基于规则推理的武器装备运用评价方法、系统和设备

1.本发明涉及系统评价技术领域，特别是涉及基于规则推理的武器装备运用评价方法、系统和设备。


背景技术：

2.武器装备运用评价是在特定的作战背景条件下，运用武器装备完成指定作战任务所能达到预期可能目标程度的测度，是在特定战场环境下遂行任务能力进行的全面考核和客观估价。其中，武器装备运用方案制定是筹划阶段的一项重要工作，方案是否科学、合理直接关乎战争的成败。武器装备运用方案制定筹划需要深厚的武器装备理论功底和丰富的运用经验，还需要指挥人员结合战场实际情况所灵光闪现的武器装备创造性运用思维，集中展现了指挥人员的武器装备谋略艺术和武器装备运用水平。
3.武器装备运用评价的实质是对武器装备在一定条件下完成规定任务的综合能力的评价，强调在一体化对抗条件下评价武器装备的整体作战能力，评价目的是信息化条件下，科学运用武器装备体系中各组成武器装备系统，使其在复杂、动态的体系对抗环境中实现作战效费比最大化。
4.目前，武器装备运用方案主要依靠主观经验和手工作业的问题，但是现有的方法不仅效率低下，而且准确度低，很难满足实际需求。因此，急需一种武器装备运用评价系统及实现方法的新型技术，以为提高武器装备运用方案的精确化和智能化水平提供支持。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于规则推理的武器装备运用评价系统。
6.本发明的技术解决方案为：
7.一种基于规则推理的武器装备运用评价系统，其特征在于，所述系统包括规则库、推理机、综合数据库、人机界面和评价解释工具；
8.所述规则库是武器装备运用规则的存储机构，用于通过分析武器装备运用用户以及相关领域专家给出的对武器装备运用规则及规律的文档材料，进行规则的分类和提取；所述规则库采用面向对象技术、xml技术和组件技术对武器装备运用规则进行描述，构成面向武器装备运用的规则库；
9.所述推理机用于根据武器装备运用规则对用户制定的武器装备运用方案进行分析，判断方案的正确性、合理性、优劣性，并采用正向推理控制策略，以规则库组织次序作为冲突消解的准则；
10.所述综合数据库用于存储基础数据；所述基础数据包括武器装备性能数据、战场环境数据和目标数据；
11.所述人机界面用于辅助武器装备运用方案的制定、评价结果的反馈和规则库的管理；
12.所述评价解释工具用于解释推理机推理的结果。
13.进一步的，面向武器装备运用的规则库的规则组件包括组件描述文件、组件规则文件和组件执行体；
14.所述组件描述文件用于定义组件的静态结构，说明组件的具体用途和含义，对组件功能、组件端口和结构进行描述；
15.所述组件规则文件用于为规则推理提供所需的规则，为组件推理对象的属性赋予相关的初始化值；
16.所述组件执行体用于通过对组件数据的操作完成具体的推理功能。
17.进一步的，所述规则库包括陆军武器装备运用规则、海军武器装备运用规则、空军武器装备运用规则、火箭军武器装备运用规则和战略支援部队武器装备运用规则。
18.进一步的，武器装备的规则库包括目标匹配类规则、性能约束类规则、环境匹配类规则、武器装备配合类规则、体系运用类规则和评估分析类规则。
19.进一步的，所述推理机包括工作存储器、模式匹配器、议程和执行引擎；
20.所述工作存储器用于存储武器装备运用的操作和在线方案信息，
21.所述模式匹配器用于决定哪些规则满足事实或目标，并授予规则不同的优先级，并将这些规则加入议程；
22.所述执行引擎用于负责根据议程输出的规则执行具体的操作。
23.进一步的，所述武器装备性能数据包括武器装备的技战术性能、武器装备的部署位置、武器装备平台与弹药等武器装备信息，所述战场环境数据包括地理环境、大气环境和水文环境信息，所述目标数据包括目标的基本情况、自然属性、目标特性等目标信息。
24.进一步的，，所述评价解释工具中每条规则的解释内容由两部分组成，包括规则的前提得到满足时的解释内容和前提不能得到满足时的解释内容。
25.本发明的另一目的是提供一种基于规则推理的武器装备运用评价系统实现方法。
26.为了达到上述目的，本发明提供一种基于规则推理的武器装备运用评价系统实现方法，包括以下步骤：
27.对推理机和人机界面进行初始化；
28.接收用户通过人机界面制定的武器装备运用方案；
29.对所述武器装备运用方案进行在线解析，获取用户的武器装备运用方案信息；
30.以所述武器装备运用方案中的武器装备要素为线索，根据所述武器装备运用方案信息，搜索规则库中相关武器装备的武器装备运用规则，获取与所述武器装备运用方案对应的装备规则；
31.将所述武器装备运用方案与武器装备运用规则进行规则匹配；
32.选择匹配成功的规则，输出对应的武器装备运用推理结论；
33.将所述推理结论输入至评价解释工具，输出评价结果和解释内容。
34.进一步的，将武器装备运用方案与武器装备运用规则进行匹配，包括
35.根据系统的需求及规则库的特点，采用规则库组织次序作为冲突消解策略，对可能出现同时激发的规则设置优先级，并根据优先级确定规则在规则库中的组织次序，将武器装备运用方案与武器装备运用规则进行匹配。
36.本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算
机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的一种基于规则推理的武器装备运用评价系统实现方法的步骤。
37.本发明与现有技术相比具有的有益成果：
38.(1)基于规则推理的武器装备运用方案智能化评价
39.基于规则推理技术构建武器装备运用评价系统，对指挥与参谋人员的武器装备运用方案进行推理评价，解决了目前武器装备运用方案主要依靠主观经验和手工作业的问题，提高了武器装备运用方案辅助决策的智能化水平。
40.(2)形成实战化武器装备运用规则库
41.基于面向对象技术、xml技术和组建技术构建武器装备运用规则库，利用这些可重用的规则组件快速、便捷地组合成用户所需的军事规则库，使得武器装备运用评价系统具有定制、扩展和互操作能力。通过实践应用的不断推广，可汇集广大指战员和工业部门的武器装备运用经验和智慧，形成可扩展、可增长的实战化武器装备运用规则库，为提高武器装备运用方案的精确化水平提供支持。
42.(3)本发明基于规则推理技术对构建武器装备运用评价系统，将规则与规则处理机构(如推理机、解释模块等)进行分离，构建规则库，在推理策略的控制下，利用规则库中存储的规则进行问题分析和处理，使得武器装备运用评价系统具有很好的模块性、可扩充性、可重用性和可维护性，能够满足不同武器装备运用的评价要求，大大提高武器装备运用方案制定和指挥决策的智能化水平。
附图说明
43.图1为本发明武器装备运用评价系统的总体架构图；
44.图2为本发明武器装备运用评价系统的规则构造方法；
45.图3为本发明武器装备运用评价系统的基于xml规则描述范例；
46.图4本发明武器装备运用评价系统的推理机工作流程。
具体实施方式
47.为了使本发明的构造以及特点能够更好地被理解，以下将结合附图进行详细说明。
48.规则推理技术通过“if premise then conclusion”的产生式规则形式模拟人类专家的认知体系，建立人类专家的长期规则存储器模型，规则库中的规则主要由领域专家提供或通过其它途径获得。工作存储器存放问题事实和由规则激发而推断出的新事实，可以认为是人类专家的短期存储器模型。推理机借助于把存放在工作存储器内的问题事实和存放在规则库内的规则结合起来，建立人类专家的推理模型，以推断出新的信息。推理机作为产生式系统的推理模块，把事实与规则的先决条件进行比较，看看哪条规则能够被激活。通过这些激活规则，推理机把结论加进工作存储器，并进行处理，直到再没有其他规则的先决条件能与工作存储器内的事实相匹配止。基于规则推理技术对构建武器装备运用评价系统，将规则与规则处理机构(如推理机、解释模块等)进行分离，构建规则库，在推理策略的控制下，利用规则库中存储的规则进行问题分析和处理，使得武器装备运用评价系统具有很好的模块性、可扩充性、可重用性和可维护性，能够满足不同武器装备运用的评价要求，
大大提高武器装备运用方案制定和指挥决策的智能化水平。
49.图1为本发明武器装备运用评价系统的总体架构图。包括规则库、推理机、综合数据库、人机界面和评价解释工具。其中，规则库是武器装备运用规则的存储机构，通过分析武器装备运用用户以及相关领域专家给出的对武器装备运用规则及规律的文档材料，进行规则的分类和提取，包括陆军武器装备运用规则、海军武器装备运用规则、空军武器装备运用规则、火箭军武器装备运用规则、战略支援部队武器装备运用规则。各型武器装备又包括目标匹配类规则、性能约束类规则、环境匹配类规则、武器装备配合类规则、体系运用类规则和评估分析类规则。目标匹配类规则根据不同的作战目标具有不同的特性，描述武器装备运用与目标特性之间的适应性关系。性能约束类规则描述武器装备的性能参数和武器装备的固有能力，包括卫星的侦察精度、飞机的巡航半径、导弹的打击精度等。环境匹配类规则描述武器装备运用的环境约束性条件，例如卫星过顶时间、气象条件、天候条件和地形条件等对武器装备运用的约束。武器装备配合类规则描述武器装备之间静态的配属和协同关系，例如武器装备和弹药之间的匹配、武器装备之间的配合关系等。体系运用类规则描述武器装备体系运用应遵循的基本流程，从体系的角度描述武器装备之间的动态约束关系，如武器装备之间的运用顺序、武器装备的协同运用等。评估分析类规则描述武器装备运用方案评价所应遵循的基本原则。推理机根据武器装备运用规则，对用户制定的武器装备运用方案进行分析，判断方案的正确性、合理性、优劣性，采用正向推理控制策略，以规则库组织次序作为冲突消解的准则，包括工作存储器、模式匹配器、议程和执行引擎，工作存储器中主要存储武器装备运用的操作和在线方案信息，模式匹配器决定哪些规则满足事实或目标，并授予规则不同的优先级，然后将这些规则加入议程，执行引擎负责根据议程输出的规则执行具体的操作。综合数据库主要存储是基础数据存储机构，包括武器装备性能数据、战场环境数据和目标数据。武器装备性能数据包括武器装备的技战术性能、武器装备的部署位置、武器装备平台与弹药等武器装备信息，战场环境数据包括地理环境、大气环境和水文环境信息，目标数据包括目标的基本情况、自然属性、目标特性等目标信息。人机界面是辅助武器装备运用方案制定、评价结果反馈和规则库管理的系统人机交互界面。评价解释工具用于解释推理结果并回答用户提出的问题，每条规则的解释内容包括规则的前提得到满足时的解释内容和前提不能得到满足时的解释内容，通过对推理思路和问题进行解释，用户可以了解推理过程，同时为系统维护提供方便，实现系统的透明性。
50.图2为本发明武器装备运用评价系统的基于组件的规则构造方法。由于产生式规则具有良好的模块性和灵活性，利于系统的规则不断完善，方便对规则的增添、删除或修改，而且便于引入启发性规则，有利于规则的匹配和规则的解释。而且，领域专家习惯于把自己的规则表示为if
…
then形式，这种表达方式自然、简洁。因此，考虑到规则的存储和结构化，本发明主要采用产生式规则表示法对武器装备运用评价系统规则库中的规则进行表示。但是产生式规则表示法存在一个反复进行“规则匹配—冲突消解—执行结果”的过程，而产生式规则之间是相互独立的，按顺序匹配，当规则的数量很大时，匹配时间消耗大，效率不高，而且难以重用，在将专家规则进行移植时，通常需要修改规则的内容和结构。基于面向对象思想，将组件技术、xml技术与产生式规则表示相结合，构建面向武器装备运用专家的规则组件，目标是建立开放式的规则组件库，实现规则组件资源的可扩展与可重用，既能提高规则组件的可理解性、可扩充性和模块化，同时在组件重用、开发效率和系统维护等
方面具有明显的优势。面向武器装备运用专家的规则组件在结构上主要包括组件描述文件、组件规则文件和组件执行体。组件描述文件定义组件的静态结构，说明组件的具体用途和含义，对组件功能、组件端口和结构进行描述；组件规则文件为规则推理提供所需的规则，为组件推理对象的属性赋予相关的初始化值，比如创建规则组件实例、提供某个推理对象类实例相应属性的默认值等；组件执行体是规则组件基于某种编程语言的代码实现，通过对组件数据的操作完成具体的推理功能。规则组件编译生成成功后，以常规动态库形式存在，并以插件方式在推理机上实现即插即用。规则组件不但在设计过程中能够重用和组合，而且在运行过程中能够在规则推理引擎框架上即插即用，使推理系统的功能具有多样性，规模可伸缩，实现组件功能的高聚合性。同时使组件具有低耦合性，组件功能的更新或变化不会影响到其它组件的变化。
51.基于xml技术对武器装备运用规则进行描述，通过使用cmarkup类构建一个xml文档，然后将其作为二进制数据存储在数据库中。cmarkup类创建xml的步骤如下：
52.(1)导入cmarkup类：下载markup.cpp和markup.h，导入vc工程；
53.(2)创建xml文档：定义cmarkup对象，利用该对象的数据成员和成员函数生成xml文档。具体过程如下：
54.cmarkup xml；
55.xml.addelem("dataroot")；//添加根节点，采用dataroot作为根节点
56.xml.save("c:\\rulerxml.xml")；
57.每一条规则都是xml文档的一个新的元素，如果添加在最后面，使用的是addelem函数，添加在某一位置前面，则需要找到该位置并使用insertelem插入元素。增加xml规则元素的步骤如下：
58.xml.addelem("规则")；
59.xml.intoelem()；//进入规则
60.xml.addchildelem("规则类型","是否")；
61.xml.addchildelem("权重相关项","武器装备类型")；
62.xml.addchildelem("计算公式","if(all)zhen true；else false")；
63.xml.outofelem()；//添加完成后退出规则
64.修改xml规则元素和属性的步骤如下：
65.xml.resetmainpos()；
66.if(xml.findchildelem("规则"))
67.{
68.xml.intoelem()；
69.xml.setattrib("权重相关项","武器装备精度")；
70.}
71.删除元素时，同样需要利用findchildelem找到需要修改的元素，然后使用removeelem函数进行删除。例如删除权重相关项为武器装备精度的元素，具体步骤如下：
72.xml.resetmainpos()；
73.if(xml.findchildelem("规则"))
74.{
75.xml.intoelem()；
76.xml.findchildelem("权重相关项")；
77.cstring str_sn＝xml.getchilddata()；
78.if(str_sn＝＝"武器装备精度")
79.{
80.xml.removeelem()；
81.xml.save("rulerxml.xml")；
82.}}
83.对于构建好的xml文档，将其以二进制文件的格式存储在数据库中，通过ado方式访问数据库。
84.下面以一条典型的武器装备运用规则为例，基于xml技术对其进行描述，典型的武器装备运用规则如下所示：
85.if
ꢀꢀꢀꢀ
武器装备xx卫星的类型与目标匹配
86.then
ꢀꢀꢀꢀ
目标被侦察到
87.图3为该武器装备运用规则基于xml的描述范例。其中<classname>
…
</classname>表示规则所属的类为目标匹配类，<ruleid>
…
</ruleid>表示规则的id号为01，是在规则库中唯一标识规则，<rulename>
…
</rulename>表示规则的名称为“r1”；<rulegroup>
…
</rulegroup>表明规则所在的规则组，0表示不属于任何一个规则组；<if>
…
</if>是规则的前件集，<pre>
…
<pre>表示前件集中的元素；<then>
…
</then>为结论集。在前件集中，元素之间的关系为“与”，即只有当所有的元素成立，前件集才能被满足。<pre>
…
<pre>中分别为约束集和比较集的一个实例，对这两个规则对象进行调用，并通过定义参数来进行消息传递。
88.图4为本发明武器装备运用评价系统的推理机工作流程。根据武器装备运用规则及规律对用户的操作及武器装备运用方案进行判断，由于武器装备运用规则为确定性规则，主要采用正向推理控制策略。推理机的工作流程如下：
89.(1)对武器装备运用方案进行在线解析，获取用户的武器装备运用方案信息，包括目标、武器装备、战场环境、运用时间等；
90.(2)以方案中的武器装备要素为线索，根据武器装备信息，搜索规则库中相关武器装备的武器装备运用规则，获取相应的规则；
91.(3)将武器装备运用方案与武器装备运用规则进行匹配；
92.(4)执行武器装备运用推理结论；
93.(5)返回评价结果和解释内容。
94.根据系统的需求及规则库的特点，采用规则库组织次序作为冲突消解策略，即对可能出现同时激发的规则设置优先级，并根据优先级确定规则在规则库中的组织次序，例如假设具有最高优先级的规则为目标匹配规则，在武器装备规则库中对于每个武器装备，目标匹配规则处于最高的优先级，最优先被调用。
95.根据武器装备运用评价系统的需求和特点，武器装备运用评价系统解释模块的功能不需要回答用户的提问，而只是对推理结果进行解释，同时作为系统的提示信息返回给用户。对于规则库中的每一条规则，对应着解释模块中的解释内容，每条规则的解释内容由
两部分组成，即规则的前提得到满足时的解释内容，前提不能得到满足时的解释内容。图3中的规则，对应的解释内容分别为：
96.前提得到满足时：
97.<retmessage>目标与武器装备类型匹配</retmessage>
98.<retvalue>1</retvalue>
99.前提不满足时：
100.<retmessage>目标与武器装备类型不匹配</retmessage>
101.<retvalue>0</retvalue>
102.解释内容在规则库中的存储与规则是一一对应的。当推理结束时，推理机便根据前提的满足情况获取相应的解释内容，并作为推理结果返回给人机界面。
103.本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的一种基于规则推理的武器装备运用评价系统实现方法的步骤。
104.以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。