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user: 4. 战场态势信息推荐模型 融合情景感知的战场态势信息推荐旨在解决复杂作战环境中，面向指挥员的作战指挥辅助决策问题，针对指挥员领受的作战任务向指挥员推荐相关的战场态势信息，辅助指挥员进行任务分析，制定作战方案。任务分析是军事决策过程的关键步骤，任务分析的过程和结果都有助于指挥员改善他们对态势的理解和进一步确定应完成的具体任务。 任务分析的主要结果是对领受任务的重新陈述，必须能够清楚简练地说明要求完成的特定的、暗示的和基本的任务，以及这些任务的目的。如果任务分析不准确、不全面、不清楚将导致后续决策过程的偏移，最终导致作战行动的失败。为了准确分析受领任务，理解任务意图，制定正确的作战目标和作战计划，指挥员必须及时、全面、准确地掌握战场态势信息，辅助指挥员决策。 很显然，传统的基于“用户–项目”的二维推荐系统在新的需求下，会存在自适应不够、推荐准确性不高的问题。因为指挥员对态势信息的需求是根据受领的任务发生动态变化的，这也就是前面提到的兴趣漂移的问题。那么推荐系统在进行态势信息推荐时，不仅要考虑指挥员–态势信息的历史交互记录，更要考虑指挥员此时受领的作战任务，为指挥员提供按需定制化的信息推荐服务。 因此，作战任务是影响指挥员信息需求的关键要素，设Users表示指挥员、指挥机构和指挥系统等用户集合，SituationInfos表示战场态势信息集合，Tasks表示作战任务集合，Contexts表示除了任务以外的其他与任务相关的情景信息。事实上Tasks也应该属于情景信息的一种，但是由于Tasks是影响态势信息推荐的关键因素，故单独作为一个维度进行分析。 根据以上分析，本文将多维战场态势信息推荐模型的效用函数f定义为： f : U s e r s × S i t u a t i o n I n f o s × T a s k s × C o n t e x t s → R a t i n g s (5) 下面对各个要素进行具体分析。 4.1. 用户维度 用户维度(Users)是推荐系统服务的对象集合，这里主要表示指挥员。在面向指挥员的态势信息推荐中，信息的推荐除了受指挥员的历史行为影响，也会受指挥员自身的基本情况影响，这里主要指指挥员的注册信息，注册信息主要包括两类： 人口统计学信息：姓名、性别、年龄、民族、学历、军衔、军种、兵种、所属部队、专业、工作等。 指挥员的兴趣描述：专业领域、研究方向、工作领域等。 利用注册信息可以缓解注册用户的冷启动问题。对于刚注册的新用户，我们不知道他的偏好是什么，只能推荐一些热门信息，但如果知道他是陆军，我们就可以给他推荐有关陆军的态势信息，相对于不区分军种的推荐，这种推荐的精度已经大大提高了。所以，在指挥员进行注册时，需要指挥员填写人口统计学信息，以便利用这些信息给指挥员提供粗粒度的个性化推荐。 以上注册信息都可以作为情景信息，来提高态势信息推荐的精确度。当然除了以上指挥员的注册信息，指挥员的心情和情绪也可以作为情景信息，因为指挥员在做决策时，会受到当时的心情和情绪的影响。情绪对决策的影响可能是有意识或无意识的。比如，对风险决策的潜在结果感到焦虑的主体，可能会采用更安全而非利益更大的决策。情绪-决策的评价倾向框架理论预测，一旦某种情绪被激活，情绪可以触发相应的认知倾向，以根据触发情绪的中心评估维度评估未来事件 [ 17 ]。这在情景信息里会体现，这里只考虑指挥员的注册信息。 根据以上分析，指挥员维度可以定义为： U s e r = 〈 I D ， N a m e ， G e n d e r ， A g e ， D i p l o m a ， S e r v i c e ， R a n k ， M a j o r ， W o r k ， ⋯ 〉 (6) 4.2. 战场态势信息维度 战场态势信息维度(SituationInfos)类似于“用户–项目”推荐中的项目维度，是推荐系统要推荐的对象集合。战场态势信息是指战场态势要素的属性、状态和关系的表示。战场态势要素是战场数据样本空间的基本组成要素，把各个作战域中的实体要素分为5类：人员要素、装备要素、环境要素、资源要素和时间要素，如图2所示 [ 18 ]。 图2. 战场态势实体要素分类 以上各实体要素可以从实体属性、实体状态和实体关系三方面进行描述 [ 19 ]。 (一) 实体属性 属性(Attribute)是指描述实体特征的项目。实体属性可以分为五大类：一是基本属性，如实体标识(实体编号、实体名称)、实体特性(级别、关系、联系、功能、特性、性质)等；二是空间属性，主要是指实体的外观特征和性质特征，主要描述实体具有什么表现和性质，例如实体大小、几何描述、地形的外观等；三是行为属性，是实体的行为、运动特性指标，主要描述实体可以干什么。包括：实体火力、机动速度、行为限制等。四是任务属性，描述实体执行的任务内容和程度。例如任务的类型、目标、要求、规则以及目前执行的程度等。五是效能属性，根据任务对实体的能力描述，描述实体的作用有多大。例如某个部队的战斗力、某种导弹的武器效能等。 (二) 实体状态 状态(State)是指对活动的特征状况或形态的表达。对于实体的状态可以用实体的动态属性表示。状态是实体所具有的内部和外部形态与特征，通过跟踪实体的一组状态变量变化来描述实体的产生、变化和消亡的过程。例如，一支作战部队可用其所含人员类别、数量、装备的类型、数量和质量等状态变量进行描述。 (三) 实体关系 实体通常具有可分解、可组合的特性，即一个实体可以由若干个次级实体组成。根据组合的方式不同，实体具有不同的结构形式。一般来说，实体关系分为三种：分类、组合和关联。借助关系分析可以明确战争系统空间内各种实体间的类别、组成和相互关系。 根据以上分析，对于不同的态势要素其属性不同，态势信息通常包括一些通用属性和实体本身的具体属性，态势信息维度可以定义为： S i t u a t i o n I n f o s = 〈 I D ， N a m e ， T y p e ， T i m e ， E n t i t y ， P r o p e r t i e s 〉 (7) 其中不同的实体用不同的属性表示，如运动实体的属性可定义为： E n t i t y = 〈 S p e e d ， L o c a t i o n ， F i n d t i m e ， ⋯ 〉 (8) 4.3. 作战任务维度 作战任务维度(Tasks)是指挥员领受到的作战任务的集合。作战任务是指在一定战场环境和时间条件下，为达成特定的作战目标，而进行的一系列相互关联的作战行动的有序集合 [ 20 ] [ 21 ]。作战任务也是战场数据样本空间的重要组成部分，作战任务涉及到战场态势要素中的各类要素，并且作战任务是指挥员认知战场态势并作出决策的产物，同属于作战领域中的认知域范畴。作战任务通常由指挥员根据敌情、上级意图、部队使命、作战样式、兵力编成、武器装备、部队战斗力、作战保障能力以及战场准备和地形、天气等因素，在充分估计国际、国内或作战区域内的政治、经济、军事形势影响的基础上确定，并以作战命令下达。战场作战任务是为了实施具体的军事行动而制定的，通常是由一系列作战子任务和作战行动组成。 作战任务是对作战使命的细化，涉及到的主要因素包括： 1) 任务编号：作战任务的唯一编码。 2) 任务名称：任务名称是任务的一个抽象描述，是任务的基本属性之一。 3) 任务目的：通过任务的执行以达到某种预期的状态。 4) 任务类型：表示任务的分类，如：进攻性任务、防御性任务等。 5) 参战实体：指执行任务的作战单元和任务作用的对象或环境及其它相关的作战单元，例如：敌我双方的作战部队、武器装备、人工设施等。 6) 任务属性：任务属性是指任务拥有的基本性质。主要包括任务的时空属性，例如：任务的起止时间、执行位置等。 7) 任务关系：包括总体作战任务与具体作战任务之间的关系、作战任务与作战行动之间的关系和作战行动之间的关系。 8) 任务能力需求：任务能力需求是指完成该任务所必须的能力要求，包括火力打击能力、侦察能力、机动能力、通信能力以及防御能力等。 根据以上分析，作战任务维度可以定义为： T a s k s = 〈 I D ， N a m e ， E n t i t y ， T a r g e t ， T y p e ， P r o p e r t y ， R e l a t i o n ， E n v i r o m e n t ， R u l e ， S t a t e 〉 (9) 其中，作战实体表示的是参战方的实体集合，代表与任务相关的角色和资源，可定义为： E n t i t y = { e n t i t y 1 ， e n t i t y 2 ， ⋯ ， e n t i t y n } (10) 任务目的表示完成任务的指标集合，通过权重来表示各指标对任务的影响程度，可定义为： T a r g e t = { t a r g e t 1 ， t a r g e t 2 ， ⋯ ， t a r g e t n } (11) 任务的属性表示任务的时间属性和空间属性，可以定义为： P r o p e r t y = { T i m e ， L o c a t i o n } (12) 其中， T i m e = ( T s t a r t ， T e n d ) 表示任务的时间属性，T start 为任务开始时间，T end 为任务结束时间； L o c a t i o n = ( L o n g i t u d e ， L a t i t u d e ) 表示任务的空间属性，代表任务的执行地点。 任务关系表示任务的关系集合，主要有总体任务与具体任务间的关系集合、任务间的纵向关系集合和任务间的协同关系集合。 R e l a t i o n = { I n s t a n c e O f ， P a r e n t O f ， B r o t h e r O f } (13) 任务环境表示作战区域的地形、气候、水文以及电子电磁环境情况等，可定义为： E n v i r o m e n t = { T e r r a i n ， W e a t h e r ， H y d r o l o g y ， E l e c t r o m a g n e r } (14) 规则表示任务在执行过程中应遵循的作战规则，可定义为： R u l e = { r u l e 1 ， r u l e 2 ， ⋯ ， r u l e n } (15) 任务状态表示任务完成的阶段，如作战阶段、完成阶段，可定义为： S t a t e = { P h a s e ， C o m p l e t i o n } (16) 态势信息推荐就是根据指挥员领受到的作战任务，根据任务的意图和目的、任务的类型、执行任务的实体、任务中涉及到的目标实体、任务的起止时间、任务执行的环境情况等，为指挥员推荐相关的态势信息，进一步辅助指挥员进行任务分析和作战方案的制定。 4.4. 情景维度 情景维度(Contexts)表示作战任务维度以外的其他的作战情境信息。基于对指挥员维度和作战任务维度的分析，在实际的战场环境中，影响指挥员决策的情景信息主要包括指挥员所处战场环境的时间和空间属性。 1) 时间维度 时间(Time)是一个非常重要的情景信息，对指挥员的偏好有着深入而广泛的影响。比如在平时和战时，指挥员的关注的态势信息可能会有很大的区别。时间信息对指挥员兴趣的影响主要表现在以下几个方面： ① 指挥员兴趣是变化的。这里的指挥员兴趣是指指挥员自身原因发生的变化。例如，随着年龄的增长、经验的积累，指挥员的思维会更加成熟，分析问题会更加细致，相对地，针对具体的作战任务考虑的因素会更加全面，那么指挥员关注的态势信息也会发生变化。 ② 态势信息的时效性。态势信息通常只是战场某一时刻的状态描述，它会随着时间的变化而变化，所以态势信息是在一定的时间范围内发生效力。而信息的时效性和信息的价值紧密相连，信息的价值是通过利用来体现的，所以信息必须要在时效范围内得到利用才能有价值。指挥员需要及时了解最新的战场态势，就要掌握最新的态势信息，那么，对于态势信息推荐来说，就要尽量向指挥员推荐时效范围的态势信息，以便指挥员实时了解最新态势，为其及时作出决策调整提供依据。 ③ 季节效应。季节效应主要反映时间本身对指挥员兴趣的影响。比如人们雨天打伞，冬天穿棉衣，夏天穿短袖。其次，节日也是季节效应的一种，在一些敏感节日，指挥员也会有特别的关注。 时间对于任务的分析执行有很大的影响，是指挥员指挥决策时必须考虑的重要条件因素。战场态势瞬息万变，指挥员做出的决策和下达的命令、指示，必须充分预见战场情况发生重大变化的可能时间、敌方行动的速度和我方部队完成行动准备所需时间，充分考虑作战可用时间和所用时间的长短以及两者差值的性质与大小，将对作战时间的分析与计算贯穿于作战指挥全过程，以保证主观指挥适应战场的客观实际。 融入时间维度的态势信息推荐系统，从一个静态系统变成一个动态系统，这就要求态势信息推荐要随着任务的执行、战争的发展具有连续性、持续性，最终体现出战场态势中“势”的含义。 2) 空间维度 位置(Location)是空间特征的表示，空间是作战的载体，是作战存在的客观基础。空间是制约和影响作战的重要因素，没有空间作战就不能发生和发展，没有空间作战就不是现实的作战。作战中的位置信息，包括空间范围、自然地理和人文地理。空间范围是指敌我双方在战场中所处的实时位置和战斗区域；自然地理主要是指地形，也包括其中的水文和气象条件；人文地理指政治、经济和民众条件等。 从战场态势的角度来看，位置信息在作战空间中具体的表现形式具有点、线、面、体四个特征。点是指作战任务执行空间中的关键点，如要害处、交汇处、关节处等；线具有多种类型，如接触线、行进路线、防御线等；面用于描述战场、防区和作战地域，确定部队部署和作战队形是一般都以面的形式进行描述；体主要指战场的立体空间，而随着人类社会政治、经济、科技的不断发展，新式武器装备的出现，在立体空间中增加了新的空间，如复杂电磁环境空间、赛博空间、临近空间等。因此，战场态势的空间情景信息主要包括社会、地理、气象、水文、电磁等战场环境的描述。 根据以上分析，情景维度可以定义为： C o n t e x t s = 〈 T i m e ， L o c a t i o n ， E n v i r o n m e n t 〉 (17) 其中： T i m e = ( Y e a r ， M o n t h ， D a y ， H o u r ， M i n u t e ， S e c o n d ) (18) 包含了指挥员接受、执行、完成作战任务等关键点的时间。 L o c a t i o n = ( L o n g i t u d e ， L a t i t u d e ) (19) 表示执行任务的具体地点，包括经度和维度。 E n v i r o n m e n t = ( S o c i e t y ， G e o g r a p h y ， W e a t h e r ， H y d r o l o g y ， E l e c t r o m a g n e t i s m ) (20) 包含了社会、地理、气象、水文、电磁等战场环境。 4.5. 多维多层次的战场态势信息推荐模型 图3. 多维多层次的战场态势信息推荐模型 战场态势信息推荐模型中主要涉及四个维度：用户、态势信息、作战任务和情景信息，基于它们之间的交互关系构建战场态势信息推荐的多维多层次模型，如图3所示。 用户层和态势信息层也可以在没有作战任务层和情景层参与的情况下进行推荐，没有作战任务层和情景层参与的态势信息推荐就回到了传统推荐的思路；情景层中的各个情境维度也并非每一次推荐过程中都需要完整出现，可以根据实际情况来增减情境维度。将态势信息推荐模型划分为四层，使层次之间、要素维度之间相互联系，既保证了层次和要素维度的独立性，又使整个态势信息推荐模型具有一定的适应性。