水下信息理解的概念和方法

2012-10-20 06:59:20潘悅

艦船科學技術 2012年1期

潘悅

(水聲對抗技術重點實驗室中國船舶工業(yè)集團公司船舶系統(tǒng)工程部，北京 100036)

0 引言

復雜的水下海洋空間環(huán)境及其中活動的目標，是我們亟待認知的。為此，大量裝備于水面艦船、潛艇、無人水下航行器及固定布放的水下探測系統(tǒng)，以聲、磁、光、電等多種傳感器來獲取水下信息，其中聲吶探測是最有效的探測手段。水下信息涉及各種平臺多傳感器探測的海洋環(huán)境信息、平臺導航信息、目標信息以及情報和歷史積累的各種數(shù)據(jù)庫信息等。目標、環(huán)境和探測平臺的信息相互關聯(lián)影響，同時又都是時變、空變的，獲取的目標頻譜特性會隨之而改變。因此，我們所探測到的信息往往是模糊的、不完整的、異步的、離散的、相互關聯(lián)的不確定性信息，而隱藏在其中的目標和環(huán)境的固有特性及其自然變化規(guī)律，以及潛在的行為規(guī)律，就是有待從獲取的大量水下信息中挖掘發(fā)現(xiàn)的知識。從大量相互關聯(lián)的水下不確定性信息中進行知識發(fā)現(xiàn)，并使信息和知識能以利于人理解的形式呈現(xiàn)，加速水下認知的相關技術，本文中稱為水下信息理解技術，該技術將在水下信息對抗中發(fā)揮重要作用。

1 需求分析

從網(wǎng)絡中心到知識中心的發(fā)展，其核心是從信息到知識，再從知識到認知的處理技術。

對水下環(huán)境和目標的認知需針對水下信息的特殊性研究相應的處理方法和技術。水下信息具有以下特點:

1)信息獲取平臺和傳感器各異，主要來自水聲探測信息;

2)信息量巨大;

3)信息種類和信息格式多樣;

4)大量原始信息不能實時傳輸獲取，需要非實時的信息綜合處理，以獲取知識;

5)水下信息顯示不直觀;

6)信息具有不確定性。

隨著水下信息獲取手段的不斷增多，產(chǎn)生的海量原始水下信息的處理和有效利用成為亟待解決的問題。主要依賴人對信息的匯總和組織，并利用特定的處理工具以提取水下目標和環(huán)境的知識，難以滿足海量信息知識化的需求。如何在人的注意力資源有限的情況下及時取得所需的信息并能利用知識快速理解環(huán)境和目標，需要針對水下信息的特點，建立1套較完整的水下信息理解技術體系，加速對水下環(huán)境和目標的從信息到知識，從知識到認知的過程，解決其中的瓶頸技術。

2 水下信息理解的概念

認知能力的形成可以用一個金字塔形結構表示，如圖1所示。

圖1 認知能力形成的金字塔形結構Fig.1 Pyramid structure of cognition capability

將從噪聲中獲取的數(shù)據(jù)轉化為信息，升級為知識，升華為認知，這樣一個過程在水下信息量巨大、種類復雜和人的注意力資源有限的情況下，需要加速器。水下信息理解技術就是這個加速器。

知識是一種更高層次的信息，用于識別實體及其性質，是人類總結歸納并認為正確真實的信息。知識就是信息之間的連接，信息與信息之間必須建立連接才能形成知識。

認知是指人們獲得知識并應用知識認識外界事物的過程，或信息加工的過程。

理解是逐步認識事物的聯(lián)系，直至認識其本質規(guī)律的一種思維活動，理解就是利用已有知識經(jīng)驗獲取新的知識經(jīng)驗，并把新的知識經(jīng)驗納入已有的知識經(jīng)驗的系統(tǒng)之中，把新舊聯(lián)系組成一個聯(lián)系系統(tǒng)。

信息理解是將在空間上和時間上分布的數(shù)據(jù)融合，以形成感興趣的與態(tài)勢相關的圖像。

水下信息理解技術是構建輔助人認知水下環(huán)境和目標的信息空間的技術，是從水下不確定信息片段中挖掘知識，并將新舊聯(lián)系組織成一個利于人員理解的交互式系統(tǒng)的技術，所形成的信息處理和管理的工具集起到加速人員認知水下態(tài)勢的作用。

3 水下信息理解涉及的技術和方法

水下信息理解技術對信息處理及在該過程中信息狀態(tài)的變化如圖2所示。

圖2 水下信息理解的信息處理及信息狀態(tài)的變化Fig.2 Information processing and information state changing for underwater information understanding

水下信息理解的處理過程是通過信息搜索將人員需要的相關聯(lián)信息從大量來源于新舊傳感器、情報和數(shù)據(jù)/知識庫的信息片段中匯聚成信息集合;通過信息建模技術處理集合內信息形成信息接口規(guī)范化的信息組件，并加以組織形成有序的結構化的信息整體;通過信息融合處理技術確定信息結構中正確的關聯(lián)關系和提高信息質量;通過信息表達和信息推理技術搭建交互式信息空間，信息空間形成的情境應符合人類思維習慣和滿足注意力資源有限條件下的特定需求，具備行動導向功能，推動人的決策和行為，加速認知過程。

知識和認知都是在信息與人之間交互的過程中產(chǎn)生的。因此，經(jīng)水下信息理解處理形成的交互式信息空間需滿足知識發(fā)現(xiàn)和認知需求，主要體現(xiàn)在:需建立信息之間正確的關聯(lián)關系和給出高可信度的信息滿足發(fā)現(xiàn)具有較強隱蔽性的知識，利于人員進行歸納總結提煉的需求;滿足知識的動態(tài)更新和修正需求;滿足每個人對知識的理解加入主觀意愿的需求;滿足進行情景對比和推理理解的需要;滿足行動導向需求;滿足注意力資源限制的高效需求等。

通過對信息的處理過程的分析可見，水下信息理解涉及的主要技術和方法包括:建立水下信息搜索、信息建模、信息組織、信息表達和信息推理技術、不確定信息融合處理技術等。

圖3 水下信息知識發(fā)現(xiàn)過程示意圖Fig.3 Discovery procedure for underwater information knowledge

水下信息理解的過程也是知識發(fā)現(xiàn)的過程，如圖3所示。水下傳感器觀測的探測信息、導航數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、情報數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等對提高水下信息理解認知度非常重要，因為這些信息可以提供目標信息、海區(qū)、水文條件、海底、所屬國、武器裝備等，針對具體應用對不同來源的實時和先前報告的數(shù)據(jù)收集并表達成結構化的水下信息，建立信息模型。分析不同信息模型的關聯(lián)性，對關聯(lián)信息進行融合處理，用語義圖進行可視化描述，發(fā)現(xiàn)與水下目標識別分析相關的知識，形成基于知識的水下態(tài)勢感知。

4 結語

本文提出了水下信息理解的概念及相關處理技術和方法，該技術將使不同類型的來自探測傳感器、情報以及數(shù)據(jù)/知識庫等新舊大量水下信息結構化，可關聯(lián)搜索和管理，能在一個平臺上進行綜合分析處理，從不確定的信息中獲取確定性信息，形成知識，加速對目標識別和水下態(tài)勢的認知。水下信息理解在水下信息對抗中將發(fā)揮重要作用。