一种确定无人系统通用化信息模型的方法与流程

1.本技术属于无人系统技术领域，尤其涉及一种确定无人系统通用化信息模型的方法。


背景技术：

2.当前无人系统包括无人机系统、无人车系统、无人船系统，各种无人系统联合工作运行面临较高的互操作要求，同时无人系统产品的复用性、扩展性、协同研发与灵活配置能力也成为用户和产品研制单位的迫切需求。
3.目前无人系统产品的设计方法存在诸多缺陷：
4.1、多从任务视点和系统视点出发设计产品，忽略了数据视点的重要性，导致无人系统产品和软件无法实现跨型号的复用，影响了研发效率；
5.2、各无人系统间不存在一种通用化的信息模型，无法实现多无人系统数据的语义互通，无法进行协同作战；
6.3、各无人系统数据模型设计不统一，无人系统间、无人系统与其他系统节点间的互操作性极差，难以适应未来应用需求。
7.为解决该问题，亟需发展面向数据视点的一种无人系统通用化信息模型设计方法，针对无人系统中的数据元素进行抽象和建模，使其具备与具体型号或产品无关、高度通用化和意义一致性的特点，以满足多领域无人系统的软件设计需求，提高领域内、跨领域无人系统间的互操作性水平，同时为构建无人系统开放式架构创造基础，提高无人系统产品协同研发效率，降低研发成本。


技术实现要素：

8.为了解决目前无人系统产品设计开发过程中语义无法互通、互操作性极差的技术问题；本技术提供了一种确定无人系统通用化信息模型的方法，所述方法包括：
9.确定至少一个目标无人系统；其中，所述目标无人系统包括无人机系统、无人车系统和无人船系统；
10.基于所述目标无人系统建立概念数据模型；其中，所述概念数据模型由概念数据模型元素构成；所述概念数据模型元素包括概念数据模型实体元素；
11.基于所述概念数据模型实体元素对应的业务领域，在所述概念数据模型中确定出领域通用概念数据模型；
12.基于所述目标无人系统和所述概念数据模型建立逻辑数据模型；其中，所述逻辑数据模型由逻辑数据模型元素构成；所述逻辑数据模型元素包括逻辑数据模型实体元素；
13.基于所述逻辑数据模型实体元素对应的传输消息，在所述逻辑数据模型中确定出消息通用逻辑数据模型；
14.基于所述领域通用概念数据模型和所述消息通用逻辑数据模型，得到通用化信息模型。
15.优选地，所述通用化信息模型包括通用概念数据模型和通用逻辑数据模型。
16.优选地，所述概念数据模型元素还包括概念数据模型属性元素和概念数据模型关系元素；
17.其中，所述概念数据模型属性元素是用于描述概念数据模型实体的特性的元素；所述概念数据模型关系元素是用于描述概念数据模型实体的联系的元素。
18.优选地，所述逻辑数据模型元素还包括逻辑数据模型属性元素和逻辑数据模型关系元素；
19.其中，所述逻辑数据模型属性元素是用于描述逻辑数据模型实体的特性的元素；所述逻辑数据模型关系元素是用于描述逻辑数据模型实体的联系的元素。
20.优选地，所述概念数据模型中包含的一个实体均可映射至所述逻辑数据模型中包含的一个或多个实体。
21.优选地，所述领域通用概念数据模型包括：指令、请求、资源、状态、观测量、观测量特征、观测量容限、观测量误差、资源能力、需求、约束、选择和状态类型。
22.优选地，所述消息通用逻辑数据模型包括：基础元素和精化模型。
23.优选地，所述通用化信息模型由所述领域通用概念数据模型和所述消息通用逻辑数据模型构成。
24.本技术的有益技术效果：
25.本技术提供了一种确定无人系统通用化信息模型的方法，包括基于无人系统开放式架构，采用面向对象和关系建模的方法，实现对无人系统的信息模型设计，能够满足多型无人系统的信息交互和互操作性需求，促进无人系统的互操作性提升，提高多型无人系统、有无人系统以及多领域、多平台无人系统基于信息互操作的协同作战效能；同时可提高无人系统的软件研发效率，提高架构的开放性，促进行业内的竞争与创新，降低研发、使用成本，提升经济效益。
附图说明
26.图1是本技术实施例提供的一种确定无人系统通用化信息模型的方法的流程图；
27.图2是本技术实施例提供的一种无人机系统概念数据模型的示意图；
28.图3是本技术实施例提供的一种无人船系统概念数据模型的示意图；
29.图4是本技术实施例提供的一种无人机系统与无人船系统通用概念数据模型的示意图；
30.图5是本技术实施例提供的一种空中目标概念数据模型的示意图；
31.图6是本技术实施例提供的一种空中目标逻辑数据模型的示意图；
32.图7是本技术实施例提供的一种无人机系统逻辑数据模型的示意图；
33.图8是本技术实施例提供的一种无人船系统逻辑数据模型的示意图；
34.图9是本技术实施例提供的一种无人机系统与无人船系统通用逻辑数据模型的示意图。
具体实施方式
35.请参阅图1-9，本技术实施例提供了一种基于开放式架构的通用化信息模型设计
方法，以解决目前无人系统产品设计开发过程中语义无法互通、互操作性极差的技术问题。
36.在本技术实施例中，提供了一种基于开放式架构的通用化信息模型设计方法，包括：
37.步骤一、选择一个或多个无人系统作为通用化信息模型设计的目标，所述目标无人系统包括无人机系统、无人车系统、无人船系统及当前存在的其他无人系统；
38.步骤二、建立概念数据模型和逻辑数据模型；所述概念数据模型是概念数据模型元素的容器；所述逻辑数据模型是逻辑数据模型元素的容器；
39.步骤三、依据所述目标无人系统的信息，建立以实体、属性和关系等元素组成的概念数据模型；
40.步骤四、将所述概念数据模型中的实体元素依照其唯一意义进行归类，分别归类于下一级模型：领域通用概念数据模型和领域专用概念数据模型中；
41.步骤五、依据所述概念数据模型中的实体元素的唯一意义，在所述领域通用概念数据模型和领域专用概念数据模型中依照信息的唯一意义进行下一级分类；
42.步骤六、依据目标无人系统的度量信息、给定的消息格式和概念数据模型中的元素，建立以实体、属性和关系等元素组成的逻辑数据模型；
43.步骤七、将所述逻辑数据模型中的实体元素依照其唯一意义进行分类，分别归类于下一级模型：消息专用逻辑数据模型和消息通用逻辑数据模型中；
44.步骤八、依据所述逻辑数据模型中的实体元素的唯一意义，在所述消息专用逻辑数据模型和消息通用逻辑数据模型中依照信息的唯一意义进行下一级分类；
45.步骤九、将概念数据模型和逻辑数据模型组合，得到通用化信息模型；
46.步骤十、通用化信息模型应用于基于开放式架构的产品研发和生产。
47.其中，通用化信息模型包含概念数据模型和逻辑数据模型；概念数据模型中的所述实体是在目标无人系统内意义唯一且明确、不可进一步分解的概念；概念数据模型中的所述属性是用于描述所述实体的特性的元素；概念数据模型中的关系是用于描述概念数据模型中的实体的联系的元素。
48.在本技术实施例中，领域通用概念数据模型包含的元素为除目标无人系统所在领域外，其他领域的无人系统亦可使用的元素；领域专用概念数据模型包含的元素为仅目标无人系统所在领域内可使用的元素，或是虽在其他领域的无人系统亦可使用，但其意义或上下文语境存在显著区别的元素；消息专用逻辑数据模型中包含的元素为满足给定的消息格式的元素；消息通用逻辑数据模型中包含的元素为不受任意给定消息格式所限制，在各消息格式中均可保持唯一意义的元素；
49.其中，消息专用逻辑数据模型中包含的一个或多个实体均可映射至概念数据模型中包含的一个实体；领域通用概念数据模型的下一级分类至少包括：指令、请求、资源、状态、观测量、观测量特征、观测量容限、观测量误差、资源能力、需求、约束、选择、状态类型。
50.进一步，领域专用概念数据模型的下一级分类至少包括：功能域资源、外部资源、任务、产品、对象。消息通用逻辑数据模型的下一级分类至少包括：基础元素、精化模型。消息专用逻辑数据模型的下一级分类至少包括：消息模型、映射模型。通用化信息模型可在基于开放式架构的多种产品的研发和生产中复用，以实现领域内或跨领域产品间的互操作性。
51.在本技术其他实施例中，步骤1、确定至少一个目标无人系统：本例采用无人机系统和无人船系统。
52.步骤2、基于无人机系统、无人船系统分别建立概念数据模型。
53.步骤3、基于概念数据模型实体所属的业务领域，在概念数据模型中确定出领域通用概念数据模型。
54.其中，如图2，将无人机作为一个实体，该实体由动力系统、导航系统、飞控系统、任务系统等实体组成，任务系统作为一个实体，又由光电载荷、雷达载荷、导弹、激光武器等实体组成，其中光电载荷、雷达载荷等实体又与空中目标实体发生关系，每一个实体都具有相应的属性，如光电载荷具有载荷型号、载荷参数等属性，空中目标实体具有目标编号、目标类型、目标位置等属性。所有的实体、属性、关系等元素共同构成整个无人机系统的概念数据模型。
55.其中，如图3，将无人船作为一个实体，该实体由动力系统、导航系统、控制系统、任务系统等实体组成，任务系统作为一个实体，又由光电载荷、雷达载荷、声纳载荷、水雷等实体组成，其中光电载荷、雷达载荷等实体又与空中目标实体发生关系，声纳载荷实体又与水下目标实体发生关系，每一个实体都具有相应的属性，如光电载荷具有载荷型号、载荷参数等属性，空中目标实体具有目标编号、目标类型、目标位置等属性，水下目标实体具有目标距离等属性。所有的实体、属性、关系等元素共同构成整个无人船系统的概念数据模型。
56.其中，如图2、图3所示，在此假设无人机系统、无人船系统在动力系统、导航系统、控制系统方面差异较大，而任务系统中采用相同的光电载荷、雷达载荷，那么依据光电载荷、雷达载荷和空中目标实体以及相应实体间的关系、实体属性，即可确定出无人车系统和无人船系统两个领域的通用概念数据模型，如图4所示。
57.步骤4、基于无人机系统概念数据模型建立无人机系统逻辑数据模型，基于无人船系统概念数据模型建立无人船系统逻辑数据模型；在此仅以空中目标实体为例，其概念数据模型如图5。将其转换为逻辑数据模型，如图6。
58.其中，由于目标位置信息在逻辑上由经度、纬度、高度来表示，因此在逻辑数据模型中，可以将目标位置作为一个实体，经度、纬度、高度作为它的属性。
59.具体来说，无人机系统的逻辑数据模型如图7；无人船系统的逻辑数据模型如图8。
60.步骤5、根据无人机系统逻辑数据模型、无人船系统逻辑数据模型，确定出无人机系统与无人船系统的通用逻辑数据模型，如图9。
61.步骤6、根据通用概念数据模型、通用逻辑数据模型，确定通用化信息模型。
62.需要说明的是，图4无人机系统与无人船系统通用概念数据模型以及图9无人机系统与无人船系统通用逻辑数据模型构成的集合，即为无人机系统与无人船系统的通用化信息模型。
63.从作战应用的角度，本技术可用于无人系统开放式架构的构建。依据本技术设计的通用化信息模型可应用于陆、海、空、天等领域的无人系统产品，具有灵活配置的特点。本技术亦使无人系统产品基于统一的通用化信息模型实现了语义的相互理解，至少具备了语义级互操作性。可实现无人系统间、无人系统与其他系统节点间的直接连接并协同工作，提高信息融合效率，提升作战效能。
64.从生产研发的角度，本技术具备多领域、多平台的通用性和可移植性，数据元素复
用性强，显著降低系统生产、研发工作量，缩短无人系统软件设计、调试时间，充分提高全系统的生产研发效率。
65.从使用维护的角度，本技术使无人系统的维护、升级更加便捷，由于采用通用化信息模型设计方法，面对新功能、新系统加入的需求，仅需对通用化信息模型进行更新和发布，即可满足采用通用化信息模型的无人系统的互操作性要求，且不影响旧系统的运行稳定性，提高了系统的使用维护效率。