一種編隊作戰(zhàn)計劃形式化描述方法研究*

曾 鵬

(中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院 北京 100094)

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一種編隊作戰(zhàn)計劃形式化描述方法研究*

曾 鵬

(中國船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院 北京 100094)

在分析作戰(zhàn)計劃形式化描述方法研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,針對如何為任務(wù)規(guī)劃、資源規(guī)劃和效能評估提供有效支撐的問題,構(gòu)建了作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)資源和作戰(zhàn)效能等核心概念模型,重點分析了形式化描述為任務(wù)規(guī)劃、資源規(guī)劃和效能評估提供的支撐作用,在此基礎(chǔ)上提出了一種基于XML Schema的編隊作戰(zhàn)計劃形式化描述方法,可為編隊作戰(zhàn)計劃的自動生成、智能分析提供支撐。

作戰(zhàn)計劃; 作戰(zhàn)任務(wù); 作戰(zhàn)資源; 作戰(zhàn)效能; 形式化描述

Class Number E83

1 引言

作戰(zhàn)計劃的實質(zhì)是要回答“干什么、怎么干、誰來干、為什么”等問題,其中“干什么、怎么干”需要通過任務(wù)規(guī)劃解答,“誰來干”通過資源規(guī)劃來解答,“為什么”通過效能評估來解答。作戰(zhàn)計劃形式化描述的目的是為作戰(zhàn)計劃的自動生成、智能分析提供基礎(chǔ)和支撐,目前研究主要側(cè)重于對作戰(zhàn)計劃的組成要素進行分析和形式化描述,對于通過形式化描述如何同時為任務(wù)規(guī)劃、資源規(guī)劃和效能評估提供有效支撐關(guān)注較少。

例如:王振等[1]分別運用EATI方法和XML方法對作戰(zhàn)方案進行結(jié)構(gòu)化與形式化描述,提出了海上編隊作戰(zhàn)方案XML描述框架。樊青云等[2]重點分析了作戰(zhàn)任務(wù)的概念和作戰(zhàn)任務(wù)間的關(guān)系,并對其進行了相應(yīng)的形式化描述,提出了作戰(zhàn)計劃和作戰(zhàn)任務(wù)的XML Schema結(jié)構(gòu)圖,指出了其中任務(wù)間串行、并行和反饋約束關(guān)系是進行任務(wù)規(guī)劃和排序的重要條件。

寇力[3]在基于案例的空中進攻作戰(zhàn)計劃生成技術(shù)研究中采用基于軍事任務(wù)概念本體與CPR相結(jié)合的描述方法,提出了作戰(zhàn)實體、任務(wù)、行動、目標(biāo)等XML Schema形式化描述,但未具體說明其中任務(wù)序列控制段和行為控制段如何為任務(wù)和行為的規(guī)劃提供支撐。王德鑫[4]提出了一種包含計劃應(yīng)用層、作戰(zhàn)資源層、行動過程層、組織結(jié)構(gòu)層和信息交互層的五層計劃描述框架,認(rèn)為基于該描述框架可通過調(diào)整過程或活動與資源實體組合關(guān)系進行資源調(diào)配,通過調(diào)整過程活動之間的組合進行行動規(guī)劃。

本文以同時支撐作戰(zhàn)計劃生成中任務(wù)規(guī)劃、資源規(guī)劃和效能評估三個核心內(nèi)容為目的,通過梳理和改進作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)資源、效能評估等核心概念模型及相互關(guān)系,提出一種基于XML Schema的編隊作戰(zhàn)計劃形式化描述方法。

2 作戰(zhàn)計劃核心概念模型及相互關(guān)系

以文獻[5～8]中定義的作戰(zhàn)計劃概念模型為基礎(chǔ),建立作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)資源和作戰(zhàn)效能三個核心概念模型。

· 作戰(zhàn)任務(wù)主要對作戰(zhàn)子任務(wù)、作戰(zhàn)行動建模。支持描述各子任務(wù)/行動的前條件、后條件,子任務(wù)/行動之間的串、并聯(lián)等邏輯關(guān)系以及支持描述各子任務(wù)/行動對資源的需求。

· 作戰(zhàn)資源主要對實體、資源建模。支持描述實體擁有資源類型、資源數(shù)量以及資源與子任務(wù)/行動的動態(tài)分配關(guān)系。

· 作戰(zhàn)效能主要對作戰(zhàn)任務(wù)效能、作戰(zhàn)行動效能建模。支持根據(jù)各子任務(wù)/行動之間的串、并聯(lián)等邏輯關(guān)系,描述各子任務(wù)/行動的作戰(zhàn)效能,以及作戰(zhàn)任務(wù)整體效能。

作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)資源和作戰(zhàn)效能之間相互關(guān)系如圖1所示。

圖1 核心概念模型組成與相互關(guān)系圖

2.1 作戰(zhàn)任務(wù)要素組成及形式化描述

作戰(zhàn)任務(wù)組成要素主要包括子任務(wù)集、行動集、執(zhí)行順序等,作戰(zhàn)任務(wù)XML Schema結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 作戰(zhàn)任務(wù)XML Schema結(jié)構(gòu)圖

2.2 作戰(zhàn)資源要素組成及形式化描述

作戰(zhàn)資源組成要素主要包括實體、資源和分配關(guān)系等,作戰(zhàn)資源XML Schema形式化描述如圖3所示。

圖3 作戰(zhàn)資源XML Schema結(jié)構(gòu)圖

2.3 作戰(zhàn)效能要素及形式化描述

作戰(zhàn)效能組成要素主要包括子任務(wù)/行動效能、執(zhí)行順序、總效能等,作戰(zhàn)效能XML Schema形式化描述如圖4所示。

圖4 作戰(zhàn)效能XML Schema結(jié)構(gòu)圖

3 形式化描述對作戰(zhàn)計劃形成的支撐分析

作戰(zhàn)計劃形成過程一般包括任務(wù)分析、預(yù)案(COA)生成、COA分析、COA優(yōu)選、計劃生成五個大階段[9],各階段需開展的主要工作及通過形式化描述可提供的支持如表1所示。

表1 計劃各階段主要工作及形式化描述的支持

下面通過實例,重點說明上述形式化描述模板對任務(wù)規(guī)劃、資源規(guī)劃和效能評估的支撐作用。

3.1 任務(wù)規(guī)劃實例分析

假設(shè)經(jīng)任務(wù)分析,形成子任務(wù)/行動、條件如表2所示[10]。

表2 子任務(wù)/行動、條件表

基于上述作戰(zhàn)任務(wù)XML Schema,表2所示子任務(wù)/行動、條件可用XML文檔形式化描述如下:

〈作戰(zhàn)任務(wù)〉

〈說明段〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)標(biāo)識〉T1〈/子任務(wù)標(biāo)識〉

〈子任務(wù)名稱〉掃除水雷〈/子任務(wù)名稱〉

〈前提條件〉無〈/前提條件〉

〈后條件〉T2,T3〈/后條件〉

〈資源需求〉

〈資源需求〉

〈資源需求〉

〈資源需求〉

〈/子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)標(biāo)識〉T2〈/子任務(wù)標(biāo)識〉

〈子任務(wù)名稱〉清除灘頭陣地〈/子任務(wù)名稱〉

〈前提條件〉T1〈/前提條件〉

〈后條件〉T5〈/后條件〉

〈資源需求〉

〈資源需求〉

〈資源需求〉

〈資源需求〉

〈/子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)標(biāo)識〉T3〈/子任務(wù)標(biāo)識〉

〈子任務(wù)名稱〉清除防空陣地〈/子任務(wù)名稱〉

〈前提條件〉T1〈/前提條件〉

〈后條件〉T4〈/后條件〉

〈資源需求〉

〈/子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)標(biāo)識〉T4〈/子任務(wù)標(biāo)識〉

〈子任為名稱〉機小分隊機降〈/子任務(wù)名稱〉

〈前提條件〉T3〈/前提條件〉

〈后條件〉T6〈/后條件〉

〈資源需求〉

〈/子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)標(biāo)識〉T5〈/子任務(wù)標(biāo)識〉

〈子任務(wù)名稱〉登陸分隊登陸〈/子任務(wù)名稱〉

〈前提條件〉T2〈/前提條件〉

〈后條件〉T6〈/后條件〉

〈資源需求〉

〈/子任哥集〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)標(biāo)識〉T6〈/子任務(wù)標(biāo)識〉

〈子任務(wù)名稱〉奪取主高地〈/子任務(wù)名稱〉

〈前提條件〉T4,T5〈/前提條件〉

〈后條件/〉

〈資源需求〉

〈/子任務(wù)集〉

〈行動集〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈/作戰(zhàn)任務(wù)〉

假設(shè)經(jīng)任務(wù)規(guī)劃處理,形成COA如圖5所示。

圖5 COA示例圖

基于上述作戰(zhàn)任務(wù)XML Schema,圖5所示COA可用XML文檔形式化描述如下:

〈作戰(zhàn)任務(wù)〉

〈說明段〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)集〉

〈行動集〉

〈執(zhí)行順序〉

〈子任務(wù)1標(biāo)識〉T1〈/子任務(wù)1標(biāo)識〉

〈子任務(wù)2標(biāo)識〉T2〈/子任務(wù)2標(biāo)識〉

〈順序關(guān)系〉串行〈/順序關(guān)系〉

〈/執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈子任務(wù)1標(biāo)識〉T1〈/子任務(wù)1標(biāo)識〉

〈子任務(wù)2標(biāo)識〉T3〈/子任務(wù)2標(biāo)務(wù)〉

〈順序關(guān)系〉串行〈/順序關(guān)系〉

〈/執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈子任務(wù)1標(biāo)識〉T2〈/子任務(wù)1標(biāo)識〉

〈子任務(wù)2標(biāo)識〉T3〈/子任務(wù)2標(biāo)識〉

〈順序關(guān)系〉并行〈/順序關(guān)系〉

〈/執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈子任務(wù)1標(biāo)識〉T2〈/子任務(wù)1標(biāo)識〉

〈子任務(wù)2標(biāo)識〉T5〈/子任務(wù)2標(biāo)識〉

〈順序關(guān)系〉串行〈/順序關(guān)系〉

〈/執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈子任務(wù)1標(biāo)識〉T3〈/子任務(wù)1標(biāo)識〉

〈子任務(wù)2標(biāo)識〉T4〈/子任務(wù)2標(biāo)識〉

〈順序關(guān)系〉串行〈/順序關(guān)系〉

〈/執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈子任務(wù)1標(biāo)識〉T5〈/子任務(wù)1標(biāo)識〉

〈子任務(wù)2標(biāo)識〉T0〈/子任務(wù)2標(biāo)識〉

〈順序關(guān)系〉串行〈/順序關(guān)系〉

〈/執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈子任各1標(biāo)識〉T4〈/子任務(wù)1標(biāo)識〉

〈子任務(wù)2標(biāo)識〉T0〈/子任務(wù)2標(biāo)識〉

〈順序關(guān)系〉串行〈/順序關(guān)系〉

〈/執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈子任務(wù)1標(biāo)識〉T0〈/子任各1標(biāo)識〉

〈子任務(wù)2標(biāo)識〉T6〈/子任務(wù)2標(biāo)識〉

〈順序關(guān)系〉串行〈/順序關(guān)系〉

〈/執(zhí)行順序〉

〈/作戰(zhàn)任務(wù)〉

3.2 資源規(guī)劃實例分析

假設(shè):實體類型有(E1,E2,…,En),資源類型有(R1,R2,…,Rn),經(jīng)任務(wù)分析,形成子任務(wù)/行動資源需求以及資源情況如表3所示。

基于上述XML Schema,表3所示資源需求及現(xiàn)狀可用XML文檔形式化描述如下:

〈作戰(zhàn)任務(wù)〉

〈說明段〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)標(biāo)識〉T1〈/子任務(wù)標(biāo)識〉

〈子任務(wù)名稱〉掃除水雷〈/子任務(wù)名稱〉

〈前提條件〉無〈/前提條件〉

〈后條件〉T2,T3〈/后條件〉

〈資源需求〉

〈資源類型〉E1〈/資源類型〉

〈資源數(shù)量〉1〈/資源數(shù)量〉

〈/資源需求〉

〈資源需求〉

〈資源類型〉E2〈/資源類型〉

〈資源數(shù)量〉0〈/資源數(shù)量〉

〈/資源需求〉

〈資源需求〉

〈資源類型〉R1〈/資源類型〉

〈資源數(shù)量〉0〈/資源數(shù)量〉

〈/資源需求〉

〈資源需求〉

〈資源婁型〉R2〈/資源類型〉

〈資源數(shù)量〉1〈/資源數(shù)量〉

〈/資源需求〉

〈/子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)集〉

〈子任務(wù)集〉

〈行動務(wù)〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈/作戰(zhàn)任務(wù)〉

〈作戰(zhàn)資源〉

〈實體 類型=“E1” 數(shù)量=“3”/〉

〈實體 類型=“E2” 數(shù)量=“2”/〉

〈資源 類型=“R1” 數(shù)量=“2”/〉

〈資源 類型=“R2” 數(shù)量=“2”/〉

〈分配關(guān)系 資源類型=“E1” 任務(wù)標(biāo)識=“T1” 分配數(shù)量=“1”/〉

〈分配關(guān)系 資源類型=“E1” 任務(wù)標(biāo)識=“T3” 分配數(shù)量=“1”/〉

〈分配關(guān)系 資源類型=“E2” 任務(wù)標(biāo)識=“T2” 分配數(shù)量=“1”/〉

〈分配關(guān)系 資源類型=“R1” 任務(wù)標(biāo)識=“T2” 分配數(shù)量=“1”/〉

〈分配關(guān)系 資源類型=“R2” 任務(wù)標(biāo)識=“T1” 分配數(shù)量=“1”/〉

〈/作戰(zhàn)資源〉

假設(shè)經(jīng)資源分配,形成如下任務(wù)-資源分配表。

表4 任務(wù)-資源分配表

基于上述作戰(zhàn)資源XML Schema,表4所示任務(wù)-資源分配可用XML文檔形式化描述如下:

〈作戰(zhàn)資源〉

〈實體 類型=“E1” 數(shù)量=“3”/〉

〈實體 類型=“E2” 數(shù)量=“2”/〉

〈資源 類型=“R1” 數(shù)量=“2”/〉

〈資源 類型=“R2” 數(shù)量=“2”/〉

〈分配關(guān)系 資源類型=“E1” 任務(wù)標(biāo)識=“T1” 分配數(shù)量=“1”/〉

〈分配關(guān)系 資源類型=“E1” 任務(wù)標(biāo)識=“T3” 分配數(shù)量=“1”/〉

〈分配關(guān)系 資源類型=“E2” 任務(wù)標(biāo)識=“T2” 分配數(shù)量=“1”/〉

〈分配關(guān)系 資源類型=“R1” 任務(wù)標(biāo)識=“T2” 分配數(shù)量=“1”/〉

〈分配關(guān)系 資源類型=“R2” 任務(wù)標(biāo)識=“T1” 分配數(shù)量=“1”/〉

〈/作戰(zhàn)資源〉

3.3 效能評估的實例分析

假設(shè)選擇任務(wù)完成概率為作戰(zhàn)效能指標(biāo),各子任務(wù)/行動完成概率及執(zhí)行順序關(guān)系如圖6所示。

圖6 子任務(wù)/行動完成概率及執(zhí)行順序關(guān)系圖例圖

利用文獻[11～12]介紹的串并聯(lián)任務(wù)效能計算方法,上述任務(wù)序列整體完成概率為

E=1.0×[1-(1-0.8×0.8)×(1-0.9×0.9)]×1.0

=0.93

基于上述作戰(zhàn)效能XML Schema,圖6所示子任務(wù)/行動完成概率,以及任務(wù)整體完成概率可用XML文檔形式化描述如下:

〈作戰(zhàn)效能〉

〈子任務(wù)效能〉

〈子任務(wù)標(biāo)識〉T1〈/子任務(wù)標(biāo)識〉

〈子任務(wù)效能〉1.0〈/子任務(wù)效能〉

〈/子任務(wù)效能〉

〈子任務(wù)效能〉

〈子任務(wù)標(biāo)識〉T2〈/子任務(wù)標(biāo)識〉

〈子任務(wù)效能〉0.8〈/子任務(wù)效能〉

〈/子任務(wù)效能〉

〈子任務(wù)效能〉

〈子任務(wù)標(biāo)識〉T3〈/子任務(wù)標(biāo)識〉

〈子任務(wù)效能〉0.9〈/子任務(wù)效能〉

〈/子任務(wù)效能〉

〈子任務(wù)效能〉

〈子任務(wù)標(biāo)識〉T4〈/子任務(wù)標(biāo)識〉

〈子任務(wù)效能〉0.9〈/子任務(wù)效能〉

〈/子任務(wù)效能〉

〈子任務(wù)效能〉

〈子任務(wù)標(biāo)識〉T5〈/子任務(wù)標(biāo)識〉

〈子任務(wù)效能〉0.8〈/子任務(wù)效能〉

〈/子任務(wù)效能〉

〈子任務(wù)效能〉

〈子任務(wù)標(biāo)識〉T6〈/子任務(wù)標(biāo)識〉

〈子任務(wù)效能〉1.0〈/子任務(wù)效能〉

〈/子任務(wù)效能〉

〈行動效能〉

〈行動標(biāo)識〉A(chǔ)1〈/行動標(biāo)識〉

〈行動效能〉0〈/行動效能〉

〈/行動效能〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈子任務(wù)1標(biāo)識〉T4〈/子任務(wù)1標(biāo)識〉

〈子任務(wù)2標(biāo)識〉T6〈/子任務(wù)2標(biāo)識〉

〈順序關(guān)系〉串行〈/順序關(guān)系〉

〈/執(zhí)行順序〉

〈執(zhí)行順序〉

〈子任務(wù)1標(biāo)識〉T5〈/子任務(wù)1標(biāo)識〉

〈子任務(wù)2標(biāo)識〉T6〈/子任務(wù)2標(biāo)識〉

〈順序關(guān)系〉串行〈/順序關(guān)系〉

〈/執(zhí)行順序〉

〈總效能〉0.93〈/總效能〉

〈/作戰(zhàn)效能〉

4 編隊作戰(zhàn)計劃形式化描述

4.1 編隊作戰(zhàn)計劃形式化描述的必要性

海上編隊作為一支遠(yuǎn)離基地的獨立海上作戰(zhàn)力量,由若干海上戰(zhàn)斗群編成,具有海空一體、大縱深、多層次的火力配系,擁有很強的攻防能力。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的作戰(zhàn)樣式出現(xiàn),要求現(xiàn)行的海軍艦艇編隊作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)必需進行變革,改變傳統(tǒng)的計劃方式,增強計劃自動生成、智能分析和動態(tài)調(diào)整的能力。海上編隊作戰(zhàn)計劃的形式化描述是實現(xiàn)作戰(zhàn)指揮自動化的關(guān)鍵問題,也是提高編隊協(xié)同作戰(zhàn)能力的前提[13～14]。

4.2 編隊作戰(zhàn)計劃組成要素及形式化描述

編隊作戰(zhàn)計劃組成要素主要包括作戰(zhàn)計劃說明、情況判斷、作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)資源、作戰(zhàn)效能等,基于上述作戰(zhàn)計劃核心概念模型,編隊作戰(zhàn)計劃可形式化如圖7所示XML Schema結(jié)構(gòu)圖。

圖7 編隊作戰(zhàn)計劃XML Schema結(jié)構(gòu)

5 結(jié)語

本文提出了作戰(zhàn)計劃的三個核心概念模型及其形式化描述,并以實例分析了其對任務(wù)規(guī)劃、資源規(guī)劃和效能評估的支撐作用,在此基礎(chǔ)上給出了編隊作戰(zhàn)計劃XML Schema形式化描述,可為編隊作戰(zhàn)計劃的自動生成、智能分析提供基礎(chǔ)和支撐。

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A Formal Representation Method for Operational Plan of Naval Formation

ZENG Peng

(Systems Engineering Research Institute of CSSC, Beijing 100094)

Based on the research status of the operational plan on formal representation method, aiming at how to provide effective support for the mission planning, resource planning and effectiveness evaluation problems, the core concept model of combat task, combat resource and operational effectiveness is constructed. Focus on the analysis of the role of the formal representation for mission planning, resource planning and effectiveness evaluation, a formal representation method for operational plan of navy formation based on XML Schema is proposed, which can provide support for the automatic generation and intelligent analysis.

operational plan, combat task, combat resource, operational effectiveness, formal representation

2015年6月7日,

2015年7月28日

曾鵬,男,碩士,高級工程師,研究方向:海上綜合電子信息系統(tǒng)。

E83

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.12.010