新体制下要地联合防空作战战场环境大数据需求分析

肖慧鑫

（国防大学，北京 100091）

0 引言

《孙子兵法》在地形篇开篇讲道：“地形有通者、有挂者、有支者、有隘者、有险者、有远者。……凡此六者，地之道也；将之至任，不可不察也。……夫地形者，兵之助也。料敌致胜，计险厄远近，上将之道也。知此而用战者必胜，不知此而用战者必败”［1］。分析古今中外战争史，敌情、我情、战场环境是任何军事行动都必须考虑的三大要素。随着高新技术在军事领域的不断应用，武器装备和作战样式不断发生着变化，战场空间不断出现新形态、新领域和新特征，形成了集陆海空天电网等多维一体的复杂战场环境。由于信息化时代作战行动的快节奏和高速度、战场信息的快速生产和高速流转，使得战场环境信息数据量越来越大、类型越来越多、尺度越来越细，给信息处理和存储造成巨大压力，对战场环境保障提出严峻的挑战［2］。

现代高技术联合作战，类型多样的战场环境信息交织关联更趋普遍，单点优势不再突出，数量和规模不再是主导，信息把战场、力量、行动糅合成整体，制胜因素更为复杂多变。运用大数据及其内含的处理方法，能够更加充分地利用复杂的战场环境数据信息，分析各环节、时机、因素之间的关联关系，找到战场环境因素与我情、敌情的利弊结合点，从海量的战场环境数据中深度挖掘可直接服务于决策指挥的知识点，提出科学、合理的分析结论，缩短从数据到决策的时空距离，实现数据决策、数据指挥。长期以来，受管理体制、部门利益、技术条件、标准差异等因素制约，“信息孤岛”一直存在，大量数据处于“休眠”状态，难以发挥应有价值。大数据技术的发展应用为解决这一问题提供了可能。

1 要地联合防空作战基本特点

1.1 要地联合防空作战重在联合

未来的要地联合防空作战是由陆、海、空、火箭军和战略支援部队，以及民兵预备役部队、武警部队和人民防空力量共同参与的联合作战行动。参战力量多元，作战行动多样，作战协同复杂，某一环节或某一行动出现问题，很可能导致整个战役失利。因此，必须强调联合指挥、联合行动、联合保障，做到密切协同，充分发挥综合作战效能。

1.2 要地联合防空作战空间广阔

未来的要地联合防空作战是战略性、大区域、多领域、全维空间的联合作战行动，不仅在陆地上组织防卫作战，而且将战场延伸至广大海域、空域以及太空、网络、电磁、心理等多个领域，战场空间极为广阔。因此，必须认真研究战场环境，准确把握主要方向，科学预置防空战场［3］。

1.3 要地联合防空作战态势多变

未来的要地联合防空作战交战双方将在陆海空天电网多维战场空间展开激烈对抗，敌对双方将尽可能在最短的时间内使用高精尖武器装备，围绕侦察与反侦察，干扰与反干扰，瘫痪与反瘫痪，空袭与反空袭，迅速达到作战目的。战场态势变化迅速，作战节奏紧凑，战机稍纵即逝，因此，必须实时掌握战场情况，迅即实施决策指挥，牢牢掌握战场主动权。

1.4 要地联合防空作战对手强劲

从海湾战争以来的几场局部战争来看，外军将依托其在亚太地区的军事基地和海上作战平台，充分利用其强大的海、空军力量和太空武器对我军实施致盲、远程、突防、太空和临空压制打击。因此，必须充分发挥人民战争优势，取长补短，合理布势，赢得先机。

1.5 要地联合防空作战防护困难

要地核心目标众多，水、电、气、暖等生命线工程和交通、通信设施脆弱，一旦被毁，次生灾害严重，进而导致要地地区社会混乱。因此，必须搞清防护目标的性质和周边地理情况，准确评估被毁后的灾情等级，编组灾害救援和社会治安力量，极力维护人民财产安全和社会稳定。

2 要地联合防空作战战场环境数据资源

战场环境是战场及其周围对作战活动有影响的各种情况和条件的统称，包括地形、气象、水文等自然条件，人口、民族、交通、建筑物、生产、社会等人文条件，国防工程构建、作战设施建设、作战物资储备等战场建设情况，以及信息、网络和电磁状况等［4］。要地联合防空作战战场环境数据包含了测绘导航、目标、气象水文、网络空间、电磁环境、太空环境、社会人文环境、核生化环境等数据。目前，这些数据分散存储在战区测绘导航队、目标保障队、气象水文队、网电对抗队、频谱管控队、战场态势队、综合信息服务队、通信保障队，军委联指各保障大队，各军种业务单位以及地方相关职能部门，数据量达到EB 级。

2.1 测绘导航数据

测绘导航数据包括各种比例尺的地形图、联合作战图、航空图、海图，以及高程模型数据和大地控制测量成果等基础地理数据；通过可见光、红外、多光谱、雷达获取的正射、倾斜和实景等影像数据；军事地理、兵要地志和战场勘察成果等专题数据；静态定位、动态定位、机动导航等军事导航数据；军用标准时间、时频标准、授时报务等时频数据。

2.2 目标数据

目标数据包括目标位置数据、目标物理特征数据、三维目标环境数据和目标区障碍物数据等。

2.3 气象水文数据

气象水文数据包括作战气象水文条件、气候水文背景资料、陆地气象信息、高空气象信息、陆地水文信息、海洋气象信息、海洋水文信息以及海洋水声环境信息等数据。

2.4 网络空间数据

网络空间数据包括网络设伏系统情况、网络阻塞系统情况、网络入侵系统情况、网络病毒攻击系统情况、邮件攻击系统情况、网络防护系统情况、固定电话攻击系统、IP 电子攻击系统、短信攻击系统和目标基本情况等数据。

2.5 电磁环境数据

电磁环境数据包括背景电磁环境、威胁电磁环境和用频台站（阵地）等数据。其中，威胁电磁环境数据主要包括雷达辐射源、通信辐射源信息、广播电视辐射源信息、电磁防护装备情况等数据。

2.6 太空环境数据

太空环境数据包括空间目标特性、空间区域划分、空间监测台站信息、空间目标侦察监视、航天目标侦察监视等数据。

2.7 社会环境数据

社会环境数据包括社情民情和舆情环境等数据。

2.8 核生化环境数据

核生化环境数据包括危险源分类属性、核反应堆基本情况、核化生污染等级、危险源状态、污染扩散范围等数据。

数据化是信息化的核心，是软建设，是后台工作。我军数据建设滞后于系统建设，长期不受重视，与我军“重平台、轻数据”的建设思路方式有关系。美军数据积累经历了很多年，我军直接跨入大数据阶段，需要认清当前阶段和发展水平，认识到要地联合防空作战对数据的急迫需求与供方差距。

3 要地联合防空作战战场环境大数据应用需求

习主席在十九大报告中指出：“扎实做好各战略方向军事斗争准备，统筹推进传统安全领域和新型安全领域军事斗争准备，发展新型作战力量和保障力量，开展实战化军事训练，加强军事力量运用，加快军事智能化发展，提高基于网络信息体系的联合作战能力、全域作战能力，有效塑造态势、管控危机、遏制战争、打赢战争［5］。”信息化条件下，传统的战场环境保障模式与新形势下建军思想不相适应，与不断发展变化的武器装备和作战样式不相适应，与数据决策、数据指挥和数据致胜要求不相适应。随着大数据技术在军事上获得应用，数据分析、知识挖掘、数据主导决策，将是获得战场优势的关键。如何以数据为中心精确设计和指挥战争，成为军队建设的新焦点。大数据技术带给我们的不仅是机遇，还有挑战，我们要强化危机意识，适应国家安全战略，深入研究要地联合防空作战战场环境保障的特点与规律，分析各阶段、各作战单元对战场环境数据的现实需求，围绕侦控打保4 个环节，坚持平战结合，军民融合，构建战场环境数据保障体系，将数据变成知识，以知识影响决策。

从战场环境数据资源中可以看出，要地联合防空作战涉及的数据数量极其庞大，数据类型多样、非结构化特征显著，也存在着数据管理分散、流通壁垒多，利用率低，作用发挥不明显等问题。如何将这些庞大、零散、独立的数据融合聚集在一起，充分发挥它们的决策作用，是当前需要研究解决的重点问题。

3.1 建立基于大数据和云计算的战场环境数据共享管理与在线服务

数据管理的核心是价值管理。实现要地联合防空作战战场环境数据的共享管理与在线服务，就是要充分发挥战场环境数据在联合作战中的应有价值，通过运用大数据的获取、融合、分析、挖掘和可视化技术，与云的存储、传输、计算技术，释放出数据的更多隐藏价值，将数据变成知识，直接服务于联合作战指挥和行动。

3.1.1 疏通战场环境数据获取渠道

要地联合防空作战战场环境数据的获取，需要在军委和战区联合参谋部机关的组织领导下，疏通4 个信息数据流转渠道。一是疏通与军委联指中心测绘导航保障大队的信息数据流转渠道；二是疏通与陆军、空军、海军、火箭军、战略支援部队和友邻战区战场环境信息数据共享渠道；三是疏通战区各保障队专业信息数据与战场环境数据的信息对接渠道；四是疏通与国家和各省市测绘机构、国土资源、公安边防、交通运输、科教文卫等职能部门的信息融合渠道。采取上级推送、下级请领、定期交流、协调对接、网络服务等方法，建立需求对接、军地协调、资源共享的深度融合机制，获取基础地理、遥感影像、兵要地志、军事地理等战场环境信息数据。

3.1.2 构建云架构的数据管理平台

要地联合防空作战是多军种、多武器平台、多信息系统联合、融合、耦合的一体化作战行动，需要构建战场环境、武器平台、作战指挥、目标情报等信息数据共享共用、逻辑关联的资源管理平台。一是建立云存储数据中心。运用云存储技术，建立网络化、集群化、虚拟化的数据管理中心，整合各军种、各专业数据资源，实现信息数据的共享共用。二是统一大数据标准规范。规范大数据采集格式、内容和粒度，统一结构化、半结构化和非结构化数据标准，保证数据资源的准确可靠性，数据格式和语义的一致性。三是完善大数据管理机制。建立统一的数据采集、数据存储、数据更新和数据分发软件平台，区分各级、各类数据生产和数据管理责任，实现数据的有效服务管理。

3.1.3 实现基于门限的数据在线服务

要地联合防空作战信息数据种类繁杂、数据量庞大、管理部门多、应用领域广、涉密程度高，需要建立高效、快捷、安全、有序的管理运行机制。一是建立信息安全保密机制。建立大数据资源和应用平台的安全防护技术体系，采取容灾备份、密码保护等措施，确保数据运行的安全性。二是开发用户访问交互平台。构建智能化应用服务终端，优化客户端访问平台，组织数据资源目录发布和数据资源查询，提供交互式与批处理相结合、离线与在线相结合的数据服务和资源共享。三是实现数据分级共享服务。根据不同用户角色，采取用户权限设置、数据隔离、数据访问控制、防火墙和恶意VM 预防等技术，对用户访问和数据传输进行严格控制，实现数据和应用服务之间数据流的封闭式保护，有效保证数据使用安全。

3.2 建立战场环境数据与作战数据之间的图谱结构和算法模型

战场环境大数据作为要地联合防空作战的重要组成部分，已经融入到侦察预警、指挥控制、火力打击、综合保障等各个环节，为认知战场环境、融合战场态势、实施指挥控制提供了支撑，是提高体系作战能力的关键因素。要地联合防空作战战场环境大数据建设，就是针对当前海量的战场环境数据，综合运用大数据、云计算的数据处理、存储、计算、挖掘、可视化分析等技术，建立战场环境数据与作战数据之间的函数关系与知识图谱，提出数据预处理、解密还原、深度挖掘、可视化分析的算法模型，从海量数据中深度挖掘直接服务于决策指挥的知识和依据，详细方法可参考文献［6-7］中的数据挖掘算法。

3.2.1 创新数据处理与融合技术

要地联合防空作战战场空间多维广阔，战场态势瞬息万变，信息数据急速流转，现有技术难以满足海量、高维、多源、动态数据的处理需求，需要研究新的数据处理与融合技术。一是海量数据的快速检索技术。针对结构化、半结构化、非结构化数据的处理感知，建立多元异构信息数据之间的知识图谱，支持用户从检索列表到数据资源的直接访问。二是可视化智能分析技术。针对人的形象思维和空间想象能力，运用直觉化、趣味化的表现方法，开发能够分析海量数据的计算技术或软件工具，实现大规模数据的可视化表达。三是人工智能分析技术。运用灰色理论、神经网络理论、粗糙集利用和云模型理论等，研究关联、分类、聚类、模式识别等智能信息处理方法，对不全、不真、不深的数据进行处理分析，及时有效地从数量庞大、关系复杂的数据中挖掘支撑体系作战的直接有用的知识信息［8］。

3.2.2 建立数据之间的逻辑关系

敌情、我情、战场环境数据是要地联合防空作战决策指挥的重要依据，建立三者之间的函数关系和知识图谱，挖掘数据的决策价值，是实施有效指挥、赢得胜利的关键。一是战场环境数据之间的逻辑关系。任何战场环境要素不是孤立存在的，找出各要素之间的逻辑关系，是分析战场环境对作战指挥与行动利弊影响的重要依据。二是战场环境与武器装备之间的逻辑关系。武器系统尽管在设计时考虑到了战场环境的影响因素，但战场环境复杂多变，需要找准战场环境影响武器性能的关键点，保证武器效能的正常发挥。三是战场环境与作战样式之间的逻辑关系。要抓住作战行动与战场环境这一对主要矛盾，研究它们的对立统一关系，掌握其发展规律，以便能动地改造和利用环境。四是战场环境与打击目标之间的逻辑关系。针对众多性质不同、防护力不同且威胁度各异的打击目标，研究分析其与战场环境之间的相互关系，提高我目标打击效果。

3.2.3 创建知识生成的算法模型

依据战场环境数据与作战数据之间的逻辑关系，构建深度挖掘可直接服务于决策指挥的知识点的算法模型，是增强战场环境数据作战效能的重要手段。一是构建敌攻击方向算法模型。依据作战对手的作战理论、作战手段和历次战争中空袭目标的特点规律，结合战场环境和我防空能力，构建推算敌可能空袭方向的算法模型，增强我侦察预警和对空防护能力。二是构建导弹阵地选择算法模型。依据我导弹系统的基本参数，结合战场环境的基本特征，构建分析我导弹发射阵地选择的算法模型，增强我导弹发射平台的安全防护和打击效能。三是构建战场机动路线选择算法模型。针对我兵力（兵器）机动和后装保障能力，结合战场环境交通运输条件，构建分析我战场机动的算法模型，提高我战力投送能力。四是构建地面防卫力量布势算法模型。针对要地地区防护目标的性质特点，结合我防护能力和敌空袭特点规律，构建我地面防卫力量布势和次生灾害预测算法模型，增强防卫目标的安全性和力量布势的针对性。

3.3 建立战场环境数据知识与指挥信息系统之间的耦合关系

要地联合防空作战是基于信息系统的体系作战，战争决策高度依赖指挥信息系统与陆海空天电网多维战场空间数据的有机融合。增强指挥信息系统与战场环境数据之间的耦合度，是提高基于信息系统体系作战能力的重要保证。

3.3.1 创新适应大数据应用的指挥信息系统

大数据时代的作战指挥，数据体量更大，价值密度更低，致使指挥决策难度显著增大。因此，必须以体系建设为核心，加强信息系统综合集成建设，实现“数据-决策-打击”的有效链接，为打赢未来战争提供保证。一是要统一数据接口和数据标准。按照大数据要求，建立统一的数据结构、数据接口和数据交换标准，实现各力量、各要素之间互联、互通、互操作，为形成自同步、自适应的一体化联合作战指挥信息系统创造条件。二是高效的数据处理和运算能力。具备海量多元异构数据综合处理能力，支持实时动态数据在线清洗以及视频、音频、图像、文本等非结构化或者半结构化数据的预处理，能够面向任务弹性匹配计算资源，满足高并发、大批量数据计算和紧急事件快速处理需要。三是具有强大的数据耦合和容错能力。能够在混杂的数据中发现内在联系，找出决策依据；能够通过大数据分析，实现对不精准或错误的信息进行修正处理。

3.3.2 研究适应指挥信息系统的大数据技术

信息系统是作战单元、作战要素实现作战效能整合的血脉，是形成军队信息力的重要物质基础，是形成体系作战能力的重要条件［9］。因此，必须研究适应指挥信息系统的大数据技术，盘活数据，让数据流动起来、鲜活起来、运用起来。1）高效的数据获取技术。构建全面实时的数据获取体系，形成网络化大数据引接汇聚系统，支持定期批量导入、在线同步更新、按需定向抽取等多种数据接入方式，实现海量、高维、多源、动态战场环境数据的快速获取，保证信息的一致性和时效性。2）海量的数据存储技术。构建形成分布式可扩展的战场环境大数据存储体系，能将类型众多的数据整合在一起，实现海量数据分级分类存储管理。3）智能的知识挖掘技术。设计有效的决策分析模型、开发相应的应用系统、嵌入合适的分析软件，通过关联分析、聚类分析、趋势分析等手段，深度挖掘多业务、海量数据资源，形成量化分析结果，探索内在规律，预测发展趋势，促进指挥决策更加高效、准确、智能［10］。

3.3.3 创新基于大数据的信息服务网络结构

数据并不总是完整的［11］，要地联合防空作战战场环境大数据建设，最终目的是通过指挥信息系统平台将生产的产品（数据）提供给用户使用，其面临的最大挑战就是产品（数据）的可获取性和利用性，要在加强通信基础设施建设的基础上，创新基于大数据的信息服务网络结构，确保用户能够近实时获取完整的产品（数据）服务，并为其提供检索、更新、附加值添加的技术手段和能力。1）优化客户端访问界面。通过自助、辅助和专业服务交互模型，整合、管理战场环境数据，所有计算机安全域的用户都可以访问。2）提供客户端网络资源。构建战场环境数据运行的基础平台，为用户提供战场环境数据显示、分析和管理工具，使用户能够快速分析利用战场环境数据、产品和服务。3）集成客户端应用服务。能够面向任务、面向服务给用户提供多元化和定制的产品（数据），并可支持用户对产品进行二次开发。

4 结论

要地联合防空作战，是以体系对抗为突出特点的诸军兵种联合、精确作战，其作战速度更快、作战空间更广、作战时间更短，对战场环境保障提出了更高的要求。要在分析要地联合防空作战的基本特点的基础上，构建战场环境大数据保障体系，加强信息系统集成建设和信息网络设施建设，加大大数据技术的开发应用，充分发挥数据资源优势，缩短从数据到决策的时空距离，实现作战决策快速正确、指挥控制精确高效、火力打击联合准确、支援保障及时顺畅的目标。