指挥控制与通信
面向知识活动的指挥信息系统体系结构框架 *
张兆晨，王俊，周光霞
(中国电科第28研究所 信息系统工程重点实验室，江苏 南京 210007)
摘要 ：未来战场上知识的高效处理运用将在态势感知、指挥决策、行动控制中涌现作战效能，智能化指挥信息系统设计与构建需要以知识为中心的体系结构框架指导和规范。探讨知识活动作用机理，提出面向知识活动的体系结构框架，由此引出知识视角及其设计过程，以反导作战筹划为实例，重点阐述了知识视角在指挥信息系统体系结构设计中的应用过程，验证了知识视角的可行性和有效性。
关键词 ：指挥信息系统；体系结构；框架；知识活动；知识视角；智能化
0 引言
体系结构是对复杂系统一种较高层次的抽象。体系结构框架是体系结构设计的顶层架构和概念模型，是体系结构描述和集成的统一方法，它提供了开发和描述体系结构的规则、指南和产品模型[1]。以“适应环境”[2]为特征的第三次人工智能浪潮[3]，推动了指挥信息系统的自主学习、智能决策的能力生成，使其成为现代战争的“中枢神经”和“大脑”[4]，感知战场情报、预测战场态势，洞察战争走向，主导战争演变。当前DoDAF2.0(department of defense architecture framework),MoDAF1.2(British ministry of defense architecture framework)等主流体系结构框架主要关注系统在物理域、信息域的组成和行为描述，而以智能化为特征的新一代指挥信息系统的构建要求体系结构描述上升到认知域和社会域，充分发挥系统智能决策与人机协作能力。
本文提出一套面向知识活动的指挥信息系统体系结构框架，聚焦知识在感知、决策、控制中涌现出的作用，形成描述知识能力需求，以及知识发现、融合、运用、演化活动过程和活动效果的统一方法，为智能处理、敏捷适变的指挥信息系统体系结构开发提供顶层指导规范。
1 体系结构框架构建理念
信息主导理论[5]认为，信息活动环驱动业务活动环，信息活动的效果产生能力。在信息主导机理的基础上进一步提出知识活动作用机理,如图1所示，即知识活动是驱动智能化业务活动的核心动力，是业务活动环的“加速度”，知识活动的效能发挥能够提升业务活动的速度和精度。知识活动效果产生“智慧力”，即通过知识的提取、融合、运用等过程，涌现形成系统智能感知、决策、行动的能力，体现系统的“聪明”程度，而信息活动为知识活动效果的发挥提供信息汇聚、融合、更新等服务。知识活动将信息优势转化为决策优势，最终推动智能化的OODA(observe orient decide act)业务活动，形成行动优势。
(1) 侦察目标信息，进行信息分层聚类，挖掘信息内部的关联、变化趋势，提取与目标、行为、意图相关的知识。
南五味子药材及饮片包括南五味子、醋南五味子、制（炙）南五味子、蒸南五味子、酒南五味子和蜜南五味子，共计125批。其中95批南五味子和22批醋南五味子分别按《中国药典》（2010年版第一增补本）检验性状、鉴别项，均符合规定，合格率100%；另有蜜南五味子3批、蒸南五味子2批、制五味子1批、炙五味子1批和酒五味子1批，分别采用相应的上海、宁夏、天津、浙江、河南、湖南、青海和甘肃省的炮制规范检验，均符合规定，合格率100%。
(2) 对知识进行关联、推理，构建知识图谱[6]，实现对环境的认知、对意图的预测能力。
如果只到问题4结束，将来可能会有不少学生认为，倒序相加法就是等差数列求和公式推导的专用方法，需要通过问题4-1帮助学生厘清这里的逻辑关系，需要让他们回顾思考用倒序相加法求和的其他问题.事实上，前面复习函数时有例子：已知函数则f(-2015)+…+f(-2)+f(-1)+f(0)+f(1)+f(2)+…+f(2016)=______.能用倒序相加的原因是另外，高二排列组合一章中也有例子：这也能用倒序相加法求和，因为组合数前面的系数是等差数列，且组合数有性质倒序后对应相等.
(3) 通过博弈推演，以知识服务的形式为趋势研判、指挥决策提供可靠的辅助建议。
(4) 通过作战行动反馈信息不断试错[7]，促进知识学习更新，以应对未来出现的类似情况。
自强不息在中国传统文化中体现了民族人格的尊严和气节。自强不息的民族精神使中华民族在历经五千年文明的磨砺、特别是经历了近代的落后和屈辱仍得以延续传承，并在现代奋起直追，努力实现中华民族伟大复兴的中国梦。《易经》中的“天行健，君子以自强不息”是中华民族精神的刻画。“三军可以夺帅，匹夫不可夺志”，“贫贱不能移，富贵不能淫，威武不能屈”，“士不可以不弘毅，任重而道远”，这些都是对气节毅力的崇尚。自强弘毅是对理想和人格的坚持。大学生在人格修养中要志存高远又持之以恒，不断发挥自身的主观能动性，努力进取，昂扬向上。
2 体系结构框架视角组成
在知识活动作用机理的指导下，借鉴Zachman框架[8-9]的矩阵形式，参考统一体系结构框架UAF1.0(unified architecture framework)[10-11]，从构想、分类、活动、效果、协作、功能、性能等10个概念方面提出面向知识活动的体系结构框架,如表1所示。该框架以知识视角(knowledge viewpoint，KV)为核心，通过对知识活动及能力效果的描述，指导系统资源和技术标准分析，从而设计形成面向智能化作战的指挥信息系统架构。
图1 知识活动作用机理
Fig.1 Mechanism of knowledge activity
全视角(all viewpoint，AV)和能力视角(capability viewpoint，CV)沿用了DoDAF2.0，其中能力视角(CV)主要描述业务相关能力，其他视角均在主流体系架构框架的基础上进行了新增或改进。
(4) 活动映射关系生成：分析知识活动与信息活动的映射关系，以及知识活动对业务活动的支撑作用，形成知识活动-信息活动关系描述(KV-7)和知识活动-业务活动关系描述(KV-8)。
“可是，这个不是我们村里陪葬的冥器吗……而且道长和那个胖客人也说这个上面有阴晦之气……难道不是原来的主人含冤而死，才沾了妖气吗？”王祥混乱了起来，思维都不连贯了。
(2) 信息视角(information viewpoint，IV)：定义信息类型，着重描述信息活动过程、活动协作过程、信息活动产生的能力及效果度量等。
(3) 知识视角(knowledge viewpoint，KV)：不仅包含知识分类、关联等静态属性的描述，还包含知识动态属性的描述，关注知识发现、提取、融合、服务、演化等活动过程，以及活动产生的能力和对活动效果的度量等，并定义信息活动对知识活动的支撑作用、知识活动对业务活动的驱动作用。
表1 面向知识活动的体系结构框架视角矩阵
Table 1 Knowledge activity -oriented architecture framework viewpoint matrix
(4) 人机视角(human machine viewpoint，HMV)：深化UAF[12],NAF[13](north atlantic treaty organization architecture framework)等体系结构框架的人因视角，描述满足作战任务和作战能力的人机协作模式、人机权限分配、人机协作活动、活动效果以及协作接口标准等。
那时印象最深刻的就是悬挂在书房里的一幅字轴，上面用行书写了三行字句：“助人为先，读书为乐，家庭为重。”父亲说那是祖父遗留下来的墨宝，要我们儿孙辈切实遵行。这应该就是我们的家训了吧。虽然只是简单的三句话，却包含了深刻的人生哲理，以及为人处世的准则。
(6) 技术视角(technology viewpoint，TV)：描述体系资源的接口标准，约束业务活动、信息活动和知识活动的规则，以及支撑系统运行的技术体系。
3 知识视角描述与设计过程
面向知识活动的体系结构框架聚焦于描述知识活动过程及其能力效果，以指导智能化指挥信息系统要素灵活协同，发挥智能决策能力。下面重点介绍知识视角及其设计过程。
3 .1 知识视角描述
(1) 知识活动过程(KV-1)：将知识的提取、服务、运用、演化等活动连接，按照一定的逻辑顺序进行组合，形成对知识活动过程的描述，包含活动、连接关系、输入、输出等要素。
(2) 知识活动效果(KV-2)：描述知识活动产生的效果，将活动与能力关联，提出效果属性的度量标准，并以增量的方式展现对不同阶段能力效果的要求，包含能力、活动、能力活动关联、效果属性、度量标准等。
(3) 知识协作活动(KV-3)：描述跨领域、军种、部门、系统等单元之间的知识活动的协作过程，包含单元、知识活动、连接关系等要素。
制定了《2018年秦州区废旧农膜回收利用工作实施方案》，成立了以区政府分管领导为组长的领导小组指导工作开展，明确全区16镇是推进废旧农膜回收工作的责任主体，把废旧农膜回收利用工作纳入年度目标责任书实行目标管理，将废旧农膜回收利用与地膜覆盖技术推广工作放在同等重要的位置，同部署、同检查、同考核。
(5) 资源视角(resource niewpoint，RV)：扩展DoDAF2.0系统视角的设计范围，描述信息系统、主战装备、保障装备、基础设施、人员力量的体系资源组成、功能、性能、演进等。
(5) 知识能力关系(KV-5)：包含单向依赖、双向依赖、正向影响、反向影响等关系，包含能力、关联关系等要素。
无先例可循，无经验可鉴。新时代的改革开放，面对的更多是新课题，不少改革已突入“无人区”，只有敢于走别人没有走过的路，才能收获别样的风景。
(6) 知识分类(KV-6)：可分为概念性知识、规则性知识、历史性知识，以及支撑知识生成的计算、训练模型等，包含类型、名称、描述、关联的知识活动、作用等要素。
(7) 知识活动-信息活动关系描述(KV-7)：识别既有信息加工处理又有知识运用的活动，将它们关联映射，包括知识活动、信息活动、映射关系等要素。
(2) 知识活动设计：设计支撑业务活动和知识能力实现的知识活动过程(KV-1)；知识活动的逻辑关系可以验证知识能力关系(KV-5)；在知识活动过程中提取与协作相关的活动，形成知识协作活动(KV-3)；推导知识活动所需的知识分类(KV-6)，识别各类知识在活动中的作用；知识活动清单(KV-9)由知识活动过程(KV-1)自动导出。
(8) 知识活动-业务活动关系描述(KV-8)：识别知识活动对业务活动的支撑关系，通常业务活动是覆盖作战全过程的，知识活动则在业务活动的重要决策环节进行知识处理运用，提升智能作战能力，包括知识活动、业务活动、支撑关系等要素。
(9) 知识活动清单(KV-9)：收集KV-1中的所有活动，并直观地展现活动间的层级关系，包含知识活动名称、标识、层次等要素。
3 .2 设计过程
(1) 知识能力分析：由业务概念和业务能力推导对知识处理、运用的能力需求，解析知识能力之间的关系，形成知识能力分解(KV-4)和知识能力关系(KV-5)。
⑭Gola/Schomerus，Bundesdatenschutzgesetz(BDSG)Kommentar，11．Auflage，Verlag C．H．Beck München 2012，Rn．9．转引自王利明《论个人信息权的法律保护——以个人信息权与隐私权的界分为中心》，《现代法学》2013年第7期。
(4) 知识能力分解(KV-4)：由业务概念和业务能力推导生成，提出支撑任务完成所需具备的知识处理运用能力，包含能力名称、标识、层次等要素。
(3) 活动效果度量：列出知识活动与知识能力的关联，提出知识活动的能力效果度量，形成知识活动效果(KV-2)。
(1) 业务视角(business viewpoint，BV)：基于平战结合的思想，将DoDAF2.0作战视角概念扩展为业务视角，描述战时和训练的业务活动过程、协作活动、组织职责等。
医院管理层提出，太和人的作风要“自豪不自大”“昂扬不张扬”“务实不浮躁”。“星星急救”为公众服务，得到良好声誉，拉近了公众与医院的关系。这样为医院树立良好形象，使医院在公众面前留下优良口碑，非常有意义。罗杰更希望，社会整体安全意识继续提升。急救知识科普到位，但用到的频率越低越好。
知识视角设计过程如图2所示。
1.2 方法 观察组和对照组均接受扶他林乳胶剂外擦治疗：直接涂擦于患侧膝关节，每日1次，每次2～3g，疗程4周。观察组在此基础上加用体外冲击波治疗：采用广州龙之杰公司生产的LGT-2510A型体外冲击波进行治疗，患者取仰卧位，标记患侧膝关节周围痛点，在痛点处涂抹超声耦合剂，设置治疗频率10Hz，治疗能量初始选择2.5bar，根据患者耐受度调整能量，一般为2.5～4bar，在痛点处进行1000次冲击，再选择痛点周围以缓慢移动的方式冲击1000次，总计2000次冲击。每周1次，共4周。
4 应用实例
(2) 知识能力关系(KV-5)
4 .1 知识能力分析
(1) 知识能力分解(KV-4)
业务概念可描述为红方预警雷达探测发现蓝方来袭导弹，筹划系统识别目标，指挥员下达导弹拦截指令，筹划系统进行导弹拦截方案生成，指挥员选择拦截方案，导弹发射进行拦截。这里不考虑对拦截效果评估以及二次拦截决策。筹划系统的业务能力包括导弹识别与行为预测能力、方案制定与推演能力。由此分析得到筹划系统为完成拦截任务所需具备的判定、推理、预测、关联、学习等知识处理与运用能力，建立第1层次知识能力分解树，如图3所示。
图2 知识视角设计过程
Fig.2 Design process of knowledge viewpoint
图3 第1层知识能力分解树
Fig.3 First level knowledge capability decomposition tree
以反导作战筹划系统[14-15]为例进行知识视角设计，以验证知识视角的可行性和有效性。
分析第1层次知识能力之间的依赖、影响关系，形成知识能力关系矩阵如表2所示。可以看出，依赖目标特征深度学习能力(Cp1)的能力数量最多，表明该能力为关键能力，其缺失对其他能力的影响最大，因此，在系统研制过程中应当重点关注并首先开展该能力的建设。
4 .2 知识活动设计
(1) 知识活动过程(KV-1)
业务活动包括探测跟踪来袭导弹(Ba1)、预警信息综合处理(Ba2)、来袭导弹识别预测(Ba3)、拦截方案生成评估(Ba4)、拦截方案选择(Ba5)、下达拦截指令(Ba6)、导弹发射拦截(Ba7)。其中，知识活动支持智能化的来袭导弹识别预测与拦截方案生成评估。因此，筹划系统需要进行来袭导弹识别(Ka1)、来袭导弹轨迹预测(Ka2)、拦截方案生成(Ka3)、拦截方案推演评估(Ka4)4个知识活动,如图4所示，以保证业务活动开展，形成知识能力。需要说明的是，知识提取是在筹划前期完成，形成各种类型的知识库；知识运用是基于输入知识的决策过程，可能发现新的知识，并将新知识不断更新到知识库中，因此存在知识反馈演化的过程。
表2 知识能力关系矩阵
Table 2 Knowledge capability relationship matrix
注：“→”表示纵向能力依赖于横向能力；“+”表示能力正向影响关系，“-”表示能力反向影响关系。
可以看出，来袭导弹识别(Ka1)是后续知识活动的基础，因此，KV-5中将支撑该活动的目标特征深度学习能力(Cp1)作为关键能力是合理的。此外，能力之间的依赖关系也与业务活动的逻辑关系相符。
(2) 知识协作活动(KV-3)
KV-3不需要描述完整的知识活动，可采用泳道的形式表现跨系统之间的知识协作活动。提取跨来袭导弹识别系统和导弹拦截方案制定系统之间的协作活动，形成知识协作过程，如图5所示。协作活动的提取有利于合理规划部署各分系统的建设顺序，并为保证协作接口的互操作性提供基础，有效避免烟囱式的系统建设。
图4 知识活动过程
Fig.4 Knowledge activity process
图5 知识协作过程
Fig.5 Knowledge cooperation activity
(3) 知识分类(KV-6)
分析系统为实现智能化筹划作业需要具备的概念性、规则性和历史性知识，以及知识计算模型，给出各类知识的描述，明确其支撑的知识活动以及在知识活动中发挥的作用，如表3所示。KV-6识别各知识活动的知识需求，能够有效指导特征库、规则库、模型库等基础知识资源的建设。
对所提出的GOF策略的跳数增加和递交率减少问题给出了理论分析.在描述 fX（x）和 fY（y）水平给出一跳进度的概率密度函数.给出第一个一跳进度，通过fZ|X（z）获得Lane1的第二个一跳进度的条件概率密度函数.为了比较，分析了与GF的GOF相同的度量，即跳数和递交率的变化.
KV-9可以由KV-1自动导出，以列表的形式展现，在这里不再赘述。
4 .3 活动效果度量
将KV-1中的知识活动与KV-4中的能力关联，提出知识活动产生的能力效果的属性和能力效果的度量标准，并展现近期和长期2个阶段的度量标准的增量。本文以目标特征深度学习能力(Cp1)与来袭导弹识别(Ka1)为例，建立活动效果度量，如表4所示。活动效果度量可作为体系能力水平、体系成熟度[16]评估的依据。
开展全域土地综合整治工作是放大土地资源优势，推动高质量发展的难得机遇。金华市作为低丘缓坡资源大市，发展空间拓展潜力巨大。六大工具是该市坚持以问题为导向，因地制宜总结提炼大调研活动成果的具体体现。下一步，金华市将全域联动抓推进，为实施乡村振兴战略、助推高质量发展作出应有贡献。
表3 知识分类表
Table 3 Knowledge classification list
表4 活动效果度量
Table 4 Activity effect measurement
4 .4 活动映射关系生成
信息活动包括收集来袭导弹信息(Ia1)、预警信息综合处理(Ia2)、来袭导弹识别预测(Ia3)、拦截方案生成评估(Ia4)、拦截方案选择(Ia5)、下达拦截指令(Ia6)，其中来袭导弹识别预测(Ia3)和拦截方案生成评估(Ia4)与知识活动关联，生成KV-7矩阵如表5所示。KV-7有助于识别信息活动中知识处理运用的过程，指出信息系统智能化建设重点。
绵羊、山羊、牛非胃肠道给药可用于治疗革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌引起的呼吸道感染，肌注林可霉素-大观霉素还可用于治疗绵羊的恶性腐蹄病，Venning（1990）等报道按1 ml/10 kg林可霉素-大观霉素（每ml含有50 mg林可霉素和100 mg大观霉素）肌注给药治疗绵羊的恶性腐蹄病，其治愈率为92.5%，效果优于肌注青霉素-链霉素。
知识活动支撑业务活动中来袭导弹识别预测(Ba3)和拦截方案生成评估(Ba4)的智能化知识处理运用，建立KV-8矩阵如表6所示。KV-8验证了知识活动能够保证业务活动完成。
表5 知识活动-信息活动关系描述
Table 5 Knowledge activity -information activity relationship description
注：“√”表示知识活动和信息活动存在映射关系。
表6 知识活动-业务活动关系描述
Table 6 Knowledge activity -operation activity relationship description
注：“√”表示知识活动支撑业务活动。
5 结束语
本文充分考虑了智能化作战条件下，指挥信息系统体系结构设计对知识运用过程的描述需求，创新地提出一套面向知识活动的指挥信息系统体系结构框架，揭示了知识活动在作战活动中的“加速”和“增效”作用，展现了知识视角中对知识活动、效果、能力等描述规范，并以实例验证其合理性和有效性，弥补了传统体系结构框架对智能化指挥信息系统体系结构设计支撑力度不足的问题。后续将关注人机视角优化描述以及更好地与知识视角铰链，共同展现指挥信息系统的自主决策、智能协同等过程，进一步指导以知识为中心的指挥信息系统顶层设计。
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Knowledge Activity Oriented Architecture Framework for Command Information System
ZHANG Zhao-chen，WANG Jun，ZHOU Guang-xia
(The 28th Research Institute of CETC,Science and Technology on Information Systems Engineering Laboratory,Jiangsu Nanjing 210007,China)
Abstract :The efficient processing and application of knowledge in the future battlefield will produce operational effectiveness in situation awareness, command decision, and action control. The design and construction of intelligent command information system should be guided and standardized by the knowledge-based architecture framework. The mechanism of knowledge activity is discussed. The knowledge activity-oriented architecture framework is proposed. The knowledge viewpoint and the design process are identified. Taking the anti-missile combat planning as an example, the application process of the knowledge viewpoint in the command information system architecture design is emphatically described. Feasibility and effectiveness of the knowledge viewpoint are verified.
Key words :command information system; architecture; framework; knowledge activity; knowledge viewpoint; intelligent
doi: 10.3969/j.issn.1009-086x.2019.01.07
中图分类号 ：E917;N945.1
文献标志码： A
文章编号： 1009-086X(2019)-01-0040-09
收稿日期 ：2018-03-15；
修回日期： 2018-05-18
基金项目 ：国家自然科学基金项目(71571186)
第一作者简介 ：
张兆晨(1987-)，女，满族，江苏南京人。工程师，硕士，研究方向为体系结构、系统总体技术等。
通信地址 ：210007 南京1406信箱69分箱 E -mail ：972570578@qq.com
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