Consistency Is Not Coherence: Orientation Search for Certified Alignments Between 4D Defence Upper Ontologies

国家防衛とインテリジェンスという極めて重要な世界において、データは安全のための通貨です。政府や軍事同盟は、現場の兵士と司令センターの戦略家が同じ言語で話せるように、人、出来事、場所を追跡するための大規模なデジタルシステムに依存しています。これらのシステムを相互に通信させるために、専門家は「オントロジー」と呼ばれるデジタルな辞書を構築します。オントロジーを単なる単語のリストとしてではなく、特定のコミュニティが現実をどのように理解しているかを示す厳格な地図と考えてください。それは、「人」とは何か、「出来事」とは何か、そしてそれらが互いにどのように関連しているのかを定義します。例えば、イギリスの防衛軍とより広範な国際同盟のような二つの異なる組織が情報を共有しようとする際、彼らは自分たちの地図を整合させなければなりません。もし一方の地図が「人」を時間を通じて存在する物理的な物体と定義し、もう一方が「人」を時間の連続する瞬間と定義していた場合、これらの地図を統合しようとするコンピュータはクラッシュするか、あるいはさらに悪いことに、誤った判断を導く「サイレント・エラー（静かなエラー）」を引き起こします。この作業の目的は、これらのデジタル地図が結合されたとき、その結果得られる図が単に一貫しているだけでなく、実際に意味を成すようにすることです。

本研究の研究者たちは、防衛で使用される3つの特定のデジタル地図に関する困難な問題に取り組みました。それは、イギリスがインテリジェンスを共有するために使用する「情報交換標準（Information Exchange Standard）」、国の建造物環境のデジタルツインの基盤となる「高品質データモデル（Higher Quality Data Model）」、そしてNATOや米国で使用される「基本形式本体論（Basic Formal Ontology）」です。この研究が行われる前、イギリスの情報交換標準と高品質データモデルの間に、コンピュータが読み取り可能な架け橋を構築することに成功した者は誰もいませんでした。チームは、二つのシステムが関連していると信じた人間の専門家によって作成された、17個の接続を含む手作業によるキュレーションリストを用い、コンピュータがそれらの接続を絶対的な論理的事実として扱った場合に何が起こるかをテストしました。その結果、驚くべき発見がありました。単に結合されたデータが「一貫性（consistency）」を持っているかどうかを確認するだけでは不十分だったのです。

研究者たちが専門家の接続を用いて二つの地図を統合したとき、コンピュータは標準的な一貫性チェックを通過しました。それは、理論上あらゆるものが存在し得るモデルを見つけ出しました。しかし、より深い調査を行うと、標準的なチェックでは見逃されていた方法で、統合されたシステムが壊れていることが判明しました。この組み合わせにより、論理的に存在することが不可能な新しいデータカテゴリが100個も生成されたのです。例えば、統合されたシステムは、「逮捕された人物」や「目撃者」といった特定の現実世界の運用カテゴリが、空集合（中身が空の状態）であると宣言しました。つまり、それらは単一のインスタンスすら持ち得ない概念となったのです。これは、対象となる地図である高品質データモデルが、統合を開始する前からすでに39個の壊れたカテゴリを含んでいたために起こりました。これらの壊れたカテゴリは、標準的なチェックでは見えない形で、地図の構造の奥深くに隠されていました。研究者たちがイギリスのデータをこれらの壊れたカテゴリにマッピングすることは、底に穴の開いたカップに水を注ごうとしているようなものでした。何も入ることができない空虚な空間に対して、その接続は技術的には「真」であっても、現実世界のアプリケーションとしては役に立たないものでした。

論文は、こうした問題を解決するための従来の方法はあまりに無骨であると主張しています。通常、コンピュータは衝突を見つけると、原因となった接続を単に削除します。研究者たちは、このアプローチが貴重な情報を捨て去ってしまうことを発見しました。代わりに、彼らは「オリエンテーション・サーチ（方向探索）」と呼ばれる新しい手法を開発しました。これは「この接続を保持すべきか、それとも削除すべきか？」と問うのではなく、「この接続はどちらの方向に流れているか？」と問う手法です。これは、二つの概念間の関係を、調整可能な変数として扱います。あるとき、二つのものは全く同一です。またあるときは、一方が他方の一種であるが、その逆は成立しないこともあります。コンピュータの推論エンジンに各接続のあらゆる方向性をテストさせることで、チームは専門家の元の洞察を削除することなく、架け橋を修復することができました。彼らは、ほとんどの接続において二つのシステムが完全に一致することを発見しました。しかし、意見が食い違った少数のケースについては、コンピュータがなぜそうなのかを正確に特定できました。コンピュータは、「これらが等しいと仮定すると、特定の現実世界の出来事が物理的物体の一種になってしまい、最初のシステムのルールに矛盾するため、これらは等しくなり得ない」といった具合に説明したのです。コンピュータは、論理的な矛盾を証明するための具体的な反例を提供し、潜在的なエラーを、規格間の違いを記録した文書へと変えました。

研究では、既存のコンピュータシステムがこの問題を自力で解決できるかどうかについてもテストを行いました。彼らは、二つの確立されたマッチングプログラムと、現代のチャットボットの背後にある技術である大規模言語モデル（LL）・同様のものを、同じデータに対して走らせました。それらはすべて、同じ方法で失敗しました。それらは「偽の友人（false friend）」、つまり見た目は同じだが意味が異なる一対の単語に騙されました。両方のシステムは、イギリスのシステムにおける「イベント（出来事）」という概念を、もう一方のシステムの「イベント」と結びつけようとしました。イギリスのシステムでは、イベントとは時間を伴い、人々が関与する出来事です。一方、もう一方のシステムでは、イベントとは持続時間の伴わない、単一の瞬間的な出来事です。名前の類似性に頼ったコンピュータは、これら二つの異なるアイデアを同一のものとして強制し、直ちにシステム全体の論理を破壊しました。人間の専門家はこの罠について警告していましたが、自動化されたシステムはそのまま踏み抜いてしまいました。研究者が自動化システムに対して専門家の接続リストを与え、エラーを修正するように求めた場合でも、システムは正しい接続を削除するか、あるいは逆転させてしまい、専門家が意図した精密な意味を失わせました。

この研究の最終的な成果は、主要な3つの防衛オントロジー間の認証済みブリッジです。それは、既存のルールを壊したり、不可能なカテゴリを作成したりすることなく、イギリスのデータ標準を国際的な標準へと接続する21個の論理規則のセットです。決定的なのは、このブリッジは相違点を隠さないことです。システムが一致する場合、それらが等しいと記述します。不一致がある場合は、関係を一方の方向のみに限定し、なぜ等しくなり得ないのかについての機械生成による説明を付記します。このアプローチにより、データの有用性が維持され、規格間の違いがエラーとしてではなく、事実として記録されます。研究者たちはまた、イギリスの四次元的な世界観を国際的な三次元的な世界観に接続するには、特定の調整が必要であることを発見しました。すなわち、イギリスのシステムにおける「人」は、国際的なシステムにおける物理的な物体ではなく、その物体の「存在の履歴」であるということです。この微妙な転換こそが、システム全体を機能させる鍵となりました。

論文は、デジタル的な架け橋を構築しテストする方法を変える必要があると結論づけています。単純な一貫性チェックに頼ることは、壊れた地図を検査に通してしまうため危険です。代わりに、二つのシステムが結合されるたびに、「コヒーレンス（整合性・一貫性）」のチェックを含める必要があります。つまり、どのカテゴリも中身を満たすことが不可能にならないことを確認しなければなりません。さらに、接続の「方向」は、接続そのものと同じくらい重要です。方向を固定された仮定としてではなく、テスト可能な変数として扱うことで、研究者は人間の専門家の知識を保持しながら、コンピュータに精密な論理的経路を見つけさせることができます。この研究は、適切なツールがあれば、単に一貫しているだけでなく、真にコヒーレント（整合的）なデジタル・ブリッジを構築できることを証明しています。これにより、異なる防衛システムが自信と明晰さを持って情報を共有することが可能になるのです。