C4ISR系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)信息價(jià)值評(píng)估研究*

陳 政 李玉東 孔 捷 楊艷萍

(海軍裝備研究院 北京 100036)

1 引言

信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中,戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)往往取決于敵我雙方對(duì)信息掌握的廣度和深度,可以說(shuō)誰(shuí)在戰(zhàn)爭(zhēng)中取得信息優(yōu)勢(shì),誰(shuí)就能主導(dǎo)戰(zhàn)爭(zhēng)。C4ISR系統(tǒng)正是為了爭(zhēng)奪信息優(yōu)勢(shì)而建立和發(fā)展起來(lái)的。在對(duì)C4ISR系統(tǒng)的不斷建設(shè)完善和研究過(guò)程中,對(duì)C4ISR系統(tǒng)的效能評(píng)估也越來(lái)越成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)。

然而,C4ISR系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)龐大復(fù)雜,各類子系統(tǒng)功能各有不同。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包含有極其繁雜的信息獲取、處理和交互行為,所涉及的大量元素難以被提取和量化,以至于目前對(duì)C4ISR系統(tǒng)效能還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的分析評(píng)估模型。本文立足于C4ISR系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的主要功能,從節(jié)點(diǎn)對(duì)信息的獲取、處理等行為方式的能力屬性出發(fā),針對(duì)節(jié)點(diǎn)所處理信息的價(jià)值建立指標(biāo)體系進(jìn)行評(píng)估,從而定量評(píng)估C4ISR系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所包含的信息價(jià)值的重要程度。對(duì)C4ISR系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的信息價(jià)值評(píng)估,可以有效的掌握系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)對(duì)所涉及信息的處理程度;在這個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi),則可以直觀地了解到系統(tǒng)信息資源的分布。節(jié)點(diǎn)的信息價(jià)值評(píng)估值不僅可以對(duì)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)建設(shè)提供參數(shù)支持,還可以運(yùn)用于輔助決策過(guò)程,并對(duì)C4ISR網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的效能評(píng)估提供有利的參考。

2 建立評(píng)估指標(biāo)體系

C4ISR系統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)中流通著大量的信息,這些信息種類繁多,功能不一。其流通方式也由于不同的類型而各有區(qū)別。通過(guò)對(duì)信息時(shí)代下C4ISR過(guò)程(如圖1所示)[1]的分析,可以在宏觀上對(duì)該過(guò)程有一個(gè)總體的認(rèn)識(shí):戰(zhàn)場(chǎng)感知節(jié)點(diǎn)的信息被決策節(jié)點(diǎn)理解后,由后者產(chǎn)生指令作用于作戰(zhàn)管理節(jié)點(diǎn),使其在作戰(zhàn)環(huán)境中發(fā)生作用。整個(gè)信息系統(tǒng)則連接著這些部分,使信息在這些節(jié)點(diǎn)間流通。隨著信息柵格技術(shù)的出現(xiàn),該信息系統(tǒng)的功能將被擴(kuò)大至能按需地向指揮人員、戰(zhàn)斗人員和支持人員提供所需要的信息[2]。所以,可以得出網(wǎng)絡(luò)中信息的核心流程如圖2所示。C4ISR網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)相互間流通的信息類型主要?jiǎng)澐譃閭刹樘綔y(cè)、指揮控制和態(tài)勢(shì)共享三類。

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,感知、決策和作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)之間的界限越來(lái)越模糊。現(xiàn)代C4ISR網(wǎng)絡(luò)中,更多的情況是一個(gè)節(jié)點(diǎn)集這三項(xiàng)功能于一身。通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)獲取、存儲(chǔ)、處理這三類信息的能力進(jìn)行考察,以此為基礎(chǔ)建立信息價(jià)值評(píng)估指標(biāo)體系進(jìn)行定量評(píng)估,就能夠較準(zhǔn)確的綜合反映該節(jié)點(diǎn)所處理信息的價(jià)值重要程度。于是,將偵查探測(cè)、指揮控制、態(tài)勢(shì)共享作為對(duì)節(jié)點(diǎn)信息價(jià)值評(píng)估的一級(jí)指標(biāo),在經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)指標(biāo)體系[3～4]和評(píng)估過(guò)程[5]的分析研究后,得出多層次評(píng)估指標(biāo)體系如圖3所示。

圖3 節(jié)點(diǎn)信息價(jià)值指標(biāo)體系

3 指標(biāo)元素分析與評(píng)估方法

3.1 指標(biāo)體系中指標(biāo)元素的分析

偵查探測(cè)指標(biāo)反映了節(jié)點(diǎn)所獲取偵查探測(cè)信息的價(jià)值重要程度。它的下級(jí)指標(biāo)中包含有探測(cè)能力、實(shí)時(shí)性、置信度和情報(bào)信息容量。

1)探測(cè)能力:指節(jié)點(diǎn)進(jìn)行偵查探測(cè)活動(dòng)中,獲取信息的能力。它與探測(cè)范圍(可以分為地域、空域、頻域)、探測(cè)精度(指獲取信息的類型,如無(wú)線電信號(hào)、圖像、視頻、傳感器值信息等)有關(guān)。

2)實(shí)時(shí)性:指?jìng)刹樘綔y(cè)到可能目標(biāo)后識(shí)別處理并按程序響應(yīng)的時(shí)間延遲。

3)置信度:指?jìng)刹樘綔y(cè)到可能目標(biāo)信息后確定其為有效信息的可信程度。它與節(jié)點(diǎn)的偵查探測(cè)識(shí)別能力、漏警率、虛警率有關(guān)。

4)情報(bào)信息容量:該節(jié)點(diǎn)所掌握情報(bào)信息的數(shù)據(jù)量,它反映了該節(jié)點(diǎn)偵查探測(cè)的規(guī)模。

指揮控制指標(biāo)反映了節(jié)點(diǎn)所掌握指揮控制信息的價(jià)值重要程度。它與該節(jié)點(diǎn)威脅識(shí)別能力、決策能力、響應(yīng)時(shí)間和指控信息容量有關(guān)。

1)威脅識(shí)別能力:指該節(jié)點(diǎn)在已有信息基礎(chǔ)上正確判斷目標(biāo)意圖的能力。

2)決策能力:指節(jié)點(diǎn)針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)態(tài)勢(shì)進(jìn)行指揮決策的能力。它與節(jié)點(diǎn)的輔助決策能力(依據(jù)計(jì)算機(jī)程序輔助技術(shù)進(jìn)行決策)、主動(dòng)決策(依據(jù)指揮人員的個(gè)人或團(tuán)隊(duì)能力進(jìn)行決策)、決策級(jí)別(進(jìn)行指揮決策的指令效力,當(dāng)然也可以看作指揮控制的規(guī)模)有關(guān)。

3)響應(yīng)時(shí)間:指某批情報(bào)態(tài)勢(shì)信息生成后被決策部門獲取并形成決策的延時(shí),它與信息獲取時(shí)滯和決策生成時(shí)滯有關(guān)。

4)指控信息容量:指該節(jié)點(diǎn)所掌握指控信息的數(shù)據(jù)量,它反映了該節(jié)點(diǎn)指揮控制的規(guī)模。

態(tài)勢(shì)共享指標(biāo)反映了節(jié)點(diǎn)所掌握態(tài)勢(shì)共享信息的價(jià)值重要程度。它與節(jié)點(diǎn)的信息融合水平、態(tài)勢(shì)評(píng)估能力、信息類型、信息容量有關(guān)。

1)信息融合水平:指將不同情報(bào)態(tài)勢(shì)信息進(jìn)行綜合形成統(tǒng)一的綜合信息的能力。它與信息融合的層次[6](分別為像素級(jí)、特征級(jí)和決策級(jí))、知識(shí)儲(chǔ)備、處理速度有關(guān)。

2)態(tài)勢(shì)評(píng)估能力:指節(jié)點(diǎn)根據(jù)已有的各種信息對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上敵我友各方及戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的綜合態(tài)勢(shì)的預(yù)測(cè)能力。

3)信息類型:指節(jié)點(diǎn)所掌握態(tài)勢(shì)信息的類型情況,如:如無(wú)線電信號(hào)、圖像、視頻、數(shù)值信息等。

4)信息容量:指該節(jié)點(diǎn)所掌握態(tài)勢(shì)共享信息的數(shù)據(jù)量,它反映了該節(jié)點(diǎn)共享態(tài)勢(shì)的規(guī)模。

3.2 基于加權(quán)計(jì)算的評(píng)估方法

如圖3所示,定義節(jié)點(diǎn)信息價(jià)值為E,一級(jí)指標(biāo)為 Ai,二級(jí)指標(biāo)為Bij,其中1≤i≤m,1≤j≤n,i表示第i個(gè)一級(jí)指標(biāo),j表示在一級(jí)指標(biāo)Ai下的第j個(gè)二級(jí)指標(biāo),m為一級(jí)指標(biāo)的個(gè)數(shù),n為某一級(jí)指標(biāo)下二級(jí)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

這里采用模糊綜合評(píng)價(jià)法[7]和功效函數(shù)法的思想來(lái)確定指標(biāo)體系中指標(biāo)的評(píng)價(jià)值。對(duì)于客觀和便于定量的指標(biāo)劃分不同級(jí)別的量化評(píng)價(jià)區(qū)間,根據(jù)指標(biāo)實(shí)際數(shù)據(jù)確定評(píng)價(jià)值。而對(duì)于不易量化的指標(biāo)則通過(guò)專家打分法來(lái)確定其指標(biāo)值。這樣對(duì)各指標(biāo)建立多階評(píng)價(jià)集,根據(jù)其優(yōu)劣程度給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)值,可以較好地利用節(jié)點(diǎn)能力屬性,同時(shí)充分考慮專家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),并能較方便的對(duì)各種量綱的指標(biāo)評(píng)判出歸一化的評(píng)價(jià)值。

設(shè)由q個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果組成的評(píng)價(jià)值向量為

U=(u1,u2,u3,…,uq)(q的值根據(jù)不同指標(biāo)取值也不同)

1)對(duì)于客觀和便于量化的指標(biāo):

若實(shí)際值在區(qū)間兩端,則評(píng)價(jià)值直接取為u1或uq。

2)對(duì)于不易于量化的指標(biāo):

則可由專家組針對(duì)每一個(gè)待評(píng)指標(biāo)給出評(píng)分向量:

其中p為專家人數(shù)。這里可以采用去除最高分和最低分后算數(shù)平均的方法求平均評(píng)價(jià)值,也可以直接對(duì)Vij中各元素求算數(shù)平均得到平均評(píng)價(jià)值。我們采用后者,可以得到對(duì)每個(gè)二級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值:

這樣可以得到二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)值向量(對(duì)于部分包含三級(jí)指標(biāo)因素的指標(biāo),由三級(jí)指標(biāo)因素評(píng)價(jià)值加權(quán)求和得到二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)值,三級(jí)指標(biāo)的權(quán)重由專家討論得出):

接下來(lái),確定各級(jí)指標(biāo)針對(duì)上級(jí)指標(biāo)的權(quán)重分配。采用判斷矩陣法,該方法通過(guò)定量地判斷同層次各評(píng)估指標(biāo)之間的兩兩相對(duì)重要性,對(duì)判斷結(jié)果進(jìn)行綜合計(jì)算處理,最后得出各評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重。這種方法簡(jiǎn)化了人的主觀判斷過(guò)程,降低了主觀因素的不穩(wěn)定性,保證了所得結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。其主要步驟可分為:首先根據(jù)指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)對(duì)各個(gè)上級(jí)指標(biāo)下同層次的因素兩兩比較得到判斷矩陣;第二,對(duì)判斷矩陣進(jìn)行邏輯一致性檢驗(yàn);第三、計(jì)算權(quán)重向量。

通過(guò)計(jì)算得到二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量:

這樣,通過(guò)向量乘法后可得到第i個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值:

4 信息價(jià)值評(píng)估定量計(jì)算

4.1 評(píng)估值計(jì)算

以指標(biāo)體系中探測(cè)能力B11為例。探測(cè)能力主要考慮探測(cè)范圍和探測(cè)精度兩個(gè)因素,由相關(guān)專家給出其多極量化評(píng)價(jià)區(qū)間:

?探測(cè)范圍:1)非衛(wèi)星探測(cè)以探測(cè)點(diǎn)到目標(biāo)的直線距離計(jì)算,分為[0,10),[10,50),[50,100),[100,240),[240,—)5個(gè)區(qū)間,單位 km,量化賦值分別為2,4,6,8,10。

2)衛(wèi)星探測(cè)以有效覆蓋地表面積計(jì)算,分為[0,30),[30,100),[100,200),[200,500),[500,—)這5個(gè)區(qū)間,單位為萬(wàn)平方公里,量化賦值分別為2,4,6,8,10。

?探測(cè)精度:分為視頻,圖像,無(wú)線電信號(hào)和傳感器信號(hào)4種,量化賦值分別為9,7,5,3。包含多種類型則以賦值高的為準(zhǔn)。

由專家經(jīng)驗(yàn),這兩個(gè)因素的評(píng)估權(quán)重分別為0.6和0.4。

若某節(jié)點(diǎn)采用雷達(dá)無(wú)線電方式進(jìn)行探測(cè)偵查,探測(cè)距離為120km,則根據(jù)式(1)可得:

4.2 指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

使用判斷矩陣法來(lái)確定二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重。引入9級(jí)標(biāo)度如表1所示。

表1 比較矩陣標(biāo)度

經(jīng)過(guò)專家判斷,對(duì)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較,得到A1的二級(jí)指標(biāo)的比較矩陣:

求解其最大特征值的特征向量即權(quán)重向量,在精確度要求不高的情況下可以采用近似算法,一般有方根法、合積法、特征根法、最小二乘法等。這里采用合積法計(jì)算,可以得到:

偵查探測(cè)A1的二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量:

重復(fù)上述過(guò)程,同樣可以得到指揮控制 A2和態(tài)勢(shì)共享A3的下層指標(biāo)權(quán)重向量:以及一級(jí)指標(biāo)間權(quán)重向量

通過(guò)以上的計(jì)算,得到了指標(biāo)的評(píng)價(jià)值以及各級(jí)指標(biāo)間的權(quán)重關(guān)系,就可以運(yùn)用公式(3),得到A1,A2,A3的加權(quán)評(píng)估值:

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)C4ISR系統(tǒng)過(guò)程及其信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能的分析,提出了針對(duì)節(jié)點(diǎn)信息價(jià)值評(píng)估的多層指標(biāo)體系,并對(duì)其低級(jí)指標(biāo)的相關(guān)因素進(jìn)行了分析。最后,對(duì)分配權(quán)重的指標(biāo)體系的模糊綜合評(píng)估給出了公式計(jì)算,提出了定量評(píng)估C4ISR系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)信息價(jià)值重要程度的方法。當(dāng)然,對(duì)C4ISR系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)信息效能的分析評(píng)估除了需要對(duì)靜態(tài)信息價(jià)值要定量計(jì)算外,更需要對(duì)基于信息流通特征的動(dòng)態(tài)效能的評(píng)估。其評(píng)估過(guò)程將更加深入和復(fù)雜,希望本文能夠?yàn)槠浜蟮难芯刻峁┹^好的參考。

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