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随着以网络为中心的联合作战的兴起,为了实时掌握战场态势,缩短决策时间,提高指挥效率和协同作战能力,进而获取信息化战场的决策优势,联合作战指挥系统需要一种与之相适应的“即需即用”的决策开发应用模式。面向服务架构允许各种业务应用资源统一地以服务的形式呈现,应用系统可以通过服务组合的方式快速构造和动态调整,这为一体化联合作战指挥辅助决策系统的实现提供了良好的技术基础。
本文以一体化联合作战中的辅助决策应用为背景,以实现辅助决策系统的快速开发环境为目标,研究如何利用本体论和Web服务技术在复杂多变的战场环境中,灵活快速地应用各种决策模型,实现业务流程的有效整合和动态重组,辅助决策者更好地进行决策,从而提高辅助决策应用的深度和广度。论文首先给出了本平台的体系结构和工作流程,随后重点研究了本平台所涉及的模型形式化描述、本体概念语义相似度、Web服务发现和Web服务组合四个关键技术,最后实现了本平台的原型系统并结合具体案例介绍了本平台的应用过程。
论文的主要工作与创新点如下:
1)决策问题模型形式化描述
针对决策问题模型的描述、共享和重用问题,提出了一种基于本体的决策模型形式化描述方法。该方法将决策模型抽象为具有输入、输出和功能的三元组,并采用领域本体中的概念序列描述其输入输出,用个体断言集合描述其功能。随后提出了模型之间的顺序、选择和循环运算关系及其性质,并进一步构造了模型运算代数系统,证明了该系统具有封闭性、层次性和可扩充性。
2)本体概念语义相似度计算
概念语义相似度计算是语义匹配、服务发现和服务组合的基础,也是本平台的支撑技术。针对传统基于距离的方法不够客观,基于信息量的方法对领域统计资料依赖性较强等不足,提出了一种基于贝叶斯估计的概念语义相似度算法。该算法以基于语义距离的方法构造概念出现概率的先验分布参数,然后用贝叶斯估计方法获得该先验分布和统计样本下的后验概率,最后采用基于信息量的方法计算概念语义相似度,从而获得了主观经验与客观事实相结合的相似度大小。结合WordNet的算法实验表明,与其他同类算法相比,本算法与人为主观经验值之间具有更高的相关系数。
3)语义Web服务发现技术
本平台以Web服务实现决策模型的求解算法,利用服务发现查找所需服务。由于传统的服务匹配方法需要逐一分析用户需求与已有服务间匹配程度,不适用于开放、动态、海量的网络环境,因此提出了一种基于形式概念分析的语义Web服务发现方法。该方法以服务注册库中的服务为形式背景中的个体,以领域本体中的概念为形式背景中的属性,以语义Web服务语义标注的相似概念为个体与属性间的关系,构造了一种语义Web服务模糊形式概念格,在此基础上给出了服务格增量式构造和服务查询算法。实验结果表明,该方法能够根据服务描述的语义标注建立服务索引,当服务数量较多时能显著提高服务发现效率。
4)语义Web服务组合技术
本平台基于服务组合实现复杂决策流程。为了提高服务组合的自动化程度,更有效地支持辅助决策系统的构建,提出了一种基于语义依赖性的服务组合规划图搜索方法。该方法首先根据领域本体概念间的条件出现概率量化服务接口间的连接程度,随后结合二分图稳定匹配算法构造多输入输出分量间服务连接关系矩阵,最后通过与或图的启发式搜索实现了服务的自动组合。实验结果表明,该算法可以根据用户的请求动态的生成复合服务,通过预建立的服务连接关系矩阵缩短了服务组合规划的时间,通过调节连接度阈值保证了服务组合的质量。