海战场作战资源标识框架研究

韦 华，宋文宾

(1.海军司令部第四部，北京100841;2.中国舰船研究院，北京100192)

0 引 言

军事技术的发展使得现代战争范围早已由冷兵器时代小范围的局部地区，扩展到整个国家，甚至包括海洋、太空在内的范围。我国更是一个拥有300 万平方公里海洋国土的大国，复杂军事环境以及对于海洋的开发利用需求，要求我国必须具备海战场体系作战能力。海战场体系作战具有战场空间广阔、环境影响复杂、作战对象多元、作战样式多样、力量运用复杂、综合保障困难等特点，其作战环境、作战范围、作战条件、作战样式、作战法规、作战平台及兵力构成等具有特殊性和独立性［1-2］。海战场作战资源是海战场体系作战的基础，如何标识作战资源，使得资源合理、高效地规划和管理，发挥最大体系作战能力，成为海战场作战的关键。

1 海战场作战资源概念

作战资源是对战争全局起重要作用的人力资源和物质资源。人力资源是指具有必要劳动能力包括能服兵役的人口等物质资源是对自然资源和物质资料的总称。

海战场作战资源是指应用于海战场作战活动的各类作战资源的总体，主要包括硬件平台设备、软件系统、信息、数据、环境、人员、保障、资源组织形式等。从综合电子信息系统角度出发，海战场作战资源主要描述海战场中具有一定独立使用功能的系统、数据、设备等，主要包括探测设备、通信设备、武器、标准、保障信息、软件等［4］。

本文从综合电子信息系统角度研究海战场作战资源的标识。

2 资源标识技术研究

资源标识的本质是资源描述，通过资源描述实现人机、机器与机器、不同系统间对资源的统一认知。现行的资源标识的技术主要有XML、RDF、本体技术、语义网技术等。

2.1 XML 技术

可扩展标记语言(XML)技术是进行资源标识的一般性技术，由于其应用广泛、限制小、扩展灵活等特点，使其成为资源标识的常用技术之一。1998年2月，W3C 正式批准了可扩展标记语言的标准定义。

XML 技术基于标签实现，与HTML 类似，但XML 采用更加丰富的标签描述数据的每一成分，并借助XML 嵌套结构定义各成分之间的关系。XML还将显示与内容区分开来，这使得XML 不仅能够被计算机理解，而且同样的内容可以采用不同的风格显示给用户。XML Schema 是对XML 结构的扩展，它用于可替代文档类型定义和对可扩展标记语言文档的结构进行描述，是对XML 中组件的扩展，增强了XML的描述能力。

文献［5］介绍了一种使用XML Schema 描述异构服务的方法。通过XML Schema 对服务本身、服务调用、服务组合关系等描述，实现对异构服务统一的描述，以此解决不能支持网络上大量异构服务的组装;不能支持面向应用需求的开发;不能有效的控制服务组装过程中的动态变化等问题。

2.2 RDF 技术

资源描述框架(RDF)技术是对资源进行描述的一种技术，2004年2月成为W3C 标准。RDF 是现在流行的资源描述框架，一般采用三元组(< 资源，属性，值>)的形式对本体中的实体进行描述。RDF 是建立本体、执行逻辑推理和描述Web 服务以及其他语义网行为的基础。RDF 被设计为提供一种描述信息的通用方法，所描述的内容可以被计算机读取和理解。

基于RDF的扩展RDFS (RDF Schema)是对RDF数据模型中所使用的词汇扩展。RDF 是允许用户使用自己的词汇描述资源的通用语言，用户使用RDFS 定义专业领域的语义。

文献［6］提出基于RDF的军事网格资源描述方法，军事网格技术是传感器网格、信息网格和交战网格的无缝综合集成，是系统中的系统，网格中的网格，能够覆盖上至太空、下至海洋底部的广阔立体空间，实现网状、多路由、可控制、多方式、端到端的互联互通互操作。通过采用RDF 模型，统一描述多样的和异构的军事网格资源。

2.3 本体技术

本体技术是采用本体对所要描述的资源进行标识的方法。对于本体的定义有很多，目前被大部分人公认的定义是Gruber 在1994年提出的:“本体是关于共享概念的一致约定。共享概念包括用来对领域知识进行建模的概念框架、需要互操作的主体之间用于交互的与内容相关的协议，以及用于表示特定领域理论的共同约定。在知识共享的情况下，本体的形式特化为具有代表性的词汇的定义。一种最简单的形式是一种层次结构，用来详细描述类和它们之间的包含关系。关系数据库的框架也是一种本体，它用来描述能共享的数据库之间的关系和集成这些数据库需遵循的约束”。Gruber 提出本体的创建原则:清晰，一致，可扩展，编码偏好程度最小，极小本体约定。

为实现互联网上异种异构的复杂信息资源有序化组织和互操作性服务与共享的目标，文献［7］研究了语义服务的元计算问题，提出了本体元建模理论和方法，并且给出了Health Level 7 领域本体与元模型设计的应用。本体元建模为语义服务计算的实现提供了一条可行的路径。

2.4 语义网技术

语义网技术本质是多种资源标识技术和描述方法的综合，借助于体系结构的方法，对所要标识的资源进行分层描述，从语法、语义、语用等逐渐深入。语义网的概念由万维网联盟的蒂姆·伯纳斯- 李(Tim Berners- Lee)在1998年提出，实际上是基于很多现有技术的，也依赖于text-and-markup 与知识表现的综合。从2001年第一个有关语义网的国际会议召开到去年在意大利罗马举行的Web年会，HP、IBM、微软、富士通等大公司，斯坦福大学、马里兰大学、德国卡尔斯鲁厄大学、英国曼彻斯特维多利亚大学等教育机构都对语义网技术展开了广泛深入的研究，开发出了Jena、KAON、Racer、Pellet 等一系列语义网技术开发应用平台、基于语义网技术的信息集成以及查询、推理和本体编辑系统。

文献［8］介绍了一种语义网技术在数字图书馆领域实现文献检索的互操作方法。数字图书馆中存有丰富的、结构化知识资源，为实现用户高效获取尽可能多而准确的资源，Hollink 等学者研究如何将语义网技术应用到跨档案获取中，即用户可以从同一个地方、同一个列表、同一个界面获取多种类型的资源。实现这一技术的关键是实现不同组织体系之间的互操作问题，其中语法互操作和语义互操作最为重要。

4 种资源标识技术的比较如表1所示。XML 技术、RDF 技术、本体技术和语义网技术描述能力依次减弱，但对资源描述的规范性依次增强，对于资源描述的成熟度依次提高。

表1 资源标识技术对比表Tab.1 Comparison of resource identification technologies

综上所述，基于海战场作战资源的特点、分类和应用，考虑作战资源种类及描述能力、规范性、适用范围等方面的特点，本文选择语义网技术作为海战场作战资源标识技术。

3 海战场作战资源标识框架设计

海战场作战资源标识框架是进行作战资源标识系统设计的基础框架，为海战场作战资源标识的依据。根据海战场作战资源特点，基于语义网的作战资源标识方法，借鉴栅格计算技术参考模型(沙漏模型)和栅格计算实现框架［9］，采用分层体系结构对海战场作战资源标识的框架进行设计。

海战场作战资源标识框架是海战场作战资源标识的功能组织结构。标识框架分为资源层、标志层和应用层3 层，从底层到高层描述资源的分类，标识和应用。如图1所示。

图1 海战场作战资源标识框架Fig.1 Framework of combat resource identification in sea-battle field

1)海战场作战资源层

海战场作战资源层是具体的海战场作战资源，依据海战场作战资源的分类技术对作战资源进行组织。资源层是进行海战场作战资源描述模型设计和资源标识的基础。

2)海战场作战资源标识层

海战场作战资源标识层是海战场作战资源统一标识的关键，是资源建模、本体建模、实例化等过程的集合。资源建模过程使用面向对象的方法，通过分析海战场中的具体业务流程，获取资源模型整体视图。对资源本身属性进行分析，设计资源属性模型;分析各资源间的关系，设计资源间关系模型，实现资源建模过程。常用的资源建模工具有UML、Visio 等。

本体建模即本体构建，是进行领域本体建模的过程。常用的方法有骨架法、企业建模法、IDEF-5法等。使用本体构建工具 (如protégé)进行本体模型构建。构建完成，按照本体模型对资源进行本体实例化，形成资源本体实例化库。对资源本体实例化库的存储，根据具体需求，可以选择使用数据库、RDF 文件、OWL 文件等。资源本体访问接口常采用Jena 提供的RDF和OWL访问接口。

3)海战场作战资源应用层。

海战场作战资源应用层，是基于海战场作战资源统一标识技术的具体应用，例如传感器资源监控、武器状态监视、运维保障、资源融合、战场综合态势生成等，可以按需灵活实现。常用的实现框架有C/S 结构、B/S 结构、分布式结构。C/S 结构可以实现业务处理与数据中心的解耦合，采用专用通信格式可以有效减少网络带宽的消耗;B/S 结构具有更加广泛的通用性，常采用SOAP 等服务协议进行通信，使用者使用浏览器而不是专门的客户端，不需要考虑系统兼容性等问题;分布式结构使用服务注册发现机制中的中介模式，对资源的访问不是直接访问资源中心，而是通过资源中心的服务注册与发现机制实现，实现访问的重定位。

4 海战场作战资源标识框架实现流程

海战场作战资源标识框架是实现海战场作战资源标识系统的基本模型。依据框架设计和实现资源标识系统的流程包括资源分类、资源建模、本体建模、资源实例化和应用开发等5个步骤，如图2所示。

实现流程借鉴了软件工程中的模型开发过程，以资源分类为最初模型，通过不断地需求分析和设计，进行资源建模、本体建模，并依据建立的本体模型，对资源进行实例化。最后利用对资源本体模型、资源实例提供的访问接口，进行应用程序开发。

图2 实现流程Fig.2 Realization flow

1)资源分类。在明确要标识的资源范围的基础上，根据资源特点和具体使用需求，选择资源分类方法对海战场作战资源进行分类。在进行海战场作战资源标识系统设计过程中，涉及的资源数量种类可能差异很大，重点对关注的资源进行分类。根据系统大小，各类资源数量等确定分类粒度。

2)资源建模。资源建模主要指资源建模方法，对系统内海战场作战资源进行理解、分析和建模的过程。资源建模方法根据具体的业务领域，环境等确定，常用的建模方法有面向对象的业务过程分析法、专家法等。

3)本体建模。本体建模过程是海战场作战资源标识系统的重点，是采用语义网技术对海战场作战资源进行标识的过程。在资源建模的基础上，通过对所关注的资源属性、约束、关系等进行本体建模，形成对各类资源标识的资源本体。作战资源本体是依据作战资源模型，进行本体建模的结果，是对资源进行描述的元数据框架，也是进行作战资源本体实例抽取的依据。作战资源本体中规定了作战资源的数据属性、分类、关系属性等。资源本体访问接口是本体和实例访问的程序接口，是对资源本体进行访问的途径，通常资源本体访问接口由选择的资源本体构建工具提供。

4)资源实例化。资源实例化是利用资源本体建模过程的成果，对所关注的资源进行实例化，以统一的形式对资源进行标识和存储。资源实例化有自动、半自动、手动等方法。

5)应用开发。在资源本体建模和资源实例化的基础上，利用统一的资源本体访问接口，开发资源标识系统的顶层应用。

5 总结和展望

资源标识的研究已经在商业、教育、军事等多个领域展开，并取得众多技术上的成果。海战场作战资源由于其自身特点，使得现有的资源标识框架不能完全满足海战场对资源标识的特殊要求。本文为更好地标识海战场作战资源，在对资源标识技术研究的基础上，设计海战场作战资源标识框架和实现流程。资源标识框架的研究是进行海战场作战资源标识研究的基础性工作，如何基于标识框架实现海战场作战中资源管控、组织协同等具体应用，达到对海战场作战资源自动化理解、基于任务的资源运维调度等是我们未来的研究重点。

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