海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識框架研究

韋 華，宋文賓

(1.海軍司令部第四部，北京100841;2.中國艦船研究院，北京100192)

0 引 言

軍事技術(shù)的發(fā)展使得現(xiàn)代戰(zhàn)爭范圍早已由冷兵器時(shí)代小范圍的局部地區(qū)，擴(kuò)展到整個國家，甚至包括海洋、太空在內(nèi)的范圍。我國更是一個擁有300 萬平方公里海洋國土的大國，復(fù)雜軍事環(huán)境以及對于海洋的開發(fā)利用需求，要求我國必須具備海戰(zhàn)場體系作戰(zhàn)能力。海戰(zhàn)場體系作戰(zhàn)具有戰(zhàn)場空間廣闊、環(huán)境影響復(fù)雜、作戰(zhàn)對象多元、作戰(zhàn)樣式多樣、力量運(yùn)用復(fù)雜、綜合保障困難等特點(diǎn)，其作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)范圍、作戰(zhàn)條件、作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)法規(guī)、作戰(zhàn)平臺及兵力構(gòu)成等具有特殊性和獨(dú)立性［1-2］。海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源是海戰(zhàn)場體系作戰(zhàn)的基礎(chǔ)，如何標(biāo)識作戰(zhàn)資源，使得資源合理、高效地規(guī)劃和管理，發(fā)揮最大體系作戰(zhàn)能力，成為海戰(zhàn)場作戰(zhàn)的關(guān)鍵。

1 海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源概念

作戰(zhàn)資源是對戰(zhàn)爭全局起重要作用的人力資源和物質(zhì)資源。人力資源是指具有必要勞動能力包括能服兵役的人口等物質(zhì)資源是對自然資源和物質(zhì)資料的總稱。

海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源是指應(yīng)用于海戰(zhàn)場作戰(zhàn)活動的各類作戰(zhàn)資源的總體，主要包括硬件平臺設(shè)備、軟件系統(tǒng)、信息、數(shù)據(jù)、環(huán)境、人員、保障、資源組織形式等。從綜合電子信息系統(tǒng)角度出發(fā)，海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源主要描述海戰(zhàn)場中具有一定獨(dú)立使用功能的系統(tǒng)、數(shù)據(jù)、設(shè)備等，主要包括探測設(shè)備、通信設(shè)備、武器、標(biāo)準(zhǔn)、保障信息、軟件等［4］。

本文從綜合電子信息系統(tǒng)角度研究海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源的標(biāo)識。

2 資源標(biāo)識技術(shù)研究

資源標(biāo)識的本質(zhì)是資源描述，通過資源描述實(shí)現(xiàn)人機(jī)、機(jī)器與機(jī)器、不同系統(tǒng)間對資源的統(tǒng)一認(rèn)知?，F(xiàn)行的資源標(biāo)識的技術(shù)主要有XML、RDF、本體技術(shù)、語義網(wǎng)技術(shù)等。

2.1 XML 技術(shù)

可擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML)技術(shù)是進(jìn)行資源標(biāo)識的一般性技術(shù)，由于其應(yīng)用廣泛、限制小、擴(kuò)展靈活等特點(diǎn)，使其成為資源標(biāo)識的常用技術(shù)之一。1998年2月，W3C 正式批準(zhǔn)了可擴(kuò)展標(biāo)記語言的標(biāo)準(zhǔn)定義。

XML 技術(shù)基于標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)，與HTML 類似，但XML 采用更加豐富的標(biāo)簽描述數(shù)據(jù)的每一成分，并借助XML 嵌套結(jié)構(gòu)定義各成分之間的關(guān)系。XML還將顯示與內(nèi)容區(qū)分開來，這使得XML 不僅能夠被計(jì)算機(jī)理解，而且同樣的內(nèi)容可以采用不同的風(fēng)格顯示給用戶。XML Schema 是對XML 結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，它用于可替代文檔類型定義和對可擴(kuò)展標(biāo)記語言文檔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，是對XML 中組件的擴(kuò)展，增強(qiáng)了XML的描述能力。

文獻(xiàn)［5］介紹了一種使用XML Schema 描述異構(gòu)服務(wù)的方法。通過XML Schema 對服務(wù)本身、服務(wù)調(diào)用、服務(wù)組合關(guān)系等描述，實(shí)現(xiàn)對異構(gòu)服務(wù)統(tǒng)一的描述，以此解決不能支持網(wǎng)絡(luò)上大量異構(gòu)服務(wù)的組裝;不能支持面向應(yīng)用需求的開發(fā);不能有效的控制服務(wù)組裝過程中的動態(tài)變化等問題。

2.2 RDF 技術(shù)

資源描述框架(RDF)技術(shù)是對資源進(jìn)行描述的一種技術(shù)，2004年2月成為W3C 標(biāo)準(zhǔn)。RDF 是現(xiàn)在流行的資源描述框架，一般采用三元組(< 資源，屬性，值>)的形式對本體中的實(shí)體進(jìn)行描述。RDF 是建立本體、執(zhí)行邏輯推理和描述Web 服務(wù)以及其他語義網(wǎng)行為的基礎(chǔ)。RDF 被設(shè)計(jì)為提供一種描述信息的通用方法，所描述的內(nèi)容可以被計(jì)算機(jī)讀取和理解。

基于RDF的擴(kuò)展RDFS (RDF Schema)是對RDF數(shù)據(jù)模型中所使用的詞匯擴(kuò)展。RDF 是允許用戶使用自己的詞匯描述資源的通用語言，用戶使用RDFS 定義專業(yè)領(lǐng)域的語義。

文獻(xiàn)［6］提出基于RDF的軍事網(wǎng)格資源描述方法，軍事網(wǎng)格技術(shù)是傳感器網(wǎng)格、信息網(wǎng)格和交戰(zhàn)網(wǎng)格的無縫綜合集成，是系統(tǒng)中的系統(tǒng)，網(wǎng)格中的網(wǎng)格，能夠覆蓋上至太空、下至海洋底部的廣闊立體空間，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀、多路由、可控制、多方式、端到端的互聯(lián)互通互操作。通過采用RDF 模型，統(tǒng)一描述多樣的和異構(gòu)的軍事網(wǎng)格資源。

2.3 本體技術(shù)

本體技術(shù)是采用本體對所要描述的資源進(jìn)行標(biāo)識的方法。對于本體的定義有很多，目前被大部分人公認(rèn)的定義是Gruber 在1994年提出的:“本體是關(guān)于共享概念的一致約定。共享概念包括用來對領(lǐng)域知識進(jìn)行建模的概念框架、需要互操作的主體之間用于交互的與內(nèi)容相關(guān)的協(xié)議，以及用于表示特定領(lǐng)域理論的共同約定。在知識共享的情況下，本體的形式特化為具有代表性的詞匯的定義。一種最簡單的形式是一種層次結(jié)構(gòu)，用來詳細(xì)描述類和它們之間的包含關(guān)系。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的框架也是一種本體，它用來描述能共享的數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)系和集成這些數(shù)據(jù)庫需遵循的約束”。Gruber 提出本體的創(chuàng)建原則:清晰，一致，可擴(kuò)展，編碼偏好程度最小，極小本體約定。

為實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上異種異構(gòu)的復(fù)雜信息資源有序化組織和互操作性服務(wù)與共享的目標(biāo)，文獻(xiàn)［7］研究了語義服務(wù)的元計(jì)算問題，提出了本體元建模理論和方法，并且給出了Health Level 7 領(lǐng)域本體與元模型設(shè)計(jì)的應(yīng)用。本體元建模為語義服務(wù)計(jì)算的實(shí)現(xiàn)提供了一條可行的路徑。

2.4 語義網(wǎng)技術(shù)

語義網(wǎng)技術(shù)本質(zhì)是多種資源標(biāo)識技術(shù)和描述方法的綜合，借助于體系結(jié)構(gòu)的方法，對所要標(biāo)識的資源進(jìn)行分層描述，從語法、語義、語用等逐漸深入。語義網(wǎng)的概念由萬維網(wǎng)聯(lián)盟的蒂姆·伯納斯- 李(Tim Berners- Lee)在1998年提出，實(shí)際上是基于很多現(xiàn)有技術(shù)的，也依賴于text-and-markup 與知識表現(xiàn)的綜合。從2001年第一個有關(guān)語義網(wǎng)的國際會議召開到去年在意大利羅馬舉行的Web年會，HP、IBM、微軟、富士通等大公司，斯坦福大學(xué)、馬里蘭大學(xué)、德國卡爾斯魯厄大學(xué)、英國曼徹斯特維多利亞大學(xué)等教育機(jī)構(gòu)都對語義網(wǎng)技術(shù)展開了廣泛深入的研究，開發(fā)出了Jena、KAON、Racer、Pellet 等一系列語義網(wǎng)技術(shù)開發(fā)應(yīng)用平臺、基于語義網(wǎng)技術(shù)的信息集成以及查詢、推理和本體編輯系統(tǒng)。

文獻(xiàn)［8］介紹了一種語義網(wǎng)技術(shù)在數(shù)字圖書館領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)文獻(xiàn)檢索的互操作方法。數(shù)字圖書館中存有豐富的、結(jié)構(gòu)化知識資源，為實(shí)現(xiàn)用戶高效獲取盡可能多而準(zhǔn)確的資源，Hollink 等學(xué)者研究如何將語義網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到跨檔案獲取中，即用戶可以從同一個地方、同一個列表、同一個界面獲取多種類型的資源。實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)不同組織體系之間的互操作問題，其中語法互操作和語義互操作最為重要。

4 種資源標(biāo)識技術(shù)的比較如表1所示。XML 技術(shù)、RDF 技術(shù)、本體技術(shù)和語義網(wǎng)技術(shù)描述能力依次減弱，但對資源描述的規(guī)范性依次增強(qiáng)，對于資源描述的成熟度依次提高。

表1 資源標(biāo)識技術(shù)對比表Tab.1 Comparison of resource identification technologies

綜上所述，基于海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源的特點(diǎn)、分類和應(yīng)用，考慮作戰(zhàn)資源種類及描述能力、規(guī)范性、適用范圍等方面的特點(diǎn)，本文選擇語義網(wǎng)技術(shù)作為海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識技術(shù)。

3 海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識框架設(shè)計(jì)

海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識框架是進(jìn)行作戰(zhàn)資源標(biāo)識系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)框架，為海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識的依據(jù)。根據(jù)海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源特點(diǎn)，基于語義網(wǎng)的作戰(zhàn)資源標(biāo)識方法，借鑒柵格計(jì)算技術(shù)參考模型(沙漏模型)和柵格計(jì)算實(shí)現(xiàn)框架［9］，采用分層體系結(jié)構(gòu)對海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識的框架進(jìn)行設(shè)計(jì)。

海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識框架是海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識的功能組織結(jié)構(gòu)。標(biāo)識框架分為資源層、標(biāo)志層和應(yīng)用層3 層，從底層到高層描述資源的分類，標(biāo)識和應(yīng)用。如圖1所示。

圖1 海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識框架Fig.1 Framework of combat resource identification in sea-battle field

1)海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源層

海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源層是具體的海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源，依據(jù)海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源的分類技術(shù)對作戰(zhàn)資源進(jìn)行組織。資源層是進(jìn)行海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源描述模型設(shè)計(jì)和資源標(biāo)識的基礎(chǔ)。

2)海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識層

海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識層是海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源統(tǒng)一標(biāo)識的關(guān)鍵，是資源建模、本體建模、實(shí)例化等過程的集合。資源建模過程使用面向?qū)ο蟮姆椒?，通過分析海戰(zhàn)場中的具體業(yè)務(wù)流程，獲取資源模型整體視圖。對資源本身屬性進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)資源屬性模型;分析各資源間的關(guān)系，設(shè)計(jì)資源間關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)資源建模過程。常用的資源建模工具有UML、Visio 等。

本體建模即本體構(gòu)建，是進(jìn)行領(lǐng)域本體建模的過程。常用的方法有骨架法、企業(yè)建模法、IDEF-5法等。使用本體構(gòu)建工具 (如protégé)進(jìn)行本體模型構(gòu)建。構(gòu)建完成，按照本體模型對資源進(jìn)行本體實(shí)例化，形成資源本體實(shí)例化庫。對資源本體實(shí)例化庫的存儲，根據(jù)具體需求，可以選擇使用數(shù)據(jù)庫、RDF 文件、OWL 文件等。資源本體訪問接口常采用Jena 提供的RDF和OWL訪問接口。

3)海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源應(yīng)用層。

海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源應(yīng)用層，是基于海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源統(tǒng)一標(biāo)識技術(shù)的具體應(yīng)用，例如傳感器資源監(jiān)控、武器狀態(tài)監(jiān)視、運(yùn)維保障、資源融合、戰(zhàn)場綜合態(tài)勢生成等，可以按需靈活實(shí)現(xiàn)。常用的實(shí)現(xiàn)框架有C/S 結(jié)構(gòu)、B/S 結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)。C/S 結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)處理與數(shù)據(jù)中心的解耦合，采用專用通信格式可以有效減少網(wǎng)絡(luò)帶寬的消耗;B/S 結(jié)構(gòu)具有更加廣泛的通用性，常采用SOAP 等服務(wù)協(xié)議進(jìn)行通信，使用者使用瀏覽器而不是專門的客戶端，不需要考慮系統(tǒng)兼容性等問題;分布式結(jié)構(gòu)使用服務(wù)注冊發(fā)現(xiàn)機(jī)制中的中介模式，對資源的訪問不是直接訪問資源中心，而是通過資源中心的服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)機(jī)制實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)訪問的重定位。

4 海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識框架實(shí)現(xiàn)流程

海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識框架是實(shí)現(xiàn)海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識系統(tǒng)的基本模型。依據(jù)框架設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)資源標(biāo)識系統(tǒng)的流程包括資源分類、資源建模、本體建模、資源實(shí)例化和應(yīng)用開發(fā)等5個步驟，如圖2所示。

實(shí)現(xiàn)流程借鑒了軟件工程中的模型開發(fā)過程，以資源分類為最初模型，通過不斷地需求分析和設(shè)計(jì)，進(jìn)行資源建模、本體建模，并依據(jù)建立的本體模型，對資源進(jìn)行實(shí)例化。最后利用對資源本體模型、資源實(shí)例提供的訪問接口，進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)。

圖2 實(shí)現(xiàn)流程Fig.2 Realization flow

1)資源分類。在明確要標(biāo)識的資源范圍的基礎(chǔ)上，根據(jù)資源特點(diǎn)和具體使用需求，選擇資源分類方法對海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源進(jìn)行分類。在進(jìn)行海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，涉及的資源數(shù)量種類可能差異很大，重點(diǎn)對關(guān)注的資源進(jìn)行分類。根據(jù)系統(tǒng)大小，各類資源數(shù)量等確定分類粒度。

2)資源建模。資源建模主要指資源建模方法，對系統(tǒng)內(nèi)海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源進(jìn)行理解、分析和建模的過程。資源建模方法根據(jù)具體的業(yè)務(wù)領(lǐng)域，環(huán)境等確定，常用的建模方法有面向?qū)ο蟮臉I(yè)務(wù)過程分析法、專家法等。

3)本體建模。本體建模過程是海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識系統(tǒng)的重點(diǎn)，是采用語義網(wǎng)技術(shù)對海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源進(jìn)行標(biāo)識的過程。在資源建模的基礎(chǔ)上，通過對所關(guān)注的資源屬性、約束、關(guān)系等進(jìn)行本體建模，形成對各類資源標(biāo)識的資源本體。作戰(zhàn)資源本體是依據(jù)作戰(zhàn)資源模型，進(jìn)行本體建模的結(jié)果，是對資源進(jìn)行描述的元數(shù)據(jù)框架，也是進(jìn)行作戰(zhàn)資源本體實(shí)例抽取的依據(jù)。作戰(zhàn)資源本體中規(guī)定了作戰(zhàn)資源的數(shù)據(jù)屬性、分類、關(guān)系屬性等。資源本體訪問接口是本體和實(shí)例訪問的程序接口，是對資源本體進(jìn)行訪問的途徑，通常資源本體訪問接口由選擇的資源本體構(gòu)建工具提供。

4)資源實(shí)例化。資源實(shí)例化是利用資源本體建模過程的成果，對所關(guān)注的資源進(jìn)行實(shí)例化，以統(tǒng)一的形式對資源進(jìn)行標(biāo)識和存儲。資源實(shí)例化有自動、半自動、手動等方法。

5)應(yīng)用開發(fā)。在資源本體建模和資源實(shí)例化的基礎(chǔ)上，利用統(tǒng)一的資源本體訪問接口，開發(fā)資源標(biāo)識系統(tǒng)的頂層應(yīng)用。

5 總結(jié)和展望

資源標(biāo)識的研究已經(jīng)在商業(yè)、教育、軍事等多個領(lǐng)域展開，并取得眾多技術(shù)上的成果。海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源由于其自身特點(diǎn)，使得現(xiàn)有的資源標(biāo)識框架不能完全滿足海戰(zhàn)場對資源標(biāo)識的特殊要求。本文為更好地標(biāo)識海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源，在對資源標(biāo)識技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識框架和實(shí)現(xiàn)流程。資源標(biāo)識框架的研究是進(jìn)行海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源標(biāo)識研究的基礎(chǔ)性工作，如何基于標(biāo)識框架實(shí)現(xiàn)海戰(zhàn)場作戰(zhàn)中資源管控、組織協(xié)同等具體應(yīng)用，達(dá)到對海戰(zhàn)場作戰(zhàn)資源自動化理解、基于任務(wù)的資源運(yùn)維調(diào)度等是我們未來的研究重點(diǎn)。

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