現(xiàn)代信息條件下的戰(zhàn)場態(tài)勢感知概念與技術(shù)*

肖圣龍 石章松 吳中紅

(1.海軍駐廣州廣船公司軍事代表室 廣州 510382)(2.海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033)

現(xiàn)代信息條件下的戰(zhàn)場態(tài)勢感知概念與技術(shù)*

肖圣龍1石章松2吳中紅2

(1.海軍駐廣州廣船公司軍事代表室 廣州 510382)(2.海軍工程大學(xué)電子工程學(xué)院 武漢 430033)

信息技術(shù)的發(fā)展使得戰(zhàn)場態(tài)勢的相關(guān)概念、內(nèi)涵更加廣泛,對戰(zhàn)場態(tài)勢感知提出新的挑戰(zhàn)。對戰(zhàn)場態(tài)勢、戰(zhàn)場態(tài)勢感知、戰(zhàn)場態(tài)勢可視化等概念進(jìn)行了綜合辨析與論述,結(jié)合信息技術(shù)的新發(fā)展,探討了戰(zhàn)場態(tài)勢感知的相關(guān)支撐技術(shù),為明晰戰(zhàn)場態(tài)勢的概念以及把握戰(zhàn)場態(tài)勢感知的技術(shù)發(fā)展方向提供參考。

戰(zhàn)場態(tài)勢; 戰(zhàn)場態(tài)勢感知; 戰(zhàn)場態(tài)勢可視化

Class Number TP317.4

1 引言

知天知地,勝乃可全[1]。歷史發(fā)展到今天,信息技術(shù)成為決勝戰(zhàn)場的主導(dǎo)因素之一。在信息化條件下,通過計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及傳感器技術(shù)等的運用,獲取敵方作戰(zhàn)兵力部署、士氣、搜集交戰(zhàn)地點的地理環(huán)境、氣象水文等各個方面的戰(zhàn)場信息,同時盡可能地隱藏己方的兵力信息,利用信息融合方法對得到的原始戰(zhàn)場信息進(jìn)行知識的挖掘,從而得到戰(zhàn)場態(tài)勢信息,對于奪取信息優(yōu)勢、取得決策優(yōu)勢進(jìn)而贏得戰(zhàn)爭勝利變得更加重要[2～4]。

戰(zhàn)場態(tài)勢最終為指揮員所用,最直觀有效的方式是以豐富多樣的表現(xiàn)形式從各個角度各個層次展現(xiàn)出來,讓指揮員對當(dāng)前形勢一目了然,同時對下一步的發(fā)展趨勢能夠加以預(yù)測。而在多媒體處理與顯示、多模態(tài)信息融合處理、知識挖掘與表示、地理信息系統(tǒng)等各個方面,新理論新方法均大量涌現(xiàn),這些理論與方法對于構(gòu)建信息更加豐富準(zhǔn)確、表示更直觀形象戰(zhàn)場態(tài)勢提供了新的工具與途徑。

據(jù)此,本文參考諸多文獻(xiàn)中對戰(zhàn)場態(tài)勢有關(guān)概念的論述,結(jié)合當(dāng)前信息技術(shù)的新發(fā)展,對戰(zhàn)場態(tài)勢感知的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行討論,為明晰戰(zhàn)場態(tài)勢感知的概念與感知技術(shù)提供參考。

2 戰(zhàn)場態(tài)勢感知的相關(guān)概念

2.1 戰(zhàn)場態(tài)勢感知的相關(guān)概念

有關(guān)戰(zhàn)場態(tài)勢感知的概念主要集中在兩個方面:戰(zhàn)場態(tài)勢、戰(zhàn)場態(tài)勢感知。除了這兩個主要的概念,還有戰(zhàn)場(態(tài)勢)可視化、數(shù)字化戰(zhàn)場(環(huán)境)等。表1分別給出了各文獻(xiàn)中對這些概念的定義與論述。

表1 與戰(zhàn)場態(tài)勢相關(guān)的概念、定義及出處

上述文獻(xiàn)從不同的角度對戰(zhàn)場態(tài)勢的相關(guān)概念進(jìn)行了論述。對于態(tài)勢與戰(zhàn)場態(tài)勢的理解,集中于三個方面:狀態(tài)、形勢與趨勢;戰(zhàn)場(態(tài)勢)感知則表述了戰(zhàn)場態(tài)勢為指揮員所理解所涉及的技術(shù)范疇;戰(zhàn)場(態(tài)勢)可視化論述了實現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢感知的一類方式。

文獻(xiàn)[10]在戰(zhàn)場態(tài)勢傳統(tǒng)概念的基礎(chǔ)上,從戰(zhàn)場態(tài)勢的本質(zhì)特征與概念模型出發(fā),采用耗散結(jié)構(gòu)理論對戰(zhàn)場態(tài)勢以及戰(zhàn)場態(tài)勢信息組成進(jìn)行了論述,從戰(zhàn)場態(tài)勢“有序”與“無序”的角度用熵值的概念對態(tài)勢估計得技術(shù)途徑進(jìn)行了探究,對于拓寬戰(zhàn)場態(tài)勢感知的研究視野具有參考意義。

2.2 現(xiàn)代信息化條件下戰(zhàn)場態(tài)勢相關(guān)概念

最近五年內(nèi),信息融合、地理信息系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)的發(fā)展,將戰(zhàn)場態(tài)勢的內(nèi)涵尤其是戰(zhàn)場態(tài)勢感知以及其展現(xiàn)方式的內(nèi)涵得到極大擴(kuò)展,綜合上一節(jié)中各文獻(xiàn)的論述,下面給出相關(guān)概念的論述,供研究人員參考。

表2 現(xiàn)代信息化條件下戰(zhàn)場態(tài)勢相關(guān)概念

從輔助決策的角度出發(fā),表2中三個概念的關(guān)系可以描述為:戰(zhàn)場態(tài)勢界定戰(zhàn)場態(tài)勢信息的構(gòu)成,戰(zhàn)場態(tài)勢信息決定實現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢可視化所要采用的技術(shù)與方法,戰(zhàn)場態(tài)勢可視化成為戰(zhàn)場態(tài)勢感知的一種方式與工具。

3 戰(zhàn)場態(tài)勢感知

3.1 戰(zhàn)場態(tài)勢感知概述

無論是戰(zhàn)場態(tài)勢、戰(zhàn)場態(tài)勢信息的探討,還是戰(zhàn)場態(tài)勢可視化的研究,最終目的是實現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢感知,為指揮員最方便、快捷、準(zhǔn)確的理解與感知戰(zhàn)場態(tài)勢,發(fā)掘指揮決策所需要的態(tài)勢信息服務(wù),因此戰(zhàn)場態(tài)勢感知是相關(guān)研究的最終目的。

戰(zhàn)場態(tài)勢感知的研究,多以美軍提出的共用作戰(zhàn)圖(Common Operational Picture,COP)為基礎(chǔ),定義:COP是一個基于網(wǎng)絡(luò)化和知識共享的環(huán)境,將包括陸、海、空、天和信息域的整個戰(zhàn)場空間的火力、ISR(情報、監(jiān)視、偵察)、后勤和機(jī)動信息融合為一個單一實體,為有效的指揮和控制、實時兵力部署、輔助決策提供直觀可視的信息平臺。通用關(guān)聯(lián)作戰(zhàn)圖(Common Relation Operational Picture,CROP)和用戶自定義作戰(zhàn)圖(User-Defined Operational Picture,UDOP)等概念和術(shù)語[11]由COP衍生出。

文獻(xiàn)[12]對共用作戰(zhàn)圖的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢進(jìn)行了綜合性的論述,文獻(xiàn)[13]針對武器級作戰(zhàn)態(tài)勢圖的互操作性與實現(xiàn)進(jìn)行了論述,文獻(xiàn)[14]則針對聯(lián)合作戰(zhàn)中對戰(zhàn)場態(tài)勢感知和共享的需求,研究了聯(lián)合作戰(zhàn)共用戰(zhàn)場態(tài)勢圖的構(gòu)建問題,提出了聯(lián)合作戰(zhàn)共用戰(zhàn)場態(tài)勢圖的構(gòu)建層次、構(gòu)成要素、主要功能、生成過程等,并對加強(qiáng)聯(lián)合作戰(zhàn)共用戰(zhàn)場態(tài)勢圖的建設(shè),提出了若干對策和建議。

3.2 戰(zhàn)場態(tài)勢感知的支撐技術(shù)

戰(zhàn)場態(tài)勢感知的研究目前集中于戰(zhàn)場態(tài)勢可視化方面,這是由于圖形圖像在展示信息方面具有的形象直觀、信息量大等特點，是語音、文本等方式所不可比擬的。未來基于戰(zhàn)場信息的態(tài)勢發(fā)掘必將是一個重要的研究方向。有三方面的核心內(nèi)容:信息融合與挖掘、信息顯示、信息存儲與分發(fā)。

3.2.1 信息融合與挖掘

信息融合處理是實現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢感知的基礎(chǔ)理論。依據(jù)美軍JDL模型[15]的描述,首先通過第一級的處理,得到目標(biāo)級的狀態(tài)估計信息,以此為基礎(chǔ)在第二級的處理中進(jìn)行態(tài)勢估計處理,將所觀測的戰(zhàn)斗力量分布與活動和戰(zhàn)場環(huán)境有機(jī)地聯(lián)系起來,識別已發(fā)生的事件和計劃,得到敵方兵力結(jié)構(gòu)、部署、行動方向與路線的估計,指出敵軍的行為模式,推斷出敵軍的意圖,做出對當(dāng)前戰(zhàn)場情景的合理解釋,并對臨近時刻的態(tài)勢變化做出預(yù)測[16～17]。

由于現(xiàn)代戰(zhàn)場態(tài)勢日趨復(fù)雜多變,感知對象日益增多、感知手段日益豐富、用戶對感知要求也日益提高,使得信息融合在融合結(jié)構(gòu)、不確定、多模態(tài)、高沖突、強(qiáng)相關(guān)、網(wǎng)絡(luò)化等諸多方面面臨較大挑戰(zhàn)。

文獻(xiàn)[18]從軍事技術(shù)、自動化、智能化等需求出發(fā),分析了信息融合面臨的問題與挑戰(zhàn),并從系統(tǒng)融合框架、信息不確定、多模態(tài)、高沖突、強(qiáng)相關(guān)、網(wǎng)絡(luò)化以及非線性等方面對信息融合的進(jìn)展進(jìn)行了綜述,探討了信息一體化融合處理、以人為中心的信息融合、信息獲取與融合的聯(lián)合優(yōu)化、復(fù)雜多傳感器信息融合系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、信息融合系統(tǒng)仿真與性能評估、更多借助數(shù)學(xué)理論方法等未來幾個可能的研究發(fā)展方向。這為開展信息融合技術(shù)的研究提供了參考。

同時,面對陸、海、空、天以及信息域于一體的現(xiàn)代戰(zhàn)爭,復(fù)雜系統(tǒng)、海量數(shù)據(jù)、冗雜的用戶需求給戰(zhàn)場態(tài)勢感知帶來巨大的挑戰(zhàn),而近年來誕生的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)方法[19～21],在電信、零售、農(nóng)業(yè)、網(wǎng)絡(luò)、銀行、電力、生物、天體、化工、醫(yī)藥等方面的廣泛應(yīng)用,對于進(jìn)行智能化的戰(zhàn)場態(tài)勢感知研究,提供了新的思路與途徑。

3.2.2 信息顯示

未來的戰(zhàn)場態(tài)勢感知中的信息顯示應(yīng)當(dāng)是動態(tài)的、統(tǒng)一的。為此,需要制定全軍統(tǒng)一的作戰(zhàn)實體單位的顯示軍標(biāo),同時還需要開發(fā)統(tǒng)一的、支持動態(tài)顯示的戰(zhàn)場態(tài)勢可視化引擎,在這一方面,諸多成功的軍事題材的PC游戲有很多值得借鑒的方面。

同時戰(zhàn)場態(tài)勢信息的可視化表現(xiàn)不應(yīng)只是將戰(zhàn)場上當(dāng)前的、表面的態(tài)勢表現(xiàn)出來,這樣并不能減輕指揮員作戰(zhàn)決策的難度,而要想輔助指揮員作戰(zhàn)決策,就要能夠幫助指揮員發(fā)現(xiàn)這些復(fù)雜繁多的態(tài)勢信息背后隱藏的知識,幫助指揮員去分析信息。戰(zhàn)場空間數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)不同于普通的空間數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn),前者主要是根據(jù)地理信息,結(jié)合敵我雙方的作戰(zhàn)條例提供可能的行動路線或方案,或者分析敵方的作戰(zhàn)意圖;后者主要是通過統(tǒng)計、聚類算法,發(fā)現(xiàn)其中的模式。

3.2.3 信息存儲與分發(fā)

大數(shù)據(jù)、大系統(tǒng)、大用戶將是未來戰(zhàn)場態(tài)勢感知不可避免的特征與趨勢,如何保證戰(zhàn)場態(tài)勢信息能夠以最穩(wěn)健的形式進(jìn)行存儲,并保證作戰(zhàn)期間在存在毀傷情況下指揮員能夠及時獲取所需態(tài)勢信息以進(jìn)行決策,是決定能否占據(jù)信息優(yōu)勢取得戰(zhàn)斗勝利的重要前提。

軍事領(lǐng)域因戰(zhàn)斗損傷導(dǎo)致的信息中斷,映射到民用領(lǐng)域,可以將諸如亞馬遜、谷歌以及微軟等著名企業(yè)也不可避免的系統(tǒng)宕機(jī)進(jìn)行類比。面對這些信息存儲與分發(fā)的不穩(wěn)定問題,谷歌公司的三篇有關(guān)分布式的論文以及最近以來如火如荼的概念——云計算,給出了一個可行的解決方案[22～23]。

云計算架構(gòu)的特征:彈性、透明、積木化、通用、動態(tài)與多租賃,以及基于云計算架構(gòu)的成功商業(yè)應(yīng)用案例,對于解決戰(zhàn)場態(tài)勢感知在復(fù)雜電磁環(huán)境下超大規(guī)模系統(tǒng)、海量數(shù)據(jù)處理所面臨的挑戰(zhàn)與困難,提供了一條可供參考的系統(tǒng)架構(gòu)與技術(shù)實現(xiàn)途徑[24]。

除此之外,智能移動平臺協(xié)同指揮控制技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等在實現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢感知中同樣扮演著重要角色,限于篇幅與論述角度,這里不再討論。

4 結(jié)語

戰(zhàn)場態(tài)勢內(nèi)涵的復(fù)雜性與豐富性導(dǎo)致其概念的難以界定。同時,戰(zhàn)場態(tài)勢感知對于指揮員把控戰(zhàn)場全局,獲取信息優(yōu)勢,從而取得戰(zhàn)爭的勝利具有重要作用。因此,結(jié)合公開發(fā)表的文獻(xiàn)中對戰(zhàn)場態(tài)勢相關(guān)概念的論述,進(jìn)行了綜合討論,同時結(jié)合信息技術(shù)的新發(fā)展與戰(zhàn)場態(tài)勢感知面臨的新挑戰(zhàn),對未來戰(zhàn)場態(tài)勢感知技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了探討,為明確戰(zhàn)場態(tài)勢的相關(guān)概念、把握戰(zhàn)場態(tài)勢感知的技術(shù)發(fā)展方向提供參考。

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Concept and Technology of Battlefield Situation Awareness under the Modern Information Condition

XIAO Shenglong1SHI Zhangsong2WU Zhonghong2

(1. GSI Office of PLA in Guangzhou, Guangzhou 510382) (2. College of Electronic Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

The development of information technology makes the concept of battlefield situation more widely, and new challenges to the battlefield situational awareness have been put forward. The concepts of battlefield situation, battlefield situation awareness and battlefield situation visualization are discussed comprehensively, and the battlefield situation awareness technology is discussed. A reference to make the concept of battlefield situation clearly and grasp the development direction of the battlefield situation awareness is presented.

battlefield situation, battlefield situation information, battlefield situation awareness

2014年5月3日,

2014年6月27日 作者簡介:肖圣龍,男,碩士,研究方向:艦船監(jiān)造。

TP317.4

10.3969/j.issn1672-9730.2014.11.004