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)
軍事技術(shù)的發(fā)展使得現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)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(gè)國家,甚至包括海洋、太空在內(nèi)的范圍。我國更是一個(gè)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(duì)于海洋的開發(fā)利用需求,要求我國必須具備海戰(zhàn)場(chǎng)體系作戰(zhàn)能力。海戰(zhàn)場(chǎng)體系作戰(zhàn)具有戰(zhàn)場(chǎng)空間廣闊、環(huán)境影響復(fù)雜、作戰(zhàn)對(duì)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(tái)及兵力構(gòu)成等具有特殊性和獨(dú)立性[1-2]。海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源是海戰(zhàn)場(chǎng)體系作戰(zhàn)的基礎(chǔ),如何標(biāo)識(shí)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(chǎng)作戰(zhàn)的關(guān)鍵。
作戰(zhàn)資源是對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)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?jiǎng)趧?dòng)能力包括能服兵役的人口等物質(zhì)資源是對(duì)自然資源和物質(zhì)資料的總稱。
海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源是指應(yīng)用于海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)活動(dòng)的各類作戰(zhàn)資源的總體,主要包括硬件平臺(tái)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(chǎng)作戰(zhàn)資源主要描述海戰(zhàn)場(chǎng)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(cè)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(chǎng)作戰(zhàn)資源的標(biāo)識(shí)。
資源標(biāo)識(shí)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(duì)資源的統(tǒng)一認(rèn)知?,F(xiàn)行的資源標(biāo)識(shí)的技術(shù)主要有XML、RDF、本體技術(shù)、語義網(wǎng)技術(shù)等。
可擴(kuò)展標(biāo)記語言(XML)技術(shù)是進(jìn)行資源標(biāo)識(shí)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(shí)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(duì)XML 結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展,它用于可替代文檔類型定義和對(duì)可擴(kuò)展標(biāo)記語言文檔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述,是對(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)態(tài)變化等問題。
資源描述框架(RDF)技術(shù)是對(duì)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(duì)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(duì)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。
本體技術(shù)是采用本體對(duì)所要描述的資源進(jìn)行標(biāo)識(shí)的方法。對(duì)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(duì)領(lǐng)域知識(shí)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(shí)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(jiǎn)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。
語義網(wǎng)技術(shù)本質(zhì)是多種資源標(biāo)識(shí)技術(shù)和描述方法的綜合,借助于體系結(jié)構(gòu)的方法,對(duì)所要標(biāo)識(shí)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(shí)表現(xiàn)的綜合。從2001年第一個(gè)有關(guān)語義網(wǎng)的國際會(huì)議召開到去年在意大利羅馬舉行的Web年會(huì),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(duì)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(tái)、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(shí)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(gè)地方、同一個(gè)列表、同一個(gè)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(shí)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(duì)資源描述的規(guī)范性依次增強(qiáng),對(duì)于資源描述的成熟度依次提高。
表1 資源標(biāo)識(shí)技術(shù)對(duì)比表Tab.1 Comparison of resource identification technologies
綜上所述,基于海戰(zhàn)場(chǎng)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(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)技術(shù)。
海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)框架是進(jìn)行作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)框架,為海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)的依據(jù)。根據(jù)海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源特點(diǎn),基于語義網(wǎng)的作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)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(duì)海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)的框架進(jìn)行設(shè)計(jì)。
海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)框架是海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)的功能組織結(jié)構(gòu)。標(biāo)識(shí)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(shí)和應(yīng)用。如圖1所示。
圖1 海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)框架Fig.1 Framework of combat resource identification in sea-battle field
1)海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源層
海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源層是具體的海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源,依據(jù)海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源的分類技術(shù)對(duì)作戰(zhàn)資源進(jìn)行組織。資源層是進(jìn)行海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源描述模型設(shè)計(jì)和資源標(biāo)識(shí)的基礎(chǔ)。
2)海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)層
海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)層是海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源統(tǒng)一標(biāo)識(shí)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(chǎng)中的具體業(yè)務(wù)流程,獲取資源模型整體視圖。對(duì)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(duì)資源進(jìn)行本體實(shí)例化,形成資源本體實(shí)例化庫。對(duì)資源本體實(shí)例化庫的存儲(chǔ),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(chǎng)作戰(zhàn)資源應(yīng)用層。
海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源應(yīng)用層,是基于海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源統(tǒng)一標(biāo)識(shí)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(chǎng)綜合態(tài)勢(shì)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(cè)發(fā)現(xiàn)機(jī)制中的中介模式,對(duì)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(cè)與發(fā)現(xiàn)機(jī)制實(shí)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)訪問的重定位。
海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)框架是實(shí)現(xiàn)海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)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(shí)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(gè)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(duì)資源進(jìn)行實(shí)例化。最后利用對(duì)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(shí)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(duì)海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源進(jìn)行分類。在進(jìn)行海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)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(duì)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(duì)系統(tǒng)內(nèi)海戰(zhàn)場(chǎng)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(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的重點(diǎn),是采用語義網(wǎng)技術(shù)對(duì)海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源進(jìn)行標(biāo)識(shí)的過程。在資源建模的基礎(chǔ)上,通過對(duì)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(duì)各類資源標(biāo)識(shí)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(duì)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(duì)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(duì)所關(guān)注的資源進(jìn)行實(shí)例化,以統(tǒng)一的形式對(duì)資源進(jìn)行標(biāo)識(shí)和存儲(chǔ)。資源實(shí)例化有自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)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(shí)系統(tǒng)的頂層應(yīng)用。
資源標(biāo)識(shí)的研究已經(jīng)在商業(yè)、教育、軍事等多個(gè)領(lǐng)域展開,并取得眾多技術(shù)上的成果。海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源由于其自身特點(diǎn),使得現(xiàn)有的資源標(biāo)識(shí)框架不能完全滿足海戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)資源標(biāo)識(shí)的特殊要求。本文為更好地標(biāo)識(shí)海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源,在對(duì)資源標(biāo)識(shí)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)框架和實(shí)現(xiàn)流程。資源標(biāo)識(shí)框架的研究是進(jìn)行海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源標(biāo)識(shí)研究的基礎(chǔ)性工作,如何基于標(biāo)識(shí)框架實(shí)現(xiàn)海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)中資源管控、組織協(xié)同等具體應(yīng)用,達(dá)到對(duì)海戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)資源自動(dòng)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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