現代信息條件下的戰場態勢感知概念與技術*

肖圣龍 石章松 吳中紅

(1.海軍駐廣州廣船公司軍事代表室 廣州 510382)(2.海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)

現代信息條件下的戰場態勢感知概念與技術*

肖圣龍1石章松2吳中紅2

(1.海軍駐廣州廣船公司軍事代表室 廣州 510382)(2.海軍工程大學電子工程學院 武漢 430033)

信息技術的發展使得戰場態勢的相關概念、內涵更加廣泛,對戰場態勢感知提出新的挑戰。對戰場態勢、戰場態勢感知、戰場態勢可視化等概念進行了綜合辨析與論述,結合信息技術的新發展,探討了戰場態勢感知的相關支撐技術,為明晰戰場態勢的概念以及把握戰場態勢感知的技術發展方向提供參考。

戰場態勢; 戰場態勢感知; 戰場態勢可視化

Class Number TP317.4

1 引言

知天知地,勝乃可全[1]。歷史發展到今天,信息技術成為決勝戰場的主導因素之一。在信息化條件下,通過計算機技術、通信技術以及傳感器技術等的運用,獲取敵方作戰兵力部署、士氣、搜集交戰地點的地理環境、氣象水文等各個方面的戰場信息,同時盡可能地隱藏己方的兵力信息,利用信息融合方法對得到的原始戰場信息進行知識的挖掘,從而得到戰場態勢信息,對于奪取信息優勢、取得決策優勢進而贏得戰爭勝利變得更加重要[2～4]。

戰場態勢最終為指揮員所用,最直觀有效的方式是以豐富多樣的表現形式從各個角度各個層次展現出來,讓指揮員對當前形勢一目了然,同時對下一步的發展趨勢能夠加以預測。而在多媒體處理與顯示、多模態信息融合處理、知識挖掘與表示、地理信息系統等各個方面,新理論新方法均大量涌現,這些理論與方法對于構建信息更加豐富準確、表示更直觀形象戰場態勢提供了新的工具與途徑。

據此,本文參考諸多文獻中對戰場態勢有關概念的論述,結合當前信息技術的新發展,對戰場態勢感知的關鍵技術進行討論,為明晰戰場態勢感知的概念與感知技術提供參考。

2 戰場態勢感知的相關概念

2.1 戰場態勢感知的相關概念

有關戰場態勢感知的概念主要集中在兩個方面:戰場態勢、戰場態勢感知。除了這兩個主要的概念,還有戰場(態勢)可視化、數字化戰場(環境)等。表1分別給出了各文獻中對這些概念的定義與論述。

表1 與戰場態勢相關的概念、定義及出處

上述文獻從不同的角度對戰場態勢的相關概念進行了論述。對于態勢與戰場態勢的理解,集中于三個方面:狀態、形勢與趨勢;戰場(態勢)感知則表述了戰場態勢為指揮員所理解所涉及的技術范疇;戰場(態勢)可視化論述了實現戰場態勢感知的一類方式。

文獻[10]在戰場態勢傳統概念的基礎上,從戰場態勢的本質特征與概念模型出發,采用耗散結構理論對戰場態勢以及戰場態勢信息組成進行了論述,從戰場態勢“有序”與“無序”的角度用熵值的概念對態勢估計得技術途徑進行了探究,對于拓寬戰場態勢感知的研究視野具有參考意義。

2.2 現代信息化條件下戰場態勢相關概念

最近五年內,信息融合、地理信息系統、虛擬現實等技術的發展,將戰場態勢的內涵尤其是戰場態勢感知以及其展現方式的內涵得到極大擴展,綜合上一節中各文獻的論述,下面給出相關概念的論述,供研究人員參考。

表2 現代信息化條件下戰場態勢相關概念

從輔助決策的角度出發,表2中三個概念的關系可以描述為:戰場態勢界定戰場態勢信息的構成,戰場態勢信息決定實現戰場態勢可視化所要采用的技術與方法,戰場態勢可視化成為戰場態勢感知的一種方式與工具。

3 戰場態勢感知

3.1 戰場態勢感知概述

無論是戰場態勢、戰場態勢信息的探討,還是戰場態勢可視化的研究,最終目的是實現戰場態勢感知,為指揮員最方便、快捷、準確的理解與感知戰場態勢,發掘指揮決策所需要的態勢信息服務,因此戰場態勢感知是相關研究的最終目的。

戰場態勢感知的研究,多以美軍提出的共用作戰圖(Common Operational Picture,COP)為基礎,定義:COP是一個基于網絡化和知識共享的環境,將包括陸、海、空、天和信息域的整個戰場空間的火力、ISR(情報、監視、偵察)、后勤和機動信息融合為一個單一實體,為有效的指揮和控制、實時兵力部署、輔助決策提供直觀可視的信息平臺。通用關聯作戰圖(Common Relation Operational Picture,CROP)和用戶自定義作戰圖(User-Defined Operational Picture,UDOP)等概念和術語[11]由COP衍生出。

文獻[12]對共用作戰圖的現狀與發展趨勢進行了綜合性的論述,文獻[13]針對武器級作戰態勢圖的互操作性與實現進行了論述,文獻[14]則針對聯合作戰中對戰場態勢感知和共享的需求,研究了聯合作戰共用戰場態勢圖的構建問題,提出了聯合作戰共用戰場態勢圖的構建層次、構成要素、主要功能、生成過程等,并對加強聯合作戰共用戰場態勢圖的建設,提出了若干對策和建議。

3.2 戰場態勢感知的支撐技術

戰場態勢感知的研究目前集中于戰場態勢可視化方面,這是由于圖形圖像在展示信息方面具有的形象直觀、信息量大等特點，是語音、文本等方式所不可比擬的。未來基于戰場信息的態勢發掘必將是一個重要的研究方向。有三方面的核心內容:信息融合與挖掘、信息顯示、信息存儲與分發。

3.2.1 信息融合與挖掘

信息融合處理是實現戰場態勢感知的基礎理論。依據美軍JDL模型[15]的描述,首先通過第一級的處理,得到目標級的狀態估計信息,以此為基礎在第二級的處理中進行態勢估計處理,將所觀測的戰斗力量分布與活動和戰場環境有機地聯系起來,識別已發生的事件和計劃,得到敵方兵力結構、部署、行動方向與路線的估計,指出敵軍的行為模式,推斷出敵軍的意圖,做出對當前戰場情景的合理解釋,并對臨近時刻的態勢變化做出預測[16～17]。

由于現代戰場態勢日趨復雜多變,感知對象日益增多、感知手段日益豐富、用戶對感知要求也日益提高,使得信息融合在融合結構、不確定、多模態、高沖突、強相關、網絡化等諸多方面面臨較大挑戰。

文獻[18]從軍事技術、自動化、智能化等需求出發,分析了信息融合面臨的問題與挑戰,并從系統融合框架、信息不確定、多模態、高沖突、強相關、網絡化以及非線性等方面對信息融合的進展進行了綜述,探討了信息一體化融合處理、以人為中心的信息融合、信息獲取與融合的聯合優化、復雜多傳感器信息融合系統體系結構設計、信息融合系統仿真與性能評估、更多借助數學理論方法等未來幾個可能的研究發展方向。這為開展信息融合技術的研究提供了參考。

同時,面對陸、海、空、天以及信息域于一體的現代戰爭,復雜系統、海量數據、冗雜的用戶需求給戰場態勢感知帶來巨大的挑戰,而近年來誕生的數據挖掘技術與機器學習方法[19～21],在電信、零售、農業、網絡、銀行、電力、生物、天體、化工、醫藥等方面的廣泛應用,對于進行智能化的戰場態勢感知研究,提供了新的思路與途徑。

3.2.2 信息顯示

未來的戰場態勢感知中的信息顯示應當是動態的、統一的。為此,需要制定全軍統一的作戰實體單位的顯示軍標,同時還需要開發統一的、支持動態顯示的戰場態勢可視化引擎,在這一方面,諸多成功的軍事題材的PC游戲有很多值得借鑒的方面。

同時戰場態勢信息的可視化表現不應只是將戰場上當前的、表面的態勢表現出來,這樣并不能減輕指揮員作戰決策的難度,而要想輔助指揮員作戰決策,就要能夠幫助指揮員發現這些復雜繁多的態勢信息背后隱藏的知識,幫助指揮員去分析信息。戰場空間數據挖掘與知識發現不同于普通的空間數據挖掘和知識發現,前者主要是根據地理信息,結合敵我雙方的作戰條例提供可能的行動路線或方案,或者分析敵方的作戰意圖;后者主要是通過統計、聚類算法,發現其中的模式。

3.2.3 信息存儲與分發

大數據、大系統、大用戶將是未來戰場態勢感知不可避免的特征與趨勢,如何保證戰場態勢信息能夠以最穩健的形式進行存儲,并保證作戰期間在存在毀傷情況下指揮員能夠及時獲取所需態勢信息以進行決策,是決定能否占據信息優勢取得戰斗勝利的重要前提。

軍事領域因戰斗損傷導致的信息中斷,映射到民用領域,可以將諸如亞馬遜、谷歌以及微軟等著名企業也不可避免的系統宕機進行類比。面對這些信息存儲與分發的不穩定問題,谷歌公司的三篇有關分布式的論文以及最近以來如火如荼的概念——云計算,給出了一個可行的解決方案[22～23]。

云計算架構的特征:彈性、透明、積木化、通用、動態與多租賃,以及基于云計算架構的成功商業應用案例,對于解決戰場態勢感知在復雜電磁環境下超大規模系統、海量數據處理所面臨的挑戰與困難,提供了一條可供參考的系統架構與技術實現途徑[24]。

除此之外,智能移動平臺協同指揮控制技術、無線傳感器網絡技術等在實現戰場態勢感知中同樣扮演著重要角色,限于篇幅與論述角度,這里不再討論。

4 結語

戰場態勢內涵的復雜性與豐富性導致其概念的難以界定。同時,戰場態勢感知對于指揮員把控戰場全局,獲取信息優勢,從而取得戰爭的勝利具有重要作用。因此,結合公開發表的文獻中對戰場態勢相關概念的論述,進行了綜合討論,同時結合信息技術的新發展與戰場態勢感知面臨的新挑戰,對未來戰場態勢感知技術的發展方向進行了探討,為明確戰場態勢的相關概念、把握戰場態勢感知的技術發展方向提供參考。

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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 作者簡介:肖圣龍,男,碩士,研究方向:艦船監造。

TP317.4

10.3969/j.issn1672-9730.2014.11.004