基于案例的战场损伤评估研究

第２７卷第６期　兵　工　学　报　Ｖｏ１．２７　Ｎｏ．６　２　０　０　６年１１月　ＡＣＴＡ　ＡＲＭＡＭＥＮＴＡＲＩＩ　ＮＯＶ．　２００６　基于案例的战场损伤评估研究　，贾希胜，王广彦，王润泉　（军械工程学院装备指挥与管理系，河北石家庄０５０００３）　摘要：准确、快速的损伤评估是成功实施战场抢修的前提与基础。进行基于案例的战场损伤　评估研究，提高损伤评估的准确性和速度，具有十分重要的意义。本文开展了基于案例的战场损伤　评估研究，确定了案例内容，提取了案例属性，进行了案例表示，建立了案例检索机制。　关键词：人工智能；损伤评估；损伤评估案例；基于案例的推理　中图分类号：Ｅ９２　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００—１０９３（２００６）０６—１０８６—０４　Ａ　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｂａｔｔｌｅｆｉｅｌｄ　Ｄａｍａｇｅ　Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　Ｃａｓｅ－ｂａｓｅｄ　Ｒｅａｓｏｎｉｎｇ　ＷＡＮＧ　Ｒｕｎ—ｓｈｅｎｇ，Ｊ　ＩＡ　Ｘｉ—ｓｈｅｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｇｕａｎｇ—ｙａｎ，ＷＡＮＧ　Ｒｕｎ—ｑｕａｎ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｃｏｍｍａｎｄ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｏｒｄｎａｎｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５０００３。Ｈｅｂｅｉ。Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｐｒｅｍｉｓｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ａ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ　ｂａｔｔｌｅｆｉｅｌｄ　ｄａｍａｇｅ　ｒｅｐａｉｒ　ｔｏ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ａ　ｒａｐｉｄ　ａｎｄ　ｃｏｒｒｅｃｔ　ｄａｍａｇｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ．Ｃａｒｒｙｉｎｇ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｂａｔｔｌｅｆｉｅｌｄ　ｄａｍａｇｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｃａｓｅ—　ｂａｓｅｄ　ｒｅａｓｏｎｉｎｇ（ＣＢＲ）ｉｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｆｏｒ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｅｃｉｓｅｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｂａｔｔｌｅｆｉｅｌｄ　ｄａｍａｇｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ．ＣＢＲ　ｏｆ　ｂａｔｔｌｅｆｉｅｌｄ　ｄａｍａｇｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｓｅ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ，ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｓｅ　ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ，ｔｈｅ　ｄｅｌｉｎｅａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｓｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｏｆ　ｃａｓｅ　ｒｅｔｒｉｅｖａｌ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ；ｂａｔｔｌｅｆｉｅｌｄ　ｄａｍａｇｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ；ｄａｍａｇｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｃａｓｅ；ｃａｓｅ　ｂａｓｅｄ　ｒｅａｓｏｎｉｎｇ　战场损伤评估是指在战场上或紧急情况下对损　研究，对于提高评估速度和准确性具有重要意义。　伤装备的损伤程度及其修复措施进行快速评估，以　本文从战场损伤评估过程的特点出发，确定了案例　便对装备进行应急抢修或推迟修理，确保当前任务　内容，提取了案例属性，进行了案例表示，建立了案　的完成…１。２０世纪７０年代后期一些西方发达国家　例检索机制。　就开展了战场损伤评估与修复的研究与应用工作，　我国从２０世纪８０年代后期开展了相关研究。现代　１损伤评估案例内容　战争的特点和装备的日益复杂等各种因素大大增加　进行损伤评估的步骤是：使用一切可行手段，获　了战场抢修难度，对战场损伤评估提出了更快、更准　得装备表现异常的各种信息；根据这些信息判断引　的要求。　起当前损伤的根本损伤原因；给出抢修方案。　装备发生损伤是随机事件，过去发生过的损伤　确定损伤原因是损伤评估中的关键。损伤原因　在未来可能仍会发生。如果已经具有评估类似损伤　（ＤＲ）是导致装备发生损伤，造成装备某种程度上的　事件的经验，那么，当它再次发生时，就可以利用过　功能丧失的装备内部原因以及由于使用、环境因素、　去的经验来处理当前的损伤事件，这就是人工智能　敌对攻击等引起的外部原因。在进行损伤评估时，　领域近年来出现的新思想一基于案例的推理　要利用各种可以得到的损伤信息来判断损伤原因。　（ＣＢＲ）［　－３］．因此，开展基于案例的战场损伤评估　损伤信息（ＤＩ）是可以用来辅助确定损伤原因的所　收稿日期：２００４—０６—２４　维普资讯 http://www.cqvip.com

第６期　基于案例的战场损伤评估研究　１０８７　有信息的统称。评估时为了损伤信息，一般要进行　检测，检测方法有外观检查、使用检查和功能检测　等。　获取的损伤信息可能是多层次的，各种不同的　损伤信息从各个角度和深度反映了损伤事件对装备　造成的影响。为反映这些信息特点，对其分类：　１）损伤模式（ＤＭ）　损伤模式是损伤的表现形式。在表述装备系统　的某个结构层次上的某个项目的具体损伤形式时，　可以用损伤模式进行准确描述，如不能开闩，不能装　填等。　２）损伤现象（ＤＰ）　损伤现象是当损伤存在或发生后，可以直接感　知的表象或信号。损伤现象是进行损伤评估的依　据，损伤与损伤现象之间是一个多对多的映射关系，　有时损伤现象可能与损伤模式等同，如火炮不能发　射等。　３）损伤证据（ＤＥ）　损伤证据是当损伤确实存在或损伤发生时，获　得或通过检测得到的证明损伤存在的依据。它包括　损伤现象、检测信息、环境条件、时间等信息。　４）损伤影响（ＤＥｆ）　损伤对装备系统或其部件的使用、功能或状态　所导致的后果。　根据以上分类，通过外观检查获得的信息一般　是损伤现象，通过使用检查获得的信息一般是损伤　模式，通过功能检测获得的信息一般是损伤证据。　从数学角度定义损伤现象、损伤模式、损伤证　据、损伤影响等集合如下：　设ＤＰ为损伤现象集合，则ＤＰ：｛Ｄｐｉ｝，ｉ∈　Ｎ，ｉ＝１，２，３，…，　；设ＤＭ为损伤模式集合，则　ＤＭ＝｛Ｄｍ，｝，Ｊ∈Ｎ，Ｊ＝１，２，３，…，ｍ；设ＤＥ为　损伤证据集合，则ＤＥ＝｛Ｄ　｝，矗∈Ｎ，矗＝１，２，３，　…，户；设ＤＥｆ为损伤影响集合，则ＤＥｆ＝｛Ｄｅｆｔ｝，　Ｚ∈Ｎ，Ｚ＝１，２，３，…，ｑ．　在已有损伤评估实例中，用来判断损伤原因的　损伤信息一般就是损伤现象、损伤模式、损伤证据及　损伤影响的集合，即：　设ＤＪ为损伤信息集合，则ＤＩ＝｛Ｄｐ　｝Ｕ　｛Ｄｍ，｝Ｕ｛Ｄｅ　｝Ｕ｛Ｄｅｆｔ｝．　所有损伤评估案例具有的特点：一个损伤事件　会通过不同的损伤信息来反映它引起的后果；通过　这些损伤信息可以确定造成装备损伤的根本原因；　根据损伤原因确定相应的处理方案。即损伤信息、　损伤原因、处理方案是构成所有损伤评估案例的主　体内容。　２损伤评估案例表示　２．１案例的属性表示　案例表示实质上是案例的形式化，即设计一个　数据结构存贮案例中的信息，所以案例的表示直接　影响到检索的效率。　案例表示有多种方法，如框架、面向对象、语义　网络、属性一属性值、文本等　Ｊ。以上确定了损伤　评估案例的主体内容由损伤信息、损伤原因、处理方　案是构成，它们就是损伤案例具有的属性特征，把它　们设置为案例的属性，就可以利用属性恰当地表示　案例了，如图１所示。各属性的类型可以是日期、文　本、数字或布尔逻辑值。　０　ｏ　：Ｏ：：：０ｊ０：：　Ｏ：　Ｏ　案　●　８　ｉｊ　检　ｌ●Ｉ　ｌ　Ｏｌ　ｌ　Ｏ。８；　　——　索　例　●　与　●　：Ｏ：：●：：Ｏ：　匹　●　：Ｏ：：●：：●：　配　０　：Ｑ　：’　：Ｑ　属性表不　案例厍　检索机制　图１　损伤评估案例的属性一属性值表示　Ｆｉｇ．１　Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ—ｖａｌｕｅ　ｐａｉｒｓ　ｏｆ　ｄａｍａｇｅ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｅａｓｅｓ　设置案例属性时，应注意所设置的属性必须能　够完整地定义这个案例，且依据这些属性可以得出　案例中的结论；属性太多会降低案例检索效率及匹　配成功的可能性，增加了解决问题的难度；属性太少　则不能反映事件的本质特征。　根据属性在推理过程中所起的作用可将属性分　为预测性属性和描述性属性。预测性属性是用来确　定两个案例是否匹配的关键属性，对整个推理过程　和最终结论都很重要；描述性属性是用于描述案例　信息的属性，它不影响新旧案例间相似度的度量，是　解决问题时需要引用的案例内容。损伤评估案例中　所有损伤信息为预测性属性。案例名称、损伤原因、　处理方法等为描述性属性。　２．２实例表示　对实际损伤评估案例在确定进行属性抽取，重　新组织其内容，进行规范表示。表１为一个损伤评　估案例的文本描述。　将以上案例重新进行属性抽取后，其属性一属　性值表示如表２所示。　维普资讯 http://www.cqvip.com

１０８８　兵　工　学　报　第２７卷　表１　６６式１５２１ＴＩＩＹＩ火炮损伤“炮身不能复进到位”　评估案例的文本描述　Ｔａｂ．１　Ａｓｓｅ￣ｍｅｎｔ　ｒｅｐｏ￣ｏｆ　ｂａｒｒｅｌ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｆａｉｌｉｎｇ　ｔｏ　ｒｅｔｕｒｎ　ｔｏ　ｉｔｓ　ｐｒｏｐｅｒ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　某火炮发射后，炮身在复进过程中，曲柄被开闩板抵住，炮　身不能继续复进。此时闩体巳下移一段距离，但不能开闩，造成　火炮不能发射。　处理过程：１）撬开闩板，解脱对曲柄的阻挡，使炮身能复　进。复进迅速，反后坐装置无故障。２）实施人工开闩，闩体可　下移一段距离，但仍不能继续开闩．说明损伤在炮闩部分。　３）取下击针盖，取出击针簧、击针，并将拨动子拨向后方。４）实　施人工开闩，闩体不能继续下移，则拨动装置正常。　结论：保险器杠杆折断。　处理：修复。实施强行开闩，将杠杆轴弹出部分切断，顺利　开闩抽筒，然后按更换保险器杠杆轴的标准程序更换，抢修时间　为１０ｍｉｎ．　表２案例“保险器杠杆轴折断”属性～　属性值表示　Ｔａｂ．２　Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ．ｖａｌｕｅ　ｐａｉｒｓ　ｏｆ　ａ　ｃａｓｅ　ｏｆ　ｂｒｏｋｅｎ　ｓａｆｅｔｙ　ｌｅｖｅｒ　１炮身不能复进到位　是　２撬开开闩板，后座部分顺利复进　是　３人工开闩，能顺利开一段，并听到金属撞击声　是　４取下击针盖、击针簧、击针，将拨动子拨向后方，仍不能　是　顺利开闩　３损伤评估案例检索与匹配　目前在人工智能中，相似性度量是案例检索的　重要方法［５ｌ。　利用属性表示法，每个损伤评估案例可用其特　有的属性集合表示出来，这些属性全面地反映了损　伤问题特点，而这些属性的属性值是得出案例中结　论（即损伤处理方法）的根据。利用这些案例解决问　题的过程就是判断各个属性在问题案例中的属性值　与案例库中案例的属性值是否相似（包括相同）的过　程，即判断问题案例与存储案例间相似程度的过程。　因此需要确定适合的相似度算法，即采用相似度匹　配方法来进行检索。　如果单纯利用相似度方法进行检索，会出现２　个问题：１）问题案例要与案例库中所有案例进行　相似度计算，如果案例库中案例库数目很多，则此过　程需要一定的响应时间，影响系统运行效率；２）系　统中各个案例的属性个数不一定相同，如果某个案　例需要与案例库中所有案例相匹配，则相似度算法　要复杂一些。实际上案例库中只有部分案例可能与　问题案例相关，如果把相似度计算限定在与问题案　例相关的案例集内，则可以解决以上问题。　进一步分析可发现损伤评估问题有如下特点：　１）损伤评估对象是装备基本功能项目，装备发　生的损伤事件必定与某个或几个基本功能项目相　关；　２）一个项目可能会发生多个损伤，每个损伤是　由不同损伤原因造成的。　因此。可根据装备基本功能项目对损伤评估案　例进行分类，如有关炮身的损伤评估案例形成一个　案例集合。根据这种方法对所有损伤评估案例进行　分类组织，可形成一棵装备损伤评估案例树，其结构　如图２所示。　火控系统　反后坐装　损伤评估　置损伤评　案例　估案例　火炮损伤　发射系统　损伤评估　炮闩损伤　评估案例　案例　评估案例　推进系统　损伤评估　炮身损伤　案例　评估案例　图２装备损伤分析案例结构树　Ｆｉｇ．２　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｔｒｅｅ　ｏｆ　ｄａｍａｇｅ　ａｎａｌ一一一ｙｓｉ一ｓ　ｃａｓｅｓ　ｏｆ　ａ　ｇｕｎ　根据装备损伤评估案例结构树可以建立损伤评　估案例索引树，实际上即为装备基本功能项目结构　树。在此索引树的基础上可以根据基本功能项目名　称进行模板检索。查找有关此项目的损伤评估案例　一一一　一一　集，缩小匹配案例范围，从而提高系统效率。　因此，系统检索策略为：首先建立装备基本功能　项目结构树，即为索引树，根据基本功能项目名称生　成相应的ＳＱＩ　表达式来查找满足某个指定参数或　条件的所有案例，把下一步的搜索限定为案例库中　某个相关的案例子集中，即模板检索；在此基础上，　确定相似度算法，问题案例与所得案例子集中的每　个案例进行相似度匹配计算。搜索最相近的案例，即　为相似度计算。　损伤评估案例检索与匹配是根据案例中的预测　性属性即损伤信息来进行的，其相似度计算为　维普资讯 http://www.cqvip.com

第６期　基于案例的战场损伤评估研究　１０８９　∑　ｓｉｍ（、　。…Ｉ　）　ＳＩＭ（Ｘ，ｙ）＝上Ｌ—　—一　∑　＝１　式中：ｘ为问题案例；Ｙ为案例库中的案例；　为　问题案例ｘ中的第ｉ个属性；ｙ，为案例ｙ中的第ｉ　个属性；”为案例ｘ、ｙ中的属性个数；　，为案例　ｘ、ｙ中第ｉ个属性的权重。　具体计算方法：　１）在评估案例中，各个属性类型为字符型　评估案例中的每个属性对应一个问题。评估人　员利用观察、使用或功能检查等手段获取每个问题　的答案，给出“是”、或“否”的回答，从而生成问题案　例。　案例库中各个案例的属性值在建立案例库时已　经确定，属性值取２个逻辑值：Ｙ为此损伤信息存　在；Ｎ为此损伤信息不存在。　即在案例库中，与案例中损伤原因相关的损伤　信息（即判断损伤原因时此损伤信息为判断根据之　一）其属性值为“是”，与案例中损伤原因无关的损伤　信息其属性值为“否”。　由于损伤评估案例中的属性值类型为字符型，　则：当ｚ　＝　时，ｓｉｍ（　，　）　１：当问题案例与案　例库中某案例的第ｉ个属性的属性值相同，即同为　“是”或“否”时，它们完全相似；当ｚ　≠　时，　ｓｉｍ（，／７　，　）＝０：当问题案例与案例库中某案例的第　ｉ个属性的属性值不相同时，它们完全不同。　２）考虑属性遗漏　当评估人员不能确定某个损伤信息是否存在　时，则此损伤信息对应的属性值为空，与案例库中的　案例进行相似度计算时就要考虑这种属性遗漏的情　况。为解决这个问题，做如下规定：当用户回答Ｕｎ—　ｃｅｒｔａｉｎ时，不能确定此损伤信息是否存在；ｓｉｍ（Ｘｉ，　）＝０．５：即评估人员不能确定问题案例中的第ｉ　个损伤信息是否存在时，则设定两个案例中的第ｉ　个属性的相似度为０．５．　３）属性权重的设定　在一个损伤评估案例中，各个损伤信息与其关　联强度不同，即在利用这些损伤信息确定损伤原因　的过程中，各个信息所起的作用不同。在实际计算　中，必须考虑这个问题，根据各个损伤信息的重要性　设定其权重。　确定属性权重通常有统计法、分析法、启发法等　３种方法＿５］。由了：目前收集到的损伤评估案例非常　有限，所以本文中损伤评估案例的各个损伤信息的　权重由装备专家给定。　４结论　本文开展了基于案例的战场损伤评估研究，确　定了评估案例的主要内容包括损伤信息、损伤原因　和处理方案，利用属性一属性值表示法对案例进行　了表示，建立了模板检索和相似度计算相结合的案　例检索机制。　在本文的研究中，案例中属性的权重由专家根　据经验给定，其在案例的相似性计算中起着重要作　用，必须对如何科学设置每个预测性属性的权重开　展深入研究。在今后的研究中应确定损伤评估案例　中属性权重的设置原则和具体方法。在推理的过程　中，案例的多少直接决定着推理的质量和速度。应　收集尽可能多的案例，建立装备损伤评估案例库。　参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）　［１］李建平，石全，甘茂治．装备战场抢修理论及应用［Ｍ］．北京：　兵器工业出版社，２０００：１２—９８．　ＬＩ　Ｊａｎ・ｐｉｎｇ，ＳＨＩ　Ｑｕａｎ，ＧＡＮ　Ｍａｏ・ｚｈｉ　Ｂａｔｔｌｅｆｉｅｌｄ　ｄａｍａｇｅ　ａｓｓｅｓｓ・　ｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｒｅｐａｉｒ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｍ］Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｔｈｅ　Ｐｕｂ・　ｌｉｓｈｉｎｇ　Ｈｏｕｓｅ　ｏｆ　Ｏｒｄｎａｎｃｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ。２０００：１２　９８．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　［２］Ｌｉａｏ　Ｔ　Ｗ，Ｚｈａｎｇ　Ｚ　Ｍ，Ｍｏｕｎｔ　Ｃ　Ｒ　Ａ　ｃａｓｅ．ｂａｓｅｄ　ｒｅａｓｏｎｉｎｇ　ｓｙｓ．　ｔｅｍ　ｆｏｒ　ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ［Ｊ］．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｐｐｌｉｃａ—　ｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，２０００．（１３）：１９９—２１３．　［３］王永庆．人工智能原理与疗法［Ｍ］．两安：西安交通大学出版　社．１９９８：１３—５６．　ＷＡＮＧ　Ｙｏｎｇ—ｑｉｎｇ　Ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　［Ｍ］．Ｘｉ’ａｎ：Ｘｉ’ａｎ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ．１９９８：１３—５６．　（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　［４］何新贵．知识处理与专家系统［Ｍ］．北京：国防工业出版社，　１９９０：２７—５６．　ＨＥ　Ｘｉｎ．ｇｕｉ　Ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ　ｔｒｅａｔ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ［Ｍ］Ｂｅｉｊｉｎｇ：　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｅｆｅｎｃｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｒｅｓｓ，１９９０：２７　５６．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　［５］Ｃｈａｒｌｅｓ　Ｘ．Ｌｉｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｈａｎ　ｄｏｎｇ　Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ　ｏｐｔｉｍａｌ　ａｔｔｒｉｂｕｔｅ　ｗｅｉｇｈｔ　ｓｅｔｔｉｎｇｓ　ｆｏｒ　ｎｅａｒｅｓｔ　ｎｅｉｇｈｂｏｒ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ（Ｊ］．Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ　Ｉｎ　ｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　Ｒｅｖｉｅｗ，１９９７，（２）：２５５　２７２．