作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

程路堯

(91404部隊(duì) 秦皇島 066000)

作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

程路堯

(91404部隊(duì) 秦皇島 066000)

針對軍事信息系統(tǒng)的作戰(zhàn)方案推演的業(yè)務(wù)需求,論文設(shè)計(jì)了作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)。首先分析了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和軟件架構(gòu),然后討論了系統(tǒng)涉及的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一個(gè)典型作戰(zhàn)方案應(yīng)用流程。

作戰(zhàn)方案; 推演系統(tǒng); 體系結(jié)構(gòu); 軟件架構(gòu)

Class Number TP311

1 引言

作戰(zhàn)方案推演是指在作戰(zhàn)行動(dòng)實(shí)施前或者實(shí)施過程中,按照作戰(zhàn)方案規(guī)定的作戰(zhàn)意圖、順序和進(jìn)程,對作戰(zhàn)方案中各個(gè)作戰(zhàn)階段的作戰(zhàn)部署和作戰(zhàn)行動(dòng)所造成的狀態(tài)進(jìn)行演練分析的過程。

指揮機(jī)關(guān)在制定作戰(zhàn)方案后需要對方案進(jìn)行評價(jià)。人們通常通過推演方法來驗(yàn)證作戰(zhàn)方案的可行性,完善決策。同樣,要評價(jià)一個(gè)作戰(zhàn)方案的優(yōu)劣,就要嚴(yán)格按照作戰(zhàn)方案的步驟,沿時(shí)間軸向前動(dòng)態(tài)推進(jìn),并綜合考慮推進(jìn)過程中的若干可能性,直到推出戰(zhàn)斗結(jié)果,并用戰(zhàn)斗結(jié)果來評價(jià)作戰(zhàn)方案的優(yōu)劣。

目前,在作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)方面,由于其特殊的應(yīng)用背景,還沒有現(xiàn)成的系統(tǒng)可供直接借鑒,并且由于系統(tǒng)的保密特性,相關(guān)軟件系統(tǒng)不可能直接從國外購買,其技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)也很難獲得,所以本系統(tǒng)立足自行研制開發(fā),在可直接利用資料很少的情況下,研制具有自己特色的作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)總體需求概述

作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)主要用于作戰(zhàn)行動(dòng)之前對作戰(zhàn)方案進(jìn)行模擬演練,在用戶輸入各種分項(xiàng)活動(dòng)的信息和活動(dòng)時(shí)序計(jì)劃后,可以直觀地模擬出活動(dòng)的過程,并顯示出可能發(fā)生的各種矛盾沖突,最終給出活動(dòng)的可行性、合理性以及正確性評價(jià)。對于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)對活動(dòng)方案數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)演繹和展示,以模擬出方案實(shí)施的過程和可能的結(jié)果,輔助組織者確立行動(dòng)間協(xié)同的要點(diǎn),并最終定下實(shí)施方案。作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)能夠以態(tài)勢圖、行動(dòng)矩陣、滾動(dòng)信息的形式動(dòng)態(tài)表現(xiàn)活動(dòng)的實(shí)施過程;在推演進(jìn)行過程中,模擬推演過程可以根據(jù)需要進(jìn)行控制,態(tài)勢圖形能實(shí)時(shí)展示對推演過程的控制效果。

3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

3.1 方案推演體系結(jié)構(gòu)

作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)包括五個(gè)部分,見圖1。其中控制服務(wù)、態(tài)勢服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)是本系統(tǒng)的重點(diǎn)。下面分別介紹各軟件部分的功能特點(diǎn)。

圖1 方案推演系統(tǒng)部件圖

· 數(shù)據(jù)服務(wù)(Data Server,DS)根據(jù)態(tài)勢服務(wù)或控制客戶部件的數(shù)據(jù)需要,從數(shù)據(jù)庫中獲取相關(guān)數(shù)據(jù)并作相應(yīng)處理,然后返回處理后的數(shù)據(jù)；或者將其它部件提交的數(shù)據(jù)處理后存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫。在分布式應(yīng)用中,各種不同類型的數(shù)據(jù)分布在不同的數(shù)據(jù)庫中,數(shù)據(jù)服務(wù)是基于CORBA通信特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì),能夠屏蔽這些差異,支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的異構(gòu)性,并且易于擴(kuò)展新增數(shù)據(jù)庫,為態(tài)勢服務(wù)提供一致、高效、可靠的數(shù)據(jù)訪問能力。

· 控制服務(wù)(Control Server,CS)與態(tài)勢服務(wù)和控制客戶基于CORBA通信,在進(jìn)行推演前,態(tài)勢服務(wù)向擬進(jìn)行推演的Client向控制服務(wù)進(jìn)行注冊。在推演過程中,根據(jù)控制客戶的指令控制已注冊態(tài)勢服務(wù)的推演進(jìn)程和速率,以滿足用戶對推演過程的控制和觀察。

態(tài)勢服務(wù)(State Server,SS)在控制服務(wù)的控制下,調(diào)用數(shù)據(jù)服務(wù)的接口獲取數(shù)據(jù),向上圖軟件發(fā)送數(shù)據(jù),以圖形的方式動(dòng)態(tài)展現(xiàn)計(jì)劃數(shù)據(jù)。其中基于多線并發(fā)技術(shù)很好地解決了多元素并發(fā)模擬的問題。

· 控制客戶(Control Client,CC)客戶控制界面?？蛻裟芡ㄟ^該控制界面控制推演進(jìn)程和速率,查看正在推演的行動(dòng)矩陣和推演過程中的關(guān)鍵事件和沖突信息。

· 數(shù)據(jù)庫(Data Base,DB)是存儲(chǔ)方案推演相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在態(tài)勢推演系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,SS、CC和CS為SEV結(jié)構(gòu)態(tài)勢引擎部分,DS為服務(wù)部分。

3.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)主要由武器裝備體系對抗模型(簡稱任務(wù)模型)、基礎(chǔ)資源、推演引擎和應(yīng)用界面等部分組成,如圖2所示。其中,基礎(chǔ)資源既包括推演系統(tǒng)建立和運(yùn)行必需的原始資源,也包括武器裝備體系論證評估必需的推演系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果資源。

任務(wù)模型是指在典型聯(lián)合戰(zhàn)役作戰(zhàn)任務(wù)背景下,對武器裝備體系對抗聯(lián)合戰(zhàn)役在戰(zhàn)術(shù)層次基本作戰(zhàn)行動(dòng)的抽象描述,通過建立不同裝備體系配系的基本行動(dòng)模型,能夠反映聯(lián)合戰(zhàn)役作戰(zhàn)樣式的復(fù)雜性。任務(wù)模型主要包括指控通信模型、進(jìn)攻任務(wù)執(zhí)行模型、紅/藍(lán)方電子對抗模型、目標(biāo)毀傷偵察模型、預(yù)警探測模型、目標(biāo)毀傷評估模型等。

圖2 方案推演系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

基礎(chǔ)資源是指推演系統(tǒng)建立、運(yùn)行與應(yīng)用必需的系統(tǒng)組件庫與數(shù)據(jù)資源庫(含仿真想定庫、裝備數(shù)據(jù)庫、推演結(jié)果庫等)。其中,系統(tǒng)組件庫存儲(chǔ)推演系統(tǒng)構(gòu)建必需的任務(wù)模型(系統(tǒng))組件;仿真想定庫存儲(chǔ)武器裝備體系對抗聯(lián)合戰(zhàn)役作戰(zhàn)想定背景下,與典型行動(dòng)方案相對應(yīng)(反映不同戰(zhàn)役作戰(zhàn)樣式),能夠適用作戰(zhàn)方案的論證評估,并可直接用于觸發(fā)推演系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)想定;裝備數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)裝備體系相關(guān)的作戰(zhàn)編成編組、裝備戰(zhàn)技性能參數(shù)等系統(tǒng)組件必需的原始或初始數(shù)據(jù);作戰(zhàn)規(guī)則庫存儲(chǔ)作戰(zhàn)行動(dòng)需遵循的軍事規(guī)則;戰(zhàn)場環(huán)境庫存儲(chǔ)對裝備戰(zhàn)技術(shù)性能及作戰(zhàn)運(yùn)用產(chǎn)生影響的戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù);推演結(jié)果庫存儲(chǔ)推演系統(tǒng)運(yùn)行的中間和最終結(jié)果,為推演系統(tǒng)推演流程的推進(jìn)和基于推演結(jié)果的武器裝備體系論證評估分析提供數(shù)據(jù)支持。

推演引擎驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型運(yùn)行,為推演系統(tǒng)的各項(xiàng)應(yīng)用功能提供執(zhí)行支撐。其主要功能包括: 1) 推演流程設(shè)計(jì)管理,支持根據(jù)特定典型行動(dòng)方案,實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)組件的選擇、配置導(dǎo)航等功能,完成推演系統(tǒng)事件流模型的設(shè)計(jì); 2) 接口文件管理維護(hù),在完成推演流程設(shè)計(jì)后,支持推演系統(tǒng)對系統(tǒng)組件接口及數(shù)據(jù)文件的一致性檢查,確保推演流程中各系統(tǒng)組件接口物理連接正確; 3) 推演系統(tǒng)調(diào)度管理,在推演系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),支持推演流程中各系統(tǒng)組件運(yùn)行環(huán)境切換、后臺(tái)調(diào)用、連接、運(yùn)行調(diào)度,推演系統(tǒng)初始態(tài)勢加載和推演控制、容錯(cuò)處理等功能; 4) 基礎(chǔ)資源管理維護(hù),支持用戶實(shí)現(xiàn)對基礎(chǔ)資源庫中的系統(tǒng)組件、數(shù)據(jù)文件、作戰(zhàn)規(guī)則、戰(zhàn)場環(huán)境基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等的查詢、增添、修改、刪除等功能。

應(yīng)用界面是基于作戰(zhàn)想定下的特定典型行動(dòng)方案,利用系統(tǒng)基礎(chǔ)資源庫中的已有系統(tǒng)組件構(gòu)建推演系統(tǒng),以及運(yùn)行推演系統(tǒng),對推演系統(tǒng)基礎(chǔ)資源庫中的基礎(chǔ)資源實(shí)施管理維護(hù)等操作的人機(jī)交互界面。其中,系統(tǒng)建立人機(jī)交互界面,主要提供推演流程設(shè)計(jì)、系統(tǒng)組件配置、接口數(shù)據(jù)文件和仿真想定文件的選取等操作;系統(tǒng)運(yùn)行人機(jī)交互界面,主要提供推演流程控制(運(yùn)行、暫停、繼續(xù))、系統(tǒng)組件的裝備數(shù)據(jù)初始化等操作;系統(tǒng)維護(hù)人機(jī)交互界面,主要提供系統(tǒng)組件庫、仿真想定庫、裝備數(shù)據(jù)庫、推演結(jié)果庫等模型、數(shù)據(jù)資源的管理維護(hù)等操作。

3.3 系統(tǒng)總體業(yè)務(wù)流程

動(dòng)態(tài)推演模型描述和體現(xiàn)了在給定作戰(zhàn)條件下,對戰(zhàn)斗劃分一定的階段和時(shí)節(jié),提煉會(huì)出現(xiàn)的作戰(zhàn)行動(dòng);分析模型計(jì)算能使用的推演行為,并控制階段、時(shí)節(jié)之間的轉(zhuǎn)化,并對實(shí)體的空間位置和狀態(tài)賦予一定調(diào)整的過程和結(jié)果,并選擇可視化表達(dá)的作戰(zhàn)過程的內(nèi)容及形式。其主要過程為:

1) 依據(jù)命令數(shù)據(jù)和作業(yè)方案數(shù)據(jù),在給定作戰(zhàn)條件下,對戰(zhàn)斗劃分一定的階段和時(shí)節(jié),對階段、時(shí)節(jié)的關(guān)鍵特征進(jìn)行描述,用數(shù)學(xué)表達(dá)式、邏輯規(guī)則來描述和體現(xiàn)關(guān)鍵的任務(wù)和作戰(zhàn)行動(dòng)。

2) 建立一系列彼此關(guān)聯(lián)的、具有層次結(jié)構(gòu)的行動(dòng)序列(行動(dòng)序列是作戰(zhàn)實(shí)體實(shí)現(xiàn)其作戰(zhàn)任務(wù)的整體有序行為,是執(zhí)行任務(wù)的流程。通過對行動(dòng)過程的分層組合,并控制階段、時(shí)節(jié)之間的轉(zhuǎn)化,提供了行動(dòng)過程建模的可重用性),對推演中階段、時(shí)節(jié)、行動(dòng)、事件的統(tǒng)籌安排和全局規(guī)劃進(jìn)行描述,實(shí)現(xiàn)對作戰(zhàn)計(jì)劃的控制。

3) 分析模型計(jì)算能使用的推演行為,提供檢驗(yàn)行動(dòng)序列沖突和時(shí)序關(guān)系的建模手段和途徑,并給出了對人工干預(yù)行為以及在此基礎(chǔ)上作戰(zhàn)過程序列調(diào)整的過程。

4) 保存作戰(zhàn)過程中詳盡的態(tài)勢變化情況,給出觸發(fā)態(tài)勢變化的目的、時(shí)間、原因、結(jié)果等數(shù)據(jù)信息。

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)存在三個(gè)重要技術(shù)要素,即推演流程設(shè)計(jì)、實(shí)體模型和模型體系以及智能推理技術(shù)。

4.1 推演流程設(shè)計(jì)

作戰(zhàn)方案推演流程設(shè)計(jì)(簡稱推演流程設(shè)計(jì))是在體系對抗聯(lián)合戰(zhàn)役作戰(zhàn)背景下,針對某個(gè)典型作戰(zhàn)方案,將聯(lián)合戰(zhàn)役作戰(zhàn)過程的若干關(guān)鍵事件(即聯(lián)合作戰(zhàn)實(shí)體行為),按照紅藍(lán)各方的循環(huán)和聯(lián)合戰(zhàn)役攻防對抗關(guān)系建立事件流模型的過程。

推演流程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于: 1) 聯(lián)合戰(zhàn)役作戰(zhàn)關(guān)鍵事件的劃分; 2) 典型行動(dòng)方案下關(guān)鍵事件時(shí)序關(guān)系的確立。本文將聯(lián)合戰(zhàn)役作戰(zhàn)關(guān)鍵事件劃分為觀測、判斷、決策、行動(dòng)四大類,每大類又分為用以反映實(shí)體某類行為不同狀態(tài)的若干事件。同一事件可以由不同作戰(zhàn)實(shí)體(組件)產(chǎn)生,如預(yù)警探測事件可以由預(yù)警衛(wèi)星、預(yù)警雷達(dá)或兩者組合產(chǎn)生。同一作戰(zhàn)實(shí)體(組件)可以發(fā)生不同事件,如航空兵突擊編隊(duì)包括飛行、突防、打擊、返航等關(guān)鍵事件。關(guān)鍵時(shí)間的次序關(guān)系主要包括順序、并發(fā)、條件選擇、嵌套等類型。

4.2 實(shí)體模型和模型體系

實(shí)體模型是軟件內(nèi)部使用的運(yùn)算對象模型,對應(yīng)現(xiàn)實(shí)中的各種作戰(zhàn)平臺(tái),如:“戰(zhàn)斗機(jī)”、“驅(qū)逐艦”、“核潛艇”等。實(shí)體模型的型配置是以格式化模塊進(jìn)行部署。

建立實(shí)體模型的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于: 1) 兵力實(shí)體模型要有效反映兵力實(shí)體在作戰(zhàn)過程中的自主行為能力,具有行為的對抗性; 2) 兵力模型在運(yùn)行過程中的協(xié)作性和協(xié)調(diào)性,能夠完成對環(huán)境和指令的反應(yīng)。目前普遍采用基于Agent的實(shí)體建模方法,通過建立基于反映式行為的智能兵力模型,達(dá)到模型的逼真性、智能性和協(xié)同性,滿足作戰(zhàn)方案推演的對抗性要求。

模型體系則是對實(shí)體模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化,建立適合作戰(zhàn)方案推演的可重用和可擴(kuò)展的接口標(biāo)準(zhǔn)和模型規(guī)范。

4.3 智能推理技術(shù)

智能推理是在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成作戰(zhàn)方案執(zhí)行的一個(gè)過程,具體反應(yīng)在作戰(zhàn)方案推演過程狀態(tài)轉(zhuǎn)化的推演控制推理。

智能推理技術(shù)的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于: 1) 規(guī)則的表示,要建立適合的表示方法對規(guī)則進(jìn)行描述,形成可用的控制策略; 2) 規(guī)則的使用,要建立規(guī)則的觸發(fā)機(jī)制及調(diào)度機(jī)制,確保推演過程的邏輯順序和進(jìn)程。

5 系統(tǒng)典型運(yùn)行流程

以武器裝備體系對抗聯(lián)合戰(zhàn)役為例,建立了聯(lián)合進(jìn)攻戰(zhàn)役作戰(zhàn)方案的推演流程。如圖3所示。

圖3 方案推演流程

系統(tǒng)在完成方案加載、解析和初始化后由紅方初始作戰(zhàn)方案觸發(fā)運(yùn)行。聯(lián)合進(jìn)攻戰(zhàn)役作戰(zhàn)的推演流程是:

1) 作戰(zhàn)仿真想定庫中的想定數(shù)據(jù),聯(lián)合進(jìn)攻指控與通信節(jié)點(diǎn)生成紅方火力打擊計(jì)劃文件并向紅方相關(guān)執(zhí)行節(jié)點(diǎn)發(fā)送;

2) 聯(lián)合進(jìn)攻任務(wù)執(zhí)行節(jié)點(diǎn)按照作戰(zhàn)計(jì)劃同時(shí)而有序地執(zhí)行進(jìn)攻任務(wù)并生成航路數(shù)據(jù)文件,這些航路數(shù)據(jù)文件觸發(fā)藍(lán)方預(yù)警探測與空情預(yù)告節(jié)點(diǎn)進(jìn)入防御,同時(shí)作為紅藍(lán)雙方交戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)紅方的輸入數(shù)據(jù)文件;

3) 紅藍(lán)雙方構(gòu)成交戰(zhàn)關(guān)系并在交戰(zhàn)完成后輸出紅方裝備毀損文件和突防導(dǎo)彈情況(存入推演結(jié)果庫)、紅方對藍(lán)方目標(biāo)進(jìn)行攻擊的彈著點(diǎn)散布文件等;

4) 紅方目標(biāo)毀傷偵察節(jié)點(diǎn)根據(jù)藍(lán)方目標(biāo)特征生成目標(biāo)毀傷偵察信息文件并傳輸給聯(lián)合進(jìn)攻指揮與通信節(jié)點(diǎn);

5) 紅方聯(lián)合進(jìn)攻指控與通信節(jié)點(diǎn)結(jié)合其他作戰(zhàn)信息對目標(biāo)偵察信息進(jìn)行融合,判斷是否完成聯(lián)合進(jìn)攻戰(zhàn)役作戰(zhàn)任務(wù),如否,則進(jìn)入聯(lián)合進(jìn)攻的下一個(gè)循環(huán)。

6 結(jié)語

本文針對作戰(zhàn)方案推演的業(yè)務(wù)需求特點(diǎn),分析了系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),按照服務(wù)化模式提出系統(tǒng)包括控制服務(wù)、態(tài)勢服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)以及數(shù)據(jù)庫等五個(gè)部分組成?；诖四Ｐ?進(jìn)行了包含對抗模型、基礎(chǔ)資源、推演引擎和應(yīng)用界面的軟件總體架構(gòu)設(shè)計(jì),并分析了系統(tǒng)的基本業(yè)務(wù)流程。針對系統(tǒng)存在的三個(gè)關(guān)鍵技術(shù),本文也進(jìn)行了分析與研討。在此基礎(chǔ)上,本文針對聯(lián)合進(jìn)攻戰(zhàn)役作戰(zhàn)這一典型作戰(zhàn)樣式給出了系統(tǒng)的運(yùn)行流程。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,系統(tǒng)可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行深入研究探討:

1) 研究多種形式的建模方法,針對性的對兵力以及規(guī)則進(jìn)行建模,滿足不同作戰(zhàn)樣式的方案推演的業(yè)務(wù)需求;

2) 深入研究軍事概念模型,對作戰(zhàn)活動(dòng)中的關(guān)鍵步驟進(jìn)行高度參數(shù)化、形式化分析,不斷完備作戰(zhàn)方案推演過程中的可響應(yīng)的事件和條件;

3) 綜合考慮作戰(zhàn)復(fù)雜性、戰(zhàn)場豐富的隨機(jī)事件模擬,以及分布式作戰(zhàn)方案推演等,構(gòu)建智能化、跨平臺(tái)的新型作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)。

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Design and Implementation of Operational Scheme Deduction System

CHENG Luyao

(No. 91404 Troops of PLA, Qinghuangdao 066000)

Aiming at the rehearsal demand in military information system, the operational scheme deduction system is designed. First, the architecture and software framework of the system are analyzed. Second, three key technologies involved in the system are discussed. On this basis, a typical operational scheme application process is designed.

operational scheme, deduction system, approach of architecture, software framework

2014年5月8日,

2014年6月27日 作者簡介:程路堯,男,碩士研究生,工程師,研究方向:電子對抗。

TP311

10.3969/j.issn1672-9730.2014.11.003