蔡理金,朱 瑤，瞿連政

(國防科技大學信息通信學院,湖北 武漢 430010)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭已經(jīng)步入大數(shù)據(jù)時代，作戰(zhàn)指揮人員面對戰(zhàn)場海量信息,在實戰(zhàn)的責任、時間等多重壓力之下,難以提取有效信息以支撐指揮決策。據(jù)此,美軍提出了作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求的理念,其核心要義就是指揮人員必須提出“少而精”的關(guān)鍵信息需求,以滿足科學決策、快速決策的需要[1]。作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求,是對籌劃組織作戰(zhàn)和指揮控制部隊行動具有決定性作用的信息需求,用以幫助作戰(zhàn)指揮人員在海量多源的戰(zhàn)場信息中,把握重點情況、聚焦主要信息,化繁為簡、撥開戰(zhàn)爭迷霧,作出正確決策,實施高效指揮[2]。要確保關(guān)鍵信息需求高質(zhì)量,必須對其進行評估。作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量評估是衡量關(guān)鍵信息需求優(yōu)劣,改進優(yōu)化關(guān)鍵信息需求的重要保證,是需求研究的重要內(nèi)容。本文以提高作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量為目的,探討了運用云模型評估作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量的方法。

1 指標體系構(gòu)建

在深入分析影響作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量的相關(guān)因素,充分考慮需求評估應(yīng)堅持的基本原則的基礎(chǔ)上,采取獨立論證與咨詢專家相結(jié)合的方法,從需求專家、指揮人員和保障人員等多個視角,分需求文檔格式、支撐作戰(zhàn)指揮、需求保障等三個方面,按照“由頂至下、逐層分解、逐步細化”的思路,建立了作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量評估三層指標體系,如圖1所示。

指標體系由5個一級指標,16個二級指標構(gòu)成。其中,準確性、一致性和規(guī)范性等3個一級指標是從需求專家的角度,對需求文檔格式進行考量;使用性是從指揮人員角度,對關(guān)鍵信息需求支撐作戰(zhàn)指揮方面的考量;保障性是從信息保障人員的角度,對關(guān)鍵信息需求保障難度方面的考量。從多個視角綜合評估需求質(zhì)量,有利于確保評估結(jié)論的相對客觀公正。

1.1 準確性

準確性是指需求語義描述清晰,內(nèi)容表達沒有二義性。作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求是支撐指揮決策的關(guān)鍵,也是信息保障的重點,是連接指揮人員和信息保障人員的橋梁紐帶。信息保障人員必須準確理解作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求,以便指導(dǎo)信息搜集、融合整編等信息保障活動的開展,為指揮人員準確地提供指揮決策所需的關(guān)鍵信息。共同的理解需要共同的語言、共同的表達方式。因此,作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求描述必須以全軍通用的描述語言和方式為參照,把作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求簡潔、清晰地表達出來,使作戰(zhàn)指揮人員與信息保障人員對其有共同的認知。準確性度量指標主要包括描述語言類型、術(shù)語參考標準以及語義二義性。

1.2 一致性

一致性是指作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求不存在顯性或隱性的矛盾性,主要體現(xiàn)在兩方面。一是術(shù)語前后表述的一致性。描述關(guān)鍵信息需求時,相同的術(shù)語在不同的需求描述中的內(nèi)涵應(yīng)該相同,防止出現(xiàn)對相同需求描述時術(shù)語隨意更改、前后不一致的情況。二是需求清單前后邏輯的一致性。作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求依附于作戰(zhàn)指揮活動,先確定作戰(zhàn)指揮活動,然后才能分析指揮活動所需的關(guān)鍵信息需求。由于作戰(zhàn)指揮活動遵循特定的規(guī)律性,因此關(guān)鍵信息需求內(nèi)容相互間也具有邏輯排順,防止出現(xiàn)需求清單內(nèi)容前后邏輯矛盾的問題。一致性度量指標主要包括術(shù)語沖突性、邏輯矛盾性。

1.3 規(guī)范性

規(guī)范性是指作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求的格式和組織方式應(yīng)符合規(guī)定。關(guān)鍵信息需求格式具有規(guī)定性,除包含信息名稱外,還應(yīng)該描述關(guān)鍵信息的具體內(nèi)容、時效性、責任區(qū)分等相關(guān)屬性,使信息保障人員能夠依據(jù)需求,掌握什么人、在什么時候、需要什么信息,以便合理區(qū)分信息保障任務(wù),有效指導(dǎo)信息保障活動的開展,確保在合適的時間、為合適的人員、提供合適的信息。同時,作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求通常應(yīng)采取“清單式”的組織方式,以使指揮人員和信息保障人員能一目了然,全面清晰地把握信息需求重點,做到不添加、不遺漏。規(guī)范性度量指標主要包括格式規(guī)范性和組織規(guī)范性。

1.4 使用性

使用性是面向用戶提出的評估指標,主要體現(xiàn)了關(guān)鍵信息需求為作戰(zhàn)指揮服務(wù)的力度,是指揮人員對關(guān)鍵信息需求滿意度的度量,是衡量關(guān)鍵信息需求質(zhì)量最重要的指標。指揮人員對關(guān)鍵信息需求滿意度評估主要體現(xiàn)以下4個方面:一是關(guān)鍵信息需求與指揮決策的關(guān)聯(lián)性，關(guān)鍵信息需求內(nèi)容必須與指揮決策緊密關(guān)聯(lián),對指揮決策具有不可或缺性;二是關(guān)鍵信息需求對指揮決策的價值度，需求的價值越高則越重要,關(guān)鍵信息需求相對于其他需求,對指揮決策具更高價值,也更重要;三是關(guān)鍵信息需求數(shù)量不宜過多。根據(jù)美軍的實踐經(jīng)驗,關(guān)鍵信息需求數(shù)量一般不超過10條,數(shù)量過多則不利于指揮決策[1];四是關(guān)鍵信息需求對時效性的要求，關(guān)鍵信息需求對不同信息的時效性描述必須合理,要能有效滿足作戰(zhàn)指揮對信息供給、更新的時效性要求；五是關(guān)鍵信息需求對展現(xiàn)形態(tài)的要求，關(guān)鍵信息需求清單中對信息展現(xiàn)形態(tài)的要求應(yīng)滿足指揮人員指揮需要,要簡潔、準確、形象、直觀,便于指揮人員快速準確地掌握戰(zhàn)場態(tài)勢,及時科學地定下指揮決心。

1.5 保障性

保障性是面向信息保障者提出的評估指標,反映了信息保障人員對關(guān)鍵信息需求保障難易度的度量,主要體現(xiàn)在以下4個方面:一是關(guān)鍵信息需求保障責任區(qū)分的合理性，需求清單中不同關(guān)鍵信息需要不同的提供者,要根據(jù)需求清單中信息的屬性,結(jié)合指揮機構(gòu)不同要素、不同保障單位的職能,合理區(qū)分信息保障任務(wù)；二是關(guān)鍵信息需求清單中信息的可獲取性，需求清單中信息的可獲取性分為直接獲取、間接獲取以及無法獲取三種類型,可獲取性越差,保障難度越大；三是信息識別處理的復(fù)雜度，關(guān)鍵信息需求中的信息處理越復(fù)雜,保障難度越大；四是信息保障的時間。信息保障的時間是指提出需求到提供信息的時間,時間越短則保障難度越大。因此,保障性度量指標主要包括責任單位合理性、信息可獲取性、識別處理簡易性、保障時間冗余度。

2 云模型

云模型是李德毅院士于20世紀90年代提出的,可實現(xiàn)定性概念與定量數(shù)值相互轉(zhuǎn)換的模型[3]。當前,云模型在數(shù)據(jù)挖掘、效能評價、自動控制等諸多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。本文采取云模型的方法,對關(guān)鍵信息需求質(zhì)量進行評估。

2.1 基本概念

設(shè)U為一個用精確值表示的定量論域,C為U上的定性概念,若定量數(shù)值x∈U,且x是定性概念C的一次隨機實現(xiàn),x對C的隸屬度μ(x)∈[0,1],是具有穩(wěn)定傾向的隨機數(shù)μ,即μ:U→[0,1],?x∈U,x→μ(x),則x在論域U上的分布稱為云,記為C(x),每個x稱為一個云滴(x,μ(x))[4-5]。

根據(jù)云分布的形狀劃分,云可以分為正態(tài)云、梯形云、三角云,由于現(xiàn)實生活中大量的現(xiàn)象都服從正態(tài)分布,因此正態(tài)云模型運用得最為廣泛[6]。本文也以正態(tài)云作為評估工具開展研究。

2.2 數(shù)字特征

描述云模型的數(shù)字特征包括期望Ex、熵En以及超熵He,記為C(Ex、En、He)。通過云模型以上三個數(shù)字特征值,可以實現(xiàn)云模型在定性描述和定量數(shù)值之間的相互轉(zhuǎn)換。云模型三個數(shù)字特征在云圖上的表示如圖2,其具體含義如下:

1)期望Ex:Ex是云滴在論域U上分布的期望,也是在論域U中最能代表定性概念的值,位于論域U的中心位置,也被稱為云的重心。

2) 熵En:表示云滴的離散程度,反映了定性概念的不確定性。熵越大,則云滴在論域U上分布的范圍則愈廣,定性概念的不確定性越大。

3)超熵He:表示熵En的熵,反映了熵的不確定性。在云圖上體現(xiàn)在云的厚度上,超熵越大,云滴越分散,則云的厚度越大。

2.3 基本考量

作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求評估方法包括德爾菲咨詢法、層次分析法、模糊綜合評判法、灰色評估法等多種定性、定量評估方法。要充分考慮作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求指標特點,以及指揮人員對評估結(jié)論展現(xiàn)的要求,優(yōu)選合適的評估方法實施評估。

1) 評估指標定性為主,評估方法要能實現(xiàn)定性到定量的轉(zhuǎn)換。作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量評估的指標以定性指標為主,絕大多數(shù)指標都無法通過仿真試驗獲取量化指標數(shù)據(jù),如信息價值度,指揮的相關(guān)度等,都是以指揮人員主觀判斷為依據(jù)。為防止完全憑評估人員主觀認知評估需求質(zhì)量,評估方法必須能夠?qū)崿F(xiàn)指標定性描述到定量描述之間的有效轉(zhuǎn)換,并可將定量描述應(yīng)用到需求評估的過程中,科學評估作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量。

2) 結(jié)果必須簡潔直觀,評估方法要能形象直觀展現(xiàn)評估結(jié)果。用簡單的理念解決復(fù)雜的問題是作戰(zhàn)指揮的一種追求。相比于復(fù)雜的呈現(xiàn)結(jié)果,作戰(zhàn)指揮人員更傾向于接受簡潔直觀的結(jié)果展現(xiàn)方式。用圖形呈現(xiàn)的結(jié)果要比文字呈現(xiàn)的結(jié)果更易于被指揮人員所接受,這也是當前我軍在作戰(zhàn)指揮中,運用各種態(tài)勢圖分析判斷情況的原因。因此,選用的評估方法必須能夠用簡潔直觀的方式,形象展現(xiàn)作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求評估結(jié)論。

3) 需求優(yōu)化需要建議,評估方法要能分析不同因素對質(zhì)量的影響。作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求評估的目的是進一步優(yōu)化需求清單,提高關(guān)鍵信息需求質(zhì)量。因此,需求評估不能僅僅滿足于得出當前需求評估結(jié)論,還需要進一步深入分析不同指標對需求質(zhì)量的影響,以便提出關(guān)鍵信息需求質(zhì)量優(yōu)化的意見建議。因此,選用的評估方法不僅能評估作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求最終質(zhì)量,還可以評估不同指標對需求最終質(zhì)量的影響。

云模型能夠?qū)崿F(xiàn)定性概念與定量數(shù)值相互轉(zhuǎn)換,它不僅能評估需求最終質(zhì)量,還可以分析不同指標對需求質(zhì)量的影響。它能在同一張仿真圖上同時展評價等級云和評估目標云,通過對比兩者之間的相似性,得出需求評估結(jié)論,并以云圖展現(xiàn)評估結(jié)果,形態(tài)上更加形象直觀。因此,基于云模型的評估方法滿足關(guān)鍵信息需求評估對方法的要求,本文選用基于云模型的需求評估方法,評估作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求。

3 評估基本流程

運用云模型評估作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量,本質(zhì)上就是將評估指標、最終需求質(zhì)量通過云模型刻畫展現(xiàn)。該方法包含指標集、評價集以及權(quán)重因子集三個關(guān)鍵因素,基本思路是:依托權(quán)重因子集,通過正向云發(fā)生器,按照由低層至高層的順序,逐層計算各層指標集的云模型特征值,最終得到需求評估目標層的云模型特征。通過逆向云發(fā)生器,將各指標云模型、最終需求質(zhì)量云模型以及評價集云模型等特征值通過云滴展現(xiàn),比較指標云、最終需求質(zhì)量云相對于評價集云的位置,判斷關(guān)鍵信息需求各指標質(zhì)量及最終綜合質(zhì)量,具體流程見圖3所示。

3.1 計算評估指標權(quán)重

運用層次分析法(AHP)確定各指標的權(quán)重?；玖鞒倘缦?1)運用1～9標度法標識指標兩兩相對上層指標重要性,建立判斷矩陣;2)運用方根法計算各指標的權(quán)重;3)對指標的一致性進行檢驗,驗證通過后確定權(quán)重,否則,調(diào)整判斷矩陣重新計算權(quán)重。

3.2 建立評語集云模型

評語是對評估對象結(jié)論性的表述,評語集是由表征評價結(jié)論的多個評語構(gòu)成的集合。應(yīng)統(tǒng)籌考慮評價的實際需要和既有的評價習慣,科學確定評語集。評語集中的每一個評語都需要通過云模型來描述,需將定性的評語轉(zhuǎn)化為云模型的數(shù)字特征(Ex,En,He)。對于可通過一段數(shù)值區(qū)間[Tmin,Tmax]描述的評語,云模型的數(shù)字特征計算如公式(1)所示[7]:

(1)

式中，k為常數(shù),反映了評價的不確定性,取值不能太大,否則會提高評估的不確定性和難度,具體可依據(jù)評語的模糊程度自主確定。

3.3 生成指標的云模型

建立指標云模型有仿真試驗法和專家打分法,由于作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求絕大多數(shù)指標無法通過仿真試驗獲取數(shù)據(jù),因而采用專家打分法。利用多位專家為各個指標打分的樣本值,計算該指標云模型的數(shù)字特征,具體算法如公式(2)所示:

(2)

3.4 形成指標的綜合云

指標體系是由多層指標構(gòu)成,上層指標的云模型數(shù)字特征可以由其所屬下層指標的云模型數(shù)字特征以及權(quán)重綜合后生成,通過由底層向上層的逐層綜合,就可得到最終目標層云模型的數(shù)字特征。云模型綜合算法較多,本文選取其中的一種算法,如公式(3)所示[8]。

(3)

式中:wi表示第i個指標的權(quán)重,Exi、Eni、Hei分別表示下層第i個指標云模型的期望、熵和超熵,Ex、En、He分別表示綜合云的期望、熵和超熵。

3.5 計算云模型相似度

依據(jù)作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求評估集和待評對象的云模型數(shù)字特征,通過云生成算法,生成評價等級云和待評價對象云,對比兩者的相似度得到評價結(jié)論。云生成算法的流程如下:

4)以(Xi,μi)為方差參數(shù)生成一個云滴;

5)重復(fù)步驟1)～4),生成所需要數(shù)量的云滴。

3.6 分析評估結(jié)果

依據(jù)云圖相似度對比結(jié)果,分別分析各一級指標以及最終需求質(zhì)量評估的結(jié)果,有針對性地提出關(guān)鍵信息需求質(zhì)量改進的意見建議,進一步提高作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求的質(zhì)量。

4 實例分析

限于篇幅,本文以關(guān)鍵信息需求已經(jīng)提出為前提條件,通過專家對16個二級指標評價打分,運用基于云模型的方法評估需求質(zhì)量。對于一級指標的云模型計算與評估,僅以保障性指標為例論述。

4.1 計算評估指標權(quán)重

專家對保障性所屬的四個二級指標兩兩相對重要性打分,建立如下判斷矩陣:

運用AHP方法計算得到保障性所屬的四個指標的權(quán)重W5=(0.2542,0.5191,0.0784,0.1483)。一致性檢驗:CI=0.0270,CR=0.0300<0.1通過。同理可求得其他所有指標的權(quán)重,如表1所示。

表1 指標體系的權(quán)重

4.2 生成評語集云族圖

將作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量評價分為7個等級:很差、差、較差、中等、較好、好、很好,各評價等級對應(yīng)的取值區(qū)間見表2。將取值范圍代入式(2),可得到各評價等級云模型的數(shù)字特征,如表2所示。根據(jù)經(jīng)驗,超熵He取值為0.003。

表2 評價等級取值范圍及云模型數(shù)字特征

依據(jù)表2中各評價等級的云模型數(shù)字特征,運用Matlab軟件生成評價等級的云族圖,如圖4所示。取云滴數(shù)量為N=10000點。

4.3 計算指標的云模型

本次評估共邀請21名不同領(lǐng)域?qū)＜覍ψ鲬?zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量的二級指標狀態(tài)進行評價。其中,7名需求論證專家對準確性、一致性和規(guī)范性評價打分;7名作戰(zhàn)指揮人員及7名信息保障人員分別對使用性和保障性評價打分。以保障性為例,打分結(jié)果如表3所示。

表3 保障性所屬二級指標專家評分

將各個二級指標的分值代入公式(2)中,即可得到各個二級指標云模型的數(shù)字特征。再將各個二級指標的數(shù)字特征和表1的權(quán)重值,代入式(3),即可得到各個一級指標的云模型數(shù)字特征,基于一級指標云模型的數(shù)字特征計算目標層的云模型數(shù)字特征,計算結(jié)果見表4。

表4 各級指標及目標層的云模型數(shù)字特征

4.4 計算相似云

4.4.1 一級指標評估結(jié)果及分析

限于篇幅,這里僅以保障性指標為例進行分析。保障性指標評估結(jié)果云圖見圖5所示,在N=10000個云滴中,落入評價等級為“中等”區(qū)間的云滴有648個,落入評價等級為“較好”區(qū)間的云滴有9171個,落入評價等級為“好”區(qū)間的云滴有181個,其他各個區(qū)間云滴數(shù)為零,各評價區(qū)間云滴所占百分比見圖6所示。

從圖5可以看出,保障性指標評估結(jié)論在“中等”與“較好”之間。從圖6可看出,在10000個云滴中,而落入“中等”區(qū)間的云滴占6.48%,落入“較好”區(qū)間的云滴占91.71%,落入“好”區(qū)間的云滴占1.81%。因此,“保障性”指標的評估結(jié)論為:在“中等”與“較好”之間,明顯偏向于“較好”。

從表3專家對保障性指標打分結(jié)果可以看出:分別有1名專家對責任單位合理性、信息可獲取性評價等級處于“中等”區(qū)間,2名專家對識別處理簡易性評價等級處于 “中等”區(qū)間,其他專家對相關(guān)指標的評價均為“較好”區(qū)間范圍。以上分析說明:少量關(guān)鍵信息需求責任單位區(qū)分不合理,少數(shù)關(guān)鍵信息需求內(nèi)容獲取難度大,處理難度也較大,需要對以上方面進一步調(diào)整優(yōu)化。

4.4.2 需求質(zhì)量最終評估結(jié)果及分析

在對各一級指標評估的基礎(chǔ)上,可利用目標層綜合云對需求質(zhì)量的最終結(jié)果進行評估。作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量評估的最終結(jié)果見圖7所示。在N=10000個云滴中,落入評價等級為“中等”區(qū)間的云滴有6個,落入評價等級為“較好”區(qū)間的云滴有6632個,落入評價等級為“好”區(qū)間的云滴有3369個,落入評價等級為“很好”區(qū)間的云滴有2個,其他各個區(qū)間云滴數(shù)為零,各評價區(qū)間云滴所占百分比見圖8所示。

從圖7可以看出,作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求的最終評估結(jié)論“較好”與“好”之間。從圖8可進一步看出,在10000個云滴中,落入“中等”區(qū)間的云滴占0.06%,落入“較好”區(qū)間的云滴占66.32%,落入“好”區(qū)間的云滴占22.69%,落入“很好”區(qū)間的云滴占0.03%。因此,作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量最終評估結(jié)論為:需求質(zhì)量位于“較好”與“好”兩個等級之間,但更偏向于“較好”。

5 結(jié)束語

本文針對作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量評估中存在的模糊性和隨機性,提出了運用云模型理論解決作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量評估的問題，分析了關(guān)鍵信息需求質(zhì)量對指揮決策的極端重要性,構(gòu)建了關(guān)鍵信息需求質(zhì)量評估指標體系。采用云模型將各二級指標的語言描述轉(zhuǎn)換為定量描述,再采用綜合云的方法計算一級指標和目標層的云模型數(shù)字特征。通過云相似度計算,得出作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量最終的定性評估結(jié)論。通過實例分析可看出,該方法具有科學性和直觀性,拓展了關(guān)鍵信息需求質(zhì)量評估思路,為提高作戰(zhàn)指揮關(guān)鍵信息需求質(zhì)量提供了重要依據(jù)。