指揮控制系統(tǒng)中仿真決策系統(tǒng)的嵌入研究

吳金平，陸銘華

（海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266071）

指揮控制系統(tǒng)中仿真決策系統(tǒng)的嵌入研究

吳金平，陸銘華

（海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266071）

將仿真決策系統(tǒng)嵌入到指揮控制系統(tǒng)中，利用仿真決策支持正在進行的軍事行動正成為未來指揮控制系統(tǒng)發(fā)展的重要探索方向。研究了嵌入式仿真決策系統(tǒng)的組成，包括人機接口分系統(tǒng)、在線仿真分系統(tǒng)和控制管理分系統(tǒng)等；研究了嵌入式仿真決策系統(tǒng)的功能，包括計劃與方案生成、作戰(zhàn)態(tài)勢讀取、輔助指揮決策生成、戰(zhàn)場態(tài)勢預(yù)判、行動結(jié)果管理與未來態(tài)勢生成控制等；研究了嵌入的關(guān)鍵技術(shù)途徑，包括嵌入樣式、在線仿真決策技術(shù)、定性與定量相結(jié)合的在線評估、面向服務(wù)的組件化設(shè)計等。研究成果對探索和建立我國未來新一代指揮控制系統(tǒng)具有重要、積極的現(xiàn)實和軍事意義。

指揮控制系統(tǒng)，仿真決策系統(tǒng)，嵌入，在線仿真，態(tài)勢預(yù)判

0 引言

信息化條件下軍事行動過程中，作為戰(zhàn)場指揮員的輔助“大腦”，指揮控制系統(tǒng)的地位和作用日益突顯。從世界主要軍事強國各類各級指揮控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r來看，主要嵌入了兩類系統(tǒng)：一類是輔助指揮決策系統(tǒng)，該類系統(tǒng)為指揮員提供輔助指揮決策信息，以輔助指揮員實現(xiàn)快速、合理決策，從而取得理想的戰(zhàn)果；一類是輔助訓(xùn)練系統(tǒng)，通常是各類作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，該類系統(tǒng)實現(xiàn)相應(yīng)受訓(xùn)人員戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)法的演練、武器裝備的操練等，是部隊?wèi)?zhàn)斗力生成和提高的重要途徑。

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭復(fù)雜程度的日益增大，戰(zhàn)場指揮員對指揮控制系統(tǒng)的需求也越來越多，為了進一步滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭對快速決策、在線決策、實時決策等的需求，將仿真嵌入指揮控制系統(tǒng)中，利用仿真支持正在進行的軍事行動越來越受到各國重視，由此第三類嵌入式系統(tǒng)，即仿真決策系統(tǒng)，應(yīng)運而生，最具有典型代表性的是美國國防部高級研究計劃署（DARPA）于2007年提出并著手開始的“深綠（Deep Green）”計劃，該計劃的目的就是將仿真嵌入指揮控制系統(tǒng)，以利用仿真支持美軍各級指揮員對正在進行的軍事行動實施指揮控制。

1 嵌入式仿真決策系統(tǒng)的組成

通常情況下，嵌入到指揮控制系統(tǒng)中的仿真決策系統(tǒng)由人機接口分系統(tǒng)、在線仿真分系統(tǒng)和控制管理分系統(tǒng)3個分系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1 嵌入式仿真決策系統(tǒng)的組成

1.1 人機接口分系統(tǒng)

嵌入式仿真決策系統(tǒng)是一種人在回路的半開環(huán)式仿真系統(tǒng)，其人機接口分系統(tǒng)就是實現(xiàn)人（即指揮員）對決策系統(tǒng)的主導(dǎo)功能，指揮員通過該人機接口分系統(tǒng)將其意圖以計劃或方案的形式通過控制管理分系統(tǒng)輸入給仿真決策系統(tǒng)，仿真決策系統(tǒng)根據(jù)這些計劃或方案，結(jié)合當(dāng)前的作戰(zhàn)態(tài)勢信息，仿真得出作戰(zhàn)行動結(jié)果和未來作戰(zhàn)態(tài)勢信息，并通過控制管理分系統(tǒng)提供給人機接口分系統(tǒng)，供指揮員決策使用。

人機接口分系統(tǒng)的人機交互方式可以有多種，最常用的是鍵盤和鼠標(biāo)輸入，其他還有語音感知、手勢感知、表情感知等。人機接口分系統(tǒng)將這些多模態(tài)的人機交互技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，以實現(xiàn)指揮員意圖到仿真決策系統(tǒng)的真實反映。

1.2 在線仿真分系統(tǒng)

在線仿真分系統(tǒng)是仿真決策系統(tǒng)的核心與靈魂，接收人機接口分系統(tǒng)的指揮員指令信息和控制管理分系統(tǒng)的當(dāng)前作戰(zhàn)態(tài)勢信息，快速仿真生成計劃或方案的行動結(jié)果和未來的可能作戰(zhàn)態(tài)勢。

在線仿真分系統(tǒng)可以在線生成行動結(jié)果，并為指揮員提供輔助決策方案，對實時性要求很高的指揮控制系統(tǒng)，還可以進行實時在線仿真，為指揮員提供實時輔助決策。指揮員可以根據(jù)這些輔助決策方案選擇可供執(zhí)行的計劃或方案，還可以選擇將這些決策方案存入指揮控制系統(tǒng)的決策規(guī)則庫中，從而實現(xiàn)動態(tài)在線仿真對靜態(tài)規(guī)則決策的支持。

在線仿真分系統(tǒng)還可以實現(xiàn)對戰(zhàn)場態(tài)勢的預(yù)先判斷，生成未來的可能作戰(zhàn)態(tài)勢，并用未來態(tài)勢圖進行表示。未來態(tài)勢圖中的每個節(jié)點代表一種未來態(tài)勢（狀態(tài)），兩個節(jié)點之間的連線表示狀態(tài)的轉(zhuǎn)移，其上的數(shù)字代表狀態(tài)轉(zhuǎn)移的概率，其值表征了在當(dāng)前戰(zhàn)場態(tài)勢基礎(chǔ)上，從一種作戰(zhàn)態(tài)勢到另一種作戰(zhàn)態(tài)勢轉(zhuǎn)變的可能性大小。

隨著計劃或方案執(zhí)行過程的推進，在線仿真分系統(tǒng)不斷進行學(xué)習(xí)的仿真，預(yù)言可能的作戰(zhàn)態(tài)勢，以及各種態(tài)勢可能的結(jié)果，然后沿著每種可能路徑（預(yù)測分枝點）繼續(xù)仿真。

1.3 控制管理分系統(tǒng)

控制管理分系統(tǒng)是仿真決策系統(tǒng)的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)對仿真決策系統(tǒng)的自動運行控制。一方面，控制管理分系統(tǒng)可以通過人機接口分系統(tǒng)實現(xiàn)對作戰(zhàn)態(tài)勢的讀取，并提供給在線仿真分系統(tǒng)；另一方面，控制管理分系統(tǒng)可以實現(xiàn)對行動結(jié)果的管理和未來態(tài)勢的生成控制。

2 嵌入式仿真決策系統(tǒng)的功能

2.1 計劃與方案生成功能

嵌入式仿真決策系統(tǒng)的人機接口分系統(tǒng)可以根據(jù)指揮員的意圖，快速生成計算機可以理解的、定性與定量相結(jié)合的計劃或方案，同時還可以根據(jù)指揮員確定的計劃或方案，對這些計劃或方案進行規(guī)則約束下的“變異”，計算機自動生成一些計劃或方案，從而增加指揮員可選計劃或方案的寬度。

2.2 作戰(zhàn)態(tài)勢讀取功能

嵌入式仿真決策系統(tǒng)能夠自動獲取指揮控制系統(tǒng)中存儲的當(dāng)前作戰(zhàn)態(tài)勢，這是由控制管理分系統(tǒng)通過人機接口分系統(tǒng)實現(xiàn)的，獲取的作戰(zhàn)態(tài)勢提供給在線仿真分系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)嵌入式仿真決策系統(tǒng)讀取的作戰(zhàn)態(tài)勢與指揮控制系統(tǒng)的作戰(zhàn)態(tài)勢之間的一致性，需要建立統(tǒng)一的任務(wù)空間概念模型和想定生成與編輯語言（如基于XML的MSDL語言（Military Scenario Definition Language，軍事想定定義語言）），以建立建模與仿真驗證和加載軍事想定的公共機制，從而實現(xiàn)仿真決策系統(tǒng)與指控控制系統(tǒng)之間軍事想定的共享。

2.3 輔助指揮決策生成功能

嵌入式仿真決策系統(tǒng)具有輔助指揮決策功能，可以生成輔助指揮決策方案，供指揮員決策使用。這種輔助指揮決策區(qū)別與傳統(tǒng)的離散式輔助指揮決策方式，而是在線的，甚至根據(jù)需要是實時在線的。

輔助指揮決策是在線仿真分系統(tǒng)的主要功能之一，通過在線仿真的手段，根據(jù)當(dāng)前作戰(zhàn)態(tài)勢生成輔助指揮決策方案。在這種方式下，這種功能就類似于輔助汽車駕駛員的行車導(dǎo)航儀，在非實時狀態(tài)下，行車導(dǎo)航儀可以為駕駛員提供路程規(guī)劃和模擬導(dǎo)航等功能，在實時狀態(tài)下，行車導(dǎo)航儀則可以為駕駛員提供實時導(dǎo)航。

2.4 戰(zhàn)場態(tài)勢預(yù)判功能

指揮控制系統(tǒng)不僅需要能夠根據(jù)當(dāng)前戰(zhàn)場態(tài)勢作出輔助指揮決策，還要具有一定態(tài)勢預(yù)判能力，從而使得指揮員能夠把握未來戰(zhàn)局發(fā)展變化的關(guān)鍵節(jié)點。戰(zhàn)場態(tài)勢預(yù)判是基于當(dāng)前作戰(zhàn)態(tài)勢的，指揮控制系統(tǒng)向仿真決策系統(tǒng)提供與當(dāng)前作戰(zhàn)態(tài)勢相關(guān)的各種信息，仿真決策系統(tǒng)根據(jù)這些信息，采用在線評估的方法，對各種可能的作戰(zhàn)態(tài)勢作出預(yù)言，同時評估這些可能作戰(zhàn)態(tài)勢的可能結(jié)果。

當(dāng)指揮員選定執(zhí)行某一作戰(zhàn)態(tài)勢時，該作戰(zhàn)態(tài)勢及其執(zhí)行結(jié)果的進一步演變就成為當(dāng)前指揮員重點關(guān)注的態(tài)勢，而其他可能的作戰(zhàn)態(tài)勢及其作戰(zhàn)結(jié)果盡管仍然在不斷地進行在線評估，但并不作為指揮員的關(guān)注重點，除非指揮員重新選擇將其作為重點關(guān)注的作戰(zhàn)態(tài)勢。

2.5 行動結(jié)果管理與未來態(tài)勢生成控制功能

嵌入式仿真決策系統(tǒng)的控制管理分系統(tǒng)讀取人機接口分系統(tǒng)提供的指揮員選定的計劃或方案，并將之提供給在線仿真決策分系統(tǒng)，在線仿真決策分系統(tǒng)通過控制管理分系統(tǒng)將行動結(jié)果和未來態(tài)勢信息提供給人機接口分系統(tǒng)。

與作戰(zhàn)態(tài)勢讀取相同，提供給指揮控制系統(tǒng)的行動結(jié)果和未來態(tài)勢信息也是基于統(tǒng)一的任務(wù)空間根據(jù)模型和想定生成與編輯語言的，通過構(gòu)建開源、開放體系結(jié)構(gòu)的API，隱藏仿真決策系統(tǒng)與指揮控制系統(tǒng)之間交互的復(fù)雜細(xì)節(jié)，保證仿真決策系統(tǒng)與指揮控制系統(tǒng)之間具有統(tǒng)一通用的互操作接口。

3 技術(shù)實現(xiàn)途徑

3.1 嵌入樣式

仿真決策系統(tǒng)嵌入指揮控制系統(tǒng)的樣式可以分為以下3種類型：

（1）附加式，即在指揮控制系統(tǒng)上添加嵌入式仿真決策系統(tǒng)組件；

（2）聯(lián)接式，即仿真決策系統(tǒng)獨立成體系，通過一個物理節(jié)點與指揮控制系統(tǒng)連接；

（3）融入式，即仿真決策系統(tǒng)與指揮控制系統(tǒng)充分一體化，實現(xiàn)硬件共享和軟件的統(tǒng)一整合。

從當(dāng)前發(fā)展階段來看，附加式已不適應(yīng)裝備發(fā)展的需求，通常采用的是聯(lián)接式或融入式。對于現(xiàn)存的指揮控制系統(tǒng)，采用聯(lián)接式更為現(xiàn)實，而對于新研的指揮控制系統(tǒng)，融入式應(yīng)是其發(fā)展方向。

3.2 在線仿真決策技術(shù)

作戰(zhàn)過程中存在著大量緊耦合的決策對抗行為，需要根據(jù)實時更新的戰(zhàn)場態(tài)勢和及時預(yù)測的敵方意圖與行動，進行指揮決策并實施相應(yīng)作戰(zhàn)行動。而現(xiàn)有的輔助指揮決策支持大都屬于靜態(tài)的離散輔助，不能滿足激烈對抗、具有高度不確定性的現(xiàn)代戰(zhàn)爭的戰(zhàn)時需要。

嵌入式仿真決策系統(tǒng)采用在線仿真決策技術(shù)，實現(xiàn)在線、甚至是實時在線的輔助指揮決策，使得仿真決策系統(tǒng)與指揮控制系統(tǒng)集成為一個整體，可以實現(xiàn)“訓(xùn)練與作戰(zhàn)一致、分析與決策一體”的作戰(zhàn)支持模式。在這種在線支持模式下，指揮員的指揮決策具有更大靈活性，不再是僅依靠戰(zhàn)前深入詳細(xì)研究的幾個方案，而是可以根據(jù)實時的戰(zhàn)場態(tài)勢生成更具有適應(yīng)性的指揮決策方案，從而使得指揮員在最后一刻作出的決策更具有主動性和針對性。

3.3 定性與定量相結(jié)合的在線評估

軍事行動一般包括計劃、演練、執(zhí)行和事后評估4個階段，從統(tǒng)計意義上看，對軍事行動進行評估時，純定量計算具有結(jié)果精確、可靠性強、對時間的緊迫性要求不高等特點，因此，在軍事行動的計劃、演練和事后評估階段具有無可比擬的優(yōu)勢。但在執(zhí)行階段，純定量計算卻因為其在線、實時性等限制，不能為正在執(zhí)行的軍事行動提供及時的相應(yīng)支持。

因此，在考慮將仿真決策系統(tǒng)嵌入指揮控制系統(tǒng)，實現(xiàn)在線甚至是實時在線仿真時，僅僅采用純定量計算是難以滿足評估需求的，原則上，采用生成速度快的定性評估更為合適。但是，僅有定性評估還不足以了解交戰(zhàn)中作戰(zhàn)單元的存亡情況，指揮員也希望了解不同結(jié)果出現(xiàn)的可能性，因此，需求納入定量計算的結(jié)果，這就需要在仿真過程中采用定性與定量相結(jié)合的方法，既可以滿足仿真過程對在線、實時等的需求，也可以滿足一定的對定量化分析的需求。

3.4 面向服務(wù)的組件化設(shè)計

嵌入式在線仿真對效率、靈活、開放、實時等方面提出了更高的要求，因此，嵌入式仿真決策系統(tǒng)應(yīng)采用面向服務(wù)的仿真體系，并且基于組件技術(shù)構(gòu)建其仿真模型體系。面向服務(wù)的仿真應(yīng)用模式使得應(yīng)用層程序開發(fā)變得簡單而靈活，典型的仿真應(yīng)用程序的開發(fā)成為了針對特定應(yīng)用場景以腳本通過調(diào)用服務(wù)層仿真模型組件的方式，進行仿真設(shè)定、控制仿真過程以及顯示仿真過程數(shù)據(jù)等。

在面向服務(wù)的體系架構(gòu)中，仿真模型體系是基于組件技術(shù)進行構(gòu)建的。組件技術(shù)具有良好可重用性、擴展性和靈活性，其核心是建立基于組件的模型。組件是面向服務(wù)仿真中的核心要素，以潛艇指控系統(tǒng)中嵌入的仿真決策系統(tǒng)為例，仿真模型組件主要可分為兵力實體組件、武器實體組件和裝備實體組件等，公共服務(wù)組件主要包括仿真任務(wù)管理組件、仿真對象管理組件和仿真時間管理組件等，其組件體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于組件技術(shù)的面向服務(wù)仿真模型體系的構(gòu)建

4 結(jié)論

當(dāng)前，在世界軍事強國范圍內(nèi)，嵌入式仿真決策系統(tǒng)在指揮控制系統(tǒng)中的應(yīng)用仍處在探索階段。以比較先進的美國“深綠”計劃為例，該計劃已實現(xiàn)將各組件集成為一個完整的功能系統(tǒng)，正在進行功能系統(tǒng)與陸軍實驗室中仿真指揮控制系統(tǒng)的綜合對接，若對接完成后能夠證明該計劃的效力，將逐步實現(xiàn)功能系統(tǒng)到實裝指揮控制系統(tǒng)的嵌入。

可以預(yù)見，仿真決策系統(tǒng)嵌入指揮控制系統(tǒng)必將對指揮控制方式與決策支持方式產(chǎn)生重大影響，大大促進“訓(xùn)練與作戰(zhàn)一致、分析與決策一體”作戰(zhàn)支持模式的生成。因此，積極探索仿真決策系統(tǒng)與作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)融合的作戰(zhàn)指揮決策支持方式，深入研究嵌入式仿真的關(guān)鍵技術(shù)，對建立我國未來新一代作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)具有重要、積極的現(xiàn)實和軍事意義。

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Embedment Research of Simulation Decision System in C2 System

WU Jin-ping，LU Ming-hua
（Submarine Naval Academy，Qingdao 266071，China）

Supporting the going-on military action in use of simulation decision is being important exploring aspect through embedding the simulation decision system into C2（Command and Control）system.The composing of embedded simulation decision system is researched including of humancomputer interface system，online simulation system as well as control and management system.The function of embedded simulation decision system is researched including of generating plan and scenario，reading combatsituation，generating auxiliary command decision，prejudging battlefield situation as well as managing action results and controlling future situation generation，etc.The key technological ways of embedment are researched including embedded style，online simulation decision technology，online evaluation by the combination method of qualitative and quantitative way as well as bean design based on SOA，etc.The research results have important and positive value in reality and military at aspect of exploring and building our nation’s future new generation C2 system.

C2 system，simulation decision system，embedment，online simulation，situation prejudgment

TP391.9

A

1002-0640（2015）06-0084-04

2014-04-09

2014-05-21

吳金平（1976- ），男，山東昌樂人，博士，副教授。研究方向：兵種戰(zhàn)術(shù)與作戰(zhàn)仿真。