“以知识为中心”的指挥信息系统概念模型与组成结构

“以知识为中心”的指挥信息系统概念模型与组成结构

彭辉，曹雷，董强，张永亮

(解放军理工大学 指挥信息系统学院, 江苏 南京 210007)

摘要针对当前指挥信息系统建设面临的“信息过载、知识缺乏”的问题，对“以知识为中心”的指挥信息系统进行研究。在分析数据、信息、知识之间概念联系的基础上，阐述了“以知识为中心”的指挥信息系统的概念和内涵，建立了“以知识为中心”的指挥信息系统的抽象概念模型，分析了“以知识为中心”的指挥信息系统的体系结构与组成要素，指出了“以知识为中心”的指挥信息系统所涉及的关键技术，为牵引“以知识为中心”的系统建设与发展提供了理论参考。

关键词以知识为中心；指挥信息系统；概念模型；组成结构;知识管理；知识应用

作者简介彭辉(1980-)，男，讲师，博士，主要研究方向为多UAV协同控制与优化、指挥控制体系结构分析。

中图分类号TP319

文章编号2095-3828(2015)06-0094-06

文献标志码A

DOI10.3783/j.issn.2095-3828.2015.06.021

AbstractAiming at information overloading and inadequate knowledge problem in construction of command information system, the paper conducts research on the knowledge-centric command information system. Based on the analysis on the connection among data, information and knowledge, the paper illustrates the concept and connotation of knowledge-centric command information system, establishes a conceptual model for this system, analyzes the system structure and components of the system and points out the key technologies involved in the system to provide theoretic basis and enlightenments for facilitating the construction and development of knowledge-centric systems.

Keywordsknowledge-centric; command information system; conceptual model; components; knowledge management; knowledge application

收稿日期2015-06-10

基金项目国家863资助项目

Conceptual Model and Component of Knowledge-centric

Command Information System

PENG Hui，CAO Lei，DONG Qiang，ZHANG Yongliang

(College of Command Information System, PLA Univ. of Science and Technology, Nanjing Jiangsu 210007, China)

从信息优势到决策优势，最终达成行动优势，是信息化战争时代的永恒主题。当前的指挥信息系统建设尚处于谋求信息优势的阶段，主要以解决信息获取、传输和基本问题处理为主，呈现“以信息为中心”的基本特征。随着信息化建设的不断深入，作战系统的信息获取、处理和传输能力不断增强，信息复杂程度也越来越高，未来面临的问题将是“信息过剩”[1]，信息的过度饱和使得决策者面临被信息淹没的危险，甚至会干扰决策、影响指挥、分散通信，其结果是信息优势难以转化为决策优势和行动优势。针对上述问题，2004年，美军提出了“知识中心战”(Knowledge-centric Warfare, KCW)的概念[2]。知识中心战关注的重点不仅是信息获取，更是在于对各种来源的海量信息进行有效处理，以形成对战场态势的快速准确感知，有力保障指挥员决策和部队行动需要[3]，从而弥补信息优势与决策优势之间的鸿沟。从内涵看，知识中心战是网络中心战发展到一定阶段的产物[4]，它强调借助网络对作战知识进行开发和管理，以便更好地利用网络信息进行决策。未来战争胜负不完全由作战平台的规模决定，也不全由作战人员所掌握的信息多少决定，更多取决于对信息综合利用形成知识以及基于知识快速决策的能力[5]。

可以看出，信息优势到决策优势是不会自动转换的，信息只有以正确的方式组织起来，经过分析逐步转化为可以支持决策的知识时，才能发挥优势作用。目前，我军指挥信息系统在如何有效地利用知识，发挥知识的作用方面研究还不多。因此，本文着眼于未来指挥信息系统的发展，以提升未来我军智能化作战程度并形成决策优势为目标，提出“以知识为中心”的指挥信息系统基本概念，分析其体系组成和涉及的关键问题，以期为未来指挥信息系统的顶层设计和建设提供参考。

1“以知识为中心”的指挥信息系统概念与内涵

1.1　数据、信息与知识的概念与联系

研究“以知识为中心”的系统，首先需要明确知识的概念与定位。知识与数据、信息是有本质区别的。数据是对事物最原始、孤立的观测结果，信息是对数据的有序组织，是具有价值的数据；而知识则是用于解决问题的结构化和非结构化的信息，是对信息的系统性分析、理解和解释[6]；智慧是为达到目标而运用知识的能力。军事领域的“知识”，是指对敌方、己方、作战空间及其之间的相互关系的全面掌握与透彻了解[7]95。

实际上，数据、信息与知识之间存在一定的转换关系[5-6]，如图1所示，信息来源于数据、知识来源于信息，与信息相比，知识是直接为制定决策和行动方案服务的。通过从数据到信息，再从信息到知识，最后再从知识到决策过程之间的转化，使信息优势经由知识优势和决策迅速转化为战斗力。

从“数据-信息-知识-智慧”的演变过程来看，“以知识为中心”就是要通过相关技术和手段对作战信息进行理解、解释和有效管理，使得系统各单元能够在有效的时间内获取正确的信息，提高系统正确决策的能力。“以知识为中心”的实质是以全面收集信息为前提，以加工和综合处理信息使之转化成有效信息为基础，对所收集到的信息进行分析、判断、过滤、提纯，使之成为有价值的信息为目的，进而达成对战争的全知、深知和共知，增大己方的确定性和敌方的不确定性，使战场对己方单向透明[7]95。

图1　知识的金字塔结构

1.2　“以知识为中心”的指挥信息系统基本概念

随着栅格化信息网的发展，需要从网络中海量的信息以及人的经验中提取知识，共享、管理和利用知识。借鉴知识管理及知识工程相关概念和方法，我们提出“以知识为中心”的指挥信息系统的概念。如图2所示，通过信息系统基于知识辅助人的决策和行动，打破传统的信息优势和决策优势之间的沟壑，形成知识优势，从而实现全谱优势，支撑此概念体系的系统，即以“知识为中心”的系统。

图2　“以知识为中心”的系统概念

“以知识为中心”的指挥信息系统并不是一个全新的信息系统，它的基础是具有端到端、即插即用、柔性重组等特征的栅格化信息网，其核心是能够为指挥人员提供知识服务功能，支撑指挥人员形成知识，进而帮助其更好地理解和使用信息，以有力地保障指挥员决策和指挥部队行动。基于此认识，“以知识为中心”的指挥信息系统旨在实现系统功能从高效处理信息、共享信息和组织信息向形成知识、共享知识与达成共识，并提供知识服务转变，它能够更加有效地促进“数据-信息-知识-智慧”价值链的形成，更加有效地支持将信息优势转化为知识优势，进而实现决策优势和行动优势。

1.3　“以知识为中心”的指挥信息系统抽象概念模型

军事信息系统的建设经历了单系统建设、各军兵种独立发展阶段、综合集成阶段，目前发展到一体化综合电子信息系统阶段[8]，本文简称为“第四代系统”。第四代综合电子信息系统的建设主要以“网络为中心的扁平化组网结构”为基本特征，以栅格化信息网为基础支撑，将战场上的电子信息系统和作战单元连成一个有机网络，实现网络中心化，以支持网络中心作战行动，具有“即插即用、按需分发、柔性重组、无缝交联、协同运用、集成管控、安全抗毁”等能力[8-9]。因此，第四代系统可以抽象为以栅格化信息网为底层支撑，以端末的信息系统为重心，以信息流为纽带的模型，如图3所示。

图3　第四代系统的抽象概念模型

“以知识为中心”的系统是建立在第四代系统基础之上，面向认知和决策的系统，因此，在第四代系统抽象概念模型基础上，“以知识为中心”的系统则可抽象为以栅格化知识网为支撑，以端末的智能自主系统(或信息系统)为重心，以知识流(信息流)为纽带的模型，如图4所示。

从图4可知，“以知识为中心”的系统核心支撑是栅格化知识网络，栅格化知识网是在栅格化信息网的基础上，融入知识管理和知识服务功能，使得系统在端到端信息获取能力之外，还具备网络知识获取能力，甚至从网络获取推理结果的能力，由此，可以大大提高信息精准服务的能力，在全网络知识共享的基础上提高决策能力。

图4　“以知识为中心”的系统抽象概念模型

在上述抽象概念模型中，智能自主系统将是“以知识为中心”系统的基本组成单元。智能自主系统包括智能指挥信息系统和战场无人化系统，可以分为全自主系统和半自主系统，例如战场机器人、无人机可能为全自主系统，一般的指挥信息系统则为半自主系统。典型的智能自主系统由传感器、知识库、推理器、自学习机制等组成，以知识库为基础，根据传感器接收或感知到的信息进行推理，对信息进行智能化处理，如果遇到无法解决的问题时，可通过知识服务从网络中获取相关知识或解决方案，并更新本地知识库。当智能自主系统不具备知识库与推理功能时，就退化为一般的信息系统。由此可见，在“以知识为中心”的系统概念框架下，可将有人作战系统与无人作战系统有机结合起来。

1.4　“以知识为中心”的指挥信息系统内涵分析

“以知识为中心”的系统是网络中心化系统向认知域的延伸和发展，可从以下几方面来理解其内涵：

1) 在系统结构上是对第四代系统的继承和进一步发展。“以知识为中心”的指挥信息系统基础是网络中心。这里的“网络中心”，是指各作战单元依托一体化战场信息网络，共享战场态势，高效实施信息化作战行动；而“知识中心”的内涵则强调通过对各类信息的融合、分析、推理形成知识，并以此作为实施各类作战行动的基础和关键。因此，“以知识为中心”的系统将继承第四代信息系统的发展水平，具备第四代信息系统基本能力，即在系统结构上采用“网络中心、面向服务”的系统架构，以栅格化信息网为基础[9]，具备端到端、互操作能力，其进一步发展体现在：系统将以知识服务为核心，实现基于网络的信息流与知识流有机结合，强调对信息综合利用形成知识的能力和基于知识的快速决策能力，是信息组织机制向知识服务运作机制转化的结果，它体现了信息化建设从网络化、服务化和一体化的第四代系统向服务化、知识化和智能化下一代系统发展的必然趋势。

2) 在技术体制上是面向服务体系结构与知识管理、知识工程的融合。“以知识为中心”的系统在技术上通过面向服务体系结构和知识管理技术来提高决策和作战效率，具备知识管理和知识服务能力，整体结构建立在现有信息网络体系结构的基础上，聚焦于知识的表示、获取、储备、推理、分发、共享、阻碍、扰乱和攻击。其中，知识服务在整个技术框架中占有重要的核心地位。所谓知识服务，是指知识与信息服务技术的融合，是将分布的有关知识资源根据内容或需求整合起来，封装为一系列适应各种任务需求和知识需求的服务形式，屏蔽了不同平台、不同系统、不同语言、不同模型之间的差异，从而使系统和组织中的知识资源能够得到更好地共享和重用，从而达到知识的交换、共享，以及基于知识进行任务协作和问题求解的目的。在未来知识中心作战样式下，知识服务是获取和利用知识优势，进而赢得战争胜利的关键。

3) 在运用模式上支持更加深层次的人-机智能协作。战争演进过程可以看成是一种知识逐步从人向外部指挥信息系统转移的过程，旨在节省人的脑力，促进指挥工具更好支持人类的活动。“以知识为中心”的系统更加关注以人为中心，强调运用所知的知识，寻求系统的信息处理能力和人的知识创新能力的最佳结合，这种模式便于系统各要素之间的相互作用、相互依存，当系统单元的智能化程度较低导致不足以独立处理信息时，可以通过知识服务中心的智力支援，使得各单元、各要素之间能够更牢固地实施一体化融合。因此，在构建和运行“以知识为中心”的系统时，主要以人和组织为主体，以信息系统为核心支撑，采取“人-机结合、各取所长、以人为主”的方式完成，这样的运行模式既有利于发挥信息系统工具的作用，又为实现人-机智能协同提供深层次可能。

4) 在作用域上实现了从物理域、信息域到认知域、社会域的跨越。“以知识为中心”的系统更加强调作战活动从物理域、信息域，向认知域和社会域的延伸，是各种作战知识不断向军事信息系统物化的结果，即信息系统与指挥员经验、作战理论、条令条例、体制编制、信息资源等作战人员意识领域的知识高度结合的产物。我们知道，战争在物理域、信息域和认知域中同时进行[10]，物理域是指部队在多维空间遂行作战使命的传统领域；信息域包括组网和信息系统的搭建，是产生、处理并共享信息的领域，是传达指挥员作战意图、作战人员交流信息的领域，信息域要确保向认知域和社会域提供增强的或改进的各种所需信息；认知域和社会域系指人员的意识领域，包括感知、理解、判断、决策等，涉及作战协同、指挥控制、战术运用等。在第四代信息系统建设中，由于传感器网络的能力越来越强，部队可以实时地或近乎实时地获得关于战场空间的大量信息。由于这些信息的数量太大，决策制定者难以有效快速地处理这些信息，从而难以及时合理地决策，因此，“以知识为中心”的系统主要针对此问题，重点实现向认知域和社会域的跨越，在认知域中，实现知识表示、共享和推理，获得并保持知识优势，基于信息优势和知识优势，做出快速正确的决策，获得并保持决策优势。其中，知识正处于信息域和认知域的联结层，是联结这两大范畴的桥梁，因而，“以知识为中心”的系统建设，将会成为迈向认知域的军事变革中的首要任务，更是实现军事力量跨越式发展的必经之路。

2“以知识为中心”的指挥信息系统组成结构

“以知识为中心”的系统是构建在全军共用信息基础设施之上，其显著变化就是知识服务成为系统的重要组成部分，这些新的变化使得系统的组成元素也发生变化，如图5所示，从系统层次上划分，包括栅格化网络基础设施、知识管理与服务平台和智能知识应用系统三部分组成。

图5　“以知识为中心”的系统组成要素

1) 栅格化网络基础设施。“以知识为中心”系统的栅格化网络基础设施将完全继承第四代系统的建设成果，涵盖一体化网络通信设施、网络化信息服务设施、栅格化计算存储设施、综合化运行管理设施以及体系化安全防护设施五部分。其中，一体化网络通信设施是基础，计算和存储设施是基石，“以知识为中心”的系统中的虚拟共享知识库、个体知识库都将依托计算和存储设施构建；信息服务设施则是网络化信息系统构建的关键，“以知识为中心”的指挥信息系统的知识服务采用网络信息服务的形式来解决知识共享和应用问题，因此，知识服务系统底层可以利用现有的信息服务技术构建知识服务基础设施，符合分布式计算技术的发展趋势，具有更好的互操作性，适用于各种平台；最后，安全防护设施和综合化运行管理设施则为“以知识为中心”的系统安全、有序运行提供服务和保障。

2) 知识管理与服务平台。“以知识为中心”的系统相对于第四代系统的最大变化就在于知识管理和知识服务成为系统核心，为了最大化知识的共享和利用，“以知识为中心”的系统将在具体的应用系统和底层基础设施之间构建知识管理和服务基础设施，包括共享的知识库、知识服务平台、知识管理中心等。其中，知识管理中心采用分级、分领域方式构建，管理不同的知识服务单元和知识库，从而实现不同层次、不同专业领域知识的表示、共享和推理计算。知识服务平台提供各种基础知识服务，包括知识的生成、发现、分类、组织、存储、检索、管理、推理、共享等基础核心服务。另外，知识管理与服务平台还将提供各种知识服务接口，包括开发接口、网络化运作接口、各军兵种业务部分领域知识共享接口，使得各种领域知识单元、知识服务的提供者、知识服务应用系统都能采用规范、统一的方式实现交互和知识共享。

3) 智能化知识应用系统。智能化知识应用系统(又可称为智能节点(Intelligent Node))是“以知识为中心”的系统中的具体领域应用单元，根据使用知识的具体对象不同，分为人、中间系统单元以及自主机器系统多个层次。智能化知识应用系统主要为各类智能化武器平台、各级各类指挥信息系统以及指挥员、操作员提供与作战任务、作战知识密切相关的各种功能，例如在态势感知、决策制定、指挥控制、作战行动等过程中所需要的知识检索与查询、知识推荐、知识共享、基于知识的辅助决策等功能。智能化知识应用系统应与第四代系统中的各级各类信息系统实现无缝的融合，可以是独立的知识单元，也可以灵活地嵌入到原有的信息系统体系内，成为信息系统内部的知识单元，提供有效的知识管理功能和知识应用服务，使得各种智能化平台、各级人员能够利用自己的知识或者网络上的知识实现对环境的自动感知、判断决策和响应执行，从而实现信息优势到决策优势的转化。

3“以知识为中心”的指挥信息系统关键技术问题

“以知识为中心”的指挥信息系统所涉及的关键技术问题包括以下几方面：

1) 知识表示与提取技术。知识表示是实现智能知识学习和管理的“以知识为中心”系统的基础，知识表示技术研究这些各种知识要素及关系的表示方法，以及在计算机信息系统中的实现方式。将指挥员处理各种问题时所需要的知识表示成系统易于理解和掌握的形式，形成系统可处理的知识指示体系，并在面对各种决策问题时，快速定位所需要的知识。

2) 面向指控决策问题的知识推理技术。广泛运用逻辑推理、统计推理等各种知识推理方法和技术，使得系统能够在已有的知识体系基础上推理出新的知识，从而对抽象化的决策问题模型进行求解。

3) 智能知识管理技术。“以知识为中心”的系统核心是知识，要构建“以知识为中心”的系统，必须要突破一系列与智能化知识管理相关的关键技术。例如，具备情景识别的智能知识主动推送技术，在识别获取用户当前需求的基础上，通过智能化的评估，把与当前情况和态势相类似的、相关的知识主动推送给用户，不适合用户当前情况的其他知识剔除在外，提高知识利用的准确性，有效解决知识过载问题。

4) 知识服务技术。知识服务是知识与面向服务技术的融合，它将知识作为一种资源以服务的方式提供给知识的需求方，从而达到知识的交换、共享以及基于知识进行任务协作和问题求解的目的。其关键内容包括2个方面：(1) 知识服务构造与组织技术，即知识服务的建模描述、实例化、服务组合、服务管理、服务验证等技术；(2) 知识服务共享技术，即知识服务的发布、发现、绑定等技术，知识服务系统体系架构、应用模式、安全管理、系统实现等。

4结 束 语

在信息化战争时代，面对海量、复杂多变的信息资源，由信息优势形成决策优势，必须要提高信息感知、处理和判断的智能化水平，而知识正是打破传统的信息优势与决策优势之间沟壑的关键。本文着眼于基于栅格化信息网的指挥信息系统建成之后，如何实现信息优势向决策优势的转化，并最终达成行动优势这一核心问题，提出了“以知识为中心”的指挥信息系统概念，并对其概念内涵、体系组成以及关键问题进行了深入分析。“以知识为中心”的系统是在现有信息网络体系结构的基础上，聚焦于知识的表示、获取、储备、推理、分发、共享，强调从态势感知上运用知识获取中数据挖掘等技术，加快信息向知识转化，强调军事知识的工程化和科学化管理，在系统运行过程创造新的知识，并为各级各类作战人员提供智能性的知识服务。当前指挥信息系统建设的重点还主要是为了谋求信息优势，基于栅格化信息网，为信息的获取、传输、处理、存储和分发应用提供信息化手段，系统的知识化、智能化水平较低。因此，考虑到指挥信息系统的长远发展趋势，必须提前研究、谋划，实现信息化、知识化、智能化兼容发展。

参考文献(References)

[1]MERVYN C，CHEW L P，TAN C P.Command control and information systems in the age of knowledge-centricity[R].Singapore: Defene Science and Technology Agency，2004:4.

[2]PHISTER P W，PLONISCH I G.Information and knowledge centric warfare:the next steps in the evolution of warfare[R].Rome，NY:Air Force Research Laboratory，2004:8-9.

[3]李国记.美军典型军事理论发展特征分析[J].国防科技,2011，32(4):73-75.

[4]潘清，胡欣杰，张晓清.网络中心战装备体系[M].北京:国防工业出版社,2010:251-252.

[5]SOFGE R B.Knowledge centric warfare:an introduction[R].Pennsylvania:U.S.Army War College，2009:2-3.

[6]孙勇，宋玉华.知识中心战概念辨析[J].航空装备论证,2011(1):30-34.

[7]向建春，袁兆红.浅谈美军的知识中心战[J].通信导航与指挥自动化,2008(5):95-97.

[8]蓝羽石，丁峰，王珩.信息时代的军事信息基础设施[M].北京:军事科学出版社，2011:7-10.

[9]童志鹏，刘兴.综合电子信息系统[M].北京:国防工业出版社，2008:3-4.

[10]ALBERTS D S，HAYES R E.Power to the edge:command and control in the information age[M].Washington D.C.:DoD Command and Control Research Program Publication Series，2001:14-15.

(编辑：李江涛)