基于IDEAS的聯(lián)合論證元模型

譚賢四，朱 剛，王 紅，畢紅葵，高 婷

（1．空軍預(yù)警學(xué)院陸基預(yù)警監(jiān)視裝備系，湖北武漢430019；2．空軍預(yù)警學(xué)院研管大隊(duì)，湖北武漢430019；3．空軍預(yù)警學(xué)院科研部，湖北武漢430019）

基于IDEAS的聯(lián)合論證元模型

譚賢四1，朱 剛2，王 紅1，畢紅葵1，高 婷3

（1．空軍預(yù)警學(xué)院陸基預(yù)警監(jiān)視裝備系，湖北武漢430019；2．空軍預(yù)警學(xué)院研管大隊(duì)，湖北武漢430019；3．空軍預(yù)警學(xué)院科研部，湖北武漢430019）

為統(tǒng)一描述聯(lián)合論證模式中體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，基于《國(guó)際國(guó)防企業(yè)體系結(jié)構(gòu)規(guī)范》（international defense enterprise architecture specification，IDEAS）提出了聯(lián)合論證元模型（joint demonstration meta-model，JDM2）。首先，介紹了業(yè)務(wù)對(duì)象參考本體（business object reference ontology，BORO）、IDEAS和國(guó)防部元模型（department of defense meta-model，DM2），從設(shè)計(jì)機(jī)理方面剖析了DM2不適用于描述聯(lián)合論證內(nèi)容的根本原因以及DM2概念數(shù)據(jù)模型（conceptual data model，CDM）、邏輯數(shù)據(jù)模型（logical data model，LDM）和物理交換規(guī)范（physical exchange schema，PES）3層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)；然后，借鑒本體理論和DM2設(shè)計(jì)思想基于聯(lián)合論證空間提出了JDM2中的概念數(shù)據(jù)模型；在概念數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上基于IDEAS規(guī)范構(gòu)建了JDM2中的邏輯數(shù)據(jù)模型。最后通過(guò)實(shí)例說(shuō)明了JDM2的可行性。

聯(lián)合論證元模型；國(guó)防部元模型；國(guó)際國(guó)防企業(yè)體系結(jié)構(gòu)規(guī)范；本體

0 引 言

在軍事信息化過(guò)程中，美國(guó)逐漸發(fā)現(xiàn)認(rèn)知不確定性是引起C4ISR復(fù)雜性的主要原因之一。為消除C4ISR認(rèn)知不確定性，美國(guó)國(guó)防部用“以產(chǎn)品為中心”的思想和多視圖建模方法設(shè)計(jì)了《C4ISR體系結(jié)構(gòu)框架》，通過(guò)提供體系結(jié)構(gòu)視圖模型和核心體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型（core architecture data model，CADM）解決了這一問(wèn)題。然而，視圖模型向數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換過(guò)程中仍然存在著語(yǔ)義多重性等問(wèn)題，即系統(tǒng)層面的“認(rèn)知不確定性”，這導(dǎo)致了C4ISR系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通互操作。為解決上述問(wèn)題并促進(jìn)國(guó)防部各部門間數(shù)據(jù)共享，美國(guó)國(guó)防部用“以數(shù)據(jù)為中心”的思想設(shè)計(jì)了《美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架2．0》（department of defense architecture farmework version 2．0，DoDAF2．0），并用國(guó)防部元模型（department of defense meta-model，DM2）代替了CADM［14］。DM2采用概念數(shù)據(jù)模型（conceptual data model，CDM）、邏輯數(shù)據(jù)模型（logical data model，LDM）和物理交換規(guī)范（physical exchange schema，PES）3層結(jié)構(gòu)，和體系結(jié)構(gòu)視圖模型一起以嚴(yán)密的邏輯關(guān)系徹底解決了人和系統(tǒng)間的認(rèn)知不確定性問(wèn)題。值得注意的是，此處的數(shù)據(jù)和本文中的數(shù)據(jù)指代的是文本、視頻和音頻等廣義上的數(shù)據(jù)。

武器裝備體系具有“涌現(xiàn)性”，是典型的復(fù)雜系統(tǒng)［5-6］。為解決武器裝備體系復(fù)雜性，國(guó)內(nèi)專家進(jìn)行了深入探討［7-9］：理論層面典型的研究成果有國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)沙基昌教授團(tuán)隊(duì)提出的戰(zhàn)爭(zhēng)設(shè)計(jì)工程，體現(xiàn)出了集成的群體決策和協(xié)同分工的思想；在處理武器裝備體系復(fù)雜性的工作模式方面，文獻(xiàn)［8］對(duì)聯(lián)合論證進(jìn)行了深入探討，并構(gòu)建了聯(lián)合論證空間和概念模型；國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)的葛冰峰提出了體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換方法。這些研究從不同角度說(shuō)明了認(rèn)知不確定性是影響工作效率和體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)描述不一致的主要因素。然而，DoDAF2．0和DM2并不適用于解決聯(lián)合論證工作中的認(rèn)知問(wèn)題［10-11］，主要體現(xiàn)在：①研究對(duì)象不同。DoDAF2．0是從C4ISR體系結(jié)構(gòu)框架發(fā)展而來(lái)的，側(cè)重于描述信息體系結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)，對(duì)武器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)描述較少。②描述的工作內(nèi)容不同。DoDAF2．0和DM2主要用于描述美國(guó)國(guó)防部聯(lián)合能力集成與開發(fā)（joint capabilities integration and development system，JCIDS）、國(guó)防采辦系統(tǒng)（defense acquisition system，DAS）、能力組合管理（capabilities portfolio management，CPM）、作戰(zhàn)計(jì)劃（operations planning，OP）、系統(tǒng)工程（system engineering，SE）和規(guī)劃、立項(xiàng)、預(yù)算與執(zhí)行過(guò)程（planning，programming，budgeting，and execution，PPBE）6個(gè)核心業(yè)務(wù)過(guò)程中的數(shù)據(jù)。而裝備論證是處理武器裝備體系復(fù)雜性的主要工作，與美國(guó)國(guó)防部6個(gè)核心業(yè)務(wù)過(guò)程中的數(shù)據(jù)存在一定的差異性。③理論體系不同，難以擴(kuò)展。由于美國(guó)的概念體系主要以《聯(lián)合作戰(zhàn)頂層概念》為基礎(chǔ)，因此DM2不易于國(guó)內(nèi)理解，即使擴(kuò)展了也難以推廣；況且擴(kuò)展后的模型易被美軍理解甚至輕易使用，不符合軍事領(lǐng)域的保密需求。

為解決聯(lián)合論證模式中對(duì)武器裝備體系認(rèn)知的不確定性問(wèn)題，統(tǒng)一對(duì)聯(lián)合論證工作中體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)描述，實(shí)現(xiàn)人的集成和數(shù)據(jù)共享。有必要借鑒DM2設(shè)計(jì)思想，構(gòu)建聯(lián)合論證元模型（joint demonstration meta-model，JDM2）。本文從裝備管理和使用等角度對(duì)文獻(xiàn)［8］聯(lián)合論證空間中涉及到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分組，在本體論指導(dǎo)下基于《國(guó)際國(guó)防企業(yè)體系結(jié)構(gòu)規(guī)范》（international defense enterprise architecture specification，IDEAS）構(gòu)建了JDM2中的概念數(shù)據(jù)模型和邏輯數(shù)據(jù)模型，最后實(shí)例說(shuō)明了JDM2概念模型和邏輯模型描述數(shù)據(jù)的可行性，為物理數(shù)據(jù)規(guī)范的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。對(duì)推進(jìn)聯(lián)合論證工作具有一定的借鑒意義。

1 基礎(chǔ)理論

1.1 概念建模

概念模型是對(duì)真實(shí)世界中問(wèn)題域內(nèi)事物的描述，表征了待解釋系統(tǒng)的學(xué)科共享知識(shí)，是現(xiàn)實(shí)世界向信息世界的抽象。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，本體已經(jīng)成為了應(yīng)用最廣和最先進(jìn)的概念建模理論之一。本體一般定義為概念化明確的規(guī)范說(shuō)明。按照與領(lǐng)域的相關(guān)性劃分，可分為頂層本體、領(lǐng)域本體、任務(wù)本體和應(yīng)用本體4類。國(guó)際上有許多本體模型如上層知識(shí)本體（suggested upper merged ontology，SUMO）和WordNet等。本體一般采用本體語(yǔ)言描述，既包括專有語(yǔ)言又包括基于標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)言，主要有ISO24707、Cyc L、Gellish、IDEF5、RIF和OWL等。構(gòu)造本體的工具有OntoClean和protégé等［1215］。雖然上述語(yǔ)言工具繁多，但是都不利于人們交流，為此DM2采用了UML Profile的形式對(duì)概念進(jìn)行了精確描述。解放軍理工大學(xué)的孫智學(xué)教授團(tuán)隊(duì)對(duì)國(guó)內(nèi)C4ISR系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究，基于UML Profile定義了該領(lǐng)域的概念模型語(yǔ)言［16］，但是仍然難以滿足聯(lián)合論證工作的需求。

1.2 BORO、IDEAS和DM2

業(yè)務(wù)對(duì)象參考本體（business object reference ontology，BORO）組織認(rèn)為，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)異構(gòu)性源于人們?cè)跇?gòu)建數(shù)據(jù)時(shí)只認(rèn)識(shí)到領(lǐng)域內(nèi)的“特殊數(shù)據(jù)”，由于缺乏一種對(duì)客觀世界進(jìn)行抽象的頂層方法，“特殊數(shù)據(jù)”之間的信息孤島是難以消除的。因此，BORO組織基于ISO15926提出了業(yè)務(wù)對(duì)象參考本體流程，對(duì)現(xiàn)有的“特殊數(shù)據(jù)”進(jìn)行再工程，構(gòu)建了BORO本體［17］，業(yè)務(wù)對(duì)象參考本體流程如圖1所示。

圖1 業(yè)務(wù)對(duì)象參考本體流程

圖1 是基于四維時(shí)空觀的分類方法，即具有時(shí)空邊界的為個(gè)體，具有個(gè)體成員的為類，其他的為關(guān)系。如果將“特殊數(shù)據(jù)”的產(chǎn)生歸因于認(rèn)知不同，那么四維時(shí)空觀則是對(duì)客觀世界的本質(zhì)理解。正是在這一理念的基礎(chǔ)上，IDEAS小組參考了BORO和ISO15926構(gòu)建了IDEAS模型［18］，IDEAS頂層結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 IDEAS頂層結(jié)構(gòu)

圖2中，IDEAS將客觀事物分為個(gè)體、類和關(guān)系3種類型，定義了超子類、連接類等與領(lǐng)域無(wú)關(guān)的頂層本體。DM2和英國(guó)國(guó)防部元模型（ministry of defence meta-model，M3）都是在IDEAS指導(dǎo)下進(jìn)行構(gòu)建的［19］，DM2基礎(chǔ)規(guī)范如圖3所示。

圖3 DM2基礎(chǔ)規(guī)范

圖3 中，DM2基礎(chǔ)規(guī)范對(duì)IDEAS中的定義進(jìn)行了取舍，特別是關(guān)系類只采用了二元關(guān)系，其他如顏色規(guī)范、表示方法等基本相同。

結(jié)合上述內(nèi)容，可描述IDEAS，DM2、DoDAF2．0全視角中集成詞典AV-2視圖模型以及數(shù)據(jù)和信息視角中的概念數(shù)據(jù)模型DIV-1之間的關(guān)系，如圖4所示。

圖4 IDEAS、DM2、AV-2和DIV-1關(guān)系

圖4 中，IDEAS處于M0元元模型層，DM2屬于IDEAS的實(shí)例，是美國(guó)國(guó)防部6個(gè)核心業(yè)務(wù)過(guò)程的頂層本體；AV-2則是DM2的實(shí)例，是6個(gè)核心業(yè)務(wù)過(guò)程中具體領(lǐng)域和任務(wù)本體；DIV-1則是AV-2的實(shí)例，是具體的應(yīng)用本體。在美國(guó)國(guó)防部?jī)?nèi)部，人認(rèn)識(shí)層面的不確定性因?yàn)镈M2的同源而得到了消除。M3則是IDEAS的另一實(shí)例，由于篇幅有限，此處不再具體舉例。

2 聯(lián)合論證概念元模型

2.1 JDM2概念元模型

文獻(xiàn)［8］中聯(lián)合論證概念空間如圖5所示。圖中聯(lián)合論證空間由戰(zhàn)爭(zhēng)層次、組織和功能3個(gè)維度構(gòu)成。可以將戰(zhàn)爭(zhēng)層次維度分為戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)斗和格斗4個(gè)層次：戰(zhàn)略指頂層意圖；戰(zhàn)役是戰(zhàn)略的分解，是武器裝備體系能力的主要需求層；戰(zhàn)斗是戰(zhàn)役的分解，主要描述任務(wù)層的一到多個(gè)武器系統(tǒng)之間的交互協(xié)同；而格斗則是單個(gè)武器系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)層。武器裝備體系中的武器系統(tǒng)功能一般分為監(jiān)視、指揮控制（command and control，C2）和打擊3類，也是功能維度的主要層次。組織維度分為操縱、指揮和決策3個(gè)層次，操縱指調(diào)整武器系統(tǒng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)功能；指揮指控制武器系統(tǒng)協(xié)同形成決策者所需的武器裝備體系能力；決策者根據(jù)戰(zhàn)爭(zhēng)意圖實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)爭(zhēng)層次的變遷。

圖5 聯(lián)合論證空間

根據(jù)上述分析可知：作戰(zhàn)部門視角為戰(zhàn)爭(zhēng)層次-組織維，其概念主要來(lái)源于軍事領(lǐng)域中作戰(zhàn)、指揮和決策等部門對(duì)客觀世界的抽象；裝備部門的視角為戰(zhàn)爭(zhēng)層次-功能維，其概念主要來(lái)源于軍事領(lǐng)域中裝備論證、全壽命周期管理等部門對(duì)客觀世界的抽象；工業(yè)部門的視角為組織-功能維，其概念主要來(lái)源于不同學(xué)科領(lǐng)域?qū)娛骂I(lǐng)域的支持方面。而聯(lián)合論證工作涵蓋了上述所有工作。

從軍事裝備學(xué)科角度可將聯(lián)合論證數(shù)據(jù)分為環(huán)境、能力、用戶、作戰(zhàn)、資源、管理和公共7類。其中，環(huán)境指聯(lián)合論證對(duì)象之外的一切，包括威脅目標(biāo)、事件和論證對(duì)象無(wú)法更改的相關(guān)約束和支持條件等；能力指論證對(duì)象所應(yīng)具備適應(yīng)環(huán)境所需的能力；用戶指論證對(duì)象的使用者；作戰(zhàn)活動(dòng)指用戶使用論證對(duì)象適應(yīng)環(huán)境的活動(dòng)過(guò)程；資源指與作戰(zhàn)活動(dòng)相關(guān)的一切；管理指對(duì)資源的管理和使用，包括聯(lián)合論證活動(dòng)自身；公共指聯(lián)合論證的公共數(shù)據(jù)資源，如地理信息等。

綜合上述分析，結(jié)合聯(lián)合論證工作可構(gòu)建聯(lián)合論證概念元模型，如圖6所示。

圖6 聯(lián)合論證概念元模型

圖6 中用威脅、條件、活動(dòng)、資源和屬性元模型組對(duì)應(yīng)戰(zhàn)爭(zhēng)層次-組織維。其中威脅和條件屬于環(huán)境類數(shù)據(jù)，威脅可以分為威脅目標(biāo)和事件，條件可以分為規(guī)范人的法規(guī)、規(guī)范裝備的標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范交互的協(xié)議等；活動(dòng)屬于作戰(zhàn)類數(shù)據(jù)；資源和屬性同時(shí)屬于資源和管理類數(shù)據(jù)。威脅、條件、活動(dòng)、能力、指標(biāo)、資源對(duì)應(yīng)戰(zhàn)爭(zhēng)層次-功能維，其中指標(biāo)屬于管理和公共類數(shù)據(jù)。資源、項(xiàng)目、活動(dòng)和指標(biāo)則屬于功能-組織維，項(xiàng)目屬于管理和公共類數(shù)據(jù)。由于篇幅有限，文字定義此處不再詳述?？梢哉f(shuō)，圖6的聯(lián)合論證概念元模型從軍事裝備學(xué)角度對(duì)圖5聯(lián)合論證空間進(jìn)行了抽象，與論證工作以裝備角度認(rèn)知客觀世界的視角相符，因此可以作為聯(lián)合論證工作中的頂層本體。

2.2 JDM2邏輯建模

由于自然語(yǔ)言定義的概念在細(xì)節(jié)上仍然存在理解偏差的可能，因此需要對(duì)概念邏輯進(jìn)行建模。外軍認(rèn)為武器裝備論證就是關(guān)于武器裝備的概念研究，其他的諸如仿真則是戰(zhàn)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)中心研究的問(wèn)題。因此DM2只注重對(duì)數(shù)據(jù)的描述，缺乏對(duì)裝備等所處狀態(tài)的描述邏輯。而在聯(lián)合論證模式中，不僅要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行定義，更要進(jìn)行仿真和對(duì)工業(yè)部門提出具體指標(biāo)需求，需要對(duì)仿真過(guò)程中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述。因此，在借鑒DM2對(duì)JDM2進(jìn)行邏輯描述時(shí)，必須基于IDEAS規(guī)范對(duì)DM2基礎(chǔ)規(guī)范進(jìn)行修改。為滿足對(duì)狀態(tài)類數(shù)據(jù)的描述，基于IDEAS規(guī)范構(gòu)建的JDM2規(guī)范如圖7所示。

圖7 JDM2基礎(chǔ)規(guī)范

圖7 中，JDM2基礎(chǔ)規(guī)范在DM2基礎(chǔ)規(guī)范中增加了態(tài)勢(shì)關(guān)系。態(tài)勢(shì)關(guān)系是暫時(shí)的整體部分關(guān)系的子關(guān)系，連接事物和事物所處的狀態(tài)類數(shù)據(jù)。為保證圖7對(duì)圖6的邏輯嚴(yán)密性，下面借鑒BORO、IDEAS思維，從集合論角度對(duì)圖6的改進(jìn)部分進(jìn)行數(shù)學(xué)描述。首先定義四維空間R4為

式中，R4表示四維空間所有點(diǎn)的集合；S和T是四維空間的平面投影坐標(biāo)系中的2個(gè)坐標(biāo)。S＝（x，y，z）表示三維空間所有點(diǎn)的集合，其中，x、y和z是三維空間中的3個(gè)坐標(biāo)。T＝（t1，t2，…，tn）表示時(shí)間。x、y、z和t是（－∞，＋∞）的實(shí)數(shù)。

可定義四維空間中的事物O為

式中，O是四維空間中的超類；I是四維空間中的個(gè)體；C是類，為個(gè)體集的抽象；A是關(guān)系集合，是I和C內(nèi)部或者之間關(guān)系的集合。根據(jù)式（1）和BORO可定義

式（3）表示I中任何的i＝（x，y，z，t）都有某個(gè)映射f在四維空間中具有明確投影ξ，即如圖1中所示的具有明確的時(shí)空邊界。根據(jù)式（1）、BORO和式（2）可定義

式（4）表示C中任何的與c＝（x，y，z，t）相關(guān)的一切映射f在四維時(shí)空中都沒(méi)有明確的投影ξ，但是i?c且存在某個(gè)映射g，使得g（c）蘊(yùn)涵M成立。M是圖6中的屬性，可定義

式中，M指I所具有的有效特性集合。圖6中的狀態(tài)類E是在時(shí)間T中可被人們觀察到的M，因此E?M。值得注意的是，M和E是I的客觀存在。圖6中的指標(biāo)類K和需求類D則是不同類型的人對(duì)M和E的測(cè)度，為滿足不同類型人員對(duì)M的多視角分類，同時(shí)又能追溯到這些分類的公共類，可定義K為M的冪類

式（6）表示K為M的冪類，在一定范圍內(nèi)提供了一種構(gòu)建不同指標(biāo)體系的分類方法。如作戰(zhàn)部門關(guān)心武器裝備體系的運(yùn)用戰(zhàn)術(shù)，而裝備部門關(guān)心功能和性能，這2個(gè)不同的問(wèn)題采用式（6）可以獲得不同的指標(biāo)體系，而這2個(gè)指標(biāo)體系的公共類都是I的屬性M，保證同源的同時(shí)也滿足了從不同視角分析問(wèn)題的需求。同理，在一定時(shí)間范圍T內(nèi)D＝P（E），即不同類型的人在時(shí)間T內(nèi)對(duì)狀態(tài)的需求不同。根據(jù)式（1）和BORO可定義n元關(guān)系

式（7）表示A中的任何a是I、C內(nèi)或者I×C中的一個(gè)n元關(guān)系。

對(duì)個(gè)體、類和關(guān)系，特別是屬性、狀態(tài)、指標(biāo)和需求進(jìn)行數(shù)學(xué)說(shuō)明后，借鑒IDEAS和DM2思路，可構(gòu)建JDM2邏輯模型。描述戰(zhàn)爭(zhēng)層次-組織維的邏輯模型如圖8所示。

圖8中，在圖2模型中出現(xiàn)過(guò)的關(guān)系線沒(méi)有進(jìn)行標(biāo)注，唯一進(jìn)行標(biāo)注的關(guān)系有類實(shí)例。模型的類以＜IDEAS：類＞、＜IDEAS：個(gè)體類＞和＜IDEAS：關(guān)系類＞進(jìn)行了劃分，其中斜體字表示該類的父類，由于篇幅關(guān)系不方便表明超子類關(guān)系的，均以斜體字形式表明。圖8模型只是戰(zhàn)爭(zhēng)層次-組織維的頂層邏輯模型，還定義了一些需要繼續(xù)展開描述的細(xì)節(jié)邏輯模型，由于篇幅有限不再一一列舉。

值得注意的是，圖8是在2種分類法指導(dǎo)下構(gòu)建的，一種是按照?qǐng)D6聯(lián)合論證概念元模型分類方法對(duì)概念進(jìn)行分組，這樣做有利于保持概念的一致性；另一種是在圖1業(yè)務(wù)對(duì)象參考本體流程指導(dǎo)下，對(duì)概念所屬的類進(jìn)行分組，這樣做更貼近于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域思維，有利于指導(dǎo)構(gòu)建物理數(shù)據(jù)模型和物理數(shù)據(jù)交換規(guī)范。

圖8 JDM2戰(zhàn)爭(zhēng)層次-組織維邏輯模型

3 實(shí)例與數(shù)據(jù)驗(yàn)證

臨近空間高超聲速目標(biāo)（near space hypersonic target，NSHT）具有飛行速度快、打擊距離遠(yuǎn)和突防能力強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)NSHT目標(biāo)預(yù)警需要多個(gè)探測(cè)裝備協(xié)同完成。在聯(lián)合論證模式中，對(duì)NSHT預(yù)警裝備體系的論證必須建立在作戰(zhàn)、裝備和工業(yè)部門的統(tǒng)一認(rèn)知上，即消除3個(gè)部門間認(rèn)知的不確定性是開展聯(lián)合論證工作的基礎(chǔ)條件。

合理利用DoDAF2．0中的視圖模型可以有效地從多個(gè)視角分析同一問(wèn)題。假設(shè)3個(gè)部門描述的NSHT預(yù)警裝備作戰(zhàn)場(chǎng)景為：2014年5月8日12：00到2014年5月8日 12：30連續(xù)探測(cè)到NSHT目標(biāo)信號(hào)，根據(jù)相關(guān)情報(bào)推測(cè)該目標(biāo)從A點(diǎn)發(fā)射，對(duì)我B點(diǎn)威脅最大。探測(cè)到的信號(hào)顯示該目標(biāo)正在30 km高度處以3馬赫速度巡航飛行，根據(jù)飛行軌跡等綜合信息判斷該目標(biāo)為“獵鷹HTV-2”。

根據(jù)作戰(zhàn)場(chǎng)景可構(gòu)建OV-1高級(jí)作戰(zhàn)概念圖，如圖9所示。

選擇相關(guān)視圖模型對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析后，獲得體系結(jié)構(gòu)模型集。由于篇幅關(guān)系此處不在詳細(xì)舉例。根據(jù)體系結(jié)構(gòu)視圖模型，將涉及到的專業(yè)術(shù)語(yǔ)概念按照如圖6所示的聯(lián)合論證概念元模型進(jìn)行分組；然后按照如圖1所示的業(yè)務(wù)對(duì)象參考本體流程，對(duì)分組后的概念進(jìn)行分類；分類完成后，按照如圖7所示的基礎(chǔ)規(guī)范，理清體系結(jié)構(gòu)視圖模型中涉及到的專業(yè)術(shù)語(yǔ)概念之間的關(guān)系。如作戰(zhàn)場(chǎng)景描述中的HTV-2屬于目標(biāo)類，是目標(biāo)類NSHT子類中的一種子類，HTV-2在探測(cè)系統(tǒng)中的標(biāo)識(shí)符就是HTV-2的實(shí)例。HTV-2分類關(guān)系如表1所示。

圖9 高級(jí)作戰(zhàn)概念圖

表1 HTV-2分類關(guān)系表

表1按照?qǐng)D7中的超子類關(guān)系梳理了HTV-2與聯(lián)合論證概念元模型之間的映射關(guān)系。其他專業(yè)術(shù)語(yǔ)概念映射完成后，依托聯(lián)合論證概念元模型形成了概念體系，這個(gè)概念體系就是本次聯(lián)合論證過(guò)程中的概念模型。依托聯(lián)合論證概念元模型，多個(gè)聯(lián)合論證過(guò)程中的概念模型也能形成映射關(guān)系，這在頂層上保證了所有聯(lián)合論證工作概念的一致性。

可使用文獻(xiàn)［18］中的方法對(duì)如表1所示的概念數(shù)據(jù)關(guān)系進(jìn)行驗(yàn)證，由表1構(gòu)建的HTV-2超子類型關(guān)聯(lián)關(guān)系一致性驗(yàn)證矩陣為

分別檢查式（8）關(guān)系矩陣B中元素bij和bji的值，沒(méi)有存在bij＝bji＝1的情況，因此概念數(shù)據(jù)的超子類關(guān)系是一致的，不存在沖突。

概念數(shù)據(jù)分類與驗(yàn)證完成后，按照如圖5所示的聯(lián)合論證空間組織相關(guān)視圖模型。如作戰(zhàn)部門的視角為戰(zhàn)爭(zhēng)層次-組織維，HTV-2在這2個(gè)維度中只占據(jù)一個(gè)很小的部分，因此要對(duì)如圖8所示的戰(zhàn)爭(zhēng)層次-組織維邏輯模型進(jìn)行裁減，截取合適部分用以指導(dǎo)HTV-2相關(guān)數(shù)據(jù)的描述。

將與HTV-2相關(guān)的專業(yè)術(shù)語(yǔ)概念按照如圖1所示的方法分類完成后，按照文獻(xiàn)［18］方法再次進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證過(guò)程與上文相同，此處不在贅述。裁減如圖8所示的邏輯模型對(duì)HTV-2相關(guān)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的描述如圖10所示。

圖10 JDM2邏輯層描述的HTV-2（部分）

為了精確地統(tǒng)一3個(gè)部門之間的認(rèn)知，圖10中主要使用了命名類和指標(biāo)類等靜態(tài)概念對(duì)HTV-2平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行了描述。這種靜態(tài)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)是難以滿足作戰(zhàn)需求的。

同樣可采用如圖1所示的方法，對(duì)場(chǎng)景描述中的態(tài)勢(shì)信息進(jìn)行四維時(shí)空觀的分類。如場(chǎng)景描述的時(shí)間范圍是“2014年5月8日12：00到2014年5月8日12：30”，具有明確的時(shí)間范圍，因此這個(gè)時(shí)間段屬于個(gè)體，這個(gè)時(shí)間段里代表的30分鐘，就是“2014年5月8日12：00到2014年5月8日12：30”這個(gè)個(gè)體的類，個(gè)體與個(gè)體類之間是類實(shí)例關(guān)系。構(gòu)建如表1所示的關(guān)系表，并再次使用文獻(xiàn)［18］方法進(jìn)行驗(yàn)證。裁減如圖8所示的邏輯模型對(duì)時(shí)間相關(guān)的態(tài)勢(shì)信息描述如圖11所示。

圖11中，態(tài)勢(shì)時(shí)間和日歷時(shí)間是兩種不同的視角，其中日歷時(shí)間具有一般意義，屬于公共類數(shù)據(jù)；而態(tài)勢(shì)時(shí)間是作戰(zhàn)視角內(nèi)的時(shí)間，由于精度和格式等不同，相對(duì)于其他視角內(nèi)時(shí)間而言具有特殊性，因此屬于作戰(zhàn)類數(shù)據(jù)。圖11通過(guò)態(tài)勢(shì)時(shí)間與日歷時(shí)間之間的關(guān)系描述出了兩者之間的關(guān)系，更多視角下對(duì)時(shí)間的分類都可以采用這種方法進(jìn)行描述，這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于保證了各視角內(nèi)“特殊數(shù)據(jù)”之間的聯(lián)系。

圖11 JDM2邏輯層描述的作戰(zhàn)時(shí)間

構(gòu)建如圖10和圖11所示的模型可以指導(dǎo)構(gòu)建物理數(shù)據(jù)模型和采用統(tǒng)一標(biāo)記語(yǔ)言進(jìn)行描述，并在語(yǔ)義Web上實(shí)現(xiàn)共享。本實(shí)例模型的主要功能有：①提取體系結(jié)構(gòu)視圖模型中的相關(guān)概念并進(jìn)行映射，初步形成具有邏輯關(guān)系的概念模型；②按照四維時(shí)空觀對(duì)概念模型進(jìn)行分類，對(duì)概念指代的含義以實(shí)例的方式給出，按照計(jì)算機(jī)科學(xué)思路初步整理了概念和實(shí)例之間的邏輯關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)共享和開發(fā)物理數(shù)據(jù)模型打下了基礎(chǔ)。

4 總 結(jié)

本文借鑒國(guó)外體系結(jié)構(gòu)元模型經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)聯(lián)合論證空間構(gòu)建了JDM2和邏輯模型，主要工作有：

（1）全面分析了DoDAF2．0和DM2，介紹了BORO和IDEAS，從設(shè)計(jì)機(jī)理和具體工作方式上指出了DM2不適用于聯(lián)合論證工作的具體原因。根據(jù)聯(lián)合論證空間提出了構(gòu)建JDM2的思路。

（2）從軍事裝備學(xué)科角度對(duì)聯(lián)合論證數(shù)據(jù)進(jìn)行了分組，構(gòu)建了聯(lián)合論證概念元模型；并分析了作戰(zhàn)、裝備和工業(yè)部門視角內(nèi)的數(shù)據(jù)。

（3）根據(jù)聯(lián)合論證工作中需要對(duì)武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)描述的需求，對(duì)DM2基礎(chǔ)規(guī)范進(jìn)行了擴(kuò)展，形成了JDM2，并給出了邏輯模型示例。最后使用上述模型對(duì)NSHT預(yù)警裝備體系聯(lián)合論證相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單描述，驗(yàn)證了模型的可行性。

消除聯(lián)合論證工作中認(rèn)知不確定性是提高聯(lián)合論證工作效率的前提條件，對(duì)統(tǒng)一描述并共享武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)過(guò)程數(shù)據(jù)具有積極的推進(jìn)作用。后續(xù)將從兩個(gè)方面進(jìn)行深入研究：一是按照聯(lián)合論證空間，重新組織和改進(jìn)Do DAF2．0中的視圖模型，使其更符合聯(lián)合論證工作需求和邏輯關(guān)系；二是完善邏輯模型并開發(fā)物理數(shù)據(jù)交換規(guī)范，進(jìn)一步促進(jìn)聯(lián)合論證工作中的數(shù)據(jù)共享。

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Joint demonstration meta-model based on IDEAS

TAN Xian-si1，ZHU Gang2，WANG Hong1，BI Hong-kui1，GAO Ting3
（1.Department of Land-based Early Warning，Air Force Early Warning Academy，Wuhan 430019，China；2.Company of Postgraduate Management，Air Force Early Warning Academy，Wuhan 430019，China；3.Department of Scientific Research，Air Force Early Warning Academy，Wuhan 430019，China）

To unify the architecture data modeling in the joint demonstration pattern，joint demonstration meta-model（JDM2）is proposed based on international defense enterprise architecture specification（IDEAS）．Business object reference ontology（BORO），IDEAS and department of defense meta-model（DM2）are introduced，the causes that the DM2 do not apply to describe joint demonstration content and the merits of DM2’s three layers from the perspective of design mechanism are analyzed．The merits of DM2 are made up of conceptual data model（CDM），logical data model（LDM）and physical exchange schema（PES）．Finally，the conceptual data model and the logical data model in JDM2 are presented based on joint demonstration space，ontology theory，ideas of DM2 design and IDEAS．The JDM2 has been proved feasible with an example．

joint demonstration meta-model（JDM2）；department of defense meta-model（DM2）；international defense enterprise architecture specification（IDEAS）；ontology

E 917；TP 311

A

10．3969／j．issn．1001-506X．2015．01．15

譚賢四（1967-），男，教授，博士，主要研究方向?yàn)轶w系結(jié)構(gòu)技術(shù)、裝備論證。

E-mail：tanxs-hust＠163．com

朱 剛（1984-），通信作者，男，博士研究生，主要研究方向?yàn)轶w系結(jié)構(gòu)框架、裝備論證。

E-mail：zhug2008＠163．com

王紅（1962-），女，教授，主要研究方向?yàn)轶w系結(jié)構(gòu)技術(shù)、裝備論證。

E-mail：wanghong572g＠sina．com

畢紅葵（1964-），女，教授，主要研究方向?yàn)轶w系結(jié)構(gòu)技術(shù)、裝備論證。

E-mail：bhk001＠126．com

高 婷（1984-），女，博士研究生，主要研究方向?yàn)槲淦餮b備體系、模式識(shí)別。

E-mail：80944993＠qq．com

1001-506X（2015）01-0085-08

網(wǎng)址：www．sys-ele．com

2014- 03- 14；

2014- 05- 28；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期：2014- 08- 06。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址：http：／／w ww．cnki．net／kcms／detail／11．2422．TN．20140806．1621．010．html