作戰(zhàn)知識概念及其獲取技術(shù)研究

PAGE1PAGE365作戰(zhàn)知識概念及其獲取技術(shù)研究摘要根據(jù)編隊作戰(zhàn)指揮對作戰(zhàn)態(tài)勢的深層需求，提出了作戰(zhàn)知識概念，并探討了獲取作戰(zhàn)知識的技術(shù)與邏輯過程。關(guān)鍵詞C3I系統(tǒng)編隊作戰(zhàn)指揮作戰(zhàn)知識作戰(zhàn)知識獲取1引言在作戰(zhàn)海區(qū)內(nèi)各方參戰(zhàn)兵力構(gòu)成了“真實戰(zhàn)場”，但現(xiàn)代海上作戰(zhàn)具有范圍廣、距離遠等特點，作戰(zhàn)雙方彼此“不見面”，指揮員是在C3I系統(tǒng)構(gòu)成的“感知戰(zhàn)場”中進行指揮與控制的?！案兄獞?zhàn)場”是C3I系統(tǒng)獲取“真實戰(zhàn)場”的數(shù)據(jù)，經(jīng)過信息處理后構(gòu)成的。由于C3I系統(tǒng)所獲取的作戰(zhàn)信息具有相當(dāng)?shù)牟淮_定性，并且敵人總是試圖隱蔽自己、欺騙對方，造成“感知戰(zhàn)場”只是對“真實戰(zhàn)場”部分屬性的反映。二者越接近，指揮員對態(tài)勢的掌握越準確，指揮決策越合理。如何使“感知戰(zhàn)場”更加接近“真實戰(zhàn)場”？有二種手段，一是盡可能多地獲取數(shù)據(jù)；二是充分利用已獲得的信息。前者要求加強信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)(這不在本文討論的范圍)；后者要求尋求新的、更加有效的信息處理方法與技術(shù)。文[4]將作戰(zhàn)信息列為2035年之前美海軍十大關(guān)鍵技術(shù)之一，指出作戰(zhàn)信息的三大要素是覆蓋全球的信息基礎(chǔ)、作戰(zhàn)信息內(nèi)容與有效使用作戰(zhàn)信息。在保障有效使用作戰(zhàn)信息的技術(shù)中，強調(diào)作戰(zhàn)信息理解和目標識別是取得信息優(yōu)勢，進而取得戰(zhàn)爭優(yōu)勢的核心技術(shù)；把商業(yè)數(shù)據(jù)提取技術(shù)用于海軍，探求信息理解的理論與技術(shù)是海軍C3I系統(tǒng)發(fā)展的重點。為此，本文根據(jù)我軍C3I系統(tǒng)的發(fā)展趨勢與數(shù)字化戰(zhàn)場建設(shè)的要求，提出了作戰(zhàn)知識概念并探討了獲取作戰(zhàn)知識的技術(shù)。2作戰(zhàn)信息與作戰(zhàn)知識2.1作戰(zhàn)信息與作戰(zhàn)知識的定義作戰(zhàn)態(tài)勢是對當(dāng)前作戰(zhàn)海區(qū)內(nèi)敵我雙方兵力部署、兵力行動、自然地理、水文氣象等形成的作戰(zhàn)進程的狀態(tài)與形態(tài)的綜合描述，是對作戰(zhàn)信息的形式化組織與表示。指揮員在作戰(zhàn)指揮時，首先要對作戰(zhàn)態(tài)勢進行分析與判斷，然后制定方案，實施指揮與控制。他們不僅要知道作戰(zhàn)對象是“誰”、“在哪”；更需要掌握它們現(xiàn)在干什么、將要干什么。因此，作戰(zhàn)態(tài)勢有二層含義，第一層是表面含義，描述目標的時空分布，如目標的位置、航行要素等；第二層是深層含義，描述雙方的總體特征與發(fā)展趨勢，如戰(zhàn)術(shù)目的、戰(zhàn)術(shù)分群、戰(zhàn)術(shù)關(guān)聯(lián)等。第一層含義稱之為作戰(zhàn)信息，第二層含義稱之為作戰(zhàn)知識。作戰(zhàn)信息是對當(dāng)前作戰(zhàn)海區(qū)內(nèi)敵情、我情、戰(zhàn)場環(huán)境條件的狀態(tài)和特征的描述。作戰(zhàn)知識是對作戰(zhàn)信息的含義、相互之間邏輯關(guān)系與戰(zhàn)術(shù)關(guān)系的描述，向指揮員表達了交戰(zhàn)兵力行動企圖、戰(zhàn)術(shù)關(guān)聯(lián)等作戰(zhàn)態(tài)勢的總體特征及其發(fā)展趨勢。2.2海上作戰(zhàn)知識的類型海上編隊作戰(zhàn)所需要的作戰(zhàn)知識主要有以下幾種類型：⑴目標戰(zhàn)術(shù)類型。有效地分辨目標戰(zhàn)術(shù)類型可為作戰(zhàn)提供精確化的現(xiàn)場情報，保證正確地實施攻擊、有效地實施防御。雷達、聲吶等探測設(shè)備獲得的是目標的電磁或聲信號，經(jīng)過處理后形成數(shù)字化信息，識別目標最重要的物理外觀特征被隱瞞了；現(xiàn)代艦艇、飛機均采用了隱身等偽裝技術(shù)，造成其電磁、聲信號嚴重變形。因此，僅靠技術(shù)手段識別目標的類型，難以滿足作戰(zhàn)指揮的需要，必須從目標的戰(zhàn)術(shù)行動特性上進行識別。⑵目標集群。現(xiàn)代海上作戰(zhàn)要求以“兵力群”的形式執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，以提高綜合作戰(zhàn)能力。而C3I系統(tǒng)依據(jù)探測設(shè)備的分辯率將目標按批處理，各批目標之間彼此獨立，即使是同一“群”內(nèi)的作戰(zhàn)單元也被按獨立的個體處理，忽略了目標之間的戰(zhàn)術(shù)關(guān)聯(lián)。為恢復(fù)目標的“群”屬性，需要進行聚群分析，識別出“目標群”?！澳繕巳骸钡臉?gòu)成由組成成員的空間屬性、功能屬性、彼此之間的關(guān)系確定。在戰(zhàn)術(shù)上，由低到高依次構(gòu)成：①空間群(SpaceGroup，SG)：在作戰(zhàn)空間的一定戰(zhàn)術(shù)距離范圍內(nèi)，戰(zhàn)術(shù)類型相同的兵力組成的作戰(zhàn)單元。判定空間群的基本要求是：一是空間群要有戰(zhàn)術(shù)意義，二是空間群內(nèi)目標類型相同或相近，三是空間群的范圍隨目標類型而定?？臻g群的主要功能是用于識別目標之間的明顯組合，將群內(nèi)目標的戰(zhàn)術(shù)屬性一致化，并形成識別功能群的技術(shù)基礎(chǔ)。描述空間群的參數(shù)：群的空間質(zhì)心位置、群的空間范圍、群的運動特性、群內(nèi)目標數(shù)量、群內(nèi)目標類型。②功能群(FunctionGroup，F(xiàn)G)：執(zhí)行同一戰(zhàn)術(shù)任務(wù)、具有相同功能、相互之間具有火力聯(lián)系的空間群。功能群是作戰(zhàn)態(tài)勢分析的第一層次，它以空間群的戰(zhàn)術(shù)任務(wù)為標志。描述功能群的參數(shù)：組員空間群、空間群數(shù)量、群的功能、群的類型、群的通信、群的運動特性。③戰(zhàn)術(shù)群(InteractGroup，IG)：具有相同作戰(zhàn)目的與企圖，相互之間具有戰(zhàn)術(shù)聯(lián)系的功能群。主要有二種類型：防御群和攻擊群，它體現(xiàn)了功能群之間的戰(zhàn)術(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，是作戰(zhàn)態(tài)勢分析中的核心部分。描述戰(zhàn)術(shù)群的參數(shù)：組成相互作用群、群內(nèi)聯(lián)系方式、群的類型、群的目的、作戰(zhàn)方式、作戰(zhàn)方向、作戰(zhàn)范圍、作戰(zhàn)階段。⑶戰(zhàn)術(shù)方向。方向特性體現(xiàn)了功能群、戰(zhàn)術(shù)群的作戰(zhàn)行動方向，是在目標聚群分析基礎(chǔ)上的再次聚類分析。同一方向內(nèi)的各“群”之間的戰(zhàn)術(shù)關(guān)系樣式較多，如信息保障關(guān)系、掩護關(guān)系等。⑷戰(zhàn)術(shù)企圖。戰(zhàn)術(shù)企圖類知識主要描述了戰(zhàn)術(shù)群、戰(zhàn)術(shù)方向的作戰(zhàn)目的，以及功能群的功能。在指揮員的總體作戰(zhàn)任務(wù)與目的指導(dǎo)下，每一戰(zhàn)術(shù)群、每一戰(zhàn)術(shù)方向具有各自的戰(zhàn)術(shù)目的，隨著作戰(zhàn)進程的發(fā)展，在不同的作戰(zhàn)階段，其戰(zhàn)術(shù)目的可能發(fā)生變化。⑸戰(zhàn)術(shù)關(guān)聯(lián)。戰(zhàn)術(shù)關(guān)聯(lián)描述了功能群之間、戰(zhàn)術(shù)群之間、戰(zhàn)術(shù)方向之間的戰(zhàn)術(shù)關(guān)聯(lián)關(guān)系。戰(zhàn)術(shù)關(guān)聯(lián)類知識的戰(zhàn)術(shù)意義在于發(fā)現(xiàn)以某一結(jié)果為后件的關(guān)聯(lián)，有助于指揮員誘騙對我有利態(tài)勢的出現(xiàn)，或阻止對我不利態(tài)勢的發(fā)生；發(fā)現(xiàn)以某一條件為前件的關(guān)聯(lián)，使指揮員掌握如果當(dāng)前采取某種戰(zhàn)術(shù)行動會產(chǎn)生何種結(jié)果。3海上作戰(zhàn)知識獲取作戰(zhàn)知識描述的是作戰(zhàn)對方的作戰(zhàn)企圖、目的等關(guān)于作戰(zhàn)行動原則方面的內(nèi)容，屬于機密層次較高的情報，除非敵方無意泄密，否則是不會“主動”提供的。從戰(zhàn)術(shù)上講，作戰(zhàn)行動為作戰(zhàn)目的服務(wù)，作戰(zhàn)目的制約作戰(zhàn)行動，指揮員的作戰(zhàn)目的與意圖必將體現(xiàn)在其指揮下的兵力行動中，只是沒有顯式的表露出來而已。因此，從“數(shù)據(jù)—信息—知識”的結(jié)構(gòu)層次看，可以將它們從大量的作戰(zhàn)信息中挖掘出來。要實現(xiàn)從作戰(zhàn)信息中獲取作戰(zhàn)知識的夢想，C3I系統(tǒng)的現(xiàn)有航跡處理、數(shù)據(jù)融合等信息技術(shù)難以滿足要求，需要采用新的、更加有效地信息處理方法與技術(shù)。知識發(fā)現(xiàn)(KnowledgeDiscovery)是從大量數(shù)據(jù)和信息中找出最有價值的信息和知識，輔助決策者進行基于知識決策的技術(shù)。因此，知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)可以作為從大量信息中挖掘出作戰(zhàn)知識的技術(shù)支撐。但由于知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)起源于商業(yè)等民用領(lǐng)域，以相對靜止的數(shù)據(jù)庫為知識發(fā)現(xiàn)源，目前，通常是基于從原始數(shù)據(jù)庫抽取出來的二維關(guān)系表。顯然，與海上作戰(zhàn)領(lǐng)域的信息處理的要求相差甚遠，需要進行專門研究與開發(fā)。3.1作戰(zhàn)知識獲取的定義作戰(zhàn)知識獲取是對C3I系統(tǒng)提供的動態(tài)作戰(zhàn)信息，根據(jù)指揮員的作戰(zhàn)任務(wù)，進行綜合分析與推理，提取、挖掘并表達出蘊涵在作戰(zhàn)信息中、事先未知的、能夠滿足指揮員需求的作戰(zhàn)知識的過程。該定義中術(shù)語的含義為：動態(tài)作戰(zhàn)信息：C3I系統(tǒng)獲取的作戰(zhàn)信息是以秒級周期更新的，目標歷史航跡數(shù)據(jù)只保留一定數(shù)量的關(guān)鍵點，并以堆棧方式更新；指揮員：指揮員是作戰(zhàn)知識的用戶，獲取過程需要他們大量介入，負責(zé)提出一些具體的要求，確定知識的范圍與形式、評價標準，給出算法引導(dǎo)；作戰(zhàn)任務(wù)：指揮員的作戰(zhàn)任務(wù)不同，所需要的作戰(zhàn)知識不同，如對空作戰(zhàn)側(cè)重目標“攻擊群”方面的知識，而對海作戰(zhàn)則側(cè)重目標“防御群”方面的知識；蘊涵在作戰(zhàn)信息中的作戰(zhàn)知識：結(jié)論僅限于C3I系統(tǒng)獲取的作戰(zhàn)信息中包含的內(nèi)容，而不包括象戰(zhàn)前通過特工等手段獲取的敵方作戰(zhàn)方案等內(nèi)容；事先未知的作戰(zhàn)知識：在進行作戰(zhàn)知識獲取之前，僅應(yīng)用運籌學(xué)等常規(guī)的、平凡的算法與技術(shù)無法發(fā)現(xiàn)的作戰(zhàn)知識。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結(jié)論，不屬于作戰(zhàn)知識獲取所得到的作戰(zhàn)知識；指揮員的需求：不同層次的指揮員需要的作戰(zhàn)知識不同，處于不同作戰(zhàn)階段的指揮員需要的作戰(zhàn)知識不同，因此，他們的需求為作戰(zhàn)知識獲取提供了知識引導(dǎo)。采用作戰(zhàn)知識獲取方法與技術(shù)后，C3I系統(tǒng)由基于數(shù)據(jù)獲取信息，增強為基于信息獲取知識；由提供以信息為主的作戰(zhàn)態(tài)勢，轉(zhuǎn)變?yōu)橐灾R為主、信息與知識相結(jié)合的作戰(zhàn)態(tài)勢。3.2作戰(zhàn)知識獲取的邏輯過程定義問題預(yù)處理定義問題預(yù)處理作戰(zhàn)信息源集作戰(zhàn)知識提取作戰(zhàn)知識可視化顯示作戰(zhàn)知識解釋與可信度評估圖1作戰(zhàn)知識獲取的邏輯過程作戰(zhàn)信息⑴定義問題。指揮員根據(jù)當(dāng)前作戰(zhàn)任務(wù)與要求，明確需要發(fā)現(xiàn)的作戰(zhàn)知識類型、作戰(zhàn)知識獲取的范圍，選擇適用的評價原則，給出算法引導(dǎo)。⑵預(yù)處理。對C3I系統(tǒng)獲取的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)與作戰(zhàn)信息進行抽取、凈化與去偽、轉(zhuǎn)化等預(yù)處理，形成一個適合于作戰(zhàn)知識獲取的定制作戰(zhàn)信息源集。①凈化與去偽。凈化就是去除目標信息中的噪音，去偽就是去除虛假目標或目標的虛假屬性，保證信息源的一致性、完整性、精確性與準確性。②信息抽取。對目標的歷史數(shù)據(jù)進行抽取，選取能夠標明目標時空特性、功能特性的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，簡化信息源，提高獲取效率。③信息轉(zhuǎn)化。作戰(zhàn)知識類型決定應(yīng)采用的發(fā)現(xiàn)算法，不同的算法要求輸入信息的格式不同。為提高效率、擴大算法的泛化能力，在預(yù)處理階段將作戰(zhàn)信息轉(zhuǎn)化為所需求的表示格式。⑶作戰(zhàn)知識提取。作戰(zhàn)知識提取是作戰(zhàn)知識獲取的核心階段。根據(jù)編隊C3I系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點，采用“協(xié)商板式分布交互”法，其實質(zhì)是：C3I系統(tǒng)中的情報臺是主協(xié)商板，在情報軍官的干預(yù)下負責(zé)總體與全局的作戰(zhàn)知識提?。桓鞣矫嬷笓]臺是相應(yīng)作戰(zhàn)方面的分協(xié)商板，在其方面指揮軍官的干預(yù)下負責(zé)本方面作戰(zhàn)知識提取，結(jié)論發(fā)送到主協(xié)商板；主協(xié)商板將各分協(xié)商板送來的方面提取結(jié)論進行融合、相關(guān)與提取，綜合出總體結(jié)論，形成作戰(zhàn)知識。在獲取過程中，主協(xié)商板將與總體態(tài)勢不相適應(yīng)的結(jié)論發(fā)回分協(xié)商板，重新進行處理；分協(xié)商板向主協(xié)商板提出建議，并且在主協(xié)商板授權(quán)的前提下對其它分協(xié)商板的結(jié)論進行修改。該過程是一個主協(xié)商板與分協(xié)商板、分協(xié)商板與分協(xié)商板之間彼此分工協(xié)作、密切配合的人機交互過程。⑷作戰(zhàn)知識解釋與可信度評估。在不同的作戰(zhàn)任務(wù)、目的、對象等條件下，即使是相同的信息所隱藏的目標行動企圖等深層含義可能是不同的，并且受作戰(zhàn)對方指揮員的人為因素影響，所以發(fā)現(xiàn)的作戰(zhàn)知識具有相當(dāng)?shù)牟淮_定性。以基于規(guī)則的智能自動解釋與評價為基礎(chǔ)，結(jié)合領(lǐng)域?qū)＜?指揮員)的認同態(tài)度(滿意、不滿意)，對獲取的結(jié)論進行解釋與評價，為指揮員提供一致的、合理的、實用的知識。⑸作戰(zhàn)知識的可視化顯示。作戰(zhàn)知識的最終使用者是指揮員，他們是專業(yè)軍事人員，在高度緊張、戰(zhàn)機稍縱即逝的高技術(shù)戰(zhàn)場上，沒有充足的時間和精力對發(fā)現(xiàn)的知識進行“人的再次理解”。因此，應(yīng)該用易被他們理解的軍事術(shù)語、基于他們已熟悉的軍隊標號與軍事地理信息系統(tǒng)等形式、以可視化方式表達所獲取的知識，保證他們對作戰(zhàn)知識“一目了然”。4結(jié)束語本文提出的作戰(zhàn)知識概念及其在C3I系統(tǒng)中獲取過程與技術(shù)，能夠較好地解決C3I系統(tǒng)“富信息”、“窮知識”問題，可滿足海上編隊指揮員指揮作戰(zhàn)的需求，是信息戰(zhàn)條件下充分發(fā)揮作戰(zhàn)信息的作用，從而取得信息優(yōu)勢的有效途經(jīng)。參考文獻1湯宇松,劉相峰等.數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)設(shè)計.系統(tǒng)工程理論與實踐,2000,20(9):56-632,2000,22(3):4-63張子鶴,王敏.作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力測試問題的探討.艦船電子工程,1999,(5):8-194CommitteeonTechnologyforFutureNavalForces,NavalStudiesBoard.TechnologyfortheUnitedStatesNavyandMarineCorps2000-2035Becoming21st-CenturyForce:InformationinWarfare.WashingtonD.C.：NationalAcademyPress,1997:1315IEEETransactionsonKnowledgeandDataEngineering,1996，8（6）：866-883StudyontheconceptandobtainingtechnologyofcombatknowledgeLIJiaxiang1,2WANGYanzhang1InstituteofInformation＆DecisionTechnology,DalianUniversityofTechnology,116023；2.DalianNavalAcademy,Dalian116018)Abstra