態(tài)勢(shì)感知-知識(shí)圖譜

./一、態(tài)勢(shì)感知〔SA定義SA的正式定義是"對(duì)一定時(shí)間和空間環(huán)境中的元素的感知,對(duì)它們的含義的理解,并對(duì)他們稍后狀態(tài)的投影,態(tài)勢(shì)感知這個(gè)詞最早來(lái)自于軍隊(duì)飛行員的領(lǐng)域。對(duì)SA的正式定義分解為三個(gè)獨(dú)立的層次：Level1-對(duì)環(huán)境中的元素的感知Level2-對(duì)當(dāng)前形勢(shì)的理解〔知識(shí)圖譜的主要應(yīng)用領(lǐng)域Level3-未來(lái)狀況的投影一級(jí)：環(huán)境中元素的感知實(shí)現(xiàn)SA的第一步是感知環(huán)境中的相關(guān)元素的狀態(tài),屬性和動(dòng)態(tài)。對(duì)于每個(gè)域和作業(yè)類(lèi)型,所需的要求是完全不同的。飛行員需要感知的要素,如其他飛機(jī),地形,系統(tǒng)狀態(tài)和警告燈,以及他們的相關(guān)特性。在駕駛艙里,持續(xù)監(jiān)控所有相關(guān)的系統(tǒng)和飛行數(shù)據(jù),其他飛機(jī),和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的任務(wù)相當(dāng)繁重。一個(gè)軍官需要探測(cè)敵人,平民和友軍的位置和行動(dòng),地形特征,障礙和天氣。一個(gè)空中交通管制或汽車(chē)司機(jī)有一套不同的態(tài)勢(shì)感知。二級(jí)SA:現(xiàn)狀的理解實(shí)現(xiàn)良好SA的第二步是理解數(shù)據(jù)和線索對(duì)目標(biāo)和目的意味著什么。理解〔第2級(jí)SA基于不相交的1級(jí)元素的綜合,以及該信息與個(gè)人目標(biāo)的對(duì)照〔圖2.3。它涉及集成許多數(shù)據(jù)以形成信息,并且優(yōu)先考慮組合信息與實(shí)現(xiàn)當(dāng)前目標(biāo)相關(guān)的重要性和意義。2級(jí)SA類(lèi)似于具有高水平的閱讀理解,而不是僅僅閱讀單詞。軍事指揮官的2級(jí)SA可能涉及理解在給定地點(diǎn)的行動(dòng)報(bào)告,這意味著敵軍正在附近集結(jié)?；蛘咚赡芤馕吨吹窖刂缆返能?chē)輛軌道,并從那里確定什么類(lèi)型的部隊(duì)和單位在軍官自己的部隊(duì)之前。通過(guò)理解數(shù)據(jù)塊的重要性,具有2級(jí)SA的個(gè)體將特定目標(biāo)相關(guān)的含義和意義與手頭的信息相關(guān)聯(lián)。三級(jí)SA：對(duì)未來(lái)狀態(tài)的映射一旦人們知道這些元素是什么以及它們對(duì)于當(dāng)前目標(biāo)意味著什么,預(yù)測(cè)這些元素在〔至少在短期內(nèi)將做什么的能力構(gòu)成了3級(jí)SA。一個(gè)人只能通過(guò)了解情況〔2級(jí)SA以及他們正在使用的系統(tǒng)的功能和動(dòng)態(tài),達(dá)到3級(jí)SA。陸軍指揮官可以映射到敵方部隊(duì)接近的方向和他們自己的行動(dòng)的可能影響,基于他們已經(jīng)生成的2級(jí)SA。飛行員和空中交通管制員積極工作,預(yù)測(cè)其他飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)并提前預(yù)見(jiàn)問(wèn)題。使用當(dāng)前情境理解來(lái)形成預(yù)測(cè)需要對(duì)領(lǐng)域〔高度發(fā)展的心理模型有非常好的理解,并且在心理上可能是相當(dāng)苛刻的。許多領(lǐng)域的專(zhuān)家花費(fèi)大量時(shí)間來(lái)形成3級(jí)SA,利用空余時(shí)間來(lái)生成這些預(yù)測(cè)。通過(guò)不斷地前向映射,他們能夠制定一套現(xiàn)成的戰(zhàn)略和對(duì)事件的反應(yīng)。這讓他們掌握主動(dòng),避免許多不期望的情況,并且當(dāng)各種事件發(fā)生時(shí)也非?？焖俚仨憫?yīng)。二、知識(shí)圖譜1.知識(shí)圖譜的概念知識(shí)圖譜旨在描述真實(shí)世界中存在的各種實(shí)體或概念及其關(guān)系,其構(gòu)成一張巨大的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)圖,節(jié)點(diǎn)表示實(shí)體或概念,邊則由屬性或關(guān)系構(gòu)成。實(shí)體:指的是具有可區(qū)別性且獨(dú)立存在的某種事物。如某一個(gè)人、某一個(gè)城市、某一種植物等、某一種商品等等。世界萬(wàn)物有具體事物組成,此指實(shí)體。如圖1的"中國(guó)"、"美國(guó)"、"日本"等。,實(shí)體是知識(shí)圖譜中的最基本元素,不同的實(shí)體間存在不同的關(guān)系。語(yǔ)義類(lèi)〔概念：具有同種特性的實(shí)體構(gòu)成的集合,如國(guó)家、民族、書(shū)籍、電腦等。概念主要指集合、類(lèi)別、對(duì)象類(lèi)型、事物的種類(lèi),例如人物、地理等。內(nèi)容:通常作為實(shí)體和語(yǔ)義類(lèi)的名字、描述、解釋等,可以由文本、圖像、音視頻等來(lái)表達(dá)。屬性<值>:從一個(gè)實(shí)體指向它的屬性值。不同的屬性類(lèi)型對(duì)應(yīng)于不同類(lèi)型屬性的邊。屬性值主要指對(duì)象指定屬性的值。如圖1所示的"面積"、"人口"、"首都"是幾種不同的屬性。屬性值主要指對(duì)象指定屬性的值,例如960萬(wàn)平方公里等。關(guān)系:形式化為一個(gè)函數(shù),它把kk個(gè)點(diǎn)映射到一個(gè)布爾值。在知識(shí)圖譜上,關(guān)系則是一個(gè)把kk個(gè)圖節(jié)點(diǎn)<實(shí)體、語(yǔ)義類(lèi)、屬性值>映射到布爾值的函數(shù)。基于三元組是知識(shí)圖譜的一種通用表示方式,三元組的基本形式主要包括<實(shí)體1-關(guān)系-實(shí)體2>和<實(shí)體-屬性-屬性值>等。每個(gè)實(shí)體<概念的外延>可用一個(gè)全局唯一確定的ID來(lái)標(biāo)識(shí),每個(gè)屬性-屬性值對(duì)<attribute-valuepair,AVP>可用來(lái)刻畫(huà)實(shí)體的內(nèi)在特性,而關(guān)系可用來(lái)連接兩個(gè)實(shí)體,刻畫(huà)它們之間的關(guān)聯(lián)。2.知識(shí)圖譜的架構(gòu)知識(shí)圖譜的架構(gòu)包括自身的邏輯結(jié)構(gòu)以及構(gòu)建知識(shí)圖譜所采用的技術(shù)〔體系架構(gòu)。2.1知識(shí)圖譜的邏輯結(jié)構(gòu)知識(shí)圖譜在邏輯上可分為模式層與數(shù)據(jù)層兩個(gè)層次,數(shù)據(jù)層主要是由一系列的事實(shí)組成,而知識(shí)將以事實(shí)為單位進(jìn)行存儲(chǔ)。如果用<實(shí)體1,關(guān)系,實(shí)體2>、<實(shí)體、屬性,屬性值>這樣的三元組來(lái)表達(dá)事實(shí),可選擇圖數(shù)據(jù)庫(kù)作為存儲(chǔ)介質(zhì),例如開(kāi)源的Neo4j、Twitter的FlockDB、sones的GraphDB等。模式層構(gòu)建在數(shù)據(jù)層之上,是知識(shí)圖譜的核心,通常采用本體庫(kù)來(lái)管理知識(shí)圖譜的模式層。本體是結(jié)構(gòu)化知識(shí)庫(kù)的概念模板,通過(guò)本體庫(kù)而形成的知識(shí)庫(kù)不僅層次結(jié)構(gòu)較強(qiáng),并且冗余程度較小。2.2知識(shí)圖譜的體系架構(gòu)圖1知識(shí)圖譜的技術(shù)架構(gòu)知識(shí)圖譜的體系架構(gòu)是其指構(gòu)建模式結(jié)構(gòu),如圖2.1所示。其中虛線框內(nèi)的部分為知識(shí)圖譜的構(gòu)建過(guò)程,也包含知識(shí)圖譜的更新過(guò)程。知識(shí)圖譜構(gòu)建從最原始的數(shù)據(jù)〔包括結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)出發(fā),采用一系列自動(dòng)或者半自動(dòng)的技術(shù)手段,從原始數(shù)據(jù)庫(kù)和第三方數(shù)據(jù)庫(kù)中提取知識(shí)事實(shí),并將其存入知識(shí)庫(kù)的數(shù)據(jù)層和模式層,這一過(guò)程包含：信息抽取、知識(shí)表示、知識(shí)融合、知識(shí)推理四個(gè)過(guò)程,每一次更新迭代均包含這四個(gè)階段。知識(shí)圖譜主要有自頂向下<top-down>與自底向上<bottom-up>兩種構(gòu)建方式。自頂向下指的是先為知識(shí)圖譜定義好本體與數(shù)據(jù)模式,再將實(shí)體加入到知識(shí)庫(kù)。該構(gòu)建方式需要利用一些現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)化知識(shí)庫(kù)作為其基礎(chǔ)知識(shí)庫(kù),例如Freebase項(xiàng)目就是采用這種方式,它的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)是從維基百科中得到的。自底向上指的是從一些開(kāi)放鏈接數(shù)據(jù)中提取出實(shí)體,選擇其中置信度較高的加入到知識(shí)庫(kù),再構(gòu)建頂層的本體模式。目前,大多數(shù)知識(shí)圖譜都采用自底向上的方式進(jìn)行構(gòu)建,其中最典型就是Google的KnowledgeVault和微軟的Satori知識(shí)庫(kù)?，F(xiàn)在也符合互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)內(nèi)容知識(shí)產(chǎn)生的特點(diǎn)。軍事應(yīng)用示例：關(guān)系融合應(yīng)用比傳統(tǒng)目標(biāo)位置信息融合復(fù)雜,需要一定的知識(shí)積累,在建立戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)知識(shí)庫(kù)基礎(chǔ)上,增加相關(guān)知識(shí)融合算法,實(shí)現(xiàn)知識(shí)迭代更新。本文以陸戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)關(guān)系融合應(yīng)用為例,設(shè)計(jì)了關(guān)系融合的一般應(yīng)用模式,主要包括陸戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)本體理解、機(jī)場(chǎng)本體建模和機(jī)場(chǎng)實(shí)體知識(shí)圖譜構(gòu)建三個(gè)部分。陸戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)本體理解：陸戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)包括機(jī)場(chǎng)、陣地、營(yíng)地、基地、障礙物、人物和車(chē)輛等,表征目標(biāo)的信息內(nèi)容多樣、屬性元素超多且關(guān)系復(fù)雜,對(duì)目標(biāo)進(jìn)行理解是第一步。充分利用人的記憶、閱讀和思維規(guī)律,采用思維導(dǎo)圖將圖形、文字和顏色相結(jié)合,構(gòu)建出機(jī)場(chǎng)知識(shí)體系。從機(jī)場(chǎng)本體中心開(kāi)始,按照基本信息、組成結(jié)構(gòu)、作戰(zhàn)能力、綜合保障、武器部署、周邊防御、環(huán)境及影響和動(dòng)向趨勢(shì)8個(gè)子主題不斷擴(kuò)展和深入,逐步形成一個(gè)向周?chē)l(fā)散的樹(shù)狀圖。其中,同一層節(jié)點(diǎn)數(shù)表明思維的廣度,一個(gè)分支長(zhǎng)度表明思維的深度,最終構(gòu)成機(jī)場(chǎng)本體完整認(rèn)知的一幅思維圖譜。機(jī)場(chǎng)本體思維圖譜如圖1所示,機(jī)場(chǎng)目標(biāo)知識(shí)圖譜如圖2所示。機(jī)場(chǎng)本體建模：基于本文本體構(gòu)建方法,對(duì)機(jī)場(chǎng)本體