面向網(wǎng)絡(luò)信息體系的知識互聯(lián)框架研究*

郭昱普，陳洪輝，蔡 飛

（國防科技大學(xué)，長沙 410073）

0 引言

網(wǎng)絡(luò)信息體系是指圍繞構(gòu)建一體化聯(lián)合作戰(zhàn)體系，依靠全軍共用信息基礎(chǔ)設(shè)施，集成各種信息裝備所形成的復(fù)雜體系［1］。各級作戰(zhàn)人員利用該體系及時了解戰(zhàn)場態(tài)勢、交流作戰(zhàn)信息、指揮與實施作戰(zhàn)行動。網(wǎng)絡(luò)體系作戰(zhàn)的指揮控制結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化對于信息的獲取、共享和利用提出了更高的要求，網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)將日益強調(diào)知識交互、共享和協(xié)作，而這正需要網(wǎng)絡(luò)化指揮信息系統(tǒng)中各個分系統(tǒng)之間的信息互聯(lián)、互通和互操作逐漸轉(zhuǎn)變成知識的互聯(lián)、互通和互操作。通過信息共享獲取知識優(yōu)勢，將信息優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)闆Q策優(yōu)勢和全譜優(yōu)勢，實現(xiàn)靈活快速地指揮部隊，提高作戰(zhàn)效能將成為未來戰(zhàn)爭制勝的關(guān)鍵［2，6］。

1 知識互聯(lián)的軍事需求分析

1.1 新型指揮組織模式對知識互聯(lián)的要求

傳統(tǒng)的平臺中心戰(zhàn)是坦克、戰(zhàn)機、艦艇等武器平臺自成體系，自行完成偵察探測，根據(jù)被分配的任務(wù)和直接領(lǐng)導(dǎo)的命令，結(jié)合自身火力系統(tǒng)進(jìn)行打擊的作戰(zhàn)形式。傳統(tǒng)戰(zhàn)場指揮組織模式r如下頁圖1所示，平臺與平臺之間只能通過上級節(jié)點共享信息，相互協(xié)同的程度不高，反應(yīng)比較遲鈍，戰(zhàn)場的態(tài)勢信息和作戰(zhàn)資源無法得到共享。在平臺中心戰(zhàn)的條件下，傳統(tǒng)的指揮控制模式是一種嚴(yán)格層次化的結(jié)構(gòu)，強調(diào)上層節(jié)點的絕對指揮權(quán)和控制權(quán)，組織結(jié)構(gòu)比較僵硬化，缺乏靈活性和對新情況進(jìn)行快速反應(yīng)的能力。

圖1 傳統(tǒng)戰(zhàn)場指揮組織模式

網(wǎng)絡(luò)信息體系作戰(zhàn)打破了以往常規(guī)作戰(zhàn)嚴(yán)格逐層指揮的封閉方式，采用了更加靈活的方式，在中級指揮官之間加強了交流。每個具有單獨作戰(zhàn)能力的中間節(jié)點可以通過網(wǎng)絡(luò)信息體系了解更多的戰(zhàn)場信息，處于“平等”的位置相互協(xié)作共享態(tài)勢信息，避免了必須通過上級調(diào)配才能夠?qū)崿F(xiàn)同級單元間的協(xié)作［3］，使得整個戰(zhàn)爭系統(tǒng)的穩(wěn)定性變得更強。這種指揮形式信息傳播的速度快、中間層所獲得的信息多，適合多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)，可以增加部隊快速反應(yīng)和靈活作戰(zhàn)的能力。但同時，這種指揮體制難以控制，上級對于整個指揮體系的直接控制能力變?nèi)?，這就要求中間層都有正確深刻理解整個系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)和意圖的能力，節(jié)點之間要可以進(jìn)行聯(lián)合作戰(zhàn)。

圖2 網(wǎng)絡(luò)信息體系作戰(zhàn)條件下的指揮組織模式

因此，網(wǎng)絡(luò)信息體系需要一種更加高效的利用和管理信息的方式，在物理網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)牟辉偈呛唵蔚臄?shù)據(jù)，而是經(jīng)過處理分析后的有效信息。各單元將信息高度融合后共享給其他單元，是達(dá)到指揮控制協(xié)同一致的基礎(chǔ)。

從網(wǎng)絡(luò)信息體系條件下的指控組織結(jié)構(gòu)來看，知識共享是網(wǎng)絡(luò)信息體系的迫切需求，是打贏信息化戰(zhàn)爭的關(guān)鍵。

1.2 指揮控制自同步對知識互聯(lián)的需求

信息化戰(zhàn)爭將戰(zhàn)場劃分為物理域、信息域、認(rèn)知域3個領(lǐng)域。信息化戰(zhàn)爭決勝的關(guān)鍵在于建立信息優(yōu)勢并將其逐步轉(zhuǎn)化為戰(zhàn)爭優(yōu)勢。在物理域上，強調(diào)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，利用先進(jìn)的信息戰(zhàn)技術(shù)初步建立戰(zhàn)場電磁環(huán)境和信息環(huán)境優(yōu)勢，確保我方可以獲得更加準(zhǔn)確、質(zhì)量更高的信息。在信息域上，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)具有收集和處理、保護(hù)信息的能力，利用信息技術(shù)建立起在戰(zhàn)爭中的信息優(yōu)勢，確保各個單位可以及時地共享對自己有用、對戰(zhàn)局有利的信息。在認(rèn)知域上，要求每個單位都具有正確認(rèn)識戰(zhàn)場態(tài)勢并做出合理決策的能力，從而使全局建立起知識優(yōu)勢和決策優(yōu)勢。

圖3反映了網(wǎng)絡(luò)信息體系條件下的作戰(zhàn)過程，并將戰(zhàn)場環(huán)境優(yōu)勢、信息優(yōu)勢和知識優(yōu)勢、決策優(yōu)勢與戰(zhàn)爭的全譜優(yōu)勢相結(jié)合起來［2］。首先信息作戰(zhàn)部隊通過信息作戰(zhàn)獲得高質(zhì)量的戰(zhàn)場信息，信息優(yōu)勢又可以轉(zhuǎn)化成對于作戰(zhàn)和戰(zhàn)場的認(rèn)知優(yōu)勢，及對作戰(zhàn)意圖的一致理解和戰(zhàn)場態(tài)勢的共享認(rèn)知。作戰(zhàn)部隊在物理域中執(zhí)行任務(wù)時，共享感知又提高了部隊同步化的能力，能夠根據(jù)共享知識進(jìn)行自主協(xié)作與同步，從而獲得全譜優(yōu)勢。

圖3 網(wǎng)絡(luò)信息體系價值鏈

因此，網(wǎng)絡(luò)信息體系條件下的指揮控制更加強調(diào)共享、協(xié)作和自同步3個概念的實施［4］。在指揮控制中起到關(guān)鍵作用的共享內(nèi)容可歸納為3類：共享的戰(zhàn)場態(tài)勢、共享的決策依據(jù)、對指揮員意圖的共享理解；協(xié)作是指不同的作戰(zhàn)單位為了系統(tǒng)整體的意圖和目的，通過積極地利用共享的戰(zhàn)斗信息和戰(zhàn)場態(tài)勢，共同完成系統(tǒng)目的的過程；自同步是指一支信息化部隊自成一個整體，在戰(zhàn)爭中具有自我組織、自我同步的能力。

2 數(shù)據(jù)-信息-知識

2.1 知識的概念

知識是一個涉及多學(xué)科領(lǐng)域的概念，不同學(xué)科對知識有著不同的討論和認(rèn)識。Hermann認(rèn)為計算機化的知識是結(jié)構(gòu)化的、相互鏈接的、不斷增長的信息及其間存在的復(fù)雜的相互關(guān)系，其增長來源于這些信息同人的交互，以及其他輔助技術(shù)對其所蘊含關(guān)系的分析或所蘊含規(guī)律的應(yīng)用；鐘義信認(rèn)為知識是認(rèn)識論范疇的概念，它所表述的是事物運動的狀態(tài)和狀態(tài)變化的規(guī)律。

從上述學(xué)者對知識概念的定義，可以歸納出知識的兩個最重要的特點是：

1）目的性和應(yīng)用性

知識不是無用的，也不僅僅只停留在理論階段，知識是為了達(dá)到一定目的而被創(chuàng)造出來，要被應(yīng)用于一定的現(xiàn)實活動，可以作為人們決策的依據(jù)。

2）可再使用性和創(chuàng)造能力

知識是經(jīng)得起實踐反復(fù)檢驗的抽象概念，不是某一次偶然實驗得出的結(jié)果。人可以根據(jù)已有知識在不同的情況下做出不同的決策。知識也可以產(chǎn)生新的信息和新的行動。

2.2 數(shù)據(jù)、信息、知識的轉(zhuǎn)化關(guān)系

圖4表明了知識系統(tǒng)中數(shù)據(jù)、信息和知識的層次關(guān)系。數(shù)據(jù)是最簡單的信息表達(dá)方式；信息是具有價值的數(shù)據(jù)，是處理之后的有組織的數(shù)據(jù)；知識是高度總結(jié)后的信息，是對信息的理解和解釋之后產(chǎn)生［5］；在充分理解了知識并且可以對知識進(jìn)行應(yīng)用之后，產(chǎn)生了決策和行為。決策過程高度總結(jié)了已有的信息和知識，體現(xiàn)了人對事物或事物發(fā)展過程的經(jīng)驗認(rèn)識和預(yù)測。當(dāng)知識能夠自由地在整個組織內(nèi)流動、交換、產(chǎn)生、應(yīng)用，知識就將一個信息型組織轉(zhuǎn)化為智能型組織。具體地，軍事領(lǐng)域的“知識”，是指對敵我雙方及戰(zhàn)場環(huán)境、戰(zhàn)場態(tài)勢的全面掌握與透徹了解。

圖4 信息價值鏈的4個層次

3 知識互聯(lián)概念架構(gòu)

要想完成信息優(yōu)勢的轉(zhuǎn)變，知識的互聯(lián)互通起著至關(guān)重要的作用。本節(jié)將在知識互聯(lián)體系的基礎(chǔ)上，構(gòu)建知識互聯(lián)抽象模型，使知識與信息服務(wù)技術(shù)融合（知識服務(wù)），完成信息優(yōu)勢到?jīng)Q策優(yōu)勢的轉(zhuǎn)變。

3.1 知識互聯(lián)平臺模型

信息互聯(lián)框架結(jié)構(gòu)的一大突出特點是其主網(wǎng)結(jié)構(gòu)趨于扁平，柵格化信息網(wǎng)是其基本網(wǎng)絡(luò)支撐，將戰(zhàn)場上的偵查探測系統(tǒng)和基本作戰(zhàn)節(jié)點融合成一個有機整體，實現(xiàn)整個組網(wǎng)的信息化建設(shè)，以支持面向網(wǎng)絡(luò)信息體系的作戰(zhàn)使命和任務(wù)部署。因此，信息互聯(lián)可以抽象為柵格化信息網(wǎng)為基本網(wǎng)絡(luò)通信支撐，以終端的信息互聯(lián)為主要工具，以信息流為主要樞紐的抽象概念模型，如圖5所示。信息互聯(lián)將大數(shù)據(jù)和海量經(jīng)驗數(shù)據(jù)收集、整理，使其轉(zhuǎn)化為能夠被理解的信息，把這些信息柵格、連接，形成柵格化信息網(wǎng)絡(luò)，通過接口層接入通信網(wǎng)絡(luò)層，連接各用戶網(wǎng)和骨干網(wǎng)。進(jìn)入通信網(wǎng)絡(luò)層的信息通過柵格化信息網(wǎng)的傳輸，進(jìn)入計算存儲層，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、整理和運算，對信息進(jìn)行封裝、存儲和入庫，信息服務(wù)層通過柵格化信息網(wǎng)提取信息庫內(nèi)的信息，并進(jìn)行服務(wù)功能，包括核心服務(wù)（即專項服務(wù)）和共用信息服務(wù)。

圖5 信息互聯(lián)抽象模型

知識互聯(lián)架構(gòu)是建立在信息互聯(lián)架構(gòu)上面向認(rèn)知、決策和行動的體系。在信息互聯(lián)的抽象概念模型基礎(chǔ)上，知識互聯(lián)可抽象為以柵格化信息網(wǎng)為基本網(wǎng)絡(luò)通信支撐，以末端的知識互聯(lián)為主要工具，以知識流為樞紐的模型，如圖6所示。在信息互聯(lián)的基礎(chǔ)上，知識互聯(lián)的計算存儲層通過對信息進(jìn)行封裝和存儲后，提煉其中的抽象產(chǎn)物—知識，并對其進(jìn)行計算、存儲，形成知識庫。與信息互聯(lián)不同的是，在信息服務(wù)層，知識互聯(lián)還能通過知識流對知識庫進(jìn)行提取、使用，并進(jìn)行知識服務(wù)。

圖6 知識互聯(lián)平臺抽象模型

在上述知識互聯(lián)抽象概念模型中，知識首先來源于柵格化信息網(wǎng)，對獲取的海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行柵格，利用統(tǒng)一規(guī)范的格式，進(jìn)行封裝與存儲，用戶的需求如果不高，可以直接在通信網(wǎng)絡(luò)層中接入用戶網(wǎng)，獲取信息庫中的一般普通的信息，而用戶如果想獲得高級知識，即抽象的、結(jié)構(gòu)化的信息，則需使信息在計算存儲層進(jìn)行運算，利用知識建模技術(shù)，形成可利用的知識，并存入知識庫，可供用戶實時實地的快速準(zhǔn)確取用。知識互聯(lián)的信息服務(wù)層中服務(wù)的不再是不規(guī)則的信息，而是通過建模和計算后的有著統(tǒng)一規(guī)則的知識，其核心服務(wù)及將知識作用于信息化戰(zhàn)場，實現(xiàn)知識的服務(wù)功能。

3.2 知識互聯(lián)概念架構(gòu)

面向網(wǎng)絡(luò)信息體系的知識互聯(lián)架構(gòu)是構(gòu)建在全軍各兵種、各部隊的共享信息和共用知識的基礎(chǔ)設(shè)施之上，將知識互聯(lián)互通的概念引入并使其成為系統(tǒng)的重要組成部分，其框架結(jié)構(gòu)的組成從系統(tǒng)層次劃分，主要包括以下3個部分：智能化知識應(yīng)用系統(tǒng)、知識管理與服務(wù)單元和柵格化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)單元。如圖7所示：

圖7 知識互聯(lián)組成結(jié)構(gòu)

柵格化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)單元，是知識互聯(lián)架構(gòu)的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)進(jìn)行信息的柵格與傳輸、保障信息服務(wù)的基本功能、對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行計算與存儲、在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)單元的后臺對信息實施管理與維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)單元實施安全保護(hù)等功能。

為了最大化地共享和利用知識，知識互聯(lián)平臺將在智能化應(yīng)用系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)信息體系基礎(chǔ)設(shè)施之間構(gòu)建知識管理與服務(wù)平臺。其主要包括：共享知識庫，對產(chǎn)生的知識入庫存庫，并對知識互聯(lián)的用戶實施共享；知識服務(wù)軟件，利用知識建模技術(shù)，通過該軟件對知識進(jìn)行建模，形成密集化知識概念模型，最大程度地發(fā)揮知識的作用；知識服務(wù)平臺，通過知識服務(wù)技術(shù)，對知識進(jìn)行處理與應(yīng)用，并服務(wù)于平臺的用戶；知識管理中心，通過獲取后臺管理員權(quán)限，在信息管理和維護(hù)的基礎(chǔ)上對知識進(jìn)行管理。

智能化知識應(yīng)用系統(tǒng)是知識互聯(lián)的具體領(lǐng)域應(yīng)用單元。主要包括：功能模塊，如為保障各武器平臺的發(fā)射與校正的指令傳輸模塊、為指揮信息系統(tǒng)提供作戰(zhàn)任務(wù)的決策模塊和其他與作戰(zhàn)知識密切相關(guān)的各種功能模塊；其他功能，如感知戰(zhàn)場環(huán)境、部署作戰(zhàn)方案、實施作戰(zhàn)行動等過程中所需的知識獲取、知識傳輸、知識共享等功能。與此同時，智能化知識應(yīng)用單元還能無縫銜接信息互聯(lián)，既可以是獨立的知識互聯(lián)，也能夠靈活地應(yīng)用于原有的信息互聯(lián)平臺，成為信息互聯(lián)內(nèi)部的知識單元，在信息管理與應(yīng)用的基礎(chǔ)上提供有效的知識管理與應(yīng)用功能，使得軍隊各級指揮官可以利用已有的知識和網(wǎng)絡(luò)信息體系上共享的知識對戰(zhàn)場環(huán)境和態(tài)勢的進(jìn)行判斷，及時地做出有利于全局的反應(yīng)，實現(xiàn)從信息優(yōu)勢到?jīng)Q策優(yōu)勢的轉(zhuǎn)變。

3.3 基于本體的知識互聯(lián)概念模型

知識互聯(lián)可以理解為建立在網(wǎng)絡(luò)信息體系之上的知識工程。數(shù)據(jù)、信息、知識、知識應(yīng)用、知識管理、知識服務(wù)、知識互聯(lián)、知識工程等之間的如圖8所示。

圖8 知識互聯(lián)整體概念關(guān)系圖

知識獲取是指在人工智能和知識上層系統(tǒng)中，根據(jù)輸入信息來獲取非結(jié)構(gòu)化的和隱性的知識過程。其輸入內(nèi)容為信息，輸出內(nèi)容為提取的知識。深度學(xué)習(xí)也是一個實現(xiàn)知識獲取的實例方法。

知識管理是指在系統(tǒng)內(nèi)建立一個知識系統(tǒng)，通過整合知識資源，使系統(tǒng)更加有序高效；知識服務(wù)是將知識資源重新表達(dá)為適應(yīng)于各種需求的形式，使知識可以被更好地利用和共享。

圖9 知識互聯(lián)整體概念關(guān)系圖

知識應(yīng)用是指在領(lǐng)會知識和鞏固知識的基礎(chǔ)上，主動有效地應(yīng)用知識去解決有關(guān)的問題，為具體決策提供指導(dǎo)。

4 知識作用過程模型

知識作用過程模型反映了知識在戰(zhàn)爭組織中作用過程的普遍原理，突破了以往僅僅從靜態(tài)的知識表示入手進(jìn)行知識建模的研究思路，體現(xiàn)了知識在動態(tài)方面的流動性和演化性［4］。David Alberts認(rèn)為“知識包括利用獲得的信息、通過建議的模式得出的結(jié)論［2］。知識既存在于認(rèn)知域中，也存在于信息域中，知識在認(rèn)知域內(nèi)是不斷積累的，知識存儲于信息域中，并且能夠在信息域中獲得廣泛應(yīng)用”。

據(jù)此，認(rèn)為知識對系統(tǒng)的作用模型，是一類不斷動態(tài)變化的模型體系，存儲于知識庫系統(tǒng)，形成于人-機協(xié)作過程，作用于指揮控制全過程，一般包括知識化的態(tài)勢感知模型、知識分類與管理模型、知識推理與學(xué)習(xí)模型、智能決策模型和知識服務(wù)模型等，如圖9所示。該過程模型在OODA環(huán)中增加了“軍事知識共享”與“作戰(zhàn)意圖趨同”兩個環(huán)節(jié)，以體現(xiàn)知識對指揮控制認(rèn)知域的影響。從圖9可以看出，該模型在OODA模型基礎(chǔ)上融入“知識”元素，旨在將指揮控制的作用域盡可能多地拓展至認(rèn)知域和社會域，即從關(guān)注信息獲取與共享，向形成共享知識與共同意圖的轉(zhuǎn)變，以增強各級各類作戰(zhàn)人員基于同一戰(zhàn)場態(tài)勢的認(rèn)知趨同、一致性理解，從而為形成作戰(zhàn)共識創(chuàng)造有利條件。

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