基于事件驅(qū)動與分級多層黑板模型的態(tài)勢評估方法

侯小軍　陳忱　王曉帆

摘 要：通過分析態(tài)勢評估的過程，指出態(tài)勢評估的本質(zhì)是根據(jù)已發(fā)生事件，預(yù)測未來發(fā)生事件的趨勢。本文分析了態(tài)勢評估中已有黑板模型的不足，以及黑板模型的優(yōu)缺點(diǎn)，提出基于事件驅(qū)動與分級多層黑板模型的態(tài)勢評估方法，克服了因黑板邊界劃分帶來的黑板推理的不準(zhǔn)確性，使得態(tài)勢評估更加準(zhǔn)確與直觀。

關(guān)鍵詞：態(tài)勢評估；計劃識別；黑板；事件

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：By analyzing the process of Situation Assessment（SA），we regard that SA is a process of forecasting happening events by comprehending happened events.Based on studying the blackboard model and the shortages of old Blackboard model，we foreword a new method of multilayer blackboard based on event-driving which gets rid of the shortage of inaccurate information because of uncertain boundary of blackboard，and make the SA being more accurate and intuitionistic.

Keywords：situation assessment；plan recognition；blackboard；event

1 引言（Introduction）

作為數(shù)據(jù)融合高級階段的態(tài)勢估計（Situation Assessment），是在初級階段（信息采集、信息融合）的基礎(chǔ)之上，對當(dāng)前態(tài)勢進(jìn)行決策評估，并對未來態(tài)勢的發(fā)展做出預(yù)測。目前公認(rèn)的定義是美國國防部聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室給出[1]：態(tài)勢估計是建立關(guān)于作戰(zhàn)行動、事件、時間、位置及其兵力要素所組成的一張視圖，進(jìn)一步的將所觀測得到的戰(zhàn)場環(huán)境、作戰(zhàn)力量分布及相關(guān)活動、敵方作戰(zhàn)意圖及機(jī)動性有機(jī)地聯(lián)系起來，分析并確定事件發(fā)生的原因，由此得到關(guān)于敵方兵力結(jié)構(gòu)、使用特點(diǎn)的估計，并最終形成有益于分析的戰(zhàn)場綜合態(tài)勢圖。

態(tài)勢評估的模型國外發(fā)展的比較完備，目前常用的模型有：美國國防部的JDL模型[1]、DSS決策支持系統(tǒng)[2]與戰(zhàn)場指揮員模型[3]等。發(fā)展比較成熟的態(tài)勢評估方法[4-8]包括：貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理、基于HMM和信息熵、直覺模糊推理、黑板模型、計劃識別、D-S證據(jù)理論、基于區(qū)間規(guī)則的條件證據(jù)方法等。

隨著信息技術(shù)深入到戰(zhàn)爭的各個環(huán)節(jié)，戰(zhàn)爭對信息的依賴程度也愈來愈深。因現(xiàn)代戰(zhàn)場具有廣泛復(fù)雜的環(huán)境，從而獲取到得信息具有海量性、缺失行、模糊性以及不確定性等特點(diǎn)，甚至具有欺騙性等。因此如何從具有海量性及不完備的動態(tài)信息中高效的獲取有效信息，分析戰(zhàn)場態(tài)勢，進(jìn)而判斷出敵方意圖，具有巨大價值。同時，戰(zhàn)場的態(tài)勢評估問題具有一定的領(lǐng)域規(guī)則，需要有專家知識的支持，依靠豐富的領(lǐng)域知識庫。黑板模型是一種多專家協(xié)作、快速匹配的決策系統(tǒng)，在此框架下，一個動態(tài)問題被分解為多個子模板的有機(jī)聯(lián)合，各個子模版由對應(yīng)專家在其特定領(lǐng)域內(nèi)的知識提供支持，為問題的解決提供邏輯推理與決策支持[7，9]。

2 事件（Event）

戰(zhàn)爭情況下，事件[7，13，14]特指在一定的戰(zhàn)場環(huán)境下，作戰(zhàn)單元或?qū)嶓w所進(jìn)行的一系列具有時間和空間關(guān)系的某種軍事意義的行動。

根據(jù)事件的時間相關(guān)性、空間相關(guān)性以及特性、重要程度，在態(tài)勢評估過程中將事件分為三大類：

（1）原子事件：主要指作戰(zhàn)及單元所做的基本動作。主要包括：

a.新目標(biāo)出現(xiàn)

b.目標(biāo)消失

c.雷達(dá)開/關(guān)

（2）重要事件：以原子事件為基礎(chǔ)，對當(dāng)前敵我雙方態(tài)勢有重要影響的事件，主要包括：

a.重要目標(biāo)出現(xiàn)/消失事件

b.突圍/突襲事件

c.重要雷達(dá)或電臺信號事件等

（3）復(fù)合事件：是兩個以上原子事件或重要事件復(fù)合而成，目的是完成一個復(fù)合作戰(zhàn)目標(biāo)所形成的一系列作戰(zhàn)活動。例如：

a.電子干擾/空襲事件

b.撤退/攻擊事件等

總之，事件是態(tài)勢覺察的原子組成，是態(tài)勢評估中發(fā)生的具有一定意義的軍事活動單元[7]，是進(jìn)行態(tài)勢評估的基礎(chǔ)。

3 黑板模型（Blackboard）

1962年由A.Newell提出黑板模型，由黑板、知識源和控制機(jī)構(gòu)（黑板監(jiān)督、調(diào)度隊(duì)列、控制數(shù)據(jù)庫、調(diào)度程序）三個主要部分組成，現(xiàn)代專家系統(tǒng)中廣泛使用了黑板結(jié)構(gòu)，其原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

黑板模型是處理態(tài)勢評估問題中一種十分有效的處理方法，人們針對不同領(lǐng)域、黑板性能上做了不同的改進(jìn)。Johnson[10]和Hamon[11]分別提出了實(shí)時黑板模型和分布式黑板模型；徐從富等[12]提出了面向通偵信息融合的多層黑板模型；杜修平等[9]將黑板模型應(yīng)用于證券態(tài)勢估計領(lǐng)域，并結(jié)合本體論思想，提出了基于本體的黑板模型；程岳、李偉生等[7，13，14]提出態(tài)勢估計的多級分層黑板模型。每個黑板內(nèi)容按照信息抽象程度再次進(jìn)行層次劃分，以便完成對問題的局部求解。三個黑板系統(tǒng)協(xié)同工作，完成整個問題的求解。

本質(zhì)上黑板結(jié)構(gòu)即是對問題逐步求解的過程。黑板模板一般由多個子黑板組成，并分成多級結(jié)構(gòu)，各級結(jié)構(gòu)為相關(guān)領(lǐng)域問題的描述。

其中知識源[13，14]是對問題求解的相關(guān)領(lǐng)域知識庫，知識源一般分為多個，每個知識源用來描述并完成對特定問題的求解，對應(yīng)于圖1中的各個層次。知識源分為條件與動作兩部分[13，14]，若當(dāng)前狀態(tài)滿足條件，則知識源被觸發(fā)，執(zhí)行動作部分，產(chǎn)生新的狀態(tài)?？刂茩C(jī)構(gòu)是黑板模型對問題求解的推理機(jī)構(gòu)，監(jiān)控黑板的狀態(tài)變化，決定下一步的行動。

4 基于事件驅(qū)動的分級多層黑板模型（The gradingthe multilayer blackboard model based on eventdriven）

在黑板模型中，黑板的架構(gòu)、黑板的劃分與黑板的刻畫決定著態(tài)勢評估的準(zhǔn)確程度。文獻(xiàn)[13]根據(jù)態(tài)勢評估的三個階段，給出一個多級黑板模型，是一個相對完善的功能模型。而從實(shí)際意義與實(shí)現(xiàn)角度上看，態(tài)勢覺察、態(tài)勢理解和態(tài)勢預(yù)測之間具有模糊的邊界關(guān)系，三者之間的邊界劃分，都極大的影響模型求解的精度。

態(tài)勢評估本質(zhì)上是應(yīng)用領(lǐng)域知識對事件進(jìn)行逐級分層推理求解的過程，戰(zhàn)場上某一時刻的態(tài)勢是一系列軍事行動/事件影響的結(jié)果。因此，根據(jù)黑板模型的特點(diǎn)，采用自頂向下的分解方法，建立態(tài)勢知識表示的多級多模塊表示結(jié)構(gòu)，每個態(tài)勢黑板由若干復(fù)合事件黑板組成，每個復(fù)合事件黑板由若干原子事件黑板和重要事件黑板組成[7，13，14，15]。因此，我們在黑板模型框架下，提出基于事件驅(qū)動的分級多層黑板模型，模型如圖2所示。

黑板分為態(tài)勢級黑板（譬如：敵軍裝備技術(shù)水平，敵軍意圖，敵軍戰(zhàn)備等級，敵軍威脅等級等）、復(fù)合事件級黑板、簡單事件級黑板，態(tài)勢推理求解的過程按照自底向上對事件證據(jù)逐層推斷，最終得出正確的高層態(tài)勢假設(shè)。

原子事件級黑板求解過程如下：

Step1：根據(jù)輸入的信息數(shù)據(jù)，若原子事件級黑板狀態(tài)改變，則由其對應(yīng)的刺激模塊匹配其相關(guān)的原子事件知識庫，并訪問之。

Step2：原子事件響應(yīng)模塊根據(jù)刺激模塊產(chǎn)生的中間結(jié)果找到對應(yīng)的原子事件匹配鏈表進(jìn)行匹配：若匹配成功，則對應(yīng)結(jié)點(diǎn)的匹配值增加1，同時用結(jié)點(diǎn)與中間結(jié)果兩者中可信度較大的作為當(dāng)前可信度；若沒有匹配成功，則創(chuàng)建新結(jié)點(diǎn)并賦值，記錄結(jié)點(diǎn)知識信息，匹配值置為1，將新結(jié)點(diǎn)加入原子事件匹配鏈表。

Step3：原子事件判斷模塊根據(jù)對應(yīng)領(lǐng)域的優(yōu)先法則，找出原子事件匹配鏈表中匹配累計記數(shù)及置信度均為最大項(xiàng)，如果最大項(xiàng)的層次號為最高，則進(jìn)入復(fù)合事件級黑板求解，否則用判斷結(jié)果更新黑板中的相應(yīng)內(nèi)容，并轉(zhuǎn)Step1。

復(fù)合事件級黑板求解與態(tài)勢級黑板求解與簡單事件級求解類似[7，13，14，15]，黑板的控制模塊不僅控制刺激模塊、相應(yīng)模塊和判斷模塊的執(zhí)行，同時控制簡單事件級黑板、復(fù)合事件級黑板、態(tài)勢級黑板求解的級別轉(zhuǎn)換，控制算法如下：

5 結(jié)論（Conclusion）

態(tài)勢評估的本質(zhì)是對戰(zhàn)場的實(shí)時信息進(jìn)行抽象提取，并對其進(jìn)行動態(tài)分級處理的求解過程。戰(zhàn)場事件是態(tài)勢覺察的基本單位，根據(jù)態(tài)勢評估的動態(tài)推理過程，提出了基于事件驅(qū)動的分級多層黑板模型。該模型根據(jù)態(tài)勢評估的動態(tài)推理本質(zhì)，結(jié)合其對應(yīng)的領(lǐng)域知識，自頂向下逐步分解，并在對應(yīng)的層次進(jìn)行模板匹配。由于采用了逐層分級處理法則，且分層清晰、分級靈活（可以根據(jù)領(lǐng)域知識和閾值動態(tài)調(diào)整），克服了現(xiàn)實(shí)環(huán)境下由于數(shù)據(jù)的模糊性及缺失性帶來的不確定性問題。本模型適用于當(dāng)前具有海量信息的復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境態(tài)勢評估系統(tǒng)，同時為信息融合的發(fā)展提供了新思路。

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