美军大数据技术研发现状分析

创新科技
Innovation Science and Technology
总188期第10期2015年10月Vol.188，No.10Oct ，2015
［摘要］在信息化战争条件下，美国非常重视大数据在国家安全领域，特别是在军事领域的运
用，并采用政府牵引、军民一体的研发模式，加大了对可视技术和云计算的发展力度。

本文重点描述了美军大数据技术研发现状与面临的挑战，以及大数据在美军联合作战中的应用情况；最后，提出美军大数据研发对我军的几点启示。

［关键词］美军；大数据；研发；应用
［中图分类号］E712
［文献标识码］A
文章编号：1671-0037（2015）10-35-4
Analysis on the Current Situation of itary Big Data Technology
Research and Development
Geng Wei Ma Zengjun Xia Sumin
（Library of Information Engineering University,Zhengzhou Henan 450001）
Abstract：Under the condition of information war,the United States attaches great importance to the use of big data in the field of national security,especially in themilitary field,adopts the mode of government drawing with the integration of research and development,and steps up efforts to the development of visual technology and cloud computing.This paper mainly describes the present technology development situation and the chal⁃lenges of big Data in US military,as well as the application of big data in joint operations ；Finally,this paper puts forward some revelation of the research and development of big data to our army.
Keywords：The itary ；The big data ；Research and development ；Application 2012年3月，美国发布《大数据研发倡议》。

倡议表
示，作为第一轮研发资助，美国国防部、国家科学基金会
等6个联邦政府部门将投入2亿美元用于启动大数据新研项目。

除此之外，国防部（含国防高级研究计划局，DARPA ）还承诺，每年将斥资2.5亿美元研发军用大数据技术，其中6000万美元用于新设项目。

他们许诺将继续投资，来开发相应的工具和技术，以大力提升获取、管理和分析大数据的能力。

美国国防部国防高级研究计划局在同期发布的大数据项目中列出了“从数据到决策”等10项研究计划［1］。

美国政府采取多种措施从国家层面推进大数据研发。

从目前的研发活动看，美国非常重视大数据在国家安全领域，特别是在军事领域的运用，并采用政府牵引、军民一体的研发模式，加大了对可视技术和云计算的发
展力度。

上述举措可能进一步确立美国在网络信息领域的主导地位，提升美军信息化作战能力，激发其他大国对大数据技术的研发热潮。

1美军大数据技术研发现状与面临的挑战1.1美军大数据技术研发现状分析
1.1.1
态度鲜明，项目具体，但举措尚不得力。

美国
联邦政府在发布《大数据研发倡议》前，美国联邦政府已逐步开展大数据研发，但工作力度与需求仍有差距。

2011年，总统科技顾问委员会在一份建议中指出，美国在国家层面对大数据投入不足。

总统科技政策办公室称，该倡议正是对此建议的回应。

倡议中有关国防部的动作在奥巴马行政当局一月前提交的2013财政年度预算申请中已有体现，即国防部计划对大数据的投入是2～5亿美元/年［2］。

收稿日期：2015-9-18
基金项目：信息工程大学军事科学研究基金项目“美国大数据应用分析评估”（2013600609）。

作者简介：耿卫(1961.8-)，硕士，研究馆员，研究方向:图书情报、科技情报；马增军(1963.2-)，硕士，副研究馆员，研究方向:信息技术；夏素敏(1982.9-)，本科，馆员，研究方向:图书情报。

1.1.2遵循规律，准确评估，做出基本战略判断。

如前文所述，大数据首先为全球各大信息技术企业所重视，目前，美国国防部又在大数据项目上下了“大赌注”。

美国国防部遴选的10个大数据项目中，有9个项目与数据分析技术直接相关，其中“影像检索与分析工具”项目涉及视频搜索，“从数据到决策”项目涉及信息评估，视频搜索和信息评估均处于技术触发期，前者需5～10年，后者需10年以上时间方可被主流接纳。

但这两者意义重大，价值非凡。

视频搜索的核心是可视化，只有实现可视化，才能为快速决策提供最直观、最简洁的有价值数据保障，信息评估的核心是受控数据共享。

由于不同主体对同种条件下所获大数据的信息需求截然不同，如指挥员需要要言不烦的全局态势，一线作战分队需要详尽的当面敌情，只有实现受控数据共享，各取所需，才能避免依然庞大的经过分析和处理的信息继续泛滥。

因此，优先级靠后的视频搜索和信息评估均进入国防部的重点项目。

综上所述，我们认为，美国国防部在众多大数据技术中进行的有限选择，既遵循事物的客观发展规律，又审慎考虑了国家安全的迫切需要；在规划大数据战略时，除考虑技术因素外又认识到全球军情、美国选情、财政悬崖等多种因素形成的不确定影响，所以没有急切地出台相关正式文件，也没有轻易地在战略层面对大数据和云计算的联系给予明确。

1.2美军大数据研发的挑战与前景
1.2.1摒弃泛大数据化观念
当传统数据挖掘技术遇上大数据，解决问题的观念和思路必须发生质变，才能真正适应大数据带来的影响，并逐步形成应对之策。

但观念的改变非一朝一夕之功，泛大数据化的观念由此而生，并有相当市场。

泛大数据化的表现主要有3种：一是冠大数据之名，无大数据之实。

如认为传统的数据挖掘技术就是大数据技术；二是有大数据之实，无大数据之道。

如认为目前的算法理论足以构建大数据分析系统框架；三是行大数据之道，无大数据之忧。

如开源Hadoop（由阿帕奇软件基金会开发的分布式并行计算软件框架）对大数据分析作了有益探索，但对既有网络安全性给大数据带来的隐患考虑不多。

目前，互联网和物联网解决了数据产生问题，云计算提供了实现新算法的云环境，想要在关乎国家安全的大数据上抢占先机，就要了解大数据的基本发展规律和必需相关技术，形成系统解决大数据的认识，摒弃泛大数据观念。

1.2.2攻克关键技术难关
目前，仍存在不少大数据关键技术难关，主要表现在三个方面：一是数据存储难关。

本地服务器的磁盘或政府、企业和研究所搭建的大容量数据仓库仍难以解决数据存储问题，而网络存储的安全性问题仍难以得到有效
保障；二是数据分析难关。

算法是数据分析的实质，大数据算法必须依靠机器学习，但语义网等机器学习技术仍在发展初期；三是受控数据共享难关。

受控保障数据的安全性，依据现有的基于统计学的模型和算法不能实现这一目的；不同需求用户的共享则是应用层面的客观需求，但针对同一数据源为不同用户提供不同信息的可视化模型和算法仍在起步阶段。

1.2.3瞄准数据中心战目标
十多年前，发端于美国的“网络中心战”一说曾甚嚣尘上，但即便是在美国国防部依法呈送国会的报告中也没有对“网络中心战”一词给出语义学意义上的定义。

如今看来，与其说网络中心战是一种作战理论，不如强调其推动网络化建设进程中发挥的引导作用。

经过多年苦心经营，美军已经建成宏大的物理网络环境。

当美军提出“发现即摧毁”时，有价值的信息逐渐成其为作战的优先关注和中心环节。

无形信息需依附载体存续，如果说物理网络是载体的“骨骼”，那么数据就是载体的“血肉”。

由于有价值的信息淹没在数据中，载体的“大脑”——大数据随着“骨骼”的不断强健和“血肉”的不断丰满而快速发展，为美军新近提出的“全球性一体化作战”概念提供坚实的基础，愈发与当年“网络中心战”的引导作用媲美。

可以想象，大数据的发展将促使“物理网络服务”到“网络应用服务”的转型，就此意义而言，或可视其为“数据中心战”［3］。

1.3“从数据到决策”的优先发展策略
在“大数据”背景下，缩短从“传感器到射手”的时间，加快战场信息流转，实现“发现即摧毁”的作战目标，成为信息系统建设急需解决的首要问题。

2011年4月19日，在为期两年的国防科技战略研究的基础上，美国国防部长签署了备忘录《2013-2017财年计划中优先发展的科技项目》，其中提出了7项国防部战略投资优先发展项目。

该备忘录是在大量规划的基础上提出的，包括对所有国防任务的评估以及支持这些任务的体系结构评估。

美国国防部2010年成立科学技术执行委员会，是为协调国防科技的战略性问题。

经过两年的调查研究，征求多位资深专家意见，最终做出这些结论性建议。

7项战略投资优先发展项目分别是：从数据到决策、网络科技、电子战和电子防护、工程化弹性系统、大规模杀伤性武器防御、自主系统和人机互动。

考虑到国防部通过卫星、无人机等情报、监视和侦察系统获得海量待处理数据，所以“从数据到决策”这一发展战略排在首位，显示出解决数据量大，提高数据分析智能化、自动化水平，提供知识服务，缩短决策周期等问题的重要性和紧迫性。

“从数据到决策”这一策略对于美军来说并非新鲜事
物，如何将数据优势快速转换为决策优势是美军多年来致力于解决的问题，尤其是确立了“网络中心战（NCW）”的理论，按照“以数据为中心”的架构开展整个国防部信息系统的建设。

将“从数据到决策”确立为优先发展项目，更加明确了美军应对信息过载问题的决心。

2大数据在美军联合作战中的应用情况
美军认为，未来的安全环境将会变得比今天更加无法预测，更加复杂。

未来联合部队也将面对一个更加复杂、更加不确定、更具竞争性、变化更快以及更加透明的战场环境。

如何充分利用美军已掌握的信息优势、技术优势，以其有限的资源来完成国家军事战略所赋予的任务，是目前美军内部正在探索与思考的问题。

正是在这种背景下，2012年9月10日，美参联会颁布的《联合作战顶层概念：联合部队2020》提出了“联合作战”概念。

该概念集“特种作战、网络（CYBER）、ISR”等新兴力量与作战方式、跨域合作为一体，以应对更加不确定、复杂和骤变的战场环境，以期取得更高的军事效能。

这就要求美军全球部署的联合部队各下属单位在相互之间并与其他任务伙伴进行快速的组合，以便形成跨领域、跨层级、跨战区和跨机构的一体化能力，而这种能力的形成将严重依赖于大数据技术的支撑作用［4］。

2.1ISR能力既是“大数据”爆发的根源，也是实现“联合作战”概念的基石
美国军方宣布每年斥资2.5亿美元用于开发利用“大数据”的基本原因在于因过去数年中大幅度加强ISR建设而部署的众多传感器、通讯和网络系统引发的“数据爆炸”。

有数据显示，自“9/11”事件以来，仅源于无人机和其他监控技术的数据量就增长了1600％；美军涉及的保密和非保密网络就达15000个之多，与之相匹配的更是超过700万台计算机和IT设备，预计到2020年这个数字还将翻一番。

美军认为，基于目前ISR如果不能进行非实时、预先性与交互式分析，海量信息将超出军事分析人员思考的极限，即使部署再多的无人机和战场传感器也是徒劳。

美军海外作战ISR目前面临的大数据困境，见图1。

图1美军海外作战ISR目前面临的大数据困境
情报-侦察-监视行动是绝大部分军事活动的逻辑起点，作为先进大数据技术中作用至关重要的ISR技术和相关能力，是美军未来实现“联合作战”概念的基石。

ISR 能力在美军作战行动中的重要性不言而喻。

情报之生成所需的全部数据和信息都来自侦察和监视的搜集，反过来说，监视和侦察的唯一目的就是搜集数据和信息，以生成所需情报。

为此，“联合作战”概念指出，“为了强调未来威胁环境特点中更加广泛的安全挑战，联合部队应当发展分析能力，并向决策者提供更广泛的情报，包括对战争先兆、重大技术和文化知识与技能的关注。

2.2大数据是“联合作战”概念中在全球范围内的实现任务式指挥的技术基础
联合作战概念认为，“新一代的数字式协作技术使美国能以更强大的方式使任务式指挥得以实现。

能取得－返回基于网络的业务的移动装置，将允许分散化的指挥官和参谋人员就像在同一地点那样展开协作。

”在这个新一代的数字式协作技术群中，基于大数据技术的美军通用作战图（COP）很具有代表性。

作为全球信息网格（GIG）体系中重要的组成部分，美军通用作战图超越了各成员国条令、规程与战术的不同，通过共享态势感知和知识，可形成更符合战场实际的战场通用态势图，从而为“联合作战”概念建立一个基于任务的合作信息环境。

这种环境能提供一种无须将硬件系统分开，具备多种安全级别的合作能力，以促进美军与不同外部合作伙伴的一体化。

以依赖大数据技术的美军通用作战图（COP）为基础，未来联合部队将拥有更加先进的指挥与控制能力，以及更强的对敌方实力、意图的分析和把握能力。

大数据技术的开发与利用，大大提高了美军在全球范围内指挥控制体系的强健性（鲁棒性）、灵活性、适应性，使指挥官及其他人员能有效利用图像和其他信息来完善、共享和调整作战态势图，从而实现美军“不间断”的指挥与控制。

“联合作战”概念中明确提出，要“为指挥官和参谋人员研发便携式的云终端指挥与控制技术……这些技术使指挥官及其他人员能有效利用图像和其他情况信息来完善、共享和调整作战态势图。

采用一种通用的系列化的指挥与控制设备作为云服务终端，将进一步增强完成任务的效能。

”
2.3大数据是“联合作战”概念中网络空间作战的赋能器和发动机
信息网络技术的出现及应用催生出网络空间（cyberspace），也引发了人类在这个新兴空间的对抗。

“联合作战”概念认为，未来网络空间将具有极其重要的作用，网络空间在军事力量投送中的作用将变得更为突出，网络空间作战成为地面作战、海上作战和空中作战的先导，
同时也是这些作战行动不可或缺的组成部分。

在这个新的作战空间（域）流动的是海量数据，作战概念引领海量数据按作战需求产生（作战需要哪些数据）；大数据技术赋其以价值（或使其价值得以实现），使海量数据按人类可接受的形式进行组织、提炼、形式化，简言之，是实现其价值的赋能器；大数据技术同时也是驱动可淹没指挥官的海量数据的滔天巨浪，向对其有价值的、可接受的信息涓涓细流转化的发动机。

2.4大数据是“联合作战”概念中实现全球即时打击的重要基础
全球即时打击能力是“联合作战”概念中重点强调的能力，而它的实现是以实时的数据获取、存储、分析融合、分发技术为基础支撑的。

战场数据的处理速度、目标态势获取时间、决策周期以及快速响应时间，将决定着全球即时打击行动的成败。

如果说全球即时打击系统可比做打人的手臂，而大数据技术及其承载系统则是人的耳目和处理耳目提供信息的大脑。

“联合作战”概念提出，“未来安全环境增加的透明度，那时数字设施无处不在，提高了在任务可能情况下精确运用部队的必要性”。

“当前，军方能够将收集的大量数据转化为数字方式存储。

在传输特定作战需求时，我们需要开发一种更好的技术，一种先进的机器学习、自动处理和基于机器的交互分析技术。

”联合作战中强调的全球即时打击能力就是这种特定作战需求，通过更加强调机器的学习、自动化的信息处理和基于机器的交互分析技术，未来美军全球性即时打击将反应更快、精度更高、附带毁伤更小。

3美军大数据研发对我军的启示
信息化水平是衡量当代军队现代化水平的重要标志，美军通过大数据战略，将突破一系列信息关键技术，引领军事信息化竞争从软硬件、网络领域，进一步向信息认知领域跃升。

大数据将极大地提高军事信息获取能力、信息存储能力、信息处理和分析能力、信息分发能力，从而推进美军信息技术的整体跃升。

我军要在新一轮的军事竞争中立于不败之地，就要以信息化条件下美军大数据发展经验为鉴，迎头追赶，进行我军大数据研发工作，具体措施如下：
3.1进一步明确我军大数据研发的指导思想与基本原则
出台我军大数据研发的战略目标，明确主要建设任务，即攻克大数据关键技术。

制订国家和军队大数据开发利用关键技术目录，重点发展大规模数据仓库、关键数据识别、威胁特征侦判、音频视频检索分析、多样化数据处理、大数据加密等技术。

3.2拓展大数据军事应用
将大数据技术应用于态势感知、指挥控制、火力打击、战场防护、作战机动、毁伤评估和军事科研，拓展大数据技术在军事斗争准备和核心军事能力建设中的运用。

3.3培养大数据相关人才
改革军队院校教育，增设大数据技术相关课程，充分利用地方教育资源，利用一流研究型大学培养高素质大数据专门技术人才，建立专业化人才队伍，加强大数据收集运用综合演练，提高信息实战能力。

3.4加大军民融合力度，通过应用需求牵引和项目建设，实现大数据相关技术的深度融合。

随着我军信息化建设水平的提升，大数据技术将逐渐出现在军队业务的各个领域，加快推进大数据技术研究，对我军信息化建设具有重要意义。

美军在大数据建设领域领先于世界其他国家军队，具有技术和经验优势，因此，跟踪研究美军在大数据研发方面取得的成就，对我军大数据发展具有重大意义。

参考文献：
［1］美国国防部高级研究计划局.2013财年总统预算提案［R］.2013.
［2］肖铁峰，俞江.大数据与国家安全［J］.外国军事学术，2012（11）.
［3］丁卫华，叶明胜.对美军大数据研发的冷思考［J］.外国军事学术，2012（11）.
［4］CHIEFS OF STAFF，Capstone Concept Joint Operations: Joint Force2020，10September2012.。