作战知识概念及其获取技术研究(精)

作战知识概念及其获取技术研究李加祥1，2，王延章1（1.大连理工大学信息与决策技术研究所，116023；2.大连舰艇学院，116018）摘要根据编队作战指挥对作战态势的深层需求，提出了作战知识概念，并探讨了获取作战知识的技术与逻辑过程。关键词C3I系统编队作战指挥作战知识作战知识获取1引言在作战海区内各方参战兵力构成了“真实战场”，但现代海上作战具有范围广、距离远等特点，作战双方彼此“不见面”，指挥员是在C3I系统构成的“感知战场”中进行指挥与控制的。“感知战场”是C3I系统获取“真实战场”的数据，经过信息处理后构成的。由于C3I系统所获取的作战信息具有相当的不确定性，并且敌人总是试图隐蔽自己、欺骗对方，造成“感知战场”只是对“真实战场”部分属性的反映。二者越接近，指挥员对态势的掌握越准确，指挥决策越合理。如何使“感知战场”更加接近“真实战场”？有二种手段，一是尽可能多地获取数据；二是充分利用已获得的信息。前者要求加强信息基础设施的建设(这不在本文讨论的范围)；后者要求寻求新的、更加有效的信息处理方法与技术。文[4]将作战信息列为2035年之前美海军十大关键技术之一，指出作战信息的三大要素是覆盖全球的信息基础、作战信息内容与有效使用作战信息。在保障有效使用作战信息的技术中，强调作战信息理解和目标识别是取得信息优势，进而取得战争优势的核心技术；把商业数据提取技术用于海军，探求信息理解的理论与技术是海军C3I系统发展的重点。为此，本文根据我军C3I系统的发展趋势与数字化战场建设的要求，提出了作战知识概念并探讨了获取作战知识的技术。2作战信息与作战知识2.1作战信息与作战知识的定义作战态势是对当前作战海区内敌我双方兵力部署、兵力行动、自然地理、水文气象等形成的作战进程的状态与形态的综合描述，是对作战信息的形式化组织与表示。指挥员在作战指挥时，首先要对作战态势进行分析与判断，然后制定方案，实施指挥与控制。他们不仅要知道作战对象是“谁”、“在哪”；更需要掌握它们现在干什么、将要干什么。因此，作战态势有二层含义，第一层是表面含义，描述目标的时空分布，如目标的位置、航行要素等；第二层是深层含义，描述双方的总体特征与发展趋势，如战术目的、战术分群、战术关联等。第一层含义称之为作战信息，第二层含义称之为作战知识。作战信息是对当前作战海区内敌情、我情、战场环境条件的状态和特征的描述。作战知识是对作战信息的含义、相互之间逻辑关系与战术关系的描述，向指挥员表达了交战兵力行动企图、战术关联等作战态势的总体特征及其发展趋势。李加祥，1965年出生，博士生。主要研究方向：作战指挥辅助决策方法与技术2.2海上作战知识的类型海上编队作战所需要的作战知识主要有以下几种类型：⑴目标战术类型。有效地分辨目标战术类型可为作战提供精确化的现场情报，保证正确地实施攻击、有效地实施防御。雷达、声呐等探测设备获得的是目标的电磁或声信号，经过处理后形成数字化信息，识别目标最重要的物理外观特征被隐瞒了；现代舰艇、飞机均采用了隐身等伪装技术，造成其电磁、声信号严重变形。因此，仅靠技术手段识别目标的类型，难以满足作战指挥的需要，必须从目标的战术行动特性上进行识别。⑵目标集群。现代海上作战要求以“兵力群”的形式执行作战任务，以提高综合作战能力。而C3I系统依据探测设备的分辩率将目标按批处理，各批目标之间彼此独立，即使是同一“群”内的作战单元也被按独立的个体处理，忽略了目标之间的战术关联。为恢复目标的“群”属性，需要进行聚群分析，识别出“目标群”。“目标群”的构成由组成成员的空间属性、功能属性、彼此之间的关系确定。在战术上，由低到高依次构成：①空间群(SpaceGroup，SG)：在作战空间的一定战术距离范围内，战术类型相同的兵力组成的作战单元。判定空间群的基本要求是：一是空间群要有战术意义，二是空间群内目标类型相同或相近，三是空间群的范围随目标类型而定。空间群的主要功能是用于识别目标之间的明显组合，将群内目标的战术属性一致化，并形成识别功能群的技术基础。描述空间群的参数：群的空间质心位置、群的空间范围、群的运动特性、群内目标数量、群内目标类型。②功能群(FunctionGroup，FG)：执行同一战术任务、具有相同功能、相互之间具有火力联系的空间群。功能群是作战态势分析的第一层次，它以空间群的战术任务为标志。描述功能群的参数：组员空间群、空间群数量、群的功能、群的类型、群的通信、群的运动特性。③战术群(InteractGroup，IG)：具有相同作战目的与企图，相互之间具有战术联系的功能群。主要有二种类型：防御群和攻击群，它体现了功能群之间的战术关联关系，是作战态势分析中的核心部分。描述战术群的参数：组成相互作用群、群内联系方式、群的类型、群的目的、作战方式、作战方向、作战范围、作战阶段。⑶战术方向。方向特性体现了功能群、战术群的作战行动方向，是在目标聚群分析基础上的再次聚类分析。同一方向内的各“群”之间的战术关系样式较多，如信息保障关系、掩护关系等。⑷战术企图。战术企图类知识主要描述了战术群、战术方向的作战目的，以及功能群的功能。在指挥员的总体作战任务与目的指导下，每一战术群、每一战术方向具有各自的战术目的，随着作战进程的发展，在不同的作战阶段，其战术目的可能发生变化。⑸战术关联。战术关联描述了功能群之间、战术群之间、战术方向之间的战术关联关系。战术关联类知识的战术意义在于发现以某一结果为后件的关联，有助于指挥员诱骗对我有利态势的出现，或阻止对我不利态势的发生；发现以某一条件为前件的关联，使指挥员掌握如果当前采取某种战术行动会产生何种结果。3海上作战知识获取作战知识描述的是作战对方的作战企图、目的等关于作战行动原则方面的内容，属于机密层次较高的情报，除非敌方无意泄密，否则是不会“主动”提供的。从战术上讲，作战行动为作战目的服务，作战目的制约作战行动，指挥员的作战目的与意图必将体现在其指挥下的兵力行动中，只是没有显式的表露出来而已。因此，从“数据—信息—知识”的结构层次看，可以将它们从大量的作战信息中挖掘出来。要实现从作战信息中获取作战知识的梦想，C3I系统的现有航迹处理、数据融合等信息技术难以满足要求，需要采用新的、更加有效地信息处理方法与技术。知识发现(KnowledgeDiscovery)是从大量数据和信息中找出最有价值的信息和知识，辅助决策者进行基于知识决策的技术。因此，知识发现技术可以作为从大量信息中挖掘出作战知识的技术支撑。但由于知识发现技术起源于商业等民用领域，以相对静止的数据库为知识发现源，目前，通常是基于从原始数据库抽取出来的二维关系表。显然，与海上作战领域的信息处理的要求相差甚远，需要进行专门研究与开发。3.1作战知识获取的定义作战知识获取是对C3I系统提供的动态作战信息，根据指挥员的作战任务，进行综合分析与推理，提取、挖掘并表达出蕴涵在作战信息中、事先未知的、能够满足指挥员需求的作战知识的过程。该定义中术语的含义为：动态作战信息：C3I系统获取的作战信息是以秒级周期更新的，目标历史航迹数据只保留一定数量的关键点，并以堆栈方式更新；指挥员：指挥员是作战知识的用户，获取过程需要他们大量介入，负责提出一些具体的要求，确定知识的范围与形式、评价标准，给出算法引导；作战任务：指挥员的作战任务不同，所需要的作战知识不同，如对空作战侧重目标“攻击群”方面的知识，而对海作战则侧重目标“防御群”方面的知识；蕴涵在作战信息中的作战知识：结论仅限于C3I系统获取的作战信息中包含的内容，而不包括象战前通过特工等手段获取的敌方作战方案等内容；事先未知的作战知识：在进行作战知识获取之前，仅应用运筹学等常规的、平凡的算法与技术无法发现的作战知识。如，在方位、航向、舷角三者中，已知其中之二必然知道第三者的分析结论，不属于作战知识获取所得到的作战知识；指挥员的需求：不同层次的指挥员需要的作战知识不同，处于不同作战阶段的指挥员需要的作战知识不同，因此，他们的需求为作战知识获取提供了知识引导。采用作战知识获取方法与技术后，C3I系统由基于数据获取信息，增强为基于信息获取知识；由提供以信息为主的作战态势，转变为以知识为主、信息与知识相结合的作战态势。3.2作战知识获取的逻辑过程作战知识获取是一个多步骤、人机交互的动态过程，主要有定义问题、预处理、作战知识提取、作战知识解释与表示等阶段，如图2所示。定义问题预处理作战信息源集作战知识提取作战知识可视化显示作战知识解释与可信度评估图1作战知识获取的逻辑过程作战信息⑴定义问题。指挥员根据当前作战任务与要求，明确需要发现的作战知识类型、作战知识获取的范围，选择适用的评价原则，给出算法引导。⑵预处理。对C3I系统获取的作战数据与作战信息进行抽取、净化与去伪、转化等预处理，形成一个适合于作战知识获取的定制作战信息源集。①净化与去伪。净化就是去除目标信息中的噪音，去伪就是去除虚假目标或目标的虚假属性，保证信息源的一致性、完整性、精确性与准确性。②信息抽取。对目标的历史数据进行抽取，选取能够标明目标时空特性、功能特性的关键数据，简化信息源，提高获取效率。③信息转化。作战知识类型决定应采用的发现算法，不同的算法要求输入信息的格式不同。为提高效率、扩大算法的泛化能力，在预处理阶段将作战信息转化为所需求的表示格式。⑶作战知识提取。作战知识提取是作战知识获取的核心阶段。根据编队C3I系统的结构与技术特点，采用“协商板式分布交互”法，其实质是：C3I系统中的情报台是主协商板，在情报军官的干预下负责总体与全局的作战知识提取；各方面指挥台是相应作战方面的分协商板，在其方面指挥军官的干预下负责本方面作战知识提取，结论发送到主协商板；主协商板将各分协商板送来的方面提取结论进行融合、相关与提取，综合出总体结论，形成作战知识。在获取过程中，主协商板将与总体态势不相适应的结论发回分协商板，重新进行处理；分协商板向主协商板提出建议，并且在主协商板授权的前提下对其它分协商板的结论进行修改。该过程是一个主协商板与分协商板、分协商板与分协商板之间彼此分工协作、密切配合的人机交互过程。⑷作战知识解释与可信度评估。在不同的作战任务、目的、对象等条件下，即使是相同的信息所隐藏的目标行动企图等深层含义可能是不同的，并且受作战对方指挥员的人为因素影响，所以发现的作战知识具有相当的不确定性。以基于规则的智能自动解释与评价为基础，结合领域专家(指挥员)的认同态度(满意、不满意)，对获取的结论进行解释与评价，为指挥员提供一致的、合理的、实用的知识。⑸作战知识的可视化显示。作战知识的最终使用者是指挥员，他们是专业军事人员，在高度紧张、战机稍纵即逝的高技术战场上，没有充足的时间和精力对发现的知识进行“人的再次理解”。因此，应该用易被他们理解的军事术语、基于他们已熟悉的军队标号与军事地理信息系统等形式、以可视化方式表达所获取的知识，保证他们对作战知识“一目了然”。4结束语本文提出的作战知识概念及其在C3I系统中获取过程与技术，能够较好地解决C3I系统“富信息”、“穷知识”问题，可满足海上编队指挥员指挥作战的需求，是信息战条件下充分发挥作战信息的作用，从而取得信息优势的有效途经。参考文献1汤宇松,刘相峰等.数据挖掘系统设计.系统工程理论与实践,2000,20(9):56-632张耀鸿,沙基昌,罗雪山.基于C/S结构的C3I系统仿真试验床研究.系统工程与电子技术,2000,22(3):4-63张子鹤,王敏.作战指挥系统数据处理能力测试问题的探讨.舰船电子工程,1999,(5):8-194CommitteeonTechnologyforFutureNavalForces,NavalStudiesBoard.TechnologyfortheUnitedStatesNavyandMarineCorps2000-2035Becoming21st-CenturyForce:InformationinWarfare.WashingtonD.C.：NationalAcademyPress,1997:1315ChenMin