信息優(yōu)勢度量方法綜述

龍 杰，劉德生

(1.航天工程大學(xué) 研究生院， 北京 101416； 2.航天工程大學(xué) 國防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 101416)

新軍事變革所帶來的指揮、控制、通信、情報(bào)、打擊和毀傷評(píng)估的綜合化與系統(tǒng)化，使原本分離的武器系統(tǒng)和分散的作戰(zhàn)單元被聯(lián)接整合為緊密的整體，戰(zhàn)場優(yōu)勢正日益由火力優(yōu)勢轉(zhuǎn)入信息優(yōu)勢。

在信息時(shí)代的戰(zhàn)場上，信息己成為戰(zhàn)爭中最重要的戰(zhàn)斗力[1]。誰擁有信息優(yōu)勢，誰掌握制信息權(quán)，誰就能贏得戰(zhàn)爭的主動(dòng)權(quán)，并最后奪取戰(zhàn)爭的勝利。隨著信息化戰(zhàn)爭的不斷發(fā)展，信息將成為戰(zhàn)場上的主導(dǎo)因素，控制戰(zhàn)場信息的主導(dǎo)權(quán)是信息化戰(zhàn)爭的“制高點(diǎn)”。要奪取制空權(quán)、制海權(quán)、制陸權(quán)乃至戰(zhàn)場主動(dòng)權(quán)，首先必須奪取和保持信息優(yōu)勢[2]。信息優(yōu)勢是獲取決策優(yōu)勢、奪取制信息權(quán)的客觀基礎(chǔ)，有關(guān)信息優(yōu)勢的度量及其對(duì)作戰(zhàn)影響等方面的理論研究對(duì)于開展信息系統(tǒng)建設(shè)、有效獲取制信息權(quán)具有重要意義。

1 信息優(yōu)勢的概念內(nèi)涵

軍事信息優(yōu)勢的理論，最早是由美軍正式提出，并系統(tǒng)地將其用于指導(dǎo)軍隊(duì)建設(shè)。1996年美軍在《2010聯(lián)合構(gòu)想》中提出信息優(yōu)勢的概念[3]：能夠搜集、處理和分發(fā)連續(xù)不斷的信息流，同時(shí)利用或阻止敵人采取這種行動(dòng)的能力。2000年5月，美軍在《2020 聯(lián)合構(gòu)想》中進(jìn)一步發(fā)展和完善了信息優(yōu)勢的內(nèi)涵[4]，該構(gòu)想強(qiáng)調(diào)信息優(yōu)勢的優(yōu)勢在于一方有利的不平衡狀態(tài)。

王保存等[5]在對(duì)美軍信息優(yōu)勢理論系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，將美軍的信息優(yōu)勢理論歸納為以下幾點(diǎn)：一是信息優(yōu)勢是軍隊(duì)的核心能力，而這種核心能力的核心是擁有“交互式作戰(zhàn)空間態(tài)勢感知與共享能力”；二是比敵方更全面地掌握戰(zhàn)場空間情況，包括敵我雙方的態(tài)勢和企圖；三是擁有比敵方更先進(jìn)的天基信息系統(tǒng)，有阻止敵方利用太空威脅己方的能力；四是有比敵方更強(qiáng)的情報(bào)搜集與評(píng)估能力、偵察與監(jiān)視能力、信息傳輸與通信能力、以及信息處理與指揮控制能力；五是擁有比敵方更強(qiáng)的信息防護(hù)能力，能確保己方各種傳感器、通信和信息處理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不被敵方干擾、破壞和利用；六是有勝敵方一籌的信息進(jìn)攻能力，能用“軟”、“硬”手段影響、干擾、削弱或破壞敵方的信息系統(tǒng)。

國內(nèi)部分研究學(xué)者也提出了對(duì)信息優(yōu)勢的定義和理解。費(fèi)愛國[6]在《信息優(yōu)勢的度量與效能評(píng)估》中定義信息優(yōu)勢為：“當(dāng)一方能夠根據(jù)需要收集、處理和分發(fā)信息，可以預(yù)期己方的變化和對(duì)方對(duì)信息的需求，阻止對(duì)方為做此事的能力時(shí)，這樣的一方才具有信息優(yōu)勢”，增加了信息優(yōu)勢中信息需求的內(nèi)涵。趙小松[7]在《軍事信息優(yōu)勢論》中指出軍事信息優(yōu)勢的3個(gè)基本要素：

1) 軍事信息的內(nèi)容質(zhì)量更高。獲得的軍事信息要準(zhǔn)確反映作戰(zhàn)空間內(nèi)相關(guān)實(shí)體的真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和變化方式，具有可靠性、相關(guān)性、完備性、精確性的特征。

2) 軍事信息的流動(dòng)效率更高。獲得的軍事信息經(jīng)過流動(dòng)，能夠及時(shí)安全地傳送到相關(guān)用戶手中。在保持信息流動(dòng)渠道的暢通無阻能力方面要高于對(duì)方。

3) 軍事信息的利用效能更高。用戶能夠正確合理地運(yùn)用軍事信息，轉(zhuǎn)變?yōu)橄嚓P(guān)問題的求解策略，做出正確地決策，并施效于被指揮者，在信息利用能力方面要強(qiáng)于對(duì)手。

房堅(jiān)[8]提出狹義信息優(yōu)勢和廣義信息優(yōu)勢的概念：按照是否考慮作戰(zhàn)雙方信息差異帶來的作戰(zhàn)效能提升，可將信息優(yōu)勢研究分為廣義和狹義兩類。廣義信息優(yōu)勢涉及物理域、信息域、認(rèn)知域、社會(huì)域多個(gè)作戰(zhàn)子域，包括由信息系統(tǒng)帶來的信息、決策和執(zhí)行等多方面優(yōu)勢，其度量涉及尺度參數(shù)、性能度量、效能度量和作戰(zhàn)效能度量等多種類型。如利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法度量系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和效能、利用修正的Lanchester方程度量信息優(yōu)勢效能等，均屬于廣義信息優(yōu)勢度量。狹義信息優(yōu)勢一般指雙方獲取信息之間的差異對(duì)比，其度量是信息域內(nèi)一種與雙方信息獲取、使用能力相關(guān)的性能度量，如利用信息完備性、準(zhǔn)確性等指標(biāo)對(duì)信息優(yōu)勢進(jìn)行的度量。

軍事信息優(yōu)勢可以概括為：敵對(duì)雙方在對(duì)相關(guān)軍事信息的獲取、處理、分發(fā)、防護(hù)、利用和進(jìn)攻過程中，一方相對(duì)于另一方所形成的一種整體有利的信息態(tài)勢。其本質(zhì)是對(duì)同一作戰(zhàn)空間內(nèi)作戰(zhàn)實(shí)體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和變化方式的感知和理解方面具有優(yōu)勢，包括感知信息的內(nèi)容質(zhì)量、流動(dòng)效率和利用效能等多方面的因素，軍事信息內(nèi)容質(zhì)量的高低，可用信息完備性、精確性和時(shí)效性衡量，軍事信息的流動(dòng)效率可用信息的及時(shí)性衡量，軍事信息利用效能可用信息的決策質(zhì)量和施效結(jié)果衡量。

2 信息優(yōu)勢度量方法的介紹

信息優(yōu)勢的概念提出后，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對(duì)信息優(yōu)勢度量方法進(jìn)行了很多研究。通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)并整理分析，將信息優(yōu)勢的主要度量方法總結(jié)為以下3種。

2.1 基于信息流的信息優(yōu)勢度量方法

美國理論界基于C4ISR系統(tǒng)的工作流程提出了著名的信息化戰(zhàn)爭“3個(gè)領(lǐng)域”：物理域、信息域、認(rèn)知域[9]。并開發(fā)了相關(guān)的定義、特性和度量準(zhǔn)則。其認(rèn)為C4ISR 的工作過程的實(shí)質(zhì)是信息的轉(zhuǎn)換過程，信息優(yōu)勢反映了C4ISR 系統(tǒng)信息對(duì)抗過程中對(duì)抗雙方信息能力的對(duì)比情況，最終體現(xiàn)C4ISR系統(tǒng)生成的態(tài)勢感知的質(zhì)量上，因此可以用信息轉(zhuǎn)換的質(zhì)量對(duì)信息優(yōu)勢進(jìn)行定量描述。信息質(zhì)量的度量準(zhǔn)則如表1所示。

將戰(zhàn)場事實(shí)特征用矩陣表示為F=[f1,f2,…,fn]，其中fi表示為矢量，其元素表示作戰(zhàn)實(shí)體i的特性，包括位置、速度、方向、實(shí)力、組織類型等。用Q(·)表示信息轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生信息的質(zhì)量。在物理域F0中，可以認(rèn)為信息質(zhì)量具有完美性，它描述和反映的是全部戰(zhàn)場事實(shí)，因此可以假定Q(F0)=1。在信息域，主要是軍事信息的收集、處理和分發(fā)，可以進(jìn)一步細(xì)分為傳感器、融合以及網(wǎng)絡(luò)3個(gè)層次。然后以完整性、正確性和實(shí)時(shí)性3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)衡量信息域的信息質(zhì)量。在認(rèn)知域，主要是利用信息域的產(chǎn)品進(jìn)行決策，因此對(duì)認(rèn)知域的評(píng)價(jià)主要用“單個(gè)態(tài)勢感知、共享態(tài)勢感知以及從協(xié)作優(yōu)勢到?jīng)Q策優(yōu)勢”等3個(gè)方面的指標(biāo)評(píng)價(jià)，并為每個(gè)領(lǐng)域建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型[10]，如表2所示。

表1 信息質(zhì)量度量準(zhǔn)則

表2 信息域信息質(zhì)量轉(zhuǎn)換模型

2.2 基于知識(shí)增益的信息優(yōu)勢度量方法

文獻(xiàn)[11-14]認(rèn)為信息優(yōu)勢由“信息網(wǎng)絡(luò)效能”和“信息對(duì)抗效能”兩部分組成。“信息網(wǎng)絡(luò)效能”是戰(zhàn)場靜態(tài)信息優(yōu)勢表現(xiàn)，以知識(shí)增益表示。知識(shí)增益理解為隨著系統(tǒng)不斷接收信息，主體對(duì)戰(zhàn)場事實(shí)的認(rèn)識(shí)逐漸趨向確定，對(duì)戰(zhàn)場態(tài)勢的感知程度越來越完整，信息的逐漸完善過程被稱為知識(shí)增益。信息網(wǎng)絡(luò)將各信息節(jié)點(diǎn)和平臺(tái)聯(lián)成一體，構(gòu)成共享通用作戰(zhàn)圖的網(wǎng)絡(luò)，通過各節(jié)點(diǎn)之間的信息協(xié)同和共享產(chǎn)生知識(shí)增益，以知識(shí)增益的程度來度量靜態(tài)信息優(yōu)勢，而知識(shí)增益的大小則利用信息熵的差量計(jì)算。

文獻(xiàn)[15]認(rèn)為信息網(wǎng)絡(luò)可以用一個(gè)抽象的定向圖進(jìn)行描述，圖由節(jié)點(diǎn)集和邊集構(gòu)成。通過連線聯(lián)接的節(jié)點(diǎn)間能夠?qū)崿F(xiàn)信息協(xié)同和共享，節(jié)點(diǎn)互聯(lián)而獲得的附加信息能夠使知識(shí)增益。兩節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行協(xié)同共享所帶來的知識(shí)增益效果模型為

當(dāng)考察由多節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的知識(shí)增益效果時(shí)，認(rèn)為每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所必需的，而且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的效果評(píng)估建立在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都正常進(jìn)行協(xié)同和共享的基礎(chǔ)之上。因此，可以用串行工作系統(tǒng)模型來表示信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的效果評(píng)估模型，信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的協(xié)同共享所帶來的知識(shí)增益效果模型為：

K(t)=c(t)[1-k(t)]+k(t)

“信息對(duì)抗效能”理解為戰(zhàn)場動(dòng)態(tài)信息優(yōu)勢的表現(xiàn)，指為影響敵方的信息和信息系統(tǒng)，同時(shí)保護(hù)自己的信息和信息系統(tǒng)而采取各種信息攻防作戰(zhàn)行動(dòng)獲得的信息優(yōu)勢。文獻(xiàn)[16]通過考慮信息對(duì)抗，修改損毀系數(shù)，以改進(jìn)的Lanchester方程來建立信息對(duì)抗效能模型。將信息網(wǎng)絡(luò)效能和信息對(duì)抗效能相綜合，可得到信息優(yōu)勢的評(píng)估模型。

2.3 基于信息質(zhì)量的信息優(yōu)勢度量方法

文獻(xiàn)[17-19]對(duì)評(píng)估依據(jù)、評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行了分析研究。一方面，可以用戰(zhàn)場感知態(tài)勢的質(zhì)量來衡量對(duì)抗過程中指揮自動(dòng)化系統(tǒng)信息能力的變化情況；另一方面，在實(shí)際作戰(zhàn)過程中，指揮員對(duì)指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的要求也是希望指揮自動(dòng)化系統(tǒng)生成的戰(zhàn)場感知態(tài)勢能全面、準(zhǔn)確地反映戰(zhàn)場客觀態(tài)勢。因此，可以將戰(zhàn)場感知態(tài)勢的質(zhì)量作為衡量指揮自動(dòng)化系統(tǒng)在對(duì)抗條件下的信息能力的指標(biāo)。通常，指揮員對(duì)指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的基本要求是它能盡可能及時(shí)準(zhǔn)確地反映本級(jí)作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)的戰(zhàn)場客觀態(tài)勢，于是可以將規(guī)定區(qū)域內(nèi)指揮自動(dòng)化系統(tǒng)生成的感知態(tài)勢與客觀態(tài)勢相吻合的程度作為衡量感知態(tài)勢質(zhì)量的指標(biāo)，這種吻合程度可以從完備性和準(zhǔn)確性方面衡量。

文獻(xiàn)[20-22]在此基礎(chǔ)上提出了評(píng)價(jià)信息質(zhì)量的指標(biāo)為：信息的完備性、準(zhǔn)確性和時(shí)效性。其中完備性是指規(guī)定任務(wù)區(qū)域內(nèi)戰(zhàn)場感知態(tài)勢中目標(biāo)的種類及數(shù)量與戰(zhàn)場客觀態(tài)勢相吻合的程度。戰(zhàn)場感知態(tài)勢的生成過程涵蓋了信息的獲取、傳輸和處理(綜合、融合)等環(huán)節(jié)。因此，感知態(tài)勢中信息的完備性取決于這3個(gè)環(huán)節(jié)中信息的完備性。準(zhǔn)確性是指規(guī)定任務(wù)區(qū)域內(nèi)戰(zhàn)場感知態(tài)勢中目標(biāo)的特征與真實(shí)目標(biāo)特性相吻合的程度。和完備性指標(biāo)類似，準(zhǔn)確性指標(biāo)也取決于信息的獲取、傳輸和處理(綜合、融合)這3個(gè)環(huán)節(jié)。時(shí)效性是指在規(guī)定任務(wù)區(qū)域內(nèi)，從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到指揮員感知到敵方目標(biāo)所需的時(shí)間。

文獻(xiàn)[23-26]通過定義紅藍(lán)雙方相對(duì)態(tài)勢感知能力，提出相對(duì)信息優(yōu)勢能力的評(píng)估方法。最后提出信息優(yōu)勢能力與制信息權(quán)之間定量的數(shù)學(xué)描述。當(dāng)紅藍(lán)雙方擁有的信息相差足夠大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)制信息權(quán)。對(duì)于紅方來說要獲得制信息權(quán)，意味著紅方和藍(lán)方之間的信息差就要超過某一閾值。假設(shè)0p。

3 信息優(yōu)勢度量研究現(xiàn)狀總結(jié)

對(duì)于信息優(yōu)勢的度量準(zhǔn)則，當(dāng)前研究一般以系統(tǒng)對(duì)客觀戰(zhàn)場信息感知能力的差異來體現(xiàn)，信息感知能力包括感知信息的內(nèi)容質(zhì)量、流動(dòng)效率和利用效能。內(nèi)容質(zhì)量的高低通常用準(zhǔn)確性和完備性衡量，流動(dòng)效率用信息的及時(shí)性衡量，利用效能則涉及信息的決策質(zhì)量和施效效果，在這方面的研究較少，在決策質(zhì)量上的研究主要考慮個(gè)體和團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)、能力、教育等特征，通過打分的形式度量，此種方法缺少理論基礎(chǔ)的支撐，不具有說服力。對(duì)于施效效果的研究主要還是通過改進(jìn)Lanchester方程來衡量對(duì)抗過程中的效果[27]，缺少一定的實(shí)際意義。利用效能方面涉及人的決策和作戰(zhàn)對(duì)抗，研究具有很大的難度，當(dāng)前研究一般集中于感知信息的內(nèi)容質(zhì)量和流動(dòng)效率方面。

對(duì)于感知信息和客觀信息之間的差異的度量，對(duì)以上3種方法進(jìn)行對(duì)比分析，以與信息優(yōu)勢的適應(yīng)性和模型的可操作性為參考指標(biāo)，對(duì)3種度量方法的總結(jié)如表3所示。

當(dāng)前對(duì)信息優(yōu)勢度量的研究呈現(xiàn)多樣性，具體為研究對(duì)象多樣，度量方法多種，度量指標(biāo)不統(tǒng)一。根據(jù)是否考慮信息優(yōu)勢對(duì)作戰(zhàn)的影響又將信息優(yōu)勢度量分為廣義和狹義兩種，其研究的側(cè)重點(diǎn)又大有不同。總體來說，當(dāng)前信息優(yōu)勢度量的研究在信息優(yōu)勢的度量準(zhǔn)則上具有廣泛的共識(shí)，而在具體的方法和指標(biāo)建立上尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在這些方面還需要進(jìn)一步的深入研究。

表3 信息優(yōu)勢度量方法

4 結(jié)論

1) 信息優(yōu)勢的度量方法已有很多研究，這些方法各有特點(diǎn)和適用的地方。然而對(duì)信息優(yōu)勢的度量是一個(gè)系統(tǒng)而全面的問題，在信息優(yōu)勢的度量過程中，對(duì)于具體指標(biāo)體系的構(gòu)建和信息優(yōu)勢對(duì)作戰(zhàn)效能的影響方面目前尚沒有合理統(tǒng)一的方案，還需要進(jìn)一步的研究解決。

2) 當(dāng)前資料中關(guān)于信息優(yōu)勢度量都是用籠統(tǒng)的指標(biāo)參數(shù)代替，具體指標(biāo)的合理選擇以及這些指標(biāo)數(shù)據(jù)的有效獲取是信息優(yōu)勢度量的基礎(chǔ)且必要的一環(huán)，其在理解和解釋信息優(yōu)勢方面具有重要意義，關(guān)乎著信息優(yōu)勢的產(chǎn)生是否具有足夠的說服力。深入構(gòu)建科學(xué)系統(tǒng)的底層指標(biāo)體系將是信息優(yōu)勢度量的一個(gè)重點(diǎn)問題。

3) 信息利用效能的評(píng)價(jià)。軍事信息的基本功能是保障指揮員做出正確的決策。信息優(yōu)勢只有轉(zhuǎn)化為知識(shí)優(yōu)勢，形成決策優(yōu)勢，才能最終提升作戰(zhàn)效能。而指揮員獲得及時(shí)、準(zhǔn)確、完備的軍事信息，并不等于能夠做出正確的決策。指揮員的信息素質(zhì)和決策能力、系統(tǒng)輔助決策的規(guī)則和決策都將影響信息的利用效能。因此，需要研究信息優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為決策優(yōu)勢的過程。如何科學(xué)準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)信息優(yōu)勢輔助決策的能力及對(duì)作戰(zhàn)的影響將是完整度量信息優(yōu)勢不可或缺的一環(huán)。