林洪文 楊紹清

（海軍大連艦艇學(xué)院信息與通信工程系 大連 116018）

1 引言

21世紀(jì)的戰(zhàn)爭(zhēng)是信息化的戰(zhàn)爭(zhēng)，信息化戰(zhàn)爭(zhēng)要求艦艇部隊(duì)能夠充分利用可以獲得的各種信息資源，結(jié)合一定的戰(zhàn)術(shù)知識(shí)，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)做出迅速、正確的判斷。目前，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分析所用的知識(shí)主要來源于專家經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)對(duì)于態(tài)勢(shì)分析有一定的指導(dǎo)意義，但遠(yuǎn)不能滿足實(shí)戰(zhàn)中態(tài)勢(shì)分析的需要，這就要求利用其它方法和手段獲取更多的知識(shí)。我軍在作戰(zhàn)和日常的訓(xùn)練過程中，積累了大量的戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)、態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)里隱藏著許多作戰(zhàn)知識(shí)，如何發(fā)現(xiàn)并利用這些知識(shí)是目前亟待解決的一個(gè)問題。

2 知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)概述

2.1 知識(shí)發(fā)現(xiàn)的概念

數(shù)據(jù)庫中的知識(shí)發(fā)現(xiàn)［1］（KDD.Knowledge Discovery in Databases）是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機(jī)的原始數(shù)據(jù)中，提取隱含在其中的、事先未知的、而又潛在有用的信息和知識(shí)的過程，以滿足用戶對(duì)數(shù)據(jù)高層次而不僅僅是查詢這樣的低層次的要求，從而給人們提供所需問題的答案，提高信息的利用率。

2.2 知識(shí)發(fā)現(xiàn)的功能

知識(shí)發(fā)現(xiàn)的功能用于指定知識(shí)發(fā)現(xiàn)任務(wù)中要找的模式類型，典型的分為如下幾種：

1）特征化和區(qū)分：數(shù)據(jù)特征化是目標(biāo)類數(shù)據(jù)一般特征或特性的匯總；數(shù)據(jù)區(qū)分是將目標(biāo)類對(duì)象的一般特征與一個(gè)或多個(gè)對(duì)比類對(duì)象的一般特性進(jìn)行比較。

2）關(guān)聯(lián)分析：若兩個(gè)或多個(gè)變量間存在著某種規(guī)律性，就稱為關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)分析的目的就是找出數(shù)據(jù)中隱藏的關(guān)聯(lián)規(guī)則，如“航母?核潛艇（0.4，0.8）”就是一個(gè)關(guān)聯(lián)規(guī)則，它表示若某個(gè)海域出現(xiàn)航母，則同時(shí)會(huì)出現(xiàn)核潛艇的概率為40%，而該規(guī)則的可信度為80%。

3）聚類分析：聚類分析客觀地按被處理對(duì)象的特征分類，將具有相同特征的對(duì)象歸為一類（簇），使同一簇中的對(duì)象彼此盡可能相似，簇間的對(duì)象盡可能不同。

4）分類：分類是找出一組能描述數(shù)據(jù)集合典型特征的模型或函數(shù)，以便能通過它們識(shí)別出未知數(shù)據(jù)的類別，即將未知數(shù)據(jù)映射到某個(gè)類別，如對(duì)于雷達(dá)偵測(cè)到的空中目標(biāo)，可以根據(jù)它們的雷達(dá)回波大小、發(fā)現(xiàn)距離、飛行高度、飛行速度等特征進(jìn)行判斷，從而確定其類型。

5）預(yù)測(cè)：利用歷史數(shù)據(jù)建立模型，再運(yùn)用最新數(shù)據(jù)作為輸入獲得未來變化的趨勢(shì)或者評(píng)估給定樣本可能具有的屬性值或值的范圍。

6）時(shí)序分析：時(shí)序分析描述行為隨時(shí)間變化的對(duì)象的規(guī)律和趨勢(shì)，并對(duì)其建模。

7）孤立點(diǎn)分析：孤立點(diǎn)指數(shù)據(jù)庫中包含的一些與數(shù)據(jù)的一般行為或模型不一致的數(shù)據(jù)。大部分知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法將孤立點(diǎn)視為噪聲或異常丟棄，然而，在一些應(yīng)用中（如故障檢測(cè)），罕見的事件可能比正常出現(xiàn)的事件更令人感興趣。

3 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分析

3.1 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分析概述

態(tài)勢(shì)分析［2～3］是對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上戰(zhàn)斗力量分配情況的評(píng)價(jià)過程。它通過綜合敵我雙方及地理、氣象環(huán)境等因素，將所觀測(cè)的戰(zhàn)斗力量分布與活動(dòng)和戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境有機(jī)的聯(lián)系起來，識(shí)別已發(fā)生的事件和計(jì)劃，得到敵方兵力結(jié)構(gòu)、部署、行動(dòng)方向和路線的估計(jì)，指出敵軍的行為模式，推斷出敵軍的意圖，做出對(duì)當(dāng)前戰(zhàn)場(chǎng)情景的合理解釋，并對(duì)臨近時(shí)刻的態(tài)勢(shì)變化做出預(yù)測(cè)。由上述定義可以看出，態(tài)勢(shì)分析是對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)中戰(zhàn)斗力量部署及其動(dòng)態(tài)變化情況進(jìn)行解釋，推斷敵方企圖，預(yù)測(cè)將來活動(dòng)，并提供最優(yōu)決策依據(jù)與支持資源分配的過程。

真實(shí)環(huán)境下態(tài)勢(shì)分析的對(duì)象是作戰(zhàn)區(qū)域中隨時(shí)間推移而不斷動(dòng)作并變化著的作戰(zhàn)實(shí)體，態(tài)勢(shì)分析實(shí)際上就是對(duì)這樣一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的對(duì)象進(jìn)行感知，并對(duì)提取出來的態(tài)勢(shì)元素進(jìn)行覺察、認(rèn)識(shí)、理解和預(yù)測(cè)的處理過程。據(jù)此，可確立戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分析的三個(gè)功能模型：態(tài)勢(shì)覺察、態(tài)勢(shì)理解和態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)。

1）態(tài)勢(shì)覺察：根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分析的需要，對(duì)實(shí)時(shí)傳感器航跡表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，提取相關(guān)的態(tài)勢(shì)分析數(shù)據(jù)，得到目標(biāo)的基本態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)，如目標(biāo)的距離、方位、速度、經(jīng)緯度、類型等。

2）態(tài)勢(shì)理解：根據(jù)態(tài)勢(shì)覺察信息，結(jié)合領(lǐng)域知識(shí)，對(duì)當(dāng)前態(tài)勢(shì)進(jìn)行解釋，用于判斷敵方的戰(zhàn)場(chǎng)部署和作戰(zhàn)企圖。

3）態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)：在態(tài)勢(shì)理解的基礎(chǔ)上，對(duì)未來可能出現(xiàn)的態(tài)勢(shì)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3.2 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分析面臨的問題

信息化戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分析面臨諸多挑戰(zhàn)，主要有以下幾個(gè)方面：

1）面對(duì)的數(shù)據(jù)量快速增長(zhǎng)：隨著C4ISR系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，人們獲取信息的能力不斷增強(qiáng)，這些信息涉及到戰(zhàn)場(chǎng)的各個(gè)領(lǐng)域和環(huán)節(jié)，包括：戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、敵我雙方武器裝備、編制體制、作戰(zhàn)理論、兵力部署、作戰(zhàn)行動(dòng)、火力運(yùn)用等諸多因素。這些信息為指揮人員提供了豐富的戰(zhàn)場(chǎng)信息，使得現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)變得越來越透明，但隨之而來的問題是指揮員也將被淹沒在數(shù)據(jù)海洋中，變得無所適從。

2）信息不確定性增加：在實(shí)戰(zhàn)中，由于傳感器性能以及敵方干擾、欺騙等行為，使得獲得的目標(biāo)信息通常具有高度不確定性。在態(tài)勢(shì)分析過程中，這種不確定性主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

·灰色信息：由于觀測(cè)能力、傳輸誤差、噪聲等的影響，使得無法獲得目標(biāo)的全部信息或確切信息，而只能得到部分信息或信息的大致范圍，如觀察到目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度為［200，220］，表示目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度處于200～220之間的某個(gè)值；

·模糊信息：由于戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的復(fù)雜性，各目標(biāo)特征界限不分明，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確確定目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)類型，如對(duì)某一批目標(biāo)判斷為戰(zhàn)斗機(jī)、偵察機(jī)、轟炸機(jī)的概率分別為0.5、0.3和0.2。

·未確知信息：未確知信息表現(xiàn)為所掌握的信息不足以確定事物的真實(shí)狀態(tài)和數(shù)量關(guān)系。如戰(zhàn)場(chǎng)上可以同時(shí)獲得多個(gè)目標(biāo)的位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息，但目標(biāo)之間的聯(lián)系，即群信息無法直接獲得。

隨著對(duì)不確定性信息認(rèn)識(shí)的深入，人們已經(jīng)意識(shí)到：如果忽略了不確定性信息，或不能對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的處理，將不能作出正確的決策，更不能科學(xué)地研究復(fù)雜的軍事決策問題。

3）決策的時(shí)效性要求增強(qiáng)：信息化條件下，軍隊(duì)組織指揮和作戰(zhàn)行動(dòng)的節(jié)奏明顯加快，各種作戰(zhàn)樣式轉(zhuǎn)換特別頻繁，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)瞬息萬變。為了實(shí)現(xiàn)“先敵決策、快敵決策、高敵決策”的目的，時(shí)效性成了軍事決策系統(tǒng)的必然要求。

4 基于知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)的海戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分析

圖1 基于知識(shí)發(fā)現(xiàn)的海戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分析流程圖

利用知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)的海量數(shù)據(jù)處理能力和方法多樣的特點(diǎn)，將其應(yīng)用于海戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分析過程中，可以為指揮員提供智能的、自動(dòng)化的輔助手段，提高系統(tǒng)的智能化程度及決策科學(xué)性、時(shí)效性，從而極大地提高部隊(duì)整體作戰(zhàn)能力。

基于知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)的海戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分析主要過程包括兩個(gè)階段，第一階段為知識(shí)獲取階段，第二階段為戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分析階段，如圖1所示。

知識(shí)獲取階段各模塊的含義如下：

·海戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)基本信息數(shù)據(jù)庫：包括平時(shí)訓(xùn)練、演習(xí)、偵察獲得海戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)基本數(shù)據(jù)。

·發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫：對(duì)海戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)基本信息數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行包括數(shù)據(jù)凈化、數(shù)值化與特定轉(zhuǎn)換等在內(nèi)的預(yù)處理，形成發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫，以供知識(shí)發(fā)現(xiàn)過程使用。

·模式：利用知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)對(duì)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫中的的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘隱藏在數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，并以直觀的形式進(jìn)行表達(dá)，如分類規(guī)則：“IF飛行高度＝低AND飛行速度＝中THEN目標(biāo)類型＝導(dǎo)彈”，關(guān)聯(lián)規(guī)則：“航母?核潛艇（0.4，0.8）”。

·知識(shí)庫：通過知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)獲得的模式，經(jīng)過評(píng)估，可能存在冗余或無關(guān)的模式，這時(shí)需要將其剔除，剩下的模式就形成知識(shí)，進(jìn)入知識(shí)庫。

·基礎(chǔ)知識(shí)庫：由作戰(zhàn)基本理論和作戰(zhàn)理論經(jīng)驗(yàn)總結(jié)構(gòu)成。

·合成知識(shí)庫：由通過知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)獲得的知識(shí)庫和基礎(chǔ)知識(shí)庫構(gòu)成。

在戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分析階段，可以直接利用合成知識(shí)庫中的知識(shí)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如利用知識(shí)庫中形如“IF飛行高度＝低AND飛行速度＝中THEN目標(biāo)類型＝導(dǎo)彈”的分類規(guī)則對(duì)雷達(dá)目標(biāo)的類型判別；在發(fā)現(xiàn)某一海域出現(xiàn)航母的情況下，根據(jù)關(guān)聯(lián)規(guī)則“航母?核潛艇（0.4，0.8）”，加強(qiáng)對(duì)水下核潛艇的搜索；同時(shí)，還可以使用知識(shí)發(fā)現(xiàn)方法直接作用于戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)，如利用的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)［4］、粗糙集［5］等方法，可以有效處理不確定數(shù)據(jù)，結(jié)合決策樹［6］、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［7］、遺傳算法［8］等分類技術(shù)，可以對(duì)戰(zhàn)場(chǎng) 上的目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別；利用聚類技術(shù)可以對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上的眾多目標(biāo)進(jìn)行分群［9］，即將位置相近、類型相似，且執(zhí)行相同任務(wù)的目標(biāo)劃分到一起，看作是一個(gè)整體，從而向指揮員提供簡(jiǎn)化的戰(zhàn)場(chǎng)視圖，以便于指揮員準(zhǔn)確把握戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)；利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以對(duì)目標(biāo)的威脅等級(jí)進(jìn)行判斷［10］，輔助指揮員進(jìn)行最優(yōu)的火力分配；利用動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)等推理技術(shù)，可以對(duì)敵方目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)意圖進(jìn)行推測(cè)［12］，為指揮員制定合理的戰(zhàn)術(shù)對(duì)策贏取寶貴時(shí)間。

5 結(jié)語

信息化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)軍事決策提出了更高、更迫切的要求，基于知識(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分析能夠?qū)Ａ康膽?zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，獲取其中的關(guān)鍵要素，為指揮員的決策提供輔助支持，從而極大地提高作戰(zhàn)指揮效能和整體作戰(zhàn)能力。

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