基于知识元和系统六元的军事概念模型表示方法∗

肖雄城，崔翛龙

（武警工程大学，陕西 西安 710086）

目前，军队信息化程度不断深入，各个作战要素、作战单元的行动和彼此间的交互愈发频繁，情报、决策、控制及协调活动交织不断，新的战争形态对行动效率的要求逐渐升高，作战行动中复杂作战问题的求解已经不可能依靠单一模型或者手段来处理，需要的是多领域、多要素、多模型综合一体的体系对抗。于是，为了满足应对日趋复杂的作战活动的需要，支撑信息系统平台应用的模型需求有增无减。而作为对现实作战活动首次抽象的军事概念模型，成了接通现实中作战问题域和系统中平台应用集的唯一有效渠道。构建贴近实际、科学实用的军事概念模型才能促成系统平台中应用软件的高质量和高可信度，但是军事概念模型及其模型体系设计的过程中，出现了诸多问题，例如，由于对军事理论的熟悉程度不同，导致所建模型的粒度、关键要素和内容不一致；军事人员对军事概念模型及其需求的表达不够充分有效，致使技术人员无法完整得到实现模型所需的信息；各类人员解决作战问题的思路不同，造成最终研发的应用软件没有足够的应用价值。

从上述问题可知，军事概念模型设计过程中的主要矛盾是没有统一适用的军事概念模型表示方法，科学合理的模型表示方法可以消除军事概念模型在描述不一致、表达不充分、思路不相同等方面带来的设计阻碍。虽然知识元和系统六元理论在模型表示方面已经表现出良好效果，但两者各自还不足以单独适用于军事概念模型的表示。据此，本文提出基于知识元和系统六元相结合的军事概念模型表示方法，让各类人员能在一个标准统一、协调一致的视角和框架下研究作战问题和设计平台应用，增强彼此之间的知识对接，综合各方面的资源力量，促进信息化水平的进一步提升。

1 相关概念

1.1 知识元

当前，对知识元的概念依然没有达成统一的认识，但很多专家学者认为，知识元是表示客观事物的要素、属性及其相关特征的最基本的单元，一系列彼此关联的知识元构成了认知客观事物的全部知识，例如王延章［1-2］利用三元组表示知识元模型；Olejniczak［3］认为知识元是能够不断切分且表达知识内容的最小的独立知识单位；高继平［4］认为知识元是组成知识的基本单位和结构要素。

在用知识元表示模型的时候，表示方法通常采用王延章教授提出的基础知识元模型。基础知识元模型利用三元组表示其基本框架，其中，包括研究对象的属性名称、属性状态、属性状态映射关系三项；此外，还有属性及测度模型和属性关系模型对基础知识元框架模型进行具体描述，其分别运用数据特征、变量取值规律、输入输出状态集和映射函数加以表示。

采用知识元表示模型的时候，需要运用较多的数学知识，这无疑使得许多运用定性分析方法处理问题的军事人员感到相对困难，同时，也是导致以往提出的军事概念模型不足以给技术人员提供所需信息的缘故。然而，通过数学的表达方式使得所表示的对象更加简洁且便于转化给计算机处理，所以，在描述军事概念模型时需要对该表示方法扬长避短。

1.2 系统六元理论

系统六元理论，即系统六元抽象建模方法［5］，是柏彦奇教授提出的一种面向实体的模型方法理论，在描述模型的时候，将目标现实系统抽象为“任务、实体、状态、结构、行为、交互”等六个方面进行模型的表示。该理论最初是由孙王虎［6］将其引入军事概念模型的格式化描述；之后，唐凯［7-8］将系统六元进行了相应的改进，使之更适应于表示装备保障系统的仿真概念模型；唐新德［9］等采用系统六元的思想将军事想定抽象成具备六个元素的概念模型；杨丽娜［10］等以系统六元理论为理论基础描述电磁武器反无人机蜂群体系仿真概念模型所需要的完整信息和体系框架。

系统六元理论通过将一般系统抽象成六个元素，在一定程度上完整地描述了系统的各个方面，实现了对目标系统简明直观研究，通过一段时间的实践和丰富拓展，该理论成为解决系统工程中复杂问题的有效手段，更是成为在模型表示中被广泛采用的良好工具。但也要看到，在对模型进行对应六元的描述时，更多的是主观上的定性分析，缺乏规范化的表达和数学形式化的描述，导致对于同一个系统，即使完备精炼地提取出六个元素，在对这六个方面进行细致表达时，不同背景的研究主体可能会产生不同粒度、不同层次的阐述。因此，在描述军事概念模型时，应当对系统六元的表示方法融入符号化和形式化的处理过程，将其进行适当改进。

2 军事概念模型表示方法的共性结构

基于知识元和系统六元提出军事概念模型的模型表示方法，主要是要建立模型表示的通用表达形式，即要建立军事概念模型表示方法的共性结构，构建出一般的表示格式。在提出这个共性结构之前，先进行如下分析：1）军事概念模型适用于何种任务主要描述的是模型使用的条件，一种任务的出现会触发相应的条件，进而调用对应的模型；2）目标任务系统的功能，以及模型自身与其他模型、外界环境的交互都来源于模型的输出，即相关要素属性的输出状态，模型只有输出了所需的信息，才能与目标任务系统的相关功能相对应，也才能实现与外界和其他对象的交互；最后，模型表示在形式表达上需要偏向于军事人员的思维习惯，在内容关键点上会更贴近于技术人员的信息需求。故而，目标任务系统抽象成军事概念模型的过程如图1所示。

(2)仪器与试剂管理因素。临床检验的仪器未定期进行校正和核定,会对检验质量的准确性造成影响,使用的检验仪器质量不合格,注射器和容器不干燥、清洁度差、密封度差等均对检验质量造成影响,试剂过期、操作顺序颠倒也会对检验质量造成影响。

图1 目标任务系统和军事概念模型的关系

那么，设F代表军事概念模型表示的共性结构，m表示目标任务系统的军事概念模型M中一个具体模型，Cm为对应模型启用的条件，Nm为对应模型的要素集，Sm为对应模型各要素之间的关系（即结构），Am为对应模型中各要素的属性状态集，Pm为启用模型后的运行流程，Tm为相应属性状态之间的转化关系集。可以用如下一个元组来表示军事概念模型的共性结构：

2.1 模型启用的条件

模型启用条件描述的是作战单位、作战对象、战场环境和作战目标所共同决定的对应模型的特征要求和使用时机。模型启用条件的表示主要依据的是实现作战目标的作战单位，在面对不同作战对象，处于不同战场环境时应当采取的行动，这里行动的明确就对应着模型的特征要求和使用时机。在描述模型启用条件时，可以通过表格来表达［11］，如表1所示。

表1 模型启用条件表

2.2 模型的要素集

模型的要素主要是用于表示模型中具有多种状态并且与其他要素产生联系或者彼此相互影响的变量，模型通常具有多个变量，也就具备了多个要素，不同的要素代表了模型在这个方面的共性内容。模型的要素通常用模型概念中的关键词来表示，用集合来表示模型的要素集为

也可以用“要素（关键词）”的形式来表示，例如：运兵车（类型，核载人数，使用数量，单位成本）。

2.3 模型的结构

模型的结构描述的是模型为解决对应的问题或者提供相应的功能和信息时，构建自身包含的各种要素之间的彼此联系方式和内容，包括其所属要素的关键词、要素之间的次序和关联方式等。

如果将一个具体模型的要素基本框架即模型的结构用图形表达出来，则可以用矩形框表示每一个要素，用椭圆形框表示每一个关键词；要素之间有联系，就用粗实心线将表示要素的矩形框连接起来；要素所包含的关键词用细实心线与要素的矩形框连接起来；每个图形框和粗实心线上用文字注明相应的内容，同时，将要素按照不同层次由高到低、从上往下依次排列，同一层次的要素放置在一行，如图2所示。

图2 模型的结构

2.4 模型要素的属性状态集

用以表示模型各个要素的关键词描述的是各个要素的属性，即一个关键词代表一个属性，每一个属性在模型运行的时候会在多种状态之间转换，在不同情况下呈现不同的状态。因为模型通常是比较独立的有机整体，各个要素之间都有紧密的联系和影响［12］，所以各个属性状态之间也是相互对应，彼此产生关联。因此，用aij代表一个具体属性的某一个状态，其中i表示不同内容的属性，j表示同一个属性中的不同状态，由于每个属性之间有映射关系，各个状态之间有对应关系，所以属性状态集矩阵为

在具体的实际操作中，可以运用填写模型要素属性状态表来确定模型要素的各个属性状态，以指挥信息精准推送模型为例［13］，属性状态如表2所示。

表2 模型要素属性状态表

2.5 模型的运行流程

模型运行的流程主要指的是模型内部的信息流，即输入信息通过在模型内部各要素之间相继处理，在各个属性之间相互转换，得到最终的输出信息。模型的运行流程明确了各个要素之间协调运作的方式，构建了各个属性状态之间有序转换的次序，为最终实现对应的模型提供核心的参考依据。以指挥信息精准推送模型为例［14］，其模型的运行流程如图3所示。

图3 模型的运行流程

2.6 模型的转化关系集

在实际确定具体的转化关系集时，可以采用填写模型转化关系表实现对模型转化关系的描述，以指挥信息精准推送模型为例，转化关系如表3所示。

表3 模型的转化关系表

3 实例论证

本文以抗震救灾为例，根据提出的基于知识元和系统六元的军事概念模型表示方法来表达模型需求，描述需要构建的模型特征。那么，以下列出部分代表性内容仅做示例。

3.1 基本情况

20XX年X月X日，A地发生里氏震级8.0级地震，由于A地位于山区，有数个小乡镇零散分布，地震造成大面积房屋倒塌、山体滑坡和道路阻断。

事故发生后，应急指挥部立即启动应急响应，分析当前态势，迅速形成决心，协调处置力量，控制灾害蔓延，积极抢险救援。已知A地有a、b、c三支分队级救援力量，分布在不同地点，各自拥有数量不等的救援物资和器材，应急指挥部拥有指挥信息系统和完备的通联设施，a、b、c各救援力量车辆配备齐全。另有救援力量d、公安和民兵可以作为增援力量，但各自的驻地离灾区较远，且救援物资和器材配备不足，需要临时补充［17］。

3.2 军事概念模型设计

从任务基本情况可知，此次面对的任务是抗震救灾，要设计此任务过程中所需的模型，首先应判明模型适用条件，按照提出的模型表示方法，很容易提取对应的信息。故填写模型启用条件表，如表4所示。

表4 抗震救灾模型启用条件表

根据抗震救灾任务需求，应当分析模型具备的变量，即要素。在遂行抗震救灾任务过程中，所涉及的要素主要是灾情、救援兵力等方面的变量，故而只要是与遂行任务过程相关的动态变量都应作为模型的要素，通过各要素的关键词可确定模型的要素集为｛地理坐标，机动时间，…，物资数量｝。将要素集实例化得到以下结果（列出代表性内容仅做示例）［18］：

先期处置（地理坐标＝l ocat i on，机动路线＝r out e，数量＝N）；

增援力量（地理信息＝l ocat i on）；

灾害评估（受灾区域＝S，次生灾害＝t ext）；

友邻单位（友邻数量＝N1）；

增援路线（地理信息＝l ocat i on，路径优化＝o pt i mal_pat h）；

物资器材（器材种类＝t y pe，救援物资数量＝N2）。

根据上述确定的要素集，按照各个要素及其属性之间的关系，可得到模型的结构，如图4所示。

图4 抗震救灾模型结构图

然后，模型的每个变量会有不同的取值，即属性存在多种状态，军事人员在设计抗震救灾模型时需要将这些状态明确给技术人员，以便符合实际情况开展建模，故填写模型要素属性状态表，如表5所示。

表5 抗震救灾模型要素属性状态表

再者，模型运行的第一步是获取遂行当前任务的部队兵力信息、作战区域、灾情、事件态势和其他实时数据，将其输入以救援流程数据库为支撑的抗震救灾模型，在救援流程数据库中匹配出与以往战例相似的救援流程数据，并以救援流程相似度从大到小排列，按照设置的参数将前几条历史救援流程数据输入抗震救灾模型，或者直接匹配生成针对当前具体任务的相似救援流程数据，然后，结合抗震救灾模型的各方面要素进行调整完善，生成针对当前需要执行的具体任务的救援流程模型，最后，将输出的救援流程参考信息呈现在可视化窗口中，将流程中的关键任务信息按照时序进行推送和提示，并将此次执行任务生成的模型和数据归类整理收入救援流程数据库，从而让救援流程数据库在以后的运用中能有效地匹配出所需历史数据，供抗震救灾模型使用和指挥员参考。据此，绘制抗震救灾模型的运行流程图，如图5所示。

图5 抗震救灾模型的运行流程

最后，军事人员如果有特定的模型输出需求，即希望指定抗震救灾模型中某个要素的属性经过相应处理转化得到所需的信息，这就要求军事人员要明确列出属性的当前状态和期望达到的目标状态，故需要设计模型内各个属性状态的转化关系，如表6所示。

表6 抗震救灾模型的转化关系表

至此，军事人员就可以通过以上六个方面对所需要构建的抗震救灾模型的相关特征进行全面的表达，并以此为基础与技术人员进行有效的沟通交流，由于该表示方法所描述的内容涉及模型设计和实现的全过程和各个方面，所以在下一步模型实现的过程中，技术人员就可以根据这些表达出来的模型需求对抗震救灾模型进行针对性的建模、编程和封装。相比之前对模型需求进行单纯的定性描述或者仅仅是数学表达式的描述，该表示方法描述模型更加直观明了和易于军事人员理解掌握，最终指导技术人员设计的抗震救灾应用软件也能够充分满足军事人员遂行救灾任务过程中与信息系统功能及其模型相关的现实需要。

本文按照提出的军事概念模型表示方法设计并实现了诸多军事模型，这些模型支撑下的系统可视化界面如图6所示，体现了该表示方法的可行性和实用性。

图6 基于模型表示方法的系统可视化界面

4 结束语

军事概念模型是军事理论和实际战术战法的总结概括，构建军事概念模型是军事理论和实际战术战法转变为平台应用的必经之路，适用有效的军事概念模型表示方法可以充分拉近军事人员和技术人员的思维距离，促进彼此之间产生共鸣，让各类研究主体站在同一平台上，通过同一个视角研究军事问题，构建符合实际情况的概念模型，支撑设计出能有效服务军事人员自身的平台应用，极大提高信息化水平。故而，通过把知识元和系统六元相结合，探索出军事人员更易于理解掌握和操作使用的模型表示方法，为下一步模型的数学表达、编程封装和软件开发提供了核心支撑和基础支持。军事概念模型的构建需要以军事人员为主，但不能脱离对技术实现的考虑，军事人员同样需要兼顾软件设计的技术需求和客观实际，通过本文提出的军事概念模型表示方法就能够让军事人员有效地描述模型本身，表达模型需求和统一设计思路。