本体理论及其在仿真想定校验中的应用研究

摘要：校验是仿真想定系统组成中的重要部分。该文在研究本体理论的基础上，结合本体的查询和推理机制，对基于本体的联合作战仿真想定校验进行了探讨。

关键词：本体；仿真想定；校验

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2009)04-0920-02

Research on Ontology and its Applications in Simulation Scenario Verification

CHEN Jian1, QIAO Shi-dong1, HUANG Jin-cai1, ZHANG Dian-xu2, LIANG Guo-qing1

(1.C4ISR Technology Key Lab, Department of Information and Management, NUDT, Changsha 410073, China; 2.Frontier Battalion Cadre Training, Urumqi 830000, China)

Abstract: Verification is the important part of simulation scenario system. On the base of research on ontology, this paper probes into simulation scenario verification of joint battle, with ontology querying and Inference.

Key words: ontology; simulation scenario; verification

1 引言

由于组织联合作战军事演习需要耗费大量的人力、物力和财力，因此仿真想定成为缩短联合作战训练与实战的距离，辅助军队研究联合作战的重要方法和途径。在作战仿真系统充分发展的同时，对仿真结果正确性的要求也越来越高，现有的仿真校验大多从模型的角度来检查验证，已经不能满足联合作战仿真想定校验的需求。从信息联通、部队编组、作战决策等决定战争的基本要素看，联合作战是建立在网络平台的基础上的作战行动，网络结构是对其进行组织、指挥、控制和管理的基本框架，因而本体（Ontology）因其处理复杂异构信息且更加灵活的特性，适用于对信息量大、结构复杂的联合作战仿真想定系统进行校验。为解决上述问题，本文将本体理论引合作战的仿真想定校验。

2 本体理论

本体的概念来源于哲学，即对客观存在本质的系统描述。1993年，T.R.Gruber将其定义为“Ontology 是概念模型的明确的规范说明”[1]，并得到了广泛认同。Studer等对上述两个定义进行了深入的研究[2],认为Ontology 是共享概念模型的明确的形式化规范说明。这一定义包含了4层含义:概念模型(conceptualization)、明确(explicit)、形式化(formal)和共享(share)。“概念模型”指通过抽象出客观世界中一些现象(Phenomenon) 的相关概念而得到的模型。概念模型所表现的含义独立于具体的环境状态。“明确”指所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义。“形式化”指Ontology是计算机可读的。“共享”指Ontology中体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认的概念集,即Ontology针对的是团体而非个体的共识。

本体现已广泛应用于知识工程、自然语言处理、数字图书馆、信息检索和Web异构信息的处理和面向对象设计等领域，被当作是人机交流的语义基础。特别是1998年万维网创始人Tim Berners-Lee等人首次提出语义网（Semantic Web）的概念并在2001年进一步给出了语义网的体系结构（如图1）后[3]，本体被公认为是语义Web实现的关键理论。

本体作用主要如下[4]：一是本体的分析澄清了领域知识的结构，从而为知识表示打好基础。本体可以重用，从而避免重复的领域知识分析。二是统一的术语和概念使知识共享成为可能。从本体的作用可以看出，它可以使想定领域的知识结构更加清晰，实例的描述更加统一，加上本体良好的查询推理机制，为实现仿真想定的校验提供了良好平台。

3 基于本体的仿真想定校验框架

基于本体的仿真想定，实质上是以本体作为领域内部不同主体之间进行交流（对话、互操作、共享等）的语义基础，并利用语义WEB本体语言（如OWL）建立仿真想定的形式化描述框架概念模型，如图2所示。

在此基础上进行的校验，实际上是在形式化描述代码基础上，对所建立本体模型的推理校验。与传统想定校验的“头痛医头，脚痛医脚”相比，本体语言具有更好的表达性、推理机制和可扩展性，更适合于复杂异构信息分散在不同战场空间的联合作战仿真校验。从图3可以看出，仿真想定的校验要在构建仿真想定的本体模型的基础上，归纳出仿真想定校验规则，再运用本体的查询和推理机制，采取分层校验方法，从语法层和语义层两个层次进行校验，得出推理结果后由想定用户进行修正。

4 仿真想定的校验方法

4.1 构建仿真想定本体

想定本体可以从军事领域的叙词表中转换，具体转换方法可参考文献[5]，本体的构建要整理出这一领域相关的主要概念，并归纳分类，然后定义类属性，最后创建实例。目前，本体的构建可以依靠工具来完成，构建本体的工具有两类，一类是基于AI的本体描述语言工具，另一类是基于WEB的本体描述语言工具。比较流行的基于WEB的工具是Protégé，它开放了源代码，提供了本体建设的基本功能，使用简单方便，有详细、友好的帮助文档，模块划分清晰，提供完全的API接口，因此，推荐使用Protégé来构建仿真想定本体。

4.2 归纳校验规则

仿真想定出现的错误一般可以归结为两类，一是语法层次的不匹配，二是语义层次的不匹配，因此，仿真想定校验的规则也应包含两个内容，一是本体语言的规则，一是领域规则，分别对应与仿真想定输入过程中出现的语法层次不匹配和语义层次不匹配两种情况。本体语言的规则是本体语言本身包含的规则，它是本体描述语言构建的知识库的固有属性，如rdfs:Class subclasses rdf:resource, rdfs:Property subclasses rdf:resource。领域规则是在领域内进行查询推理的过程中，为了防止领域内的知识冲突而建立的规则。例如在联合作战领域，我们就可以指定这样一条领域规则:“一个作战单位至少有一个指挥所”，也就是说当存在一个作战单位，但是作战单位没有指挥所，即出现错误。

4.3 运用本体查询推理机制校验

本体的查询推理机制目前应用比较广泛的领域是信息检索，仿真想定校验可以借用这种机制，将想定谋划和录入中出现的错误与规则库内的规则进行查询与推理，以达到校验错误的目的，仿真想定的校验分语法层和语义层。

语法层校验主要针对概念之间、概念与实例之间以及实例之间的关系，使其与建模人员的知识一致，主要用于检验建模过程的正确性。采取的方法为使用推理机引擎，运用描述逻辑（DL）进行校验，校验的内容体现在相容性判定和一致性判定，运用相容判定实现概念的自动分类，帮助建立合理正确的概念层次结构；运用一致性检测查验概念定义的冲突，验证知识表达的正确性。

语义层校验是用户在建立自定义推理规则的基础上，运用OWL查询语言如OWL-QL或SPARQL对本体和规则库进行匹配查询，并将冲突项提示用户，语义层校验的流程图如图4所示。

5 结束语

本体理论、作战仿真和想定校验的研究，目前都有相对成熟的理论，但将它们结合到一起的理论和应用并不多，特别是联合作战和军事仿真已经为现代战争的制胜点，仿真想定的校验又是确保军事仿真可信度的关键，因而，研究基于本体的仿真想定校验方法，在理论上具有一定先导性，而本体理论应用于仿真想定的校验，也为人与仿真系统的交互提供了共享的一致的理解，使得想定校验更加智能、效率更高、通用性和开放性更好。但作战领域本体的构建是基于本体的想定校验的基础，也是一项复杂的基础工程，必须相关专家的介入才能够完成，需要做大量的前期工作，给实现基于本体的想定校验带来了一定的难度。

参考文献：

[1] Gruber T R. A Translation Approach to Portable Ontologies[J]. Knowledge Acquisition,1993,5(2):199-220.

[2] 邓志鸿,唐世渭.Ontology研究综述[J].北京大学学报:自然科学版,2002(5):730-738.

[3] Berners-Lee T, Handler J,Lassila O. The Semantic web. Scientific American,2001,284(5):34-43.

[4] 梁晔,周海燕. 本体论与语义Web[J].北京联合大学学报:自然科学版,2007,67(3):39-43.

[5] 杜文华.本体的构建及其在数字图书馆中的应用研究[D].武汉大学,2005.