用，使得情報來源越來越廣。軍事情報服務(wù)于軍事活動，因此具有客觀性、動態(tài)性、時效性、保密性等特點[7]。

(1) 客觀性。軍事情報的特殊性決定了軍事情報必須全部是客觀實際情況，不能夾雜任何的主觀色彩描述。

(2) 動態(tài)性。軍事情報反映出隨著軍事活動發(fā)展不斷變化的情況，尤其是戰(zhàn)時的軍事情報內(nèi)容必須根據(jù)瞬息萬變的戰(zhàn)場情況而不斷更新。

(3) 時效性。軍事情報的時效性是決定軍事情報價值的重要因素之一。它反映出的客觀實際情況特別是動向情況應(yīng)及時提供使用，也因此更強調(diào)時效性，以免貽誤戰(zhàn)機。

(4) 保密性。軍事斗爭的保密性決定了軍事情報的保密性，軍事情報關(guān)系國家安全和戰(zhàn)爭勝負(fù)[8]，因此特別強調(diào)保密性,因此在限制級別開放的同時還要加強自身的保密。

2.4 基于本體的軍事情報元數(shù)據(jù)模型

定義2：基于本體的元數(shù)據(jù)模型是一個六元組，記作M=(I,T,Tc,R,F,P)。其中：

(1)I為實例集，一般是實體類集合，指實體類或?qū)ο蟆?/p>

(2)T為術(shù)語集，表示包括實體、數(shù)據(jù)元素和類屬元素在內(nèi)的軍用概念術(shù)語以及實體元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)元素元數(shù)據(jù)和類書元素元數(shù)據(jù)在內(nèi)的屬性術(shù)語的集合。

(3)Tc為術(shù)語注釋集，是自然語言對術(shù)語進行解釋說明的集合。通過自然語言對術(shù)語進行描述，實現(xiàn)用戶更好的對術(shù)語理解，以便支持元數(shù)據(jù)模型的后續(xù)維護。

(4)R為所有關(guān)系的集合。主要包括：

①語義關(guān)系，在基于本體的元數(shù)據(jù)構(gòu)建中，語義關(guān)系分析也是必不可少的，主要有包含關(guān)系、統(tǒng)一關(guān)系和上下位關(guān)系等。

②概念關(guān)系，確定概念間的等級關(guān)系，得到領(lǐng)域概念的層次關(guān)系圖，主要有用代關(guān)系(優(yōu)選關(guān)系)、屬種關(guān)系、相關(guān)關(guān)系和非交關(guān)系。

③實體關(guān)系，主要包括聚合關(guān)系、關(guān)聯(lián)關(guān)系和繼承關(guān)系。

(5)F為函數(shù)集，包括：

①Att:A→E∪R:屬性函數(shù),將屬性分配給某一實體類或關(guān)系;

②val:V→(E,A):屬性取值函數(shù),屬性具有數(shù)據(jù)類型;

③Inst:E→2I:信息單元實例化函數(shù),可以寫為Inst(E)=I或E(I);

④Instr:R→2I×I:關(guān)系實例化函數(shù),可以寫為Instr(R)={I1,I2}或R(I1,I2)。

(6)P為約束規(guī)則集，指所有信息單元實體類、關(guān)系和實例要滿足約束的集合。包括類型約束(取值約束)和基數(shù)約束。

定義3[11]：給定的元數(shù)據(jù)模型M=(I,T,Tc,R,F,P)，模型的解釋為一個二元組，記為I=(ΔI●I)。

其中，ΔI為M的論域的非空集合，●I是解釋函數(shù)，它將術(shù)語集中的每個原子類C都映像為ΔI中的一個子集，使得CI?ΔI，將每個關(guān)系語義R都映像為一個二元關(guān)系RI?ΔI×ΔI，將實例集中每一個個體c映像為I中的元素，使得cI∈ΔI。

3 基于本體的軍事情報元數(shù)據(jù)描述框架

3.1 軍事情報分析

軍事情報利用一定的方法和技術(shù)對情報的外部特征進行描述、內(nèi)容特征進行揭示，其資源描述的構(gòu)成具備了整個軍事資源對資源描述需求的共性。與軍事資源直接相關(guān)的要素包括：區(qū)域、武器裝備、編制和部署等，這些資源詳細記錄了與軍事情報相關(guān)的覆蓋范圍、作戰(zhàn)任務(wù)和安全等級等基礎(chǔ)信息。同時，軍事情報作為軍事資源的一類，有著其自身的特性，因此需要一些專門記錄這些特性的信息描述。與軍事情報密切相關(guān)的要素有：時間、提供者、安全等級、級別等，這些數(shù)據(jù)涵蓋了軍事情報從建立到內(nèi)容描述再到訪問等每個環(huán)節(jié)。其中每個信息的描述根據(jù)應(yīng)用條件或記錄信息的不同可繼續(xù)劃分為更加詳細的信息描述。

3.2 軍事情報核心元數(shù)據(jù)

軍事情報的特殊性決定軍事情報元數(shù)據(jù)的特殊性，本文針對軍事情報的特殊性，參照國內(nèi)外一些成熟的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，在都柏林核心元數(shù)據(jù)集(DC)[9]的基礎(chǔ)上加入軍事情報特有的元素，提出了一種基于本體的軍事情報核心元數(shù)據(jù)。

軍事情報元數(shù)據(jù)主要對各類情報資源進行描述，因此情報資源可以按照一定的性質(zhì)分為資源管理型元素、資源內(nèi)容型元素、安全認(rèn)證元素和訪問操作元素。

如圖1所示，軍事情報核心元數(shù)據(jù)歸類合并了在內(nèi)容和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上具有相關(guān)性的數(shù)據(jù)集合，元數(shù)據(jù)模型有4個一級情報資源描述分類，在每個一級分類下又分為若干個二級分類。

圖1 軍事情報核心元數(shù)據(jù)模版

資源管理元素[10]，為用戶直觀提供概覽式情報資源的元數(shù)據(jù)，包含序列碼(全局唯一序列碼)SerialCode、版本Version、標(biāo)題Title、時間Time、提供者ProviderInfo、資源屬性ResAttribute、當(dāng)前狀態(tài)CurrentState。

資源內(nèi)容元素，用于描述或標(biāo)識情報資源內(nèi)容和概要的信息元數(shù)據(jù)，包含主題Subject、關(guān)鍵字KeyWord、摘要Abstract、用途Purpose、軍事來源Source、覆蓋范圍Coverage、自定義標(biāo)簽Tag、服務(wù)分類ServiceClass。

安全認(rèn)證元素，對情報資源對象安全認(rèn)證方面描述的元數(shù)據(jù)，包含安全等級SecurityLevel、授權(quán)信息AuthorizationInfo、信任度Reliability、分發(fā)控制DistrubuteControl和加密信息EncrpytionInfo。

訪問操作元素，提供情報資源安全合法訪問依據(jù)的元數(shù)據(jù)，包含訪問級別AccessLevel和訪問位置AccesLocation。

3.3 雷達情報核心元數(shù)據(jù)描述

基于本體的軍事情報元數(shù)據(jù)主要用于規(guī)范數(shù)據(jù)的記錄，從而使數(shù)據(jù)管理和共享能統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，提高情報的利用率。根據(jù)建立的情報核心元數(shù)據(jù)模板，記錄了一則雷達情報的描述文件。

地面雷達發(fā)現(xiàn)的概況：2007年8月8日6時37分，雷達x旅xx雷達站發(fā)現(xiàn)一批不明空情，當(dāng)日14時50分，目標(biāo)消失，歷時8 h13 min，總航程約810 km。期間先后升空5批次殲擊機對不明空情進行攔截查證。

// 資源管理元素

// 序列碼

//當(dāng)前版本

// 標(biāo)題

// 時間

// 建立時間

2007-08-08 07:06:19// 發(fā)布時間

// 更新時間

// 有效期

// 提供者

//提供者機構(gòu)

//提供者ID

//提供者IP

//提供者級別

//提供者所在區(qū)域

//資源屬性

//資源類型

640×512//資源格式

中止//當(dāng)前狀態(tài)

//資源內(nèi)容元素

X旅X雷達站發(fā)現(xiàn)一批不明空情//主題

X旅X雷達站、不明空情//關(guān)鍵字

X旅X雷達站發(fā)現(xiàn)不明空情，6時46分由西北向東南方向移動。13時53分，目標(biāo)進入相鄰作戰(zhàn)責(zé)任區(qū)；14時50分目標(biāo)消失，歷時8h13min，總航程約810km//摘要

實力部署//用途

雷達//軍事來源

//覆蓋范圍

113°50E′～116°30′E//經(jīng)度

39°30′N～42°10′N//緯度

//自定義標(biāo)簽

<雷達特點>12個型號20部雷達發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。包括三坐標(biāo)雷達、兩坐標(biāo)雷達和測高雷達；頻段覆蓋包括米波雷達、L波段雷達、S波段雷達。多重覆蓋最大達到5重覆蓋。

<目標(biāo)航跡特點>航跡點連續(xù)，航跡參數(shù)穩(wěn)定、速度約100km/h；暫消點較多；多重覆蓋雷達的定位點基本一致；目標(biāo)發(fā)現(xiàn)和消失的高度均在10 000m左右，整個航跡點上高度欺負(fù)變化小。

//服務(wù)分類

戰(zhàn)略//內(nèi)容性類型

分析//功能性類型

戰(zhàn)場態(tài)勢//情報類型

//安全認(rèn)證元素

秘密//安全等級

//授權(quán)信息

旅//授權(quán)角色

……//授權(quán)用戶

//信任度

//分發(fā)控制

//加密信息

// 訪問操作元素

// 訪問級別

// 訪問位置

4 結(jié)束語

信息化戰(zhàn)爭對情報的需求比重越來越大，情報數(shù)量和種類之多給用戶們帶來不小的挑戰(zhàn)，本文在結(jié)合DC元數(shù)據(jù)和國內(nèi)外一些成熟的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，利用本體理論建立了基于本體的軍事情報元數(shù)據(jù)模型，這種元數(shù)據(jù)模型更加清楚明了地反映了情報資源所涵蓋的信息，使得用戶可直觀快速地判斷是否選擇情報資源。

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Study of Ontology Based Military Intelligence Metadata Description

LI Yi-tong,HUANG Zi-jun,XIONG Jia-jun,WU Chang-fei

(Air Force Early Warning Academy,Wuhan 430019,China)

At present,military intelligence systems provide intelligence customization and distribution services according to intelligence specialty sorts,and intelligence share among different specialty systems is difficult because of no uniform description to intelligence resources.Based on the characteristics of metadata and military intelligence,this paper introduces the thought of ontology metadata into military intelligence description,establishes the metadata model for describing the military intelligence resource,presents the description frame of military intelligence metadata model based on ontology,which makes the intelligence resources be found,got,used and shared more easily.

ontology;metadata;military intelligence;metadata model

2015-04-23

TP311

A

CN32-1413(2015)04-0111-05

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2015.04.028