實兵演習戰(zhàn)場態(tài)勢研究

王永剛,馬亞平,杜浩銘

(1.國防大學,北京　100091;2.軍事科學院,北京　100091)

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實兵演習戰(zhàn)場態(tài)勢研究

王永剛1,2,馬亞平1,杜浩銘1

(1.國防大學,北京100091;2.軍事科學院,北京100091)

實兵演習戰(zhàn)場態(tài)勢是指揮員通過實戰(zhàn)化訓練提升獲取戰(zhàn)場情況、指揮部隊行動能力的重要支撐和手段。首先針對當前實兵演習戰(zhàn)場態(tài)勢存在的數(shù)據(jù)結構、傳輸機制、系統(tǒng)架構和聚合顯示等重點難點問題進行了詳細地闡述和分析,然后在此基礎上提出了態(tài)勢數(shù)據(jù)結構的層次化設計、按需公布訂購的數(shù)據(jù)傳輸機制、態(tài)勢框架的柔性化設計和基于作戰(zhàn)能力的態(tài)勢聚合機制等相關的解決方法。以期能夠建立一個支持大規(guī)模、分布式聯(lián)合應用,并且可以顯示綜合戰(zhàn)場態(tài)勢和專用戰(zhàn)場態(tài)勢的戰(zhàn)場態(tài)勢系統(tǒng)。

實兵演習;戰(zhàn)場態(tài)勢;按需訂購;柔性框架;態(tài)勢聚合

信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)要求戰(zhàn)場態(tài)勢必須與實際情況相符,并能實時共享,確保所有參戰(zhàn)單位和人員能夠及時掌握敵情、我情和戰(zhàn)場環(huán)境等,從而能夠幫助指揮員及時準確地分析判斷戰(zhàn)場情況、保障部隊的精確協(xié)同,實現(xiàn)快速、高效的指揮控制和精確作戰(zhàn)[1]。近期,隨著對實戰(zhàn)化訓練的重視程度越來越高,我軍開展實兵演習的數(shù)量越來越多,規(guī)模越來越大,方式越來越逼真。因此,如何研究、設計和開發(fā)能夠支持大規(guī)模、分布式聯(lián)合應用,并且能夠實時展現(xiàn)綜合戰(zhàn)場態(tài)勢和專用戰(zhàn)場態(tài)勢的戰(zhàn)場態(tài)勢系統(tǒng)就變得日益迫切。本文根據(jù)目前我軍實兵演習戰(zhàn)場態(tài)勢存在的重點難點問題,從數(shù)據(jù)結構、傳輸機制、系統(tǒng)框架結構以及態(tài)勢聚合等核心要素進行分析研究,提出一些設計思路和解決方案。

1　當前實兵演習戰(zhàn)場態(tài)勢存在的問題和需求分析

1.1數(shù)據(jù)結構設計的不統(tǒng)一不能滿足聯(lián)合作戰(zhàn)的高效性需求

以往,各單位都是針對某一特定的使用需求進行系統(tǒng)的設計和研發(fā),不同的設計理念和開發(fā)人員的不同個性特點導致了各態(tài)勢顯示系統(tǒng)對態(tài)勢數(shù)據(jù)結構的定義五花八門、大相徑庭。當數(shù)據(jù)來源少或數(shù)據(jù)量小時,還可基于數(shù)據(jù)結構相互轉換的方法來進行不同態(tài)勢顯示系統(tǒng)間的互聯(lián)互通。然而,信息化條件下的戰(zhàn)場態(tài)勢包含了多種多樣的信息,既有陸軍、海軍、空軍等軍兵種力量信息,又有坦克、艦艇、飛機等裝備信息,同時還有陸、海、空、天、電等戰(zhàn)場環(huán)境信息,在演習時,還包含導演部所屬導調人員和導調器材等信息。內容極其豐富,數(shù)據(jù)量相當龐大。這時如果再采取數(shù)據(jù)結構相互轉換的方法來進行不同系統(tǒng)間的互聯(lián)互通就會極大地影響整個系統(tǒng)的使用效率。

1.2數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o差別推送機制不能滿足聯(lián)合作戰(zhàn)的實時性需求

信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn),對戰(zhàn)場態(tài)勢顯示的實時性、快速性和高效性提出了更高的要求。而在以往的戰(zhàn)場態(tài)勢顯示系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)的傳輸基本上都是采用無差別推送的方法,即每個態(tài)勢終端接收全部數(shù)據(jù),而并沒有進行篩選和過濾。這就導致系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)過大、時間過多,嚴重影響系統(tǒng)的實時性需求,尤其是在廣域網(wǎng)的條件下,由于廣域網(wǎng)的帶寬較窄,影響更為明顯。同時,還會在數(shù)據(jù)傳輸和態(tài)勢終端處理時出現(xiàn)大量的冗余數(shù)據(jù),給網(wǎng)絡和態(tài)勢終端帶來了很大的壓力。

1.3單系統(tǒng)的設計機制不能滿足聯(lián)合作戰(zhàn)的多樣性需求

近年來,隨著信息化水平的提升,我軍陸續(xù)研制了一些針對某種武器平臺或單一兵種或特定任務的應用系統(tǒng),這些系統(tǒng)在各自的訓練和演習中發(fā)揮了一定作用。但存在一些不足：一是各系統(tǒng)之間相互獨立,互聯(lián)互通互操作能力不足;二是系統(tǒng)的可重用性差,往往是專項專用,當任務需求或武器平臺發(fā)送變化時,又要重新進行開發(fā),浪費了大量的人力、物力和財力;三是系統(tǒng)的兼容性不夠,單個系統(tǒng)很難滿足不同部門的多層次需求。這種狀況十分不利于信息化條件下聯(lián)合作戰(zhàn)中各級指揮機構和作戰(zhàn)單元之間的戰(zhàn)場態(tài)勢實時共享,嚴重影響部隊的一體化聯(lián)合作戰(zhàn)能力。

1.4基于單兵和單裝備的態(tài)勢顯示機制不能滿足聯(lián)合作戰(zhàn)態(tài)勢的直觀性需求

指揮機構和作戰(zhàn)單位分析研判戰(zhàn)場態(tài)勢,通常是想盡可能準確地描述兩個問題:一是通過當前戰(zhàn)場態(tài)勢,了解掌握交戰(zhàn)雙方的作戰(zhàn)部署和行動狀態(tài);二是分析當前戰(zhàn)場態(tài)勢對于實現(xiàn)己方作戰(zhàn)目標來說是否有利。因此,戰(zhàn)場態(tài)勢能否直觀地展現(xiàn)當前的戰(zhàn)場情況就非常重要。然而在實際的實兵演習中,由于某些原因,當前實兵演習中所獲取的戰(zhàn)場態(tài)勢都是基于單兵和單裝備的態(tài)勢顯示,在部隊展開和交戰(zhàn)階段顯得比較混亂,很難直觀地展現(xiàn)當前交戰(zhàn)雙方的作戰(zhàn)部署和行動狀態(tài),也很難分析當前狀況是有利還是不利。為此我們希望通過采取態(tài)勢聚合顯示的方法來得到一個比較清晰直觀的戰(zhàn)場態(tài)勢,和實際的態(tài)勢相配合使用,以便指揮機構和作戰(zhàn)單位更好地通過戰(zhàn)場態(tài)勢遂行作戰(zhàn)任務。

2　實兵演習戰(zhàn)場態(tài)勢系統(tǒng)的研究與設計

2.1態(tài)勢數(shù)據(jù)結構的層次化設計

信息化聯(lián)合作戰(zhàn)的一個基本特征就是數(shù)據(jù)海量化,如何從海量數(shù)據(jù)中尋找共性,避免數(shù)據(jù)結構上的多樣化就成戰(zhàn)場態(tài)勢一個亟待解決的問題。面向對象的方法是建立在“對象”概念基礎上的方法學,其核心是由數(shù)據(jù)和允許的操作組成的封裝體而形成的對象。對象與客觀實體有直接對應關系,如可以將作戰(zhàn)部隊、武器裝備、戰(zhàn)場環(huán)境、導調人員和導調器材等實體都看作對象,這樣就可以將一組具有相似性質的對象定義為一個對象類。同時根據(jù)面向對象方法所具有的繼承性和擴展性的特征,采取分離構建對象類與對象類層次繼承相結合的處理方法對態(tài)勢信息進行層次化的細化分類。首先,根據(jù)態(tài)勢信息的共性特點和系統(tǒng)的使用需求,構建一個戰(zhàn)場態(tài)勢顯示實體基類,在其中存放用于完整標識該實體的基礎信息,如名稱、標號、編碼、類型、位置和顯示方式等。然后,根據(jù)實體的不同性質再具體劃分為兵力實體類、裝備實體類、環(huán)境實體類和導調實體類。最后,再將這四類實體進行分解細化,形成供各軍兵種使用的相關實體類。如圖1所示。

圖1　戰(zhàn)場態(tài)勢顯示實體組成層次結構圖

在按照上述的實體組成層次結構構建好態(tài)勢數(shù)據(jù)接口類之后,就可以根據(jù)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口進行態(tài)勢數(shù)據(jù)的分析和融合等處理工作,還可以針對態(tài)勢顯示的不同需求獲取相應的數(shù)據(jù)信息進行顯示,而不用獲取全部的數(shù)據(jù)再進行過濾篩選。這樣既可以大大減少網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸量和態(tài)勢顯示終端的數(shù)據(jù)冗余量,還可以滿足態(tài)勢顯示的多樣性需求和綜合性需求。

2.2態(tài)勢數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌葱栌嗁徳O計

高效性和實時性是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾笜?本文在參考了HLA/RTI 協(xié)議采用的公布預定機制[2]的基礎上,提出了按需訂購的數(shù)據(jù)傳輸機制,即態(tài)勢數(shù)據(jù)訂購方(即態(tài)勢顯示終端)根據(jù)實際顯示需要向態(tài)勢數(shù)據(jù)公布方(即態(tài)勢數(shù)據(jù)發(fā)送方)發(fā)出數(shù)據(jù)訂購請求,態(tài)勢數(shù)據(jù)公布方在收到請求后將數(shù)據(jù)發(fā)送到公布訂購服務器,并經(jīng)由公布訂購服務器轉發(fā)到態(tài)勢數(shù)據(jù)訂購方。其核心是將以公布方為主的推送機制改為以訂購方為主的訂購機制進行數(shù)據(jù)傳輸,這樣既可以實現(xiàn)全局數(shù)據(jù)的訂購,也可滿足專用數(shù)據(jù)的個性訂購。同時通過將主題、樣式訂購服務器和公布訂購服務器分離還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)訂購方和數(shù)據(jù)公布方的松散耦合,方便整個系統(tǒng)的靈活部署。按需訂購數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

圖2　按需訂購數(shù)據(jù)流程示意圖

系統(tǒng)采用集中和對等分布相結合的設計方式,設置多個公布訂購服務器,服務器分為中心服務器和端服務器兩類。依據(jù)“集中管理,分布運行”的理念,端服務器面向節(jié)點運行,與中心服務器分工合作,并與中心服務器保持數(shù)據(jù)實時同步,以滿足廣域網(wǎng)的使用需求。重點解決公布與訂閱、應用層組播、集群與并發(fā)訪問、基于消息的可靠數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)集成交換等技術實現(xiàn)?；诎葱栌嗁弬鬏敊C制的戰(zhàn)場態(tài)勢顯示邏輯結構和數(shù)據(jù)流程如圖3所示。

圖3　戰(zhàn)場態(tài)勢顯示邏輯結構和數(shù)據(jù)流程圖

2.3態(tài)勢系統(tǒng)框架結構的柔性設計

戰(zhàn)場態(tài)勢系統(tǒng)是一項復雜的系統(tǒng)工程,包括數(shù)據(jù)的收集、處理、融合、顯示等多個應用環(huán)節(jié)。隨著信息技術的發(fā)展,戰(zhàn)場態(tài)勢顯示領域不斷得到完善,許多帶有整體應用性或通用應用性的結構和功能被逐步“固定”下來,其中包括了系統(tǒng)的基本構成單元和關系,這就形成了戰(zhàn)場態(tài)勢體系結構的雛形。大量的戰(zhàn)場態(tài)勢系統(tǒng)建設實踐表明,戰(zhàn)場態(tài)勢通用軟件框架除應具有一般軟件框架的功能外,還應提供戰(zhàn)場環(huán)境、數(shù)據(jù)環(huán)境、運行支撐環(huán)境及應用環(huán)境等,使系統(tǒng)研發(fā)人員只需在現(xiàn)有框架的基礎上再添加上相應的代碼即可建立特定應用的戰(zhàn)場態(tài)勢系統(tǒng)。通常這些代碼占整個應用的15%左右,而框架占85%。因此如何建立一個能夠滿足戰(zhàn)場態(tài)勢領域所需的通用整體框架,就變得日益迫切。為此,本文提出一種柔性的戰(zhàn)場態(tài)勢框架設計理念,如圖4所示。

圖4　基于柔性框架的態(tài)勢顯示系統(tǒng)結構示意圖

態(tài)勢系統(tǒng)的柔性框架[3],是指能夠根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢應用需求的變化,靈活調整自身功能組成,可適應多種規(guī)模和層次態(tài)勢顯示應用的部分實現(xiàn)的仿真軟件系統(tǒng)模塊。態(tài)勢系統(tǒng)柔性框架的主要思想是采用“框架+構件”的方式來設計?？蚣芤?guī)定了應用的體系結構,闡明了整個設計、協(xié)作構件之間的依賴關系、責任分配和控制流程,關鍵在于規(guī)定和實現(xiàn)了框架內各對象間的交互模式和控制流模式,實現(xiàn)了應用領域通用完備功能的底層服務,為構件提供了重用和動態(tài)組裝的環(huán)境,為構件處理錯誤、交換數(shù)據(jù)及激活操作提供了標準的方法。構件則是對一組類的組合進行封裝,并代表完成一個或多個功能的特定服務,也為用戶提供了多個接口。

首先建立一個支持多種開發(fā)語言和開發(fā)環(huán)境的通用戰(zhàn)場態(tài)勢顯示系統(tǒng)開發(fā)框架;然后將態(tài)勢顯示的具有通用性的基礎服務功能如態(tài)勢數(shù)據(jù)訂購、態(tài)勢數(shù)據(jù)處理、態(tài)勢按需顯示以及態(tài)勢信息查詢等功能從具體的態(tài)勢顯示系統(tǒng)中分離出來,以功能構件的形式存在,從而形成支持顯示類型靈活組構、系統(tǒng)自由組合,可以支持聯(lián)合導控系統(tǒng)中的分布式態(tài)勢顯示運行支撐框架,從而實現(xiàn)各種態(tài)勢顯示支撐服務的重用;最后在形成通用態(tài)勢的基礎上,再根據(jù)實際需求進行專用態(tài)勢顯示的二次開發(fā)。這樣,態(tài)勢顯示服務的柔性框架就通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)、顯示標準和規(guī)范,為模塊化的態(tài)勢顯示提供互聯(lián)互操作的運行支撐環(huán)境,從而實現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢顯示的靈活組構,并為態(tài)勢顯示系統(tǒng)的重用提供了技術基礎和運行支撐工具。戰(zhàn)場態(tài)勢的柔性框架具有以下幾個方面的特點:

1)通用性:所構建的柔性框架對戰(zhàn)場態(tài)勢應用系統(tǒng)具有通用性,即通過在框架上組裝一定的應用構件即可實現(xiàn)不同的應用系統(tǒng)。

2)自適應性:基于柔性框架生成的應用系統(tǒng)可以根據(jù)應用需求自主定制系統(tǒng)所需的界面的布局、框架、格式和內容等,既可以預先設置,也可在應用過程中動態(tài)設置。

3)靈活性:各構件間的依賴性被盡可能地降到最低,方便用戶根據(jù)不同的應用和需求對系統(tǒng)進行靈活組合、擴展和重用。

4)交互性:柔性框架提供構件之間、構件與框架之間的交互機制,便于實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的互聯(lián)、互通、互操作。

2.4基于作戰(zhàn)能力的戰(zhàn)場態(tài)勢聚合研究

當前的態(tài)勢聚合主要有以下兩種方法:一是以作戰(zhàn)單位的最高指揮員的位置為中心進行聚合;二是以作戰(zhàn)單位的所有作戰(zhàn)個體位置的平均值為中心進行聚合。然而這兩種方法都過于簡單,不能準確地反映作戰(zhàn)單位當前狀況,在實際使用中還容易出現(xiàn)誤導指揮員的問題。本文提出一種基于軍隊綜合戰(zhàn)斗力指數(shù)[4]進行態(tài)勢聚合的方法。

2.4.1軍隊綜合戰(zhàn)斗力指數(shù)方法

軍隊的戰(zhàn)斗能力不僅取決于它所擁有的武器裝備戰(zhàn)術技術性能,而且取決于武器裝備在不同作戰(zhàn)條件(因素)下的發(fā)揮程度。這些條件(因素)包括戰(zhàn)場環(huán)境條件(如地形、氣象、季節(jié)等)、人員因素(包括指揮藝術與能力、指戰(zhàn)員素質、訓練因素,心理因素、精神因素、士氣等)以及作戰(zhàn)保障(工程保障、后勤保障)因素等,因此,需要各因素以各種修正系數(shù)的形式,如地形系數(shù)、氣象條件系數(shù)等(總稱為戰(zhàn)斗力修正系數(shù))對火力指數(shù)或武器指數(shù)(具體內容見后續(xù)部分)進行修正,以描述出軍隊的綜合戰(zhàn)斗能力。軍隊綜合戰(zhàn)斗力指數(shù)是將它的火力指數(shù)或武器指數(shù)乘以各種必需的戰(zhàn)斗力修正系數(shù)得到的積。軍隊綜合戰(zhàn)斗力指數(shù)的計算模型如下:

(1)

式中，IM表示軍隊綜合戰(zhàn)斗力指數(shù);IF表示軍隊火力指數(shù)或武器指數(shù);ki表示第i種影響因素的修正系數(shù),共有m種影響因素;Ij表示第j種武器裝備的火力指數(shù)或武器指數(shù),共有l(wèi)種武器裝備。

2.4.2基于軍隊綜合戰(zhàn)斗力指數(shù)方法量化實體的作戰(zhàn)能力

從系統(tǒng)意義上講,系統(tǒng)特性可以分為靜態(tài)特性與動態(tài)特性,靜態(tài)特性強調結構與能力的關系而忽略實際環(huán)境對系統(tǒng)的要求和作用;動態(tài)特性強調系統(tǒng)總要在實際環(huán)境中運行,特定的環(huán)境對系統(tǒng)將產(chǎn)生出特定的要求和約束,因而不同的環(huán)境導致系統(tǒng)表現(xiàn)出的能力不同。因此,實體的作戰(zhàn)能力可分為靜態(tài)能力和動態(tài)能力。

首先根據(jù)軍隊綜合戰(zhàn)斗力指數(shù)的方法,將實體的作戰(zhàn)能力要素劃分為打擊力、信息力、機動力、防護力和保障力。得到每一個作戰(zhàn)實體的靜態(tài)作戰(zhàn)效能I靜態(tài)(I靜態(tài)打擊,I靜態(tài)機動,I靜態(tài)信息,I靜態(tài)防護,I靜態(tài)保障)分別表示實體的打擊力、機動力、信息力、防護力和保障力。

然后在此基礎上,考慮戰(zhàn)場環(huán)境因素、聯(lián)合作戰(zhàn)協(xié)同因素、作戰(zhàn)訓練因素以及指揮員及士兵素質等因素,并將上述因素量化為地形因子、氣象因子、領導因子、士兵因子、訓練因子及協(xié)同因子等6個相應的系數(shù)。這樣就可以計算出實體的動態(tài)作戰(zhàn)效能I動態(tài)(I動態(tài)打擊,I動態(tài)機動,I動態(tài)信息,I動態(tài)防護,I動態(tài)保障)。

(2)

式中,g表示地形因子,f表示氣象因子,l表示領導因子,s表示士兵因子,t表示訓練因子,Ihk,Imk,Iik,Idk,Isk分別表示第k個基本作戰(zhàn)單位的打擊力、機動力、信息力、防護力和保障力。

(3)

式中,I聚動態(tài)X表示聚合實體的某項動態(tài)作戰(zhàn)能力,λ表示協(xié)調度因子,體現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)力量編組結構和協(xié)同的復雜性,它通過協(xié)同度計算模型來計算,通常情況下為1。

2.4.3基于軍隊綜合戰(zhàn)斗力指數(shù)方法的態(tài)勢聚合研究

當我們得到了每個實體的動態(tài)作戰(zhàn)能力以后,就可以把下級實體的動態(tài)作戰(zhàn)能力為加權因子并結合當前任務狀態(tài)來計算聚合實體的顯示位置,聚合實體顯示位置的計算公式如下:

當實體為進攻狀態(tài)時:

(4)

當實體為機動狀態(tài)時:

(5)

實體為防御狀態(tài)時:

(6)

式(4)、(5)、(6)中,P聚表示聚合體的位置，P子表示下級實體的位置。

3　結束語

如何從紛繁復雜的海量信息中精確、高效、及時地感知和把握戰(zhàn)場態(tài)勢,以便更有效地為指揮機構和作戰(zhàn)單位提供輔助決策支持,是現(xiàn)時戰(zhàn)場態(tài)勢所要解決的一個重大課題。本文針對當前實兵演習戰(zhàn)場態(tài)勢存在的重點難點問題,提出了新的設計思路和方法,即態(tài)勢數(shù)據(jù)結構的層次化設計、按需公布訂購的數(shù)據(jù)傳輸機制、態(tài)勢框架的柔性化設計和基于作戰(zhàn)能力的態(tài)勢聚合機制,并研制原型系統(tǒng)結合部隊的實兵演習進行驗證測試,以期能夠更好地促進我軍戰(zhàn)場態(tài)勢系統(tǒng)的建設和發(fā)展。

[1]檀松,穆永朋.聯(lián)合戰(zhàn)術學[M].北京:軍事科學出版社,2014:123-124

[2]劉潔,柏彥奇,孫海濤.分布式作戰(zhàn)仿真中的數(shù)據(jù)交互方法[J].系統(tǒng)仿真學報,2006,18(3):626-628.

[3]馬元正.構件化仿真模型柔性框架的服務機制研究[D].北京:國防大學博士論文,2010:16-17.

[4]李柯.面向聯(lián)合作戰(zhàn)模擬的軍隊作戰(zhàn)能力指數(shù)研究[R].北京:國防大學博士后研究工作報告，2005： 7-8.

Battlefield Situation in Field Maneuver with Troops

WANG Yong-gang1，2, MA Ya-ping1, DU Hao-ming1

(1. National Defence University, Beijing 100091; 2. Academy of Military Science, Beijing 100091, China)

Battlefield situation in field maneuver with troops is an important support and method for commander to improve the ability of getting information and commanding troops in battlefield. Firstly it analyzes the current shortcomings, such as data structure, transmission mechanism, system framework and situation polymerization. After that, it puts forward a new solution that is gradational data structure, getting data for need, flexible framework and situation polymerization based on combat power. By this means, it supports to build a new battlefield situation system which can sustain the large scale, distributed and associated application, and display all kinds of battlefield situation.

field maneuver with troops； battlefield situation； according to the need to order； flexible framework； situation polymerization

1673-3819(2016)04-0008-05

2016-04-17

2016-05-12

王永剛(1976-),男,江蘇泗洪人,博士研究生,研究方向為聯(lián)合作戰(zhàn)、軍事運籌。

馬亞平(1952-),男,教授,博士生導師。

E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2016.04.002

杜浩銘(1982-),男,講師。