基于大數(shù)據(jù)技術的情報偵察

郭 勇

(海軍裝備部綜合計劃局，北京 100841)

0 引言

隨著科技的飛速發(fā)展、人工智能技術的不斷推進、無人機技術的普及，未來戰(zhàn)爭將迎來大數(shù)據(jù)時代。大數(shù)據(jù)主要是指用常規(guī)軟件工具無法在可承受時間范圍內(nèi)進行捕捉和處理的數(shù)據(jù)集合，是需要新型處理模式才能具有更強決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力的海量、高增長率和多樣化的信息資產(chǎn)。大數(shù)據(jù)技術是一次顛覆性的技術革命，具有5V特點：Volume(大量)、Velocity(高速)、Variety(多樣)、Value(低價值密度)、Veracity(真實性)。

隨著電子信息系統(tǒng)的廣泛應用和情報偵察能力的日益提升，未來戰(zhàn)場的情報偵察數(shù)據(jù)呈指數(shù)級增加，情報偵察領域的大數(shù)據(jù)時代已然來臨，情報偵察數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)量級、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)格式等各個方面均有顯著增加。電子信息對抗已經(jīng)具有鮮明的4V特征，主要體現(xiàn)在：信息感知頻段不斷加寬，各種寬帶雷達、通信體制相繼出現(xiàn)，導致偵察獲取的信號情報數(shù)據(jù)量迅速增長，即Volume特征；戰(zhàn)場電磁信號越來越復雜，有通信、雷達、無線電引信、制導與導航等復雜的信號類型，即Variety特征；在密集的海量數(shù)據(jù)中，包含大量的噪聲或干擾，以及各種有用信號，即Value特征；對信號處理及響應的實時性要求，即Velocity特征。大數(shù)據(jù)技術在電子對抗領域的應用將為該行業(yè)發(fā)展帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。美軍正在開發(fā)的新一代大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，能夠通過計算機的速度和精度以及人的敏捷性來理解和解釋現(xiàn)實世界，協(xié)助指揮官和分析人員將以100倍于當前的速度來理解傳感器收集的海量數(shù)據(jù)。美軍通過多年的發(fā)展，已擁有全球最先進的情報偵察系統(tǒng)，因為對海量情報數(shù)據(jù)的分析，曾是美軍情報偵察能力的瓶頸，而大數(shù)據(jù)正好能夠幫助美軍突破這一瓶頸。美國國防部近三年的財年報告都指出，大數(shù)據(jù)前沿技術和深度應用，在軍事領域蘊藏著巨大價值，已成為軍事科技能力競爭的焦點之一。

1 大數(shù)據(jù)技術在情報偵察領域的應用

軍事信息技術從關注“T”(Technology)的階段，向關注“I”(Information)的階段轉(zhuǎn)變；從建設指揮自動化系統(tǒng)(C4ISR)，即指揮、控制、通信、計算機、情報及監(jiān)視與偵察等信息系統(tǒng)，整體管理“戰(zhàn)場信息的獲取、傳遞、處理和分發(fā)”的全信息流程，發(fā)展至重視大數(shù)據(jù)處理應用，綜合集成數(shù)據(jù)采集、處理平臺和分析系統(tǒng)，統(tǒng)一優(yōu)化管理“戰(zhàn)場數(shù)據(jù)采集、傳遞、分析和應用”的全數(shù)據(jù)流程。通過對海量數(shù)據(jù)進行開發(fā)處理，大幅度提高從中提取高價值情報的能力，從而實現(xiàn)對戰(zhàn)場綜合態(tài)勢的實時感知、同步認知，進一步壓縮“觀察-調(diào)整-決策-行動”(OODA)周期，縮短“知謀定行”時間，提高快速反應能力。

西方一些電子戰(zhàn)專家認為“電子戰(zhàn)能力實際上幾乎等于情報能力，特別是電子情報偵察處理能力”。沒有及時、準確、全面的偵察情報信息，就無法進行電子對抗作戰(zhàn)。情報偵察系統(tǒng)涉及的信息量巨大，具有強烈的數(shù)據(jù)融合需求。在一體化聯(lián)合作戰(zhàn)體系中，情報系統(tǒng)需要對各方數(shù)據(jù)信息(不同軍種、不同區(qū)域、不同裝備和系統(tǒng)的情報數(shù)據(jù))進行綜合和分析，從而為作戰(zhàn)指揮、決策和行動提供有效支持。

大數(shù)據(jù)技術具有深度數(shù)據(jù)挖掘和分析能力，大大提高了情報偵察與分析的效率，即在有限時效內(nèi)從更新速度快的海量數(shù)據(jù)中挖掘出有價值的情報，提高情報偵察系統(tǒng)運用的時效性。在阿富汗戰(zhàn)爭中，美軍為打擊恐怖分子，其部署在太空、空中和地面的全方位情報偵察監(jiān)視系統(tǒng)24 h內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)就有53T，可見數(shù)據(jù)更新之快。美軍正在開發(fā)工具來檢測軍用計算機網(wǎng)絡與網(wǎng)絡間諜活動，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡上的惡意行為和有威脅的敵方目標，提升網(wǎng)絡態(tài)勢感知能力和網(wǎng)絡監(jiān)視預警能力，增強網(wǎng)絡攻擊能力。目前“偵、攻、防一體”的網(wǎng)絡空間作戰(zhàn)中，作戰(zhàn)行動速度已經(jīng)達到了“秒”級。

總之，未來的情報偵察系統(tǒng)完全可能依托大數(shù)據(jù)分析處理技術和建構(gòu)模型，通過數(shù)據(jù)挖掘模式，從海量數(shù)據(jù)中挖掘出有價值的信息，及時準確掌握敵方的戰(zhàn)略企圖、作戰(zhàn)規(guī)律和兵力配置，真正做到“知己知彼”，使戰(zhàn)場變得清晰透明，從而撥開“戰(zhàn)爭迷霧”，達成“運籌于帷幄之中、決勝于千里之外”的作戰(zhàn)目的。

2 美軍大數(shù)據(jù)技術研究

對美軍而言，武器裝備數(shù)據(jù)量的增加所帶來的問題越來越明顯。例如，美軍已積累了總價值達數(shù)十億美元的偵察機和戰(zhàn)場傳感器。隨著這些傳感器捕獲數(shù)據(jù)量的激增，傳感器數(shù)據(jù)存儲、分析和融合的難度與挑戰(zhàn)也與日俱增。因此，亟需大數(shù)據(jù)技術來對已有的數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)5V特征到1V(Value)的增值。2012年3月，美國發(fā)布《大數(shù)據(jù)研發(fā)倡議》，倡議包括美國防部在內(nèi)的6個部門不斷投資，開發(fā)相應工具盒技術，大力提升獲取、管理和分析大數(shù)據(jù)的能力。美國防部及其下屬機構(gòu)DARPA在同期發(fā)布的大數(shù)據(jù)項目清單中列出了“從數(shù)據(jù)到?jīng)Q策”等10項研究計劃。美軍發(fā)布的《2013—2017國防部科學技術投資優(yōu)先項目》將“從數(shù)據(jù)到?jīng)Q策”項目排在了第一位，凸現(xiàn)了大數(shù)據(jù)對其指揮決策方式的巨大影響。

美軍大數(shù)據(jù)項目是美國國家項目的重要組成部分。美國政府啟動了“大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展計劃”，希望通過改進大量復雜數(shù)據(jù)中挖掘知識、獲取情報的能力。在前沿技術研究方面，DARPA在大數(shù)據(jù)工作中計劃每年投入2500萬美元，著手研發(fā)大數(shù)據(jù)處理分析所必要的硬件與智能化分析軟件，以解決非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的組織積累、數(shù)據(jù)庫關聯(lián)等問題；推進大數(shù)據(jù)輔助決策，集中在情報、偵察、網(wǎng)絡間諜等方面，匯集傳感器、感知能力和決策支持建立真正的自治系統(tǒng)，實現(xiàn)操作和決策的自動化。

2.1 聚焦領域

目前，美軍的大數(shù)據(jù)項目主要聚焦于三大領域：

1)從數(shù)據(jù)到?jīng)Q策，主要是開發(fā)分析海量數(shù)據(jù)的計算技術和軟件工具；

2)自主性工具，主要是研發(fā)無需人工干預，便能判斷趨勢、適應現(xiàn)實條件以及能在動態(tài)復雜環(huán)境中工作的智能化工具；

3)人工系統(tǒng)，主要是推進人機結(jié)合，實現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)和訓練。

大數(shù)據(jù)技術的研究和應用，將極大促進美軍在情報偵察、信息化建設、網(wǎng)絡安全、指揮決策等各個領域能力的提高。

2.2 開發(fā)目的

美軍開展大數(shù)據(jù)技術研發(fā)項目的目的旨在：

1)發(fā)展大數(shù)據(jù)前沿核心技術，以滿足搜集、存儲、防護、管理、分析和共享海量數(shù)據(jù)的要求；

2)利用大數(shù)據(jù)相關技術，推動科學與工程領域的發(fā)明創(chuàng)造，增強國家安全，轉(zhuǎn)變教育方式；

3)儲備人力資源以滿足研究和利用大數(shù)據(jù)技術的需求。

通過大數(shù)據(jù)研發(fā)，美軍將會在數(shù)據(jù)獲取、存儲、管理、分析和分發(fā)等方面取得質(zhì)的飛躍，進而提升美軍戰(zhàn)場態(tài)勢感知、情報分析、智能決策以及安全防護能力，大大縮短OODA周期，以便迅速做出正確的決策，這對于掌握戰(zhàn)場主動權(quán)和最終奪取勝利至關重要；此外，美軍率先在大數(shù)據(jù)領域占領先機，將會全面拉開與其他國家在信息戰(zhàn)領域的差距，確保戰(zhàn)場信息主導權(quán)。

2.3 大數(shù)據(jù)技術項目

近年來，美軍大數(shù)據(jù)技術方面的開發(fā)計劃主要有：

1)多尺度異常檢測(ADAMS)計劃。解決大規(guī)模數(shù)據(jù)集的異常檢測與表征問題。在此背景下，數(shù)據(jù)中的異常為在各種現(xiàn)實背景下搜集另外可操作的信息提供了線索。

2)網(wǎng)絡內(nèi)部威脅(CINDER)計劃。尋求研究新的方法，檢測軍方計算機網(wǎng)絡中的符合網(wǎng)絡間諜特征的活動，旨在提高檢測網(wǎng)絡威脅的準確度、發(fā)現(xiàn)概率與速度。

3)洞察(Insight)計劃。以彌補當前情報、監(jiān)視與偵察系統(tǒng)中的重要不足，旨在研發(fā)一種資源管理系統(tǒng)，通過分析成像和非成像傳感器及其他來源的信息，自動識別威脅網(wǎng)絡和非常規(guī)作戰(zhàn)行動。

4)機讀(Machine Reading)計劃。通過研發(fā)學習系統(tǒng)，處理自然文本并在知識庫中插入產(chǎn)生的語義表示，而非依賴于當前用于知識表達昂貴且費時的處理過程。

5)“心靈之眼”(Mind′s Eye)計劃。旨在開發(fā)一種可在機器上應用的“可視化情報”(visual intelligence)能力。

6)面向任務的彈性“云”(Mission-oriented Resilient Clouds)計劃。旨在開發(fā)檢測、診斷和應對攻擊的技術，為“云”計算環(huán)境建立有效的“社區(qū)衛(wèi)生服務體系”，應對云計算中固有的安全挑戰(zhàn)。

7)加密數(shù)據(jù)編程計算(PROCEED)研究工作。旨在為運算中的數(shù)據(jù)開發(fā)其在應用的整個過程中保持加密狀態(tài)所需的切實可行的做法與相關的現(xiàn)代編程語言，克服在“云”計算環(huán)境內(nèi)信息安全面臨的主要挑戰(zhàn)。

8)視頻與圖像的檢索與分析工具(VIRAT)計劃。其目的是開發(fā)一套系統(tǒng)，使軍事圖像分析員有能力開發(fā)收集到的大量視頻內(nèi)容，使分析員能夠為有價值的活動與事件建立起預警功能。

9)XDATA計劃。旨在為分析大量半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)開發(fā)計算技術和軟件工具，主要解決處理分布式數(shù)據(jù)存儲中不完整數(shù)據(jù)的可擴展算法，以及用于各種任務、可迅速定制，方便視覺推理的有效的人機交互工具。

10)大數(shù)據(jù)和預測分析方法。2016年，國防信息信息系統(tǒng)局(DISA)尋求將大數(shù)據(jù)和預測分析整合至其網(wǎng)絡安全工具套件中，提高網(wǎng)絡安全自動化水平。美國商業(yè)公司Simulyze利用大數(shù)據(jù)分析工具提高無人機態(tài)勢感知能力，能夠提供更加完整的戰(zhàn)場信息，例如友軍位置、敵軍位置以及海上艦船位置等。這些信息與主ISR通用作戰(zhàn)圖配合使用，勾畫出更為完備的整體作戰(zhàn)視圖。雖然許多商業(yè)大數(shù)據(jù)平臺通常具備分析能力,但該機構(gòu)仍將授予單獨的大數(shù)據(jù)分析工具研發(fā)合同；該工具可以為高級官員提供所需的數(shù)據(jù)以供鑒定,即使該數(shù)據(jù)來自不同的供應商。DISA正尋求從多個消息源攝取數(shù)據(jù)并進行整合,然后據(jù)此作出一些可操作的決策，并得到可操作的信息。這些數(shù)據(jù)將有助于國防部構(gòu)建自動化平臺，快速應對已知的威脅并修補漏洞。

11)ACCESS計劃。旨在開發(fā)專為大型復雜體系的演化計算所設計的獨立仿真處理系統(tǒng)，包括大數(shù)據(jù)加速分析計算、混合加速仿真計算、高效加速計算的技術攻關。

12)Maven計劃。2017年項目啟動，美國防部算法戰(zhàn)跨部門小組負責，旨在加速國防部對人工智能與機器學習技術的集成，將國防部海量的可用數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎糜谛袆拥那閳?。開發(fā)用于目標探測、識別與預警的計算機視覺算法，提高無人機收集全動態(tài)視頻(FWV)的處理、利用與分發(fā)(PED)能力。2017年12月，首批算法在美國非洲司令部部署，情報分析人員使用算法從“掃描鷹”、MQ-9“死神”等無人機拍攝到的數(shù)百萬小時視頻圖像中自主識別感興趣的目標。該算法具備初始能力后，已經(jīng)在中央司令部以及弗吉尼亞州蘭利空軍基地第1分布式地面站(DGS-1)部署，也將在加利福尼亞州比爾空軍基地的第2分布式地面站(DGS-2)部署。

3 大數(shù)據(jù)背景下的信息偵察

隨著數(shù)據(jù)挖掘技術、大規(guī)模并行算法及人工智能技術的不斷完善與在軍事上的廣泛應用，情報、決策與作戰(zhàn)一體化進展快速。圖1為ISR任務工作模型，可以看出，在武器裝備上，將特別注重各作戰(zhàn)平臺的系統(tǒng)融合和無縫鏈接，以保證戰(zhàn)場信息的實時快速流轉(zhuǎn)，縮短從“傳感器到射手”的時間差，實現(xiàn)“發(fā)現(xiàn)即摧毀”的作戰(zhàn)目標。

由大數(shù)據(jù)支撐的擁有自主能力的無人作戰(zhàn)平臺，將使得美軍“從傳感器到平臺的實時打擊能力，追求零傷亡”成為可能。事實上，隨著大數(shù)據(jù)技術水平的不斷提高，大數(shù)據(jù)分析正在逐步取代傳統(tǒng)偵察手段，成為軍隊高層進行決策的重要依據(jù)。美軍通過利用大數(shù)據(jù)工具提高軍事人員對多個戰(zhàn)場空間情報的發(fā)現(xiàn)和深度認知能力；還利用相關大數(shù)據(jù)技術組織開發(fā)了戰(zhàn)略預警工具，在線分析互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，挖掘重要線索和關聯(lián)性實體和事件，實時或近實時監(jiān)控全球整體性恐怖預警態(tài)勢和熱點沖突預警態(tài)勢，提高戰(zhàn)略防御能力。在戰(zhàn)略牽引上，美軍“第三次抵消戰(zhàn)略”已將以自主系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析、自動化等為代表的人工智能技術列為主要發(fā)展方向。在情報偵察領域，美軍將人工智能技術視為未來情報偵察監(jiān)視體系的支柱，特別是將人工智能技術用于處理和分析海量情報數(shù)據(jù)視作在這一領域最重要和最強烈的應用需求。

圖1 情報偵察中的ISR任務工作模型

大數(shù)據(jù)技術將賦予無人作戰(zhàn)平臺一定的“能動性”。以無人機為例，在大數(shù)據(jù)技術需求牽引下，美軍正在研發(fā)能夠以作戰(zhàn)平臺為依托進行數(shù)據(jù)邊緣高速處理的“近傳感器計算(NSC)”產(chǎn)品。這一產(chǎn)品將使無人機不依賴成本高昂、功耗很大的通信系統(tǒng)，或者笨重、龐大的存儲系統(tǒng)，就能夠避免與潛在的其他飛行器迎面相撞這類事故。

近幾年迅速發(fā)展的無人機作戰(zhàn)平臺，其本質(zhì)就是一個智能系統(tǒng)。其可以成建制地對實時捕獲的重要目標進行“發(fā)現(xiàn)即摧毀”式的精確打擊，還能通過融合情報的前端和后端，使數(shù)據(jù)流程與作戰(zhàn)流程無縫鏈接并相互驅(qū)動，構(gòu)建全方位遂行聯(lián)合作戰(zhàn)的“偵打一體”體系，從而實現(xiàn)了體系化的“從傳感器到射手”的重大突破。由大數(shù)據(jù)支撐的擁有自主能力的無人作戰(zhàn)平臺，將使得這些追求成為可能。例如，目前全世界最先進的無人偵察機“全球鷹”，能連續(xù)監(jiān)視運動目標，準確識別地面的各種飛機、導彈和車輛的類型，甚至能清晰分辨出汽車輪胎的類型?，F(xiàn)今，美空軍的無人機數(shù)量已經(jīng)超過了有人駕駛的飛機，或許不久的將來，美軍將向以自主無人系統(tǒng)為主的，對網(wǎng)絡依賴度逐漸降低的“數(shù)據(jù)中心戰(zhàn)”邁進。目前，美國正使用新一代極高頻的通訊衛(wèi)星作為大數(shù)據(jù)平臺的支撐。未來，無人機甚至有可能擺脫人的控制實現(xiàn)完全的自主行動。美軍試驗型無人戰(zhàn)斗機X-47B就是這一趨勢的代表，它已經(jīng)可以在完全無人干預的情況下，自動在航母上完成起降并執(zhí)行作戰(zhàn)任務。

無人機集群作戰(zhàn)則是依托云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等先進技術進行作戰(zhàn)協(xié)同，根據(jù)任務需要，在機群內(nèi)靈活配置偵察探測、信息處理、導彈火力等模塊，形成一個具有偵察、干擾和打擊能力的復合編隊，在軍事行動中進行戰(zhàn)略威懾、戰(zhàn)役對抗和戰(zhàn)術行動。美軍的典型無人機集群項目主要有“小精靈”、“進攻性蜂群使能戰(zhàn)術”(OFFSET)、低成本無人機蜂群技術(LOCUST)。

4 結(jié)束語

美國五角大樓高層認為，大數(shù)據(jù)將改變戰(zhàn)爭游戲規(guī)則，為實現(xiàn)“成為以新的、非常規(guī)方式在全譜軍事行動中利用大數(shù)據(jù)的領頭羊”目標，美軍建立了以國家項目為依托、進行商業(yè)化運作的重要發(fā)展路徑。從作戰(zhàn)手段角度看，大數(shù)據(jù)及其支撐的新型武器裝備的應用，將豐富軍隊的作戰(zhàn)體系，使體系作戰(zhàn)能力大幅提升；從作戰(zhàn)效能角度看，大數(shù)據(jù)下的作戰(zhàn)行動循環(huán)所耗時間將大為縮短，更符合“未來戰(zhàn)爭不是大吃小，而是快吃慢”的制勝規(guī)律。

信息化戰(zhàn)爭的突出特點就是戰(zhàn)場數(shù)據(jù)劇增。在未來的信息化戰(zhàn)爭中，作戰(zhàn)優(yōu)勢集中體現(xiàn)為信息優(yōu)勢，其本質(zhì)就是數(shù)據(jù)優(yōu)勢?；谠朴嬎?、以大數(shù)據(jù)獲取、存儲、處理、分析為基礎的信息對抗體系是軍事電子系統(tǒng)領域的發(fā)展趨勢，在未來電子戰(zhàn)中是有潛力的技術發(fā)展方向?！?/p>