面向登陆场情报分析的地理空间信息系统构建技术研究*

赵立志 乔 慧

（1.91404部队 秦皇岛 066000）（2.江苏自动化研究所 连云港 222061）

1 引言

地理空间情报概念于2002年由美国首次提出，美军对地理空间情报的诠释为：对影像和地理信息进行开发处理和分析研究，以描述、评估、可视化地球上的自然特征和地理位置的活动［1］。地理环境情报一直以来都是指挥信息系统的情报保障基础。但传统指挥系统中地理空间数据以静态空间数据为主，且仅作为背景地图的制图数据来使用，只有与其他侦察类情报数据甚至开源地理情报数据结合使用，将来源多样、类型丰富的各类环境数据提取出来，分析其动态变化情况并予以融合呈现，地理空间数据更加完整，也才能发挥最大效益。人文情报是地理空间情报的重要组成部分，是“以文化为中心“的战争新形态的重要支撑，现有指挥系统中暂缺乏该类信息的保障。

登陆作战是现代战争中涉及兵种最多、作战环境与作战规律最复杂的作战样式。为适应现代登陆作战的“机动性”和“突然性”，满足作战对陌生地理环境快速情报保障需求，以及“以文化为中心”的战争新形态，将来源多样的人文信息与自然地理信息有效结合，构建一个适应登陆作战需求的地理空间情报保障分系统，在信息可视化技术的辅助下，重点提升地理空间情报的搜集、组织、分析能力以及多域多模态地理情报融合能力，是两栖作战情报保障体系建设的重要内容，也是决定两栖编队遂行现代化战争成败的关键要素之一。

2 问题分析

登陆作战受地理环境影响极大，如表1所示，登陆时间和登陆地段的选择、上陆工具的使用、诸兵种的战斗行动等都受战区地理、水文、气象等条件的制约。其中潮汐潮流直接影响着登陆与抗登陆作战、布雷、扫雷、舰艇活动和水下武器的使用［2］；气象条件（如风、雨、云、雾等）影响直升机、无人机起降和飞行安全主要因素，也影响海空兵力遂行各种战斗掩护；登陆场地理环境对陆战兵力展开、机动有直接影响。

表1 登陆场地理空间情报要素及其在作战筹划中的作用（部分）

为更好地应对陌生地域战场环境，须深入了解作战区域的人口分布、政治、经济、民众价值取向、宗教信仰、社会习俗、社会结构（如种族群体、少数群体、宗教群体、社团等）、思维行为方式等等，从而为己方制定行动目标和实施方案提供判断与预测的依据，实现决策的最优化，有效提升作战效能。

情报搜集是情报处理分析的前端保障。随着信息获取手段的不断丰富，如表2所示，地理空间情报来源主要包括由各种侦察系统如侦察卫星、雷达站、无人侦察机、前出侦察部队等获得的谍报、信号、图像等技部侦信息，以及来自各类社交软件、智能穿戴设备等公开来源情报等。情报载体涉及影像、文本、网页、网络报文等非结构化、半结构化数据和结构化数据。

表2 地理空间情报来源及载体

与传统情报相比，地理空间情报呈现以下三方面特征：

1）多要素特征

地理空间情报数据可分为自然地理情报数据和人文地理情报数据。

自然地理数据：关注区域的地理景观和自然条件，如地质、地形、地貌、水文、江湖、海洋、气象、气候、土质、植被、自然灾害现象等。自然地理要素相对稳定，变化较小。

人文地理数据：是由人类活动所形成的经济、文化，以及与之相关的各种社会现象，如居民地、交通网、行政境界线、人口、历史、文化、政治、军事、企事业单位、通信、电力等。

信息要素涉及了地理、水文、地质、大气、海洋、社会等专业学科或交叉学科。

2）时间空间多尺度特征

时间和空间特征是地理空间情报区别于其他情报最明显的基本特征。

来源多样的地理空间情报的时间特征具有多尺度（秒级、小时级、日级、季节/季度级、年级等）、相对性、多标度性（同一时间量用不同尺度时间来描述）、方向性（某事件发生时间之前或之后）和不确定性等特点［3］。空间特征包括描述空间实体的点、线、面、体等的几何特性，同时描述同一空间实体的多源情报亦具有多尺度特性。

3）高数据量低价值特征

来源的多样化，导致地理空间情报数据量的爆炸式增长。远远超出了传统的以关系型数据库为主的数据管理技术的处理范畴。社交网站和微信等相对主观、自由的网络媒体情报来源的存在，必然会稀释数据本身的价值性，数据的可靠度和可信度残次不齐。地理空间情报的高数据量、低价值特征为情报分析带来了挑战。

3 系统架构设计

基于上述对于登陆作战地理空间情报保障需求以及情报来源与特征的分析，面向登陆场情报分析地理空间信息系统，一方面须具备将来自传统和非传统情报源的各种时空巨量数据相综合，将不同空间与时间分辨率，不同精度与不确定性情报，建立关联关系，消除差异、有效融合的能力；另一方面须具备面向登陆作战应用，根据各个功能要素的职能任务对情报数据进行动态组织，提供精确情报保障的能力。本文基于所明确的预期能力目标，进行进一步的系统功能架构与软件架构设计。

从层次上，面向登陆场情报分析的地理空间信息系统功能架构共分为数据层、知识图谱构建层、知识计算层以及情报服务层。

1）数据层与知识库层，解决多源异构数据存储、索引以及统一访问问题，建立格式化侦察情报、多媒体侦察情报、作战数据库、互联网文本情报等与知识库、规则库的索引关系，并为应用系统访问异构数据源提供透明、高效、安全的数据访问服务。

2）知识图谱构建层，是核心技术支撑，解决地理空间情报按需组织问题，在领域本体的支撑下，实现对地理空间情报的统一表征与建模，完成地理空间情报实体、属性以及关系等3 类知识元素的抽取，形成面向地理空间情报保障的领域知识图谱。

3）知识计算层，在规则库以及领域知识图谱的支撑下，基于时序、空间关联，对不同情报知识予以语义关联和汇聚，形成水文气象类、政治民俗类、道路交通类等不同情报类别的情报产品，以及陆战部队、防空分队、战术终端等不同用户类别的情报产品，实现各作战单元的按需情报保障；根据用户查询需求，基于知识推理计算向用户推荐相关情报信息。

4）情报服务层，在地理空间情报可视化技术的支持下，面向登陆作战需求进行情报智能检索、动态组织服务和综合展示。

4 关键技术

4.1 地理空间情报数据统一表征与建模

地理空间情报以多种形式存在且带有复杂的语义异构现象，如何发现有用情报并将多个来源的关于同一个地理实体的描述融合起来，是构建多源地理空间情报系统首要解决的问题。

图1 面向登陆场情报分析的地理空间信息系统功能架构

本体是不同主体（人、机器、系统）之间开展语义交流的基础，按照本体的概念语义关系，对知识予以统一表征与建模，是解决信息/知识的共享、理解和重用的行之有效的解决途径。

面向特定应用的地理空间情报本体构建面临的难点在于工程量巨大且缺乏领域专家所共同认可的本体库。因此需要调研并充分采用已有本体库，照避难就简的原则尽量选择质量较好、结构化程度较高的数据源，之后通过非结构化数据的补充逐步扩大规则集。针对本文特定应用需求，本体构建设想如下：

首先，提取现有领域专家构建的可复用本体，包括时间本体、空间本体、数据来源本体、地质/地形本体、气象本体、境界区划本体等，即通用基础本体（来自词汇语义网（WordNet）、地理数据库（Get-Names）、地球与环境术语语义网（SWEET）等）；

情报保障领域本体，在通用基础本体的基础上，对其予以补充完善，描述地理空间相关实体概念及其关系，形成作战地域自然地理领域本体以及人文地形领域本体；

作战应用本体则是结合具体作战任务情报保障需求，对动态情报保障予以描述，例如登陆作战中登陆点选择、登陆时间选择以及面向军兵种任务的情报需求应用本体等。

图2 登陆场地理空间情报本体构建层次

4.2 地理空间情报按需组织与分发

情报保障系统需要针对不同的用户和作战需求提供相应的情报保障，情报保障的用户种类和数量、内容、形式、时效、粒度等都有区别。因此需要根据各种情报用户需求进行针对性、精细化的要素整编，并按照用户需要的格式进行组织。另外用户需求并不是一成不变的，除依赖于用户本身角色的固有需求之外，系统还需具备一定的个性化推荐能力，捕捉用户兴趣并按需组织亦是必要的。

设想的技术流程如图3所示，首先通过领域专家根据情报用户类别预先设立情报兴趣模型，在该模型的支撑下，获取所需情报的各类检索，形成情报分发器。并通过日常用户检索输入的频次及语义相似度计算，在登陆场地理空间情报知识库的支撑之下，寻找待推荐地理空间情报的最近邻及其关联集合，利用用户对推荐情报的评价，完善用户兴趣模型，实现地理空间情报的按需组织。

图3 基于用户兴趣模型捕捉的情报数据按需组织流程

4.3 面向登陆作战的地理空间情报产品可视化

可视化是地理空间情报的一项关键内容，也是其相对于其他情报的一大优势，在视觉描述基础上，提供可视化描述和动态理解。当前，高维数据、层次数据、网络数据、时态数据是可视化的研究热点。面向登陆作战需求，可考虑从地理空间层、任务层以及智能层的多层展示模型予以设计实现。

1）理空间层

主要展示地理要素、气象水文要素以及地理分布等，例如点/线/区域空间位置分布、热力图的频率空间分布、多尺度时间展示等。

2）任务层

对所存储的空间数据根据相应任务的数据要求完成筛选，再在电子地图上显示出来，形成指挥官需要的直观图。主要展示面向具体作战任务的地理空间情报要素集合。

3）智能层

在知识计算系列算法的支撑下，登陆场情报分析结果如通往装载集结地域预定路线的道路、桥梁通行情况；提取作战区域水文气象信息、传统风俗信息，评估作战有利季节或时间等，均是基于多个自然地理要素和人文地理要素综合计算的结果，既有定量结果，也有趋势类、关联类等分析结果，结合各分析结果的特点和登陆指挥官的使用习惯进行展示方式以及人因工程的设计是难点，尤其是在充分体现情报产品的价值性上，需要深入挖掘情报内涵，突出其对于作战的最直接意义。

5 结语

本文以登陆作战中作战区域地理空间情报保障为需求背景，围绕战场态势中对于战场环境刻画的缺陷，提出了一种面向登陆场情报分析的地理空间信息系统总体架构，分析了亟需解决的各项关键技术和技术要点，为构建更完善的战场态势并进一步提升情报分析能力提供技术支撑，助力推动数据优势经由知识优势转化为决策与行动优势。