现代信息条件下的战场态势感知概念与技术*

肖圣龙 石章松 吴中红

(1.海军驻广州广船公司军事代表室 广州 510382)(2.海军工程大学电子工程学院 武汉 430033)

现代信息条件下的战场态势感知概念与技术*

肖圣龙1石章松2吴中红2

(1.海军驻广州广船公司军事代表室 广州 510382)(2.海军工程大学电子工程学院 武汉 430033)

信息技术的发展使得战场态势的相关概念、内涵更加广泛,对战场态势感知提出新的挑战。对战场态势、战场态势感知、战场态势可视化等概念进行了综合辨析与论述,结合信息技术的新发展,探讨了战场态势感知的相关支撑技术,为明晰战场态势的概念以及把握战场态势感知的技术发展方向提供参考。

战场态势; 战场态势感知; 战场态势可视化

Class Number TP317.4

1 引言

知天知地,胜乃可全[1]。历史发展到今天,信息技术成为决胜战场的主导因素之一。在信息化条件下,通过计算机技术、通信技术以及传感器技术等的运用,获取敌方作战兵力部署、士气、搜集交战地点的地理环境、气象水文等各个方面的战场信息,同时尽可能地隐藏己方的兵力信息,利用信息融合方法对得到的原始战场信息进行知识的挖掘,从而得到战场态势信息,对于夺取信息优势、取得决策优势进而赢得战争胜利变得更加重要[2～4]。

战场态势最终为指挥员所用,最直观有效的方式是以丰富多样的表现形式从各个角度各个层次展现出来,让指挥员对当前形势一目了然,同时对下一步的发展趋势能够加以预测。而在多媒体处理与显示、多模态信息融合处理、知识挖掘与表示、地理信息系统等各个方面,新理论新方法均大量涌现,这些理论与方法对于构建信息更加丰富准确、表示更直观形象战场态势提供了新的工具与途径。

据此,本文参考诸多文献中对战场态势有关概念的论述,结合当前信息技术的新发展,对战场态势感知的关键技术进行讨论,为明晰战场态势感知的概念与感知技术提供参考。

2 战场态势感知的相关概念

2.1 战场态势感知的相关概念

有关战场态势感知的概念主要集中在两个方面:战场态势、战场态势感知。除了这两个主要的概念,还有战场(态势)可视化、数字化战场(环境)等。表1分别给出了各文献中对这些概念的定义与论述。

表1 与战场态势相关的概念、定义及出处

上述文献从不同的角度对战场态势的相关概念进行了论述。对于态势与战场态势的理解,集中于三个方面:状态、形势与趋势;战场(态势)感知则表述了战场态势为指挥员所理解所涉及的技术范畴;战场(态势)可视化论述了实现战场态势感知的一类方式。

文献[10]在战场态势传统概念的基础上,从战场态势的本质特征与概念模型出发,采用耗散结构理论对战场态势以及战场态势信息组成进行了论述,从战场态势“有序”与“无序”的角度用熵值的概念对态势估计得技术途径进行了探究,对于拓宽战场态势感知的研究视野具有参考意义。

2.2 现代信息化条件下战场态势相关概念

最近五年内,信息融合、地理信息系统、虚拟现实等技术的发展,将战场态势的内涵尤其是战场态势感知以及其展现方式的内涵得到极大扩展,综合上一节中各文献的论述,下面给出相关概念的论述,供研究人员参考。

表2 现代信息化条件下战场态势相关概念

从辅助决策的角度出发,表2中三个概念的关系可以描述为:战场态势界定战场态势信息的构成,战场态势信息决定实现战场态势可视化所要采用的技术与方法,战场态势可视化成为战场态势感知的一种方式与工具。

3 战场态势感知

3.1 战场态势感知概述

无论是战场态势、战场态势信息的探讨,还是战场态势可视化的研究,最终目的是实现战场态势感知,为指挥员最方便、快捷、准确的理解与感知战场态势,发掘指挥决策所需要的态势信息服务,因此战场态势感知是相关研究的最终目的。

战场态势感知的研究,多以美军提出的共用作战图(Common Operational Picture,COP)为基础,定义:COP是一个基于网络化和知识共享的环境,将包括陆、海、空、天和信息域的整个战场空间的火力、ISR(情报、监视、侦察)、后勤和机动信息融合为一个单一实体,为有效的指挥和控制、实时兵力部署、辅助决策提供直观可视的信息平台。通用关联作战图(Common Relation Operational Picture,CROP)和用户自定义作战图(User-Defined Operational Picture,UDOP)等概念和术语[11]由COP衍生出。

文献[12]对共用作战图的现状与发展趋势进行了综合性的论述,文献[13]针对武器级作战态势图的互操作性与实现进行了论述,文献[14]则针对联合作战中对战场态势感知和共享的需求,研究了联合作战共用战场态势图的构建问题,提出了联合作战共用战场态势图的构建层次、构成要素、主要功能、生成过程等,并对加强联合作战共用战场态势图的建设,提出了若干对策和建议。

3.2 战场态势感知的支撑技术

战场态势感知的研究目前集中于战场态势可视化方面,这是由于图形图像在展示信息方面具有的形象直观、信息量大等特点，是语音、文本等方式所不可比拟的。未来基于战场信息的态势发掘必将是一个重要的研究方向。有三方面的核心内容:信息融合与挖掘、信息显示、信息存储与分发。

3.2.1 信息融合与挖掘

信息融合处理是实现战场态势感知的基础理论。依据美军JDL模型[15]的描述,首先通过第一级的处理,得到目标级的状态估计信息,以此为基础在第二级的处理中进行态势估计处理,将所观测的战斗力量分布与活动和战场环境有机地联系起来,识别已发生的事件和计划,得到敌方兵力结构、部署、行动方向与路线的估计,指出敌军的行为模式,推断出敌军的意图,做出对当前战场情景的合理解释,并对临近时刻的态势变化做出预测[16～17]。

由于现代战场态势日趋复杂多变,感知对象日益增多、感知手段日益丰富、用户对感知要求也日益提高,使得信息融合在融合结构、不确定、多模态、高冲突、强相关、网络化等诸多方面面临较大挑战。

文献[18]从军事技术、自动化、智能化等需求出发,分析了信息融合面临的问题与挑战,并从系统融合框架、信息不确定、多模态、高冲突、强相关、网络化以及非线性等方面对信息融合的进展进行了综述,探讨了信息一体化融合处理、以人为中心的信息融合、信息获取与融合的联合优化、复杂多传感器信息融合系统体系结构设计、信息融合系统仿真与性能评估、更多借助数学理论方法等未来几个可能的研究发展方向。这为开展信息融合技术的研究提供了参考。

同时,面对陆、海、空、天以及信息域于一体的现代战争,复杂系统、海量数据、冗杂的用户需求给战场态势感知带来巨大的挑战,而近年来诞生的数据挖掘技术与机器学习方法[19～21],在电信、零售、农业、网络、银行、电力、生物、天体、化工、医药等方面的广泛应用,对于进行智能化的战场态势感知研究,提供了新的思路与途径。

3.2.2 信息显示

未来的战场态势感知中的信息显示应当是动态的、统一的。为此,需要制定全军统一的作战实体单位的显示军标,同时还需要开发统一的、支持动态显示的战场态势可视化引擎,在这一方面,诸多成功的军事题材的PC游戏有很多值得借鉴的方面。

同时战场态势信息的可视化表现不应只是将战场上当前的、表面的态势表现出来,这样并不能减轻指挥员作战决策的难度,而要想辅助指挥员作战决策,就要能够帮助指挥员发现这些复杂繁多的态势信息背后隐藏的知识,帮助指挥员去分析信息。战场空间数据挖掘与知识发现不同于普通的空间数据挖掘和知识发现,前者主要是根据地理信息,结合敌我双方的作战条例提供可能的行动路线或方案,或者分析敌方的作战意图;后者主要是通过统计、聚类算法,发现其中的模式。

3.2.3 信息存储与分发

大数据、大系统、大用户将是未来战场态势感知不可避免的特征与趋势,如何保证战场态势信息能够以最稳健的形式进行存储,并保证作战期间在存在毁伤情况下指挥员能够及时获取所需态势信息以进行决策,是决定能否占据信息优势取得战斗胜利的重要前提。

军事领域因战斗损伤导致的信息中断,映射到民用领域,可以将诸如亚马逊、谷歌以及微软等著名企业也不可避免的系统宕机进行类比。面对这些信息存储与分发的不稳定问题,谷歌公司的三篇有关分布式的论文以及最近以来如火如荼的概念——云计算,给出了一个可行的解决方案[22～23]。

云计算架构的特征:弹性、透明、积木化、通用、动态与多租赁,以及基于云计算架构的成功商业应用案例,对于解决战场态势感知在复杂电磁环境下超大规模系统、海量数据处理所面临的挑战与困难,提供了一条可供参考的系统架构与技术实现途径[24]。

除此之外,智能移动平台协同指挥控制技术、无线传感器网络技术等在实现战场态势感知中同样扮演着重要角色,限于篇幅与论述角度,这里不再讨论。

4 结语

战场态势内涵的复杂性与丰富性导致其概念的难以界定。同时,战场态势感知对于指挥员把控战场全局,获取信息优势,从而取得战争的胜利具有重要作用。因此,结合公开发表的文献中对战场态势相关概念的论述,进行了综合讨论,同时结合信息技术的新发展与战场态势感知面临的新挑战,对未来战场态势感知技术的发展方向进行了探讨,为明确战场态势的相关概念、把握战场态势感知的技术发展方向提供参考。

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[20] Jiawei Han, Micheline Kamber, Jian Pei. Data Mining: Concepts and Techniques[M]. Morgan Kaufmann Publishers,2011.

[21] 李锐,李鹏,曲亚东,等译.机器学习实战[M].北京:人民邮电出版社,2013.

[22] 姚宏宇,田溯宁.云计算:大数据时代的系统工程[M].北京:电子工业出版社,2013.

[23] 郎为民.大话云计算[M].北京:人民邮电出版社,2012.

[24] 刘鹏.实战Hadoop[M].北京:电子工业出版社,2011.

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 作者简介:肖圣龙,男,硕士,研究方向:舰船监造。

TP317.4

10.3969/j.issn1672-9730.2014.11.004