0105035作戰(zhàn)知識(shí)概念及其獲取技術(shù)研究(doc)
作戰(zhàn)知識(shí)概念及其獲取技術(shù)研究 李加祥1，2(，王延章1 （1.大連理工大學(xué)信息與決策技術(shù)研究所，116023；2.大連艦艇學(xué)院，116018） 摘要 根據(jù)編隊(duì)作戰(zhàn)指揮對(duì)作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)的深層需求，提出了作戰(zhàn)知識(shí)概念，并探討了獲取作 戰(zhàn)知識(shí)的技術(shù)與邏輯過程。 關(guān)鍵詞 C3I系統(tǒng) 編隊(duì)作戰(zhàn)指揮 作戰(zhàn)知識(shí) 作戰(zhàn)知識(shí)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(shí)戰(zhàn)場(chǎng)”，但現(xiàn)代海上作戰(zhàn)具有范圍廣、距離遠(yuǎn) 等特點(diǎn)，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(chǎng)”中進(jìn)行指揮與控 制的?！案兄獞?zhàn)場(chǎng)”是C3I系統(tǒng)獲取“真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)”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(duì)方， 造成“感知戰(zhàn)場(chǎng)”只是對(duì)“真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)”部分屬性的反映。二者越接近，指揮員對(duì)態(tài)勢(shì)的掌握 越準(zhǔn)確，指揮決策越合理。 如何使“感知戰(zhàn)場(chǎng)”更加接近“真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)”？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(qiáng)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(qiáng)調(diào)作戰(zhàn)信息理解和 目標(biāo)識(shí)別是取得信息優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而取得戰(zhàn)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)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(diǎn)。為此，本文根據(jù)我軍C3I系 統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)與數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)建設(shè)的要求，提出了作戰(zhàn)知識(shí)概念并探討了獲取作戰(zhàn)知識(shí)的 技術(shù)。 2 作戰(zhàn)信息與作戰(zhàn)知識(shí) 2.1 作戰(zhàn)信息與作戰(zhàn)知識(shí)的定義 作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)是對(duì)當(dāng)前作戰(zhàn)海區(qū)內(nèi)敵我雙方兵力部署、兵力行動(dòng)、自然地理、水文氣象等 形成的作戰(zhàn)進(jìn)程的狀態(tài)與形態(tài)的綜合描述，是對(duì)作戰(zhàn)信息的形式化組織與表示。指揮員 在作戰(zhàn)指揮時(shí)，首先要對(duì)作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)進(jìn)行分析與判斷，然后制定方案，實(shí)施指揮與控制。 他們不僅要知道作戰(zhàn)對(duì)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(shì)有二層含義，第一層是表面含義，描述目標(biāo)的時(shí)空分布，如目標(biāo)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(shì)，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(shí)。 作戰(zhàn)信息是對(duì)當(dāng)前作戰(zhàn)海區(qū)內(nèi)敵情、我情、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境條件的狀態(tài)和特征的描述。 作戰(zhàn)知識(shí)是對(duì)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(dá) 了交戰(zhàn)兵力行動(dòng)企圖、戰(zhàn)術(shù)關(guān)聯(lián)等作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)的總體特征及其發(fā)展趨勢(shì)。 2.2 海上作戰(zhàn)知識(shí)的類型 海上編隊(duì)作戰(zhàn)所需要的作戰(zhàn)知識(shí)主要有以下幾種類型： ⑴目標(biāo)戰(zhàn)術(shù)類型。有效地分辨目標(biāo)戰(zhàn)術(shù)類型可為作戰(zhàn)提供精確化的現(xiàn)場(chǎng)情報(bào)，保證正 確地實(shí)施攻擊、有效地實(shí)施防御。 雷達(dá)、聲吶等探測(cè)設(shè)備獲得的是目標(biāo)的電磁或聲信號(hào)，經(jīng)過處理后形成數(shù)字化信息， 識(shí)別目標(biāo)最重要的物理外觀特征被隱瞞了；現(xiàn)代艦艇、飛機(jī)均采用了隱身等偽裝技術(shù)， 造成其電磁、聲信號(hào)嚴(yán)重變形。因此，僅靠技術(shù)手段識(shí)別目標(biāo)的類型，難以滿足作戰(zhàn)指 揮的需要，必須從目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)特性上進(jìn)行識(shí)別。 ⑵目標(biāo)集群?，F(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(cè)設(shè)備的分辯率將目標(biāo)按批處理，各批目標(biāo)之間彼此獨(dú)立，即使是 同一“群”內(nèi)的作戰(zhàn)單元也被按獨(dú)立的個(gè)體處理，忽略了目標(biāo)之間的戰(zhàn)術(shù)關(guān)聯(lián)。為恢復(fù)目 標(biāo)的“群”屬性，需要進(jìn)行聚群分析，識(shí)別出“目標(biāo)群”。 “目標(biāo)群”的構(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(Space Group，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(biāo)類型相同或 相近，三是空間群的范圍隨目標(biāo)類型而定?？臻g群的主要功能是用于識(shí)別目標(biāo)之間的明 顯組合，將群內(nèi)目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)屬性一致化，并形成識(shí)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(yùn)動(dòng)特性、群內(nèi)目標(biāo)數(shù)量、群內(nèi)目標(biāo)類 型。 ②功能群(Function Group，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(shì)分析的第一層次，它以空間群的戰(zhàn)術(shù)任務(wù)為標(biāo)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(yùn)動(dòng)特性。 ③戰(zhàn)術(shù)群(Interact Group，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(shì)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(dòng)方向，是在目標(biāo)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(hù)關(guān)系等。 ⑷戰(zhàn)術(shù)企圖。戰(zhàn)術(shù)企圖類知識(shí)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(jìn)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(shí)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(duì)我有利態(tài)勢(shì)的出現(xiàn)，或阻止對(duì)我不利態(tài)勢(shì)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(dòng)會(huì)產(chǎn)生何種結(jié)果。 3 海上作戰(zhàn)知識(shí)獲取 作戰(zhàn)知識(shí)描述的是作戰(zhàn)對(duì)方的作戰(zhàn)企圖、目的等關(guān)于作戰(zhàn)行動(dòng)原則方面的內(nèi)容，屬于 機(jī)密層次較高的情報(bào)，除非敵方無意泄密，否則是不會(huì)“主動(dòng)”提供的。從戰(zhàn)術(shù)上講，作 戰(zhàn)行動(dòng)為作戰(zhàn)目的服務(wù)，作戰(zhàn)目的制約作戰(zhàn)行動(dòng)，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(dòng)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(shí)”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(shí)現(xiàn)從作戰(zhàn)信息中獲取作戰(zhàn)知識(shí)的夢(mèng)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(shí)發(fā)現(xiàn)(Knowledge Discovery)是從大量數(shù)據(jù)和信息中找出最有價(jià)值的信息和知識(shí)，輔助決策者進(jìn)行基于知 識(shí)決策的技術(shù)。因此，知識(shí)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(shí)的技術(shù)支撐 。但由于知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)起源于商業(yè)等民用領(lǐng)域，以相對(duì)靜止的數(shù)據(jù)庫為知識(shí)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(yuǎn)，需要進(jìn)行專門研究與開發(fā)。 3.1 作戰(zhàn)知識(shí)獲取的定義 作戰(zhàn)知識(shí)獲取是對(duì)C3I系統(tǒng)提供的動(dòng)態(tài)作戰(zhàn)信息，根據(jù)指揮員的作戰(zhàn)任務(wù)，進(jìn)行綜合 分析與推理，提取、挖掘并表達(dá)出蘊(yùn)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(shí)的過程。該定義中術(shù)語的含義為： 動(dòng)態(tài)作戰(zhàn)信息：C3I系統(tǒng)獲取的作戰(zhàn)信息是以秒級(jí)周期更新的，目標(biāo)歷史航跡數(shù)據(jù)只 保留一定數(shù)量的關(guān)鍵點(diǎn)，并以堆棧方式更新； 指揮員：指揮員是作戰(zhàn)知識(shí)的用戶，獲取過程需要他們大量介入，負(fù)責(zé)提出一些具體 的要求，確定知識(shí)的范圍與形式、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)不同，如對(duì)空作戰(zhàn)側(cè)重目標(biāo)“ 攻擊群”方面的知識(shí)，而對(duì)海作戰(zhàn)則側(cè)重目標(biāo)“防御群”方面的知識(shí)； 蘊(yùn)涵在作戰(zhàn)信息中的作戰(zhàn)知識(shí)：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(shí)：在進(jìn)行作戰(zhàn)知識(shí)獲取之前，僅應(yīng)用運(yùn)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(shí)。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(shí)獲取所得到的作戰(zhàn)知識(shí)； 指揮員的需求：不同層次的指揮員需要的作戰(zhàn)知識(shí)不同，處于不同作戰(zhàn)階段的指揮員 需要的作戰(zhàn)知識(shí)不同，因此，他們的需求為作戰(zhàn)知識(shí)獲取提供了知識(shí)引導(dǎo)。 采用作戰(zhàn)知識(shí)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(qiáng)為基于信息獲 取知識(shí)；由提供以信息為主的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐灾R(shí)為主、信息與知識(shí)相結(jié)合的作戰(zhàn) 態(tài)勢(shì)。 3.2 作戰(zhàn)知識(shí)獲取的邏輯過程 作戰(zhàn)知識(shí)獲取是一個(gè)多步驟、人機(jī)交互的動(dòng)態(tài)過程，主要有定義問題、預(yù)處理、作戰(zhàn) 知識(shí)提取、作戰(zhàn)知識(shí)解釋與表示等階段，如圖2所示。 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(shí)類型、作戰(zhàn) 知識(shí)獲取的范圍，選擇適用的評(píng)價(jià)原則，給出算法引導(dǎo)。 ⑵預(yù)處理。對(duì)C3I系統(tǒng)獲取的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)與作戰(zhàn)信息進(jìn)行抽取、凈化與去偽、轉(zhuǎn)化等預(yù)處 理，形成一個(gè)適合于作戰(zhàn)知識(shí)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(biāo)信息中的噪音，去偽就是去除虛假目標(biāo)或目標(biāo)的虛假屬 性，保證信息源的一致性、完整性、精確性與準(zhǔn)確性。 ② 信息抽取。對(duì)目標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取，選取能夠標(biāo)明目標(biāo)時(shí)空特性、功能特性的關(guān)鍵 數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化信息源，提高獲取效率。 ③ 信息轉(zhuǎn)化。作戰(zhàn)知識(shí)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(kuò)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(shí)提取。作戰(zhàn)知識(shí)提取是作戰(zhàn)知識(shí)獲取的核心階段。根據(jù)編隊(duì)C3I系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 與技術(shù)特點(diǎn)，采用“協(xié)商板式分布交互”法，其實(shí)質(zhì)是：C3I系統(tǒng)中的情報(bào)臺(tái)是主協(xié)商板， 在情報(bào)軍官的干預(yù)下負(fù)責(zé)總體與全局的作戰(zhàn)知識(shí)提?。桓鞣矫嬷笓]臺(tái)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(fù)責(zé)本方面作戰(zhàn)知識(shí)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(jìn)行融合、相關(guān)與提取，綜合出總體結(jié)論 ，形成作戰(zhàn)知識(shí)。在獲取過程中，主協(xié)商板將與總體態(tài)勢(shì)不相適應(yīng)的結(jié)論發(fā)回分協(xié)商板 ，重新進(jìn)行處理...
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