態(tài)勢感知-知識圖譜

1、一、態(tài)勢感知（SA）定義SA的正式定義是“對一定時間和空間環(huán)境中的元素的感知，對它們的含義的理解，并對他們稍后狀態(tài)的投影，態(tài)勢感知這個詞最早來自于軍隊飛行員的領(lǐng)域。對SA的正式定義分解為三個獨立的層次：Level1-對環(huán)境中的元素的感知Level2-對當(dāng)前形勢的理解（知識圖譜的主要應(yīng)用領(lǐng)域）Level3-未來狀況的投影決策S8R呂標(biāo)信宜址徨tn制）界土力for11矍竊!性個體囲素任務(wù)系統(tǒng)因素環(huán)境狀況的理解-”JL#WlJI一級：環(huán)境中元素的感知實現(xiàn)SA的第一步是感知環(huán)境中的相關(guān)元素的狀態(tài)，屬性和動態(tài)。對于每個域和作業(yè)類型，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，地形，系統(tǒng)狀態(tài)

2、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，和導(dǎo)航數(shù)據(jù)的任務(wù)相當(dāng)繁重。一個軍官需要探測敵人，平民和友軍的位置和行動，地形特征，障礙和天氣?？罩薪煌ü苤苹蚱囁緳C有一套不同的態(tài)勢感知。二級SA:現(xiàn)狀的理解實現(xiàn)良好SA的第二步是理解數(shù)據(jù)和線索對目標(biāo)和目的意味著什么。理解（第2級SA）基于不相交的1級元素的綜合，以及該信息與個人目標(biāo)的對照（圖2.3）o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現(xiàn)當(dāng)前目標(biāo)相關(guān)的重要性和意義。2級SA類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SA可能涉及理解在給定地點的行動報告，這意味著敵軍正在

3、附近集結(jié)?；蛘咚赡芤馕吨吹窖刂缆返能囕v軌道，并從那里確定什么類型的部隊和單位在軍官自己的部隊之前。通過理解數(shù)據(jù)塊的重要性，具有2級SA的個體將特定目標(biāo)相關(guān)的含義和意義與手頭的信息相關(guān)聯(lián)。三級SA:對未來狀態(tài)的映射旦人們知道這些元素是什么以及它們對于當(dāng)前目標(biāo)意味著什么，預(yù)測這些元素在（至少在短期內(nèi)）將做什么的能力構(gòu)成了3級SA。一個人只能通過了解情況（2級SA）以及他們正在使用的系統(tǒng)的功能和動態(tài)，達(dá)到3級SA。陸軍指揮官可以映射到敵方部隊接近的方向和他們自己的行動的可能影響，基于他們已經(jīng)生成的2級SA。飛行員和空中交通管制員積極工作，預(yù)測其他飛機的運動并提前預(yù)見問題。使用當(dāng)前情境理解來形成

4、預(yù)測需要對領(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)域的專家花費大量時間來形成3級SA,利用空余時間來生成這些預(yù)測。通過不斷地前向映射，他們能夠制定一套現(xiàn)成的戰(zhàn)略和對事件的反應(yīng)。這讓他們掌握主動，避免許多不期望的情況，并且當(dāng)各種事件發(fā)生時也非?？焖俚仨憫?yīng)。二、知識圖譜1知識圖譜的概念知識圖譜旨在描述真實世界中存在的各種實體或概念及其關(guān)系，其構(gòu)成一張巨大的語義網(wǎng)絡(luò)圖，節(jié)點表示實體或概念，邊則由屬性或關(guān)系構(gòu)成。實體：指的是具有可區(qū)別性且獨立存在的某種事物。如某一個人、某一個城市、某一種植物等、某一種商品等等。世界萬物有具體事物組成，此指實體。如圖1的“中國”、“

5、美國”、日本”等。，實體是知識圖譜中的最基本元素，不同的實體間存在不同的關(guān)系。語義類（概念）：具有同種特性的實體構(gòu)成的集合，如國家、民族、書籍、電腦等。概念主要指集合、類別、對象類型、事物的種類，例如人物、地理等。內(nèi)容：通常作為實體和語義類的名字、描述、解釋等，可以由文本、圖像、音視頻等來表達(dá)。屬性（值）：從一個實體指向它的屬性值。不同的屬性類型對應(yīng)于不同類型屬性的邊。屬性值主要指對象指定屬性的值。如圖1所示的“面積”、“人口”、“首都”是幾種不同的屬性。屬性值主要指對象指定屬性的值，例如960萬平方公里等。關(guān)系：形式化為一個函數(shù)，它把kk個點映射到一個布爾值。在知識圖譜上，關(guān)系則是個把kk個

6、圖節(jié)點（實體、語義類、屬性值）映射到布爾值的函數(shù)?；谌M是知識圖譜的一種通用表示方式，三元組的基本形式主要包括（實體1-關(guān)系-實體2）和（實體-屬性-屬性值）等。每個實體（概念的外延）可用一個全局唯一確定的ID來標(biāo)識，每個屬性-屬性值對（attribute-valuepair，AVP）可用來刻畫實體的內(nèi)在特性，而關(guān)系可用來連接兩個實體，刻畫它們之間的關(guān)聯(lián)。2知識圖譜的架構(gòu)知識圖譜的架構(gòu)包括自身的邏輯結(jié)構(gòu)以及構(gòu)建知識圖譜所采用的技術(shù)（體系）架構(gòu)。2.1知識圖譜的邏輯結(jié)構(gòu)知識圖譜在邏輯上可分為模式層與數(shù)據(jù)層兩個層次，數(shù)據(jù)層主要是由一系列的事實組成,而知識將以事實為單位進(jìn)行存儲。如果用（實體1，

7、關(guān)系，實體2）、（實體、屬性，屬性值）這樣的三元組來表達(dá)事實，可選擇圖數(shù)據(jù)庫作為存儲介質(zhì)，例如開源的Neo4j、Twitter的FlockDB、sones的GraphDB等。模式層構(gòu)建在數(shù)據(jù)層之上，是知識圖譜的核心，通常采用本體庫來管理知識圖譜的模式層。本體是結(jié)構(gòu)化知識庫的概念模板，通過本體庫而形成的知識庫不僅層次結(jié)構(gòu)較強，并且冗余程度較小。2.2知識圖譜的體系架構(gòu)圖1知識圖譜的技術(shù)架構(gòu)知識圖譜的體系架構(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)的部分為知識圖譜的構(gòu)建過程,也包含知識圖譜的更新過程。知識圖譜構(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)，采用一系列自動或者半

8、自動的技術(shù)手段，從原始數(shù)據(jù)庫和第三方數(shù)據(jù)庫中提取知識事實，并將其存入知識庫的數(shù)據(jù)層和模式層，這一過程包含：信息抽取、知識表示、知識融合、知識推理四個過程，每一次更新迭代均包含這四個階段。知識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圖譜定義好本體與數(shù)據(jù)模式，再將實體加入到知識庫。該構(gòu)建方式需要利用一些現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)化知識庫作為其基礎(chǔ)知識庫，例如Freebase項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放鏈接數(shù)據(jù)中提取出實體，選擇其中置信度較高的加入到知識庫，再構(gòu)建頂層的本體模式。目前，大多數(shù)知識

9、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知識庫?，F(xiàn)在也符合互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)內(nèi)容知識產(chǎn)生的特點。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，需要一定的知識積累，在建立戰(zhàn)場目標(biāo)知識庫基礎(chǔ)上，增加相關(guān)知識融合算法，實現(xiàn)知識迭代更新。本文以陸戰(zhàn)場目標(biāo)關(guān)系融合應(yīng)用為例，設(shè)計了關(guān)系融合的一般應(yīng)用模式，主要包括陸戰(zhàn)場目標(biāo)本體理解、機場本體建模和機場實體知識圖譜構(gòu)建三個部分。陸戰(zhàn)場目標(biāo)本體理解：陸戰(zhàn)場目標(biāo)包括機場、陣地、營地、基地、障礙物、人物和車輛等，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，對目標(biāo)進(jìn)行理解是第一步。充分利用人的

10、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)建出機場知識體系。從機場本體中心開始，按照基本信息、組成結(jié)構(gòu)、斷擴展和深入，逐步形成一個向周圍發(fā)散的樹狀圖。其中，同一層節(jié)點數(shù)表明思維的廣度，一個分支長度表明思維的深度，最終構(gòu)成機場本體完整認(rèn)知的一幅思維圖譜。機場本體思維圖譜如圖1所示，機場目標(biāo)知識圖譜如圖2所示。2）機場本體建模：基于本文本體構(gòu)建方法，對機場本體進(jìn)行建模。機場本體概念子類可分為軍用、民用和軍民用機場，關(guān)系包括部署、防御和保障等關(guān)系，如圖2上半部分（模式層）所示。3）機場實體知識圖譜構(gòu)建：根據(jù)建立的機場本體模型，針對結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化信息,按照關(guān)系融合過程進(jìn)行處理，構(gòu)

11、建機場實體知識圖譜，如圖2下半部分（數(shù)據(jù)層）所示。空對地攻擊飛機仃擊范價毀傷能力目標(biāo)標(biāo)識空中夫擊目標(biāo)位覽作戰(zhàn)樣式空中交故mu昔區(qū)油庫武器裝備庫塔臺指揮引導(dǎo)能力機場修復(fù)能力偵察預(yù)胃周邊防御防空火力地血部隊基本倍息日標(biāo)結(jié)構(gòu)使用部隊通動人員武器部署組成結(jié)構(gòu)作戰(zhàn)能力綜合保障地環(huán)境氣綏水文電繼環(huán)境T環(huán)境及彫響特種作戰(zhàn)地面口標(biāo)消火空降作戰(zhàn)任務(wù)空中偵察空中運輸兵力運用方法故斗活動方法火力運用方法偵察亍動方法敵機場動向趨勢兵力編成協(xié)同方法改擴建變化情況起降能力變化悄況通信保障電力保障通侑保障方法圖2機場本體思維圖譜3)代碼防御屬士保隱部隊武器機場代碼本體類世隸屬2001-09H本保衛(wèi)部署發(fā)射擊毀數(shù)量5016016006架數(shù)量56000114率亠、建設(shè)時間為機場)“-”-“”*內(nèi)碼丿廠方阿帕內(nèi)碼/、570001電力設(shè)施體系