態(tài)勢感知-知識圖譜

./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-對當前形勢的理解〔知識圖譜的主要應用領域Level3-未來狀況的投影一級：環(huán)境中元素的感知實現SA的第一步是感知環(huán)境中的相關元素的狀態(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,系統狀態(tài)和警告燈,以及他們的相關特性。在駕駛艙里,持續(xù)監(jiān)控所有相關的系統和飛行數據,其他飛機,和導航數據的任務相當繁重。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。一個空中交通管制或汽車司機有一套不同的態(tài)勢感知。二級SA:現狀的理解實現良好SA的第二步是理解數據和線索對目標和目的意味著什么。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的對照〔圖2.3。它涉及集成許多數據以形成信息,并且優(yōu)先考慮組合信息與實現當前目標相關的重要性和意義。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,這意味著敵軍正在附近集結?；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。通過理解數據塊的重要性,具有2級SA的個體將特定目標相關的含義和意義與手頭的信息相關聯。三級SA：對未來狀態(tài)的映射一旦人們知道這些元素是什么以及它們對于當前目標意味著什么,預測這些元素在〔至少在短期內將做什么的能力構成了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的功能和動態(tài),達到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,基于他們已經生成的2級SA。飛行員和空中交通管制員積極工作,預測其他飛機的運動并提前預見問題。使用當前情境理解來形成預測需要對領域〔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苛刻的。許多領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測。通過不斷地前向映射,他們能夠制定一套現成的戰(zhàn)略和對事件的反應。這讓他們掌握主動,避免許多不期望的情況,并且當各種事件發(fā)生時也非常快速地響應。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系,其構成一張巨大的語義網絡圖,節(jié)點表示實體或概念,邊則由屬性或關系構成。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"、"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系。語義類〔概念：具有同種特性的實體構成的集合,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。屬性<值>:從一個實體指向它的屬性值。不同的屬性類型對應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。關系:形式化為一個函數,它把kk個點映射到一個布爾值。在知識圖譜上,關系則是一個把kk個圖節(jié)點<實體、語義類、屬性值>映射到布爾值的函數?；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來標識,每個屬性-屬性值對<attribute-valuepair,AVP>可用來刻畫實體的內在特性,而關系可用來連接兩個實體,刻畫它們之間的關聯。2.知識圖譜的架構知識圖譜的架構包括自身的邏輯結構以及構建知識圖譜所采用的技術〔體系架構。2.1知識圖譜的邏輯結構知識圖譜在邏輯上可分為模式層與數據層兩個層次,數據層主要是由一系列的事實組成,而知識將以事實為單位進行存儲。如果用<實體1,關系,實體2>、<實體、屬性,屬性值>這樣的三元組來表達事實,可選擇圖數據庫作為存儲介質,例如開源的Neo4j、Twitter的FlockDB、sones的GraphDB等。模式層構建在數據層之上,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。本體是結構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構較強,并且冗余程度較小。2.2知識圖譜的體系架構圖1知識圖譜的技術架構知識圖譜的體系架構是其指構建模式結構,如圖2.1所示。其中虛線框內的部分為知識圖譜的構建過程,也包含知識圖譜的更新過程。知識圖譜構建從最原始的數據〔包括結構化、半結構化、非結構化數據出發(fā),采用一系列自動或者半自動的技術手段,從原始數據庫和第三方數據庫中提取知識事實,并將其存入知識庫的數據層和模式層,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>兩種構建方式。自頂向下指的是先為知識圖譜定義好本體與數據模式,再將實體加入到知識庫。該構建方式需要利用一些現有的結構化知識庫作為其基礎知識庫,例如Freebase項目就是采用這種方式,它的絕大部分數據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據中提取出實體,選擇其中置信度較高的加入到知識庫,再構建頂層的本體模式。目前,大多數知識圖譜都采用自底向上的方式進行構建,其中最典型就是Google的KnowledgeVault和微軟的Satori知識庫?，F在也符合互聯網數據內容知識產生的特點。軍事應用示例：關系融合應用比傳統目標位置信息融合復雜,需要一定的知識積累,在建立戰(zhàn)場目標知識庫基礎上,增加相關知識融合算法,實現知識迭代更新。本文以陸戰(zhàn)場目標關系融合應用為例,設計了關系融合的一般應用模式,主要包括陸戰(zhàn)場目標本體理解、機場本體建模和機場實體知識圖譜構建三個部分。陸戰(zhàn)場目標本體理解：陸戰(zhàn)場目標包括機場、陣地、營地、基地、障礙物、人物和車輛等,表征目標的信息內容多樣、屬性元素超多且關系復雜,對目標進行理解是第一步。充分利用人的記憶、閱讀和思維規(guī)律,采用思維導圖將圖形、文字和顏色相結合,構建出機場知識體系。從機場本體中心開始,按照基本信息、組成結構、作戰(zhàn)能力、綜合保障、武器部署、周邊防御、環(huán)境及影響和動向趨勢8個子主題不斷擴展和深入,逐步形成一個向周圍發(fā)散的樹狀圖。其中,同一層節(jié)點數表明思維的廣度,一個分支長度表明思維的深度,最終構成機場本體完整認知的一幅思維圖譜。機場本體思維圖譜如圖1所示,機場目標知識圖譜如圖2所示。機場本體建模：基于本文本體構建方法,對機場本體