态势感知_知识图谱.doc

1、一、 态势感知（SA ）定义SA 的正式定义是“对一定时间和空间环境中的元素的感知，对它们的含义的理解，并 对他们稍后状态的投影，态势感知 这个词最早来自于军队飞 行员的领域。对 SA 的正式定义分解为三个独立的层次：Level 1 - 对环境中的元素的感知Level 2 - 对当前形势的理解 （知识图谱的主要应用领域）Level 3 - 未来状况的投影一级：环境中元素的感知 实现 SA 的第一步是感知环境中的相关元素的状态，属性和动态。 对于每个域和作业类型，所需的要求是完全不同的。飞行员需要感知的要素，如其他飞机，地形，系统状态和警告灯，以及他们的相关特性。在驾驶舱里，持续监控所有相关的系

2、统和飞行数据，其他飞机，和导航数据的任务相当繁重。一个 军官需要探测敌人，平民和友军的位置和行动，地形特征，障碍和天气。一个空中交通管制或汽车司机有一套不同的 态势感知。二级 SA:现状的理解实现良好 SA 的第二步是理解数据和线索对目标和目的意味着什么。 理解（第 2 级 SA）基于不相交的 1 级元素的综合，以及 该信息与个人目标的 对照（图 2.3）。 它涉及集成许多数据以形成信息，并且优先考虑组 合信息与实现当前目标相关的重要性和意 义。 2 级 SA 类似于具有高水平的阅读理解，而不是 仅仅阅读单词。军事指挥官的 2 级 SA 可能涉及理解在给定地点的行动报告，这意味着敌军正在附近集

3、结。 或者它可能意味着看到沿着道路的车辆轨道，并从那里确定什么类型的部队和单位在军官自己的部队之前。通过理解数据块的重要性，具有 2 级 SA 的个体将特定目 标相关的含义和意义与手头的信息相关联。三级 SA：对未来状态的映射一旦人们知道这些元素是什么以及它们对于当前目标意味着什么，预测这些元素在（至少在短期内）将做什么的能力构成了 3 级 SA。一个人只能通过了解情况（2 级 SA）以及他们正在使用的系统的功能和动态，达到 3 级 SA。陆军指挥官可以映射到敌方部队接近的方向和他们自己的行动的可能影响，基于他们已经生成的 2 级 SA。飞行员 和空中交通管制员积极工作，预测其他飞机的运动并提

4、前预见问题。使用当前情境理解来形成预测需要对领域（高度发展的心理模型）有非常好的理解，并且在心理上可能是相当苛刻的。许多领域的专家花费大量 时间来形成 3 级 SA，利用空余 时间来生成这些预测。通过不断地前向映射，他们能够制定一套 现成的战略和对事件的反应。这让他们掌握主动，避免许多不期望的情况，并且当各种事件发生时也非常快速地响应。二、知识图谱1.知识图谱的概念知识图谱旨在描述真实世界中存在的各种实体或概念及其关系,其构成一张巨大的语义网络图，节点表示实体或概念，边则由属性或关系构成。实体: 指的是具有可区别性且独立存在的某种事物。如某一个人、某一个城市、某一种植物等、某一种商品等等。世界

5、万物有具体事物组成，此指实体。如图 1 的“中国”、 “美国”、 “日本”等。 ，实体是知 识图谱中的最基本元素，不同的 实体间存在不同的关系。语义类（概念）：具有同种特性的实体构成的集合，如国家、民族、书籍、电脑等。 概念主要指集合、类别、对象类型、事物的种类，例如人物、地理等。内容: 通常作为实体和语义类的名字、描述、解 释等，可以由文本、图像、音视频等来表达。属性(值): 从一个 实体指向它的属性值。不同的属性类型对应于不同类型属性的边。属性值主要指对象指定属性的值。如 图 1 所示的“ 面积”、 “人口”、 “首都”是几种不同的属性。属性值主要指对象指定属性的值，例如 960 万平方公

6、里等。关系: 形式化为一个函数，它把 kk 个点映射到一个布尔值。在知识图谱上，关系则是一个把 kk 个图节点(实体、语义类、属性值) 映射到布尔值的函数。基于三元组是知识图谱的一种通用表示方式，三元 组的基本形式主要包括 (实体 1-关系-实体 2)和( 实体 -属性-属性值)等。每个 实体( 概念的外延)可用一个全局唯一确定的 ID 来标识，每个属性- 属性值对(attribute-value pair，AVP)可用来刻画实体的内在特性，而关系可用来连接两个实体，刻画它们之间的关 联。2.知识图谱的架构知识图谱的架构包括自身的逻辑结构以及构建知识图谱所采用的技术（体系）架构。2.1 知识图

7、谱的逻辑结构知识图谱在逻辑上可分为模式层与数据层两个层次，数据层主要是由一系列的事实组成，而知识将以事实为单位进 行存储。如果用 (实体 1，关系，实体 2)、(实体、属性，属性 值)这样的三元组来表达事实，可选择图 数据库作为存储介质，例如开源的 Neo4j、Twitter 的FlockDB、sones 的 GraphDB 等。模式层构建在数据层之上，是知识图谱的核心，通常采用本体库来管理知识图谱的模式层。本体是 结构化知识库的概念模板，通过本体库而形成的知识库不仅层次结构较强，并且冗余程度 较小。2.2 知识图谱的体系架构图 1 知识图谱的技术架构知识图谱的体系架构是其指构建模式结构，如

8、图 2.1 所示。其中虚线框内的部分为知识图谱的构建过程，也包含知识图谱 的更新过程。知 识图谱构建从最原始的数据（包括 结构化、半结构化、非结构化数据）出发 ，采用一系列自 动或者半自 动的技术手段，从原始数据库和第三方数据库中提取知识事实，并将其存入知 识库的数据层 和模式层， 这一过程包含：信息抽取、知识表示、知识融合、知识 推理四个过程，每一次更新迭代均包含这四个阶段。知识图谱主要有自顶向下(top-down) 与自底向上 (bottom-up)两种构建方式。自顶向下指的是先为知识图谱定义好本体与数据模式，再将 实体加入到知识库。 该构建方式需要利用一些 现有的结构化知识库作为其基础知

9、识库，例如 Freebase 项目就是采用 这种方式，它的 绝大部分数据是从维基百科中得到的。自底向上指的是从一些开放链接数据中提取出 实体， 选择其中置信度较高的加入到知识库，再构建顶层 的本体模式。目前，大多数知 识图谱都采用自底向上的方式进行构建，其中最典型就是 Google 的 Knowledge Vault 和微软的 Satori 知识库。现在也符合互联网数据内容知识产生的特点。军事应用示例：关系融合应用比传统目标位置信息融合复杂，需要一定的知识积累，在建立 战场目标知识库基础上，增加相关知识融合算法，实现知识迭代更新。本文以陆战场目标关系融合应用为例，设计了关系融合的一般 应用模式

10、，主要包括 陆战场目 标本体理解、机场本体建模和机场实体知识图谱构建三个部分。1） 陆战场目标本体理解：陆战场目标包括机场、阵地、 营 地、基地、障碍物、人物和车辆等，表征目标的信息内容多样 、属性元素超多且关系复 杂， 对目标进行理解是第一步。充分利用人的记忆、阅读和思维规律，采用思维导图将图形、文字和颜色相结合，构建出机场知识体系。从机场 本体中心开始，按照基本信息、 组成结构、作战能力、综合保障、武器部署、周边防御、环境及影响和动向趋势 8 个子主题不断扩展和深入，逐步形成一个向周围发散的 树状图。其中，同一层节点数表明思维的广度，一个分支长度表明思维的深度，最 终构成机场本体完整认知的一幅思 维图谱。机 场本体思维图谱如图 1 所示，机场目 标知识图谱如图 2 所示。2） 机场本体建模：基于本文本体构建方法，对机场本体进 行建模。机 场本体概念子类可分为军用、民用和军民用机场 ，关系包括部署、防御和保障等关系，如图 2 上半部分（模式层）所示。3） 机场实体知识图谱构建：根据建立的机场本体模型， 针对结 构化和非结构化信息，按照关系融合过程进行处理，构建机 场实体知识图谱，如 图 2 下半部分（数据层）所示。图 2 机场本体思维图谱图 3 机场目标知识图谱