战场态势一张图技术综述

指挥信息系统与技术

Command Information System and Technology

Vol.11No.1

Feb.2020战场态势一张图技术综述∗

汪跃唐志军车德朝刘格

（中国电子科技集团公司第二十八研究所南京210007）

摘要：战场态势一张图是确保各级指挥员对战场态势理解认知一致性的基础，是提高基于信息系统的体系作战能力、加速由信息优势向决策优势转化的重要支撑。针对战场态势一致性存在的问题，在明确了相关概念内涵和特征要求的基础上，给出了战场态势一张图和体系态势的关系，描述了主要处理过程，并分析了多源信息融合、基于知识图谱的态势信息关联分析及态势图一致性生成等关键技术。

关键词：战场态势；体系态势；知识图谱

中图分类号：E917文献标识码：A文章编号：1674‑909X(2020)01‑0012‑06

Overview of Unified Battlefield Situation Map Technology

WANG Yue TANG Zhijun CHE Dechao LIU Ge

（The28th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Nanjing210007，China）Abstract：The unified battlefield situation map is the basis to ensure the cognitive consistency of com‑manders´understanding of battlefield situation at all levels.It is also an important support to improve the system combat capability based on information system and accelerate the transformation from infor‑mation superiority to decision-making superiority.Aimed at the problem of battlefield cognitive consis‑tency，the relationships between the unified battlefield situation map and systematic situation are given on the basis of defining the connotation and characteristic requirements of relevant concepts.The main processes are described.The key technologies such as multi-source information fusion，situation infor‑mation correlation analysis based on knowledge graph，and consistency generation of situation map are analyzed.

Key words：battlefield situation；systematic situation；knowledge graph

0引言

战场态势一张图是确保各级指挥员对战场态势理解认知一致性的基础，是基于网络信息体系的联合作战中支撑指挥员把握全局、破网断链、体系对抗及联合制胜的手段，是实现联合情报精准保障的重要保证。战场态势一张图不是字面上的只有一张态势图，所有人看到的都是同一幅图，而是指基于相同态势，针对不同用户从不同角度和层级去提供态势信息展示。即根据需要，使所有指挥和作战单元均能实时和精确地“看”到整个战场的“同一幅画面”[1]。

战场态势图是战场态势元素的有机组合，是在将多源态势信息进行时间同步和空间配准，并有序整合成唯一且无歧义态势的基础上，以一定的

·理论与探索·doi：10.15908/j.cnki.cist.2020.01.003∗基金项目：装备发展部体系研究课题资助项目。

收稿日期：2018-12-09

引用格式：汪跃，唐志军，车德朝，等.战场态势一张图技术综述［J］.指挥信息系统与技术，2020，11（1）：12-17.

WANG Yue，TANG Zhijun，CHE Dechao，et al.Overview of unified battlefield situation map technology［J］.Com‑

mand Information System and Technology，2020，11（1）：12-17.第11卷第1期汪跃，等：战场态势一张图技术综述

组织管理方式，确保态势信息在描述、存储、更新、查询和分发等过程中具有一致性。由于战场态势图中常出现信息不全、信息过载、上下一般粗和有态无势等问题，因此需对战场态势一张图的内涵特征和生成机理进行研究。

1概念内涵

综合文献[2‑5]可知，态势指事物发展的形势及状态。战场态势指战场上的敌我兵力分布及战场环境的当前状况和变化发展趋势，主要包括态势估计和威胁估计2个部分。从态势生成过程和作战应用需求出发，战场态势可分为观测态势、估计态势和预测态势。体系泛指一定范围内或同类事物按照一定秩序和内部联系组合而成的整体，是社会信息化发展到一定阶段呈现出的现象，也可理解为使命共同体构成的复合体。目前，体系态势没有明确定义，可理解为：体系化的态势，反映一定范围内或同类事物整体发展的形势及状态。首先，战场态势一张图对多源信息进行融合和分析处理，形成要素齐全且内容丰富的综合态势信息；然后，基于统一的体系态势数据和综合展示框架，聚焦不同指挥层级以及不同作战任务的差异化需求，提供一致性态势服务产品，实现对战场态势全面和精准掌控。

一张图概念有利于在多军种联合作战背景下保持对态势的一致性理解。美军于1997年提出共用作战图（COP）概念，旨在让所有人看到同样的战场视图。2003年美军修订了COP概念，改为用户定义的作战图（UCOP）[6]。美军认为态势运用不是被动地坐等信息分发得到的相同态势画面，而是根据作战要求主动提取态势信息，生成与任务相关的态势图，将态势运用理念从“让所有人看到相同的画面”调整为“可讨论和组合不同视角观点的协作环境”。

战场态势一张图的本质是体系态势。信息化战争越来越表现为体系与体系间的全系统、全要素和全时空对抗，强调信息主导、体系对抗和联合制胜。体系作战是信息化战争的基本作战方式，体系态势聚焦于联合作战体系的整体脉络和发展趋势，关注全局态势，是提高基于信息系统的体系作战能力、加速由信息优势向决策优势转化的重要支撑。

2组成及特征分析

2.1组成

传统的战场态势图组成要素包括战场环境、态势目标（敌情和我情）及态势分析结果（威胁等级、活动规律和趋势预测）等信息。战场态势一张图除了包含传统态势图的组成要素外，重点强化了态势分析成果、差异化展示和服务信息，如目标/目标群之间关联关系、关键节点、主题态势、整体态势和信源追溯等。同时，战场态势一张图还具备多样化的态势要素组织和展示形式，为各类用户提供多种形式的、差异化的和精准的情报产品。

2.2特征分析

战场态势一张图是联合感知体系对联合作战的重要支撑，是信息优势向决策优势转化的重要保障。战场态势一张图具备以下6个重要特征：1）时间维度：战场态势一张图涵盖战场的历史情况、当前状态与形势以及未来趋势；2）空间维度：战场态势一张图覆盖陆、海、空、天、网和电等全维战场空间；3）互作用对象：战场态势一张图涵盖敌、我、友和战场环境等全部互作用对象；4）服务对象：战场态势一张图服务于不同层级和类型的对象，以达到对局部或全局战场态势的一致性理解；5）平台支撑：战场态势一张图可屏蔽不同支撑平台对一张图理解上的差异；6）数据支撑：信号级、特征级和决策级等多源异构数据融合处理过程中，各级数据间能够构成完整的处理链路，数据可挖掘、可聚合、可发现和可溯源。

3态势一致性

3.1要求

战场态势一致性指作战单元获得的战场态势信息和真实战场状态的相符程度（绝对一致性），以及不同作战单元获得的共同关注作战区域的态势信息的相符程度（相对一致性）[7]，是战场态势一张图的核心，具体包括以下5个方面：

1）态势信息描述一致性。态势信息获取与处理平台中，态势信息描述应标准和统一。来自不同信息源的态势信息在其描述过程中应保持一致，避免可能引起的不一致描述，如态势目标的标识、数量、身份、时空位置、运动状态和属性等信息。

2）态势信息存储一致性。在对海量态势信息进行组织存储过程中，由于各种原因产生的存储误差，会对态势信息的精度或完整性产生影响，并进一步导致态势信息的不一致。因此，应将存储设备的硬件、系统、环境和偶然人为等态势信息存储误差控制在允许范围内。

3）态势信息更新一致性。经过组织管理后的态势信息是一种类似于“离线”的信息资源，与其信息源平台的实时信息在一致性上必然存在时间差异，因此需对态势信息进行实时更新。而态势信息更新过程中，由于时间因素、更新机制、同步方式和更新数据量等因素可能导致态势信息的更新误差，因此需解决态势信息更新的一致性问题。

4）态势信息查询一致性。不同联合作战用户在对态势信息进行检索查询时，应避免由于时空差异、查询平台误差、查询机制以及与态势信息更新机

13指挥信息系统与技术2020年2月

制交互等因素导致的态势信息查询不一致。

5）态势信息分发一致性。战场态势信息应用分发过程中，应避免分发模式设计差导、分发方案误差、分发态势更新及态势信息视图订阅分发时序差异等因素的影响，确保态势信息分发一致性。

3.2解决思路

战场态势信息不一致的原因为：1）受传感器工作原理和能力，仅能看到战场空间的某个空间剖面和若干类目标，多传感器同时工作时存在空间上的部分重叠和时间上的不同延迟，导致获取的情报存在时空、特征和精度等不一致问题；2）不同情报处理系统使用的数据源和处理算法不完全相同，最终形成的情报产品必然存在差异，从而导致对唯一战场空间的非唯一描述。

为了解决态势信息一致性，应实现对战场空间任一目标、任一区域、任一要素和任一侧面描述的唯一性，故需建立完整描述战场空间的数据体系，所有要素和内涵均通过该数据体系来表征。解决思路为：1）数据统一标识：多源数据和生成的半成品/成品统一标识，解决态势信息描述一致性问题。

2）数据关联：统一标识条件下，建立以目标/区域/要素为中心的数据关联关系，控制存储精度误差，解决态势信息存储一致性问题

3）统一处理职能：战场空间描述数据体系中的任一数据要素（如目标位置）仅有一个出口，解决态势信息更新一致性问题。

4）相互确认与协商机制：建立信息共享环境，通过相互确认和协商机制确保数据唯一性，解决态势信息查询一致性问题。

5）层次化展现规范：对战场空间进行描述的数据只有一套，但需要根据不同层级和用户的要求进行展现。通过对情报产品的合理组织，聚焦各任务需求，使不同用户看到的态势信息不同，但却是战场态势不同侧面和视角的正确反映，解决态势信息分发一致性问题。

4战场态势一张图生成

战场态势的生成，从发现、汇集、处理到体系融合，实际上是一个由点、线到面和体的过程，即由单一、局部图像（单一的空图、陆图和海图等）到共用战术图（CTP），再到UDOP的过程，从而使战场态势具备共享性、一致性、全局性和精准性。

战场态势一张图生成流程如图1所示。1）对通过不同手段获取的各类原始情报信息进行多源融合处理，通过信息关联、目标去重和属性补全等实现信息全面和唯一的观测态势；2）在多源融合基础上开展态势目标分群处理，基于目标的属性、位置和任务等开展相关性分析和聚类分析；3）开展态势分析处理，重点是态势和趋势估计，通过关联印证、演变分析、异常检测、规律统计、语义分析、数据挖掘和威胁估计等手段，形成当前、估计和预测态势；4）开展战场态势体系化分析，包括体系节点分析、任务主题分析和综合态势展现处理等，生成体系态势信息；5）提供态势信息服务，针对不同用户和任务的差异化需求，对态势信息产品进行合理组织、准确显示和按需分发，实现重点突出和全面精准的战场态势一张图服务。

4.1多源融合

多源融合处理过程如图2所示。通过对各个传感器在空间和时间上冗余或互补数据，依据规则进行组合，以获得对被测对象的一致性描述或理解[8]。

多源融合处理在接收到不同来源和类型的原始信息后,首先，基于升级的交换标准,进行时空统一和报文内涵统一等处理，并对信源进行优化处理；其次，构建统一的融合规则库，分别开展实时和非实时信息融合处理，主要包括航迹跟踪、关联去重和属性估计等，生成实时和非实时融合信息；再次，对实时和非实时融合信息进行多源信息融合处理，包括语义分析和属性关联等，输出完整的多源融合信息，生成多源融合产品；最后，在多源融合产品库的基础上进行融合知识提取，将提取或优化的融合规则补充完善至多源融合规则库，实现多源融合处理的闭环及持续优化。

多源融合解决的是单一信源信息不全以及多源

图1

战场态势一张图生成流程

图2多源融合处理过程

14第11卷第1期汪跃，等：战场态势一张图技术综述

信息冗余的问题。通过对多源态势信息的去重、校准和关联处理，获取态势目标精确的时空状态和身份属性信息，为后续态势分析、态势显示及分发服务等提供一致性基础。

4.2态势目标分群

由于实际战场环境中各种目标数量众多，敌我目标交错在一起，如果不加以精简和凝练，所有目标同时显示在态势图上必然会形成“蚂蚁图”，导致指挥员无法聚焦重点目标并把握战场态势。态势目标分群是信息融合的基础上，需将目标按任务和组织等进行分类。通常是按敌我属性相同、类型相近、运动状态相近、执行相同作战任务或对另一方具有相同威胁的目标进行分群，以精简战场态势信息，降低指挥员的信息筛选量。态势目标分群的本质是一个数据聚类问题，常用计算方法有Ｋ均值、模糊Ｃ均值、迭代自组织数据分析、最近邻和改进空间划分[9]等算法。

态势目标分群解决态势目标聚焦问题，为后续体系态势分析、威胁估计、趋势估计，以及态势产品的组织、显示和服务提供基础。

4.3态势分析

态势分析是信息融合中高层次信息融合处理，主要包括态势估计和威胁估计。态势估计和威胁估计的任务是从大量散乱的、密集的情报信息中提取指挥员关心的战场上影响战役战斗进程的情况和事件信息，并进行估计、分析和预测[5]。态势估计是在多源融合处理基础上，对战场上敌、我、友军及战场环境的综合情况和事件进行的定量或定性描述，以及对未来战场情况或事件的预测。威胁估计是对敌杀伤能力及对我方威胁程度的评估，是在态势评估基础上，依据敌我兵力和武器装备性能、敌作战企图、我方重点保卫目标和敌我双方作战策略，以定量形式对敌方威胁程度做出估计和分析。

态势分析处理过程主要包括态势要素提取、态势评估推理和态势预测，具体包括：1）结合历史目标知识信息，进行行为意图和趋势分析；2）根据目标行动规律和威胁告警规则，对目标进行威胁评估；3）根据目标的多源信息关联印证结果，结合目标作战能力，通过各类目标威胁评估模型，辅助分析目标的威胁范围和程度；4）根据敌我双方作战力量、战斗部署和作战意图等，给出战场主动权等形势分析；5）生成战场情况分析报告。

态势分析解决了有态无势的问题，为战场态势一张图提供了综合辅助决策信息。

4.4体系态势生成

体系态势除了包括传统的目标态势等基本战场态势信息外，还包括体系关键节点信息、基于重点区域/作战任务/热点事件的主题态势信息等，以及为不同用户提供态势信息的聚合和解耦能力。首先，体系态势生成以关注的态势实体为中心，对各融合要素进行按需关联和组织聚合，形成面向目标、系统和体系的层次化战场态势融合成果；然后，围绕战场全域态势一张图构建，融合陆、海、空、天、网和电等战场空间态势，综合敌、我、友和战场环境各类感知信息，辅以多种信息处理和挖掘手段，分析目标与目标间的关联关系、目标与体系的映射关系、体系与体系间的铰链关系；最后，通过对态势要素信息之间的关联、印证、聚合、研判和决策分析等，形成体系化和多层次的战场态势感知能力体系图谱。

体系态势分析是在态势目标分群处理和威胁估计基础上，对战场态势开展体系化分析，具体包括以下3个方面内容：

1）体系节点分析：通过对态势目标/目标群的任务估计，以及活动区域、活动规律和所属目标侦察打击能力分析等，形成态势目标/目标群之间的关联关系（通信、指挥、掩护和警戒等），分析其重要程度和威胁等级，并标注体系关键节点。文献[10]提出了信息化条件下作战体系节点重要性度量指标。文献[11]提出了面向结构洞的关键节点识别方法。文献[12]提出了基于优化结构洞的无向加权网络关键节点发现方法。

2）任务主题分析：按重点区域（含国家地区）、热点事件和作战任务等对战场态势信息进行主题聚合，形成定制化主题态势（通常由实力部署、重要动向、当前活动目标/目标群和活动规律等内容组成），并划分主题的重要等级和所属方向等属性。

3）体系态势展现：根据规则为战役/战术级用户提供不同层级的态势目标聚合和综合态势信息展现。战役级默认显示高威胁等级目标/目标群聚合、重点区域、热点事件和定制主题等综合态势信息（用户可通过体系解聚，进一步查询并获取态势信息、情报来源和融合过程等）。战术级默认显示其所属区域内的综合态势信息和定制主题的态势信息。

体系态势聚焦于在战场态势体系中找出关键节点，发现薄弱环节，通过毁点、瘫边以及毁点与瘫边相结合方式开展体系破击战[13]，以支撑信息化条件下联合作战的破网断链和瘫胜。体系态势实现了目标态势向体系态势聚合与解耦，是生成战场态势一张图的关键。通过体系解聚，为不同用户聚焦态势信息提供了基础。体系态势生成解决了态势信息多与散、上下一般粗的问题，实现对战场态势的全面和精准掌控，为作战指挥决策提供体系化情报保障能力。

4.5态势服务

态势服务是在目标分群处理和体系态势分析的基础上，针对不同指挥层级以及同一层级不同作战

15指挥信息系统与技术2020年2月

任务，聚焦战场空间内的关键节点和重要目标，通过对态势信息的合理组织，为用户提供态势产品，主要包括态势信息的组织、显示和分发服务。

态势信息可采取按任务、主题、目标群和战场空间等方式组织，在态势展现上支持二三维一体、图表联动等多样化展现方式，在使用上提供信息关联查询和信源追溯等操作，从而实现灵活多样和粒度可变的态势显示。同时，为不同用户提供多种态势产品分发服务，主要包括主动推送和按需订阅2种方式。其中，主动推送方式是根据规则主动向用户推送各类态势信息；订阅方式是系统提供态势产品目录，并维护用户身份认证和访问权限管理等服务，用户根据需要订购态势产品。

通过合理的态势信息组织、显示和分发服务，既保证了态势信息的一致性，又实现了态势信息的针对性、多样性和按需定制，满足了不同用户对态势信息的差异性需求。

5关键技术

5.1多源信息融合技术

多源融合技术主要包括以下3类技术：

1）多源态势属性融合技术：基于融合规则实现对态势信息的自动/半自动融合处理，实现目标属性和类型的自动识别。

2）态势目标航迹融合技术：通过数据关联进行位置融合，常用方法包括最近邻域法、改进最近邻域法及联合概率数据关联法等[14]；在位置融合基础上，对态势目标的实时和历史航迹进行融合处理，形成目标连续航迹。

3）异类信息关联融合技术：将非结构化、非实时性的态势信息与实时态势进行关联融合。通过视频和文本等信息的自动识别和抽取，辅助对态势目标的属性、型号和任务等进行关联印证。常用技术包括基于贝叶斯推理、随机集理论、D‑S证据理论和动态聚类分析等统计推断多源融合技术，基于信息熵的多源融合技术，基于等概率准则及Wald决策准则等多源融合技术，以及基于专家系统、神经网络和遗传算法等人工智能多源融合技术。

移动物联网、云计算、大数据和人工智能等技术的快速发展和应用，为多源信息融合处理能力提升提供了基础。未来重点发展方向包括分布式态势情报协同分析、基于联合情报云的战场态势融合处理、基于战场环境大数据的态势分析以及基于情报大数据的规律挖掘和异常分析等。

5.2基于知识图谱的态势信息关联分析技术

态势信息关联分析是以认知为基本线索，建立数据、信息、知识和智慧之间的内在联系，是对态势信息的深层次融合。目前，关联分析通常是基于图模型的，文献[15]将图模型相关理论和技术引入实体关系研究中,并对其关键技术进行了分析研究；文献[16]提出了基于图模型的目标数据组织及关联分析方法，通过构建知识图谱实现对态势信息的关联组织和分析。

知识图谱通过标识符来确定实体或概念，通过属性‑值对（AVP）来描述实体的内在特性，利用关系来连接2个实体，表明它们之间的关联。知识图谱是由节点（实体或概念）和边（属性或关系）组成的网状图[17‑18]。

基于语义分析、数据挖掘、大数据理论以及机器学习等技术，对海量态势目标数据采用分类聚类、回归分析和关联分析等方法进行数据挖掘，提取态势要素信息。对抽取的实体和概念构建知识图谱，并通过实体重要性排序、推理以及相关实体挖掘等方法开展目标聚类分析和态势信息关联组织。知识图谱构建过程如图3所示：

首先，构建包含相关实体类型、属性、特征和关系的战场态势领域本体，业务人员将各类多源异构情报进行格式转换和分词等预处理；然后，依托本体模型，对态势情报中各类实体、实体属性特征以及实体间关系进行识别抽取，并通过实体消歧和代消解等将抽取出的实体信息融入知识图谱，实现知识图谱的保存和更新；最后，基于构建的战场态势知识图谱，提供战场态势情报推荐服务和战场态势知识图谱的关联检索功能，供业务人员进行态势分析。

在知识图谱基础上，对态势信息进行关联展示、演变分析、异常检测和规律统计等联机分析，多角度和多层次地分析数据，实现态势信息的深层次融合，

提升态势信息处理系统高级融合处理能力。

图3战场态势知识图谱构建过程

16第11卷第1期汪跃，等：战场态势一张图技术综述

5.3态势图一致性生成技术

态势图一致性生成技术主要包括以下2个方面：1）通过规范化描述规则和解析方法，从信息内容、信息粒度、信息时效性、目标类型和目标所在区域等方面对用户或作战单元对态势信息的定制需求进行规范化描述；2）通过多源融合处理生成系统唯一的和无歧义的态势信息，并在此基础上借助组织管理方式，确保态势信息在描述、存储、更新、查询和分发等过程的一致性。

战场态势一致性要求所有节点获得的战场综合态势信息是一致的，包括各方作战力量准确的配置、行动、目标和任务状态等信息；要求态势数据全网共享、实时更新和粒度适度。在战略、战役和战术等层面，通过态势信息的聚合与解耦，实时调整粒度，实现既能“谋全局”，又能“谋一隅”。

运用态势图一致性生成技术，根据联合作战各作战单元的特点与需求，生成战场态势一张图。针对态势图及专题种类、态势信息内容、态势展现方式和态势粒度等要求，在各作战单元之间交换态势信息，实现不同层次和作战单元间的态势信息互动与相互服务，实现联合作战体系中不同层级的态势内容展现一致性以及指挥员认知一致性。

6结束语

网络信息体系下的战场态势是以体系态势为核心，综合运用多源信息融合、目标关联聚合和态势图一致性生成等技术，对敌方作战体系关键节点、薄弱环节、体系重心和威胁估计等进行分析和预测，形成态势一张图，辅助指挥员对战场形势进行判断，支撑体系化联合作战。本文介绍了战场态势一张图及体系态势等相关概念和主要特征，描述了态势一张图的处理流程，分析了态势一张图生成的关键技术，为开展战场态势一张图分析和构建提供了思路。后续将在体系态势生成、智能态势分析和态势信息追溯等方面开展研究。

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作者简介：

汪跃，男（1975—），高级工程师，研究方向为仿真系统及态势分析。

唐志军，男（1979—），高级工程师，研究方向为数据库及数据分析。

车德朝，男（1981—），高级工程师，研究方向为多源态势融合及战场态势分析。

刘格，男（1986—），工程师，研究方向为情报数据组织。

（本文编辑：马岚）

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